鋼管の膨張ループ

概要

膨張ループは、温度変化による熱移動を吸収する配管システムのプレハブ曲がりです。鋼管が加熱されると、直線的に膨張します。緩和メカニズムがない場合、この膨張はアンカー、継手、接続部に破壊的な応力を生成します。

標準的な膨張ループの構成は、Uベンド、Zベンド、Lベンドの3つで、すべて標準的なパイプとエルボから作られています。Uベンドが最も一般的で、通常、2つの固定アンカーポイントの中間に配置されます。ループの寸法は、パイプ直径、全直線膨張、および許容応力制限によって決定されます。

主要な公式

直線熱膨張

$\Delta l = \alpha \cdot \Delta T \cdot L$

Uベンドループの幅

$w = 0.015 \cdot \sqrt{\Delta l \cdot D}$

Uベンドループの全体的なオフセットは $2w$ で、ループの全長は $5w$ です。

Zベンドオフセット

$w = 0.063 \cdot \sqrt{\Delta l \cdot D}$

Lベンド短脚長

$S_{\min} = 6.225 \cdot \sqrt{\frac{\Delta l}{25.4} \cdot \frac{D}{25.4}} \cdot 0.305$

上記の式では、$\Delta l$ と $D$ はミリメートルで入力され、結果はメートルです。

変数

Uベンド膨張容量参考

以下の表は、さまざまなループ幅での一般的なパイプサイズの概算膨張容量（mm）を示しています。

計算ツール

熱膨張計算機

Uベンドループの寸法

Z字曲げ膨張コンペンセーター

L字曲げ膨張コンペンセーター

実施例: 50 mm スチーム配管

50 mmの鋼管、30 mの長さで、0°Cから180°Cに加熱され、（10バールのスチームサービスで一般的）。鋼の膨張係数は$12 \times 10^{-6}$ m/(m·K)です。

1. 線膨張: $\Delta l = 12 \times 10^{-6} \times 180 \times 30 \times 1000 = 64.8 \text{ mm}$

2. U字曲げループ幅: $w = 0.015 \times \sqrt{64.8 \times 50} = 0.015 \times 56.92 = 0.85 \text{ m}$

3. 全体ループ寸法:

   • オフセット ($2w$): 1.71 m
   • 長さ ($5w$): 4.27 m

元のソーステーブル

元のEngineering ToolBoxテーブルは、ループ幅を列グループとして使用し、膨張容量をセル値としています。ソースの空のセルは、ここで空のセルとして保持されます。

インタラクティブな膨張ループ容量チャート

元のダイアグラムは、ループ幅を水平軸に、膨張容量を垂直軸にプロットし、各公称パイプサイズに対して1つの曲線があります。ブランクソースセルは、ゼロとしてプロットされるのではなく、ギャップとして残されます。

ソース容量図は、抽出された表データを使用して、上記のインタラクティブなローカルチャートとして再描画されます。

エンジニアリングノート

• アンカー間隔は膨張量を決定します。動きを均等に分割するために、膨張ループをアンカーの中間付近に配置してください。
• ループの向きは膨張方向への自由な動きを可能にする必要があります。重量による沈下を防ぎつつ、横方向の移動を可能にするために、ループ脚を支持してください。
• 標準エルボ（90°または45°）はループの製造に使用されます。特別な継手は必要ありません。
• Zベンドは横方向のオフセットを持つパイプラインに適しています。同じ膨張に対して、必要なオフセットはUベンド幅の約2倍です。
• LベンドはUベンドよりも効率が低く、同じ膨張を吸収するためにより長い走行が必要です。
• 参照表の値は概算です。重要なサービス（高圧、高温、大口径）については、ASME B31.1またはB31.3に従って詳細な応力分析を実施してください。
• 一般的な鋼の膨張係数：炭素鋼 ≈ 12 × 10⁻⁶ m/(m·K), ステンレス鋼 ≈ 17 × 10⁻⁶ m/(m·K). 同じ温度変化に対してステンレス鋼を使用する場合は、より大きなループが必要です。

参考文献

• 鋼管膨張ループ — エンジニアリング Toolbox