기하학적 형상과 제어 조건에 따른 바이패스 밸브의 유동특성에 관한 수치해석적 연구

Abstract

심해저 5,000m 정도에 부존하는 망간단괴를 끌어올리는 양광 시스템은 Fig. 1과 같이 수력 펌핑 양광 시스템(펌프)과 버퍼 장치 및 유연관 시스템으로 구성된다. 심해저 통합채광 시스템의 운용 중 양광관이 막히는 경우나 양광펌프의 작동이 멈추는 경우에채광선으로 이송되던 슬러리가 하강하게 된다. 그 때, 하강하는 슬러리가 양광펌프와 직접적으로 충돌이 발생하여 펌프의 고장을 야기할 수 있다. 양광펌프의 고장이 발생할 경우 양광시스템 전체를 다시 해체 후 펌프 정비 후 설치해야 하므로 많은 시간과비용이 소요된다. 이를 방지하기 위해서는 양광시스템이 정상작동 시에는 슬러리 유동이 선박으로 향하도록 하고 정지 시 다른 유로로 유동을 변동해 줄 수 있는 바이패스 밸브 개발이 필요하다. 기존에 유동흐름제어에 널리 사용되고 있는 체크 밸브형[1]은힌지, 회전체 등과 같이 구조적으로 매우 불안정한 형태로 인해 현 상황에 적용하기 어렵고 이를 충족시키기 위해서는 가능하면 Passive 형태로 제작 가능한 시스템이 되어야 한다. 즉, 정방향 유동은 펌프 압력으로 작동되고 역방향 유동은 유체흐름에 의해발생되는 압력과 스프링으로 작동되도록 설계되도록 하는 것이다. 또한 바이패스 밸브를 통한 역류를 방지하는 쇄기형태의 블록을 사용하여 수밀성이 보장되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 기본적인 두 가지 형태의 모델을 개발하였고 1차적으로 각 모델별로 형상 및 유량에 따른 유동특성을 파악하고 이를 개선할 수 있는 방안에 대하여 연구 하고자 하며 향후 실제 조건과 동일한 조건으로 통합 해석하고자 한다.