배관 구속장치

개념 정의

배관 구속장치는 열팽창에 의한 배관 이동을 저지하거나 제한하는 장치다.

배관은 온도에 따라 길어지므로 이를 제어하지 않으면 응력과 파손이 생긴다.

구속장치는 팽창을 없애는 것이 아니라 팽창이 일어날 위치와 방향을 정한다.

열팽창량과 열응력

배관 길이 변화량은 열팽창계수, 길이, 온도 변화량의 곱이다.

구속된 구간에서는 이 변형이 막혀 배관 내부에 열응력이 생긴다.

열응력은 탄성계수와 열팽창계수, 온도 변화량에 비례한다.

구속장치의 종류

배관 구속장치는 구속하는 방향과 허용하는 운동에 따라 나뉜다.

앵커는 6자유도를 모두 구속하므로 이동량이 0이 된다.

스토퍼는 지정한 한 방향만 막고, 나머지 방향은 허용한다.

가이드는 축 방향 신축을 허용하고 횡방향 흔들림만 막는다.

앵커는 이동을 막는 고정점이라 흡수 기능은 따로 필요하다.

계산 예제

앵커만으로는 흡수가 되지 않으므로 신축이음이 함께 필요하다.

강관 30 m가 20℃에서 100℃로 오르면 신축량은 28.8 mm다.

양 끝을 완전히 구속하면 열응력은 약 192 MPa가 된다.

그래서 완전 구속은 짧은 구간에만 쓰고, 긴 직관은 루프나 이음으로 흡수한다.

배치와 설계 절차

배관 계통은 앵커를 고정점으로 삼고 신축이음으로 구간을 나눈다.

신축이음이 열팽창량을 흡수하고, 가이드가 배관을 축에 맞춰 안내한다.

구속장치는 흡수가 원하는 방향으로만 일어나도록 이동 경로를 정한다.

설계는 열팽창량을 계산하고, 앵커를 정해 구간을 나눈 뒤 간격을 정한다.

흔한 실수와 정리

채점 항목은 정의, 장치별 구속 방향, 신축이음과의 연계, 고정점 위치 판단이다.

앵커는 모든 방향 이동과 회전을 구속하고, 가이드와 스토퍼는 특정 방향만 제한한다.

가이드는 축 방향 신축을 허용하고 횡방향 좌굴만 막는다.

배관 지지의 핵심은 고정점과 흡수 위치의 균형을 잡는 것이다.