강관 팽창 루프

개요

팽창 루프는 온도 변화로 인한 열 변위를 흡수하기 위해 배관 시스템에 미리 제작된 굽힘부입니다. 강관이 가열되면 선형적으로 팽창하며, 완화 메커니즘이 없으면 이 팽창은 앵커, 피팅 및 연결부에 파괴적인 응력을 발생시킵니다.

세 가지 표준 팽창 루프 구성은 U-굽힘, Z-굽힘, L-굽힘으로, 모두 표준 관과 엘보우로 만들어집니다. U-굽힘이 가장 일반적이며 보통 두 고정 앵커점 사이 중간에 배치됩니다. 루프 치수는 관경, 총 선형 팽창량 및 허용 응력 한계에 의해 결정됩니다.

주요 공식

선형 열팽창

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

U-굽힘 루프 폭

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

U-굽힘 루프의 전체 오프셋은 $2w$이며, 총 루프 길이는 $5w$입니다.

Z-굽힘 오프셋

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

L-굽힘 짧은 다리 길이

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

위 방정식에서 $\Delta l$과 $D$는 밀리미터 단위로 입력됩니다; 결과는 미터 단위입니다.

변수

U-굽힘 팽창 용량 참조

아래 표는 다양한 루프 폭에서 일반 관경에 대한 대략적인 팽창 용량(mm)을 제공합니다.

계산기

열팽창 계산기

U-굽힘 루프 치수

Z-벤드 팽창 보상기

L-벤드 팽창 보상기

계산 예: 50 mm 증기 관

50mm 강관, 길이 30m가 0°C에서 180°C로 가열됩니다 (10 bar 증기 서비스에 해당). 강의 팽창 계수는 $12 \times 10^{-6}$ m/(m·K)입니다.

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

2. U-벤드 루프 폭: $w = 0.015 \times \sqrt{64.8 \times 50} = 0.015 \times 56.92 = 0.85 \text{ m}$

3. 전체 루프 치수:

   • 오프셋 ($2w$): 1.71 m
   • 길이 ($5w$): 4.27 m

원본 소스 테이블

원본 Engineering ToolBox 테이블은 루프 폭을 열 그룹으로 사용하고 팽창 용량을 셀 값으로 사용합니다. 소스의 빈 셀은 여기서 빈 셀로 유지됩니다.

인터랙티브 팽창 루프 용량 차트

원본 다이어그램은 루프 폭을 수평축에, 팽창 용량을 수직축에 플로팅하며, 각 공칭 파이프 크기마다 하나의 곡선을 그립니다. 빈 소스 셀은 0으로 플로팅되지 않고 간격으로 남겨집니다.

소스 용량 다이어그램은 추출된 테이블 데이터를 사용하여 위와 같이 대화형 로컬 차트로 다시 그려졌습니다.

공학 노트

• 앵커 간격은 팽창량을 결정합니다. 팽창 루프를 앵커 사이 중간에 배치하여 움직임을 균등하게 분할하십시오.
• 루프 방향은 팽창 방향으로 자유로운 움직임을 허용해야 합니다. 무게로 인한 처짐을 방지하기 위해 루프 다리를 지지하지만 측면 이동을 허용하십시오.
• 표준 엘보우 (90° 또는 45°)는 루프 제작에 사용됩니다; 특별한 피팅은 필요하지 않습니다.
• Z-벤드는 측면 오프셋이 있는 파이프라인에 적합합니다; 필요한 오프셋은 동일한 팽창을 위해 대략 U-벤드 너비의 두 배입니다.
• L-벤드는 U-벤드보다 효율적이지 않으며 동일한 팽창을 흡수하기 위해 더 긴 런이 필요합니다.
• 참조 테이블 값은 근사치입니다. 중요한 서비스(고압, 고온, 대구경)의 경우, ASME B31.1 또는 B31.3에 따라 상세 응력 분석을 수행하십시오.
• 일반적인 강철 팽창 계수: 탄소강 ≈ 12 × 10⁻⁶ m/(m·K), 스테인리스강 ≈ 17 × 10⁻⁶ m/(m·K). 스테인리스강을 사용하면 동일한 온도 변화에 대해 더 큰 루프가 필요합니다.

참고 자료

• 강철 파이프 팽창 루프 — 엔지니어링 툴박스