본 과제는 시추플랜트에 쓰이는 상용압력 1,000bar급 4inch Block Valve를 국산화하기 위한 연구임. 연구목표는 API 6A PSL-3등급에 준한 소재선정 및 주요부품 설계 후 수치해석으로 밸브 구조 안정성을 확보하고, 주요부품의 산질화처리와 Insert 분할 구조 개선, 핸들작동부( Gear Box 설치, Manual타입→Wheel 타입 ) 개선으로 내마모성/내부식성 및 내압 기밀성을 향상하여 기존 대비 제품 수명 1.5배 이상 달성하는 데 있음. 연구내용은 유동해석·구조해석 기반 최적화, 단조 Body 및 단조 금형개발, 1차년도 700bar 성능평가 지표로 1000bar 적합성 보완, 시제품 제작 수행임. 기대효과는 시추용 기자재의 내구·기밀성 향상으로 산업 안정성 및 비용절감, 국내 중소기업 성장·수출 증대·고용 창출로 이어짐.

1. Check valve 기본 설계 개념정립 및 기초 설계 - API 6A Spec.에 준한 사용환경 및 적용 유체를 고려한 재질 선정 및 설계 - 밸브의 설계 압력에 따른 배관 두께 계산 및 연결방식에 따른 접합부 설계 - 고압에 의한 예상 취약부 및 구조물 진동을 고러한 설계 2. Check valve 외형 개발 및 제작 - 기존 AISI4140 재질과의 사양 비교/분석을 통한 재료 적합성 검토 - API 6A 및 NACE MR0175 사양을 고려한 재료선정 및 설계 - Base part 및 External part 치수 설계 - 내압에서의 응력발생을 고려한 외형 구조 설계 개선 3. Check valve 디스크 및 쿠션부재 기술 개발 - 이전기술을 적용한 분할되 구조의 디스크 및 쿠션부재 개발 - API 6A Spec.에 준한 디스크 본체 및 가동디스크 유동 설계 - 고압의 환경에 적합하고 내구성을 고려한 쿠션부재 개발 4. 3D 모델링을 통한 수치해석 - Check Valve의 수치해석을 위한 3D 모델링 - 수치해석을 위한 유한요소 격자 선정 - 유한요소 격자 선정(격자 그래프 및 Hex dominant, 경계층 격자 넣기) 5. 유동해석 및 안정성 평가를 위한 유동-구조 연성해석 - 유동해석에 적합한 난류모델 선정 - 초기 유동해석의 결과에 따른 물성치 변화 고려 - 내부 유동 및 압력 분포 분석을 통한 밸브의 평가 - 유동해석 압력 데이터를 구조해석에 적용 - 응력 분포 및 변형률 변화 확인을 통한 안전성 평가 및 개선 설계 6. 성능시험 및 시제품 제작 - 공인인증기관 시험 성적서 발행을 통한 제품 신뢰성 확보 - 시험 결과를 토대로 한 평가 및 보완 - 각 부품별 조립을 통한 시제품 제작 완료 - 수요업체 측 현장평가를 통한 제품 성능 검증 및 신뢰성 확보 - 피드백을 통한 보완 사항 검토 및 제품 양산화