챕터14. 관계 기계요소

챕터14. 관계 기계요소

1. 관

 1) 개요

     파이프의 주된 목적은 유체를 수송하는 것이며 파이프는 같은 단면적의 중실원형봉에 비하여 단면2차 모멘트가 크고, 무게에 비하여 강도가 크므로 구조물을 경량화하기 위하여 보강재 등의 부품재료로도 사용된다.

     파이프의 기능

     - 기체, 액체, 분체, 고체 및 이것들의 윰합체의 수송

     - 압력의 전달

     - 진공의 유지

     - 열교환

     - 보강작용

     - 물체의 보호

 2) 관의 종류

  1. 주철관

     강관보다 무겁고 충격에 약하나 내식성, 내압성이 우수하고, 값이 싸기 때문에 수도용, 배수용, 가스수송용 등 매설용으로 사용된다.

    호칭치수는 관의 안지름으로 나타낸다.

  2. 강관

     강도가 크며 관의 접합과 시공이 비교적 용이하고 가격이 저렴한 편이나 내식성이 작아 부식이 잘되며 수명이 짧은 것이 단점.

  3. 동관

     냉간 인발법으로 만들어진 이음매 없는 관으로 호칭치수는 바깥지름X두께로 나타낸다.

  4. 황동관

     냉간인발법으로 만든 이음매 없는 관으로 주로 지름이 작은 관이 많다. 동관과 거의 같지만 가격이 저렴하다.

  5. 납관

     납 또는 납합금을 압출제관기로서 만들어진 이음매 없는 관으로 호칭치수는 안지름X두께로 나타낸다.

  6. 알루미늄관

     보통 냉간인발법에 의한 이음매 없는 관으로 비중이 작고 동, 황동 다음으로 열과 전기의 전도도가 높다.

  7. 휨관

     강, 구리, 황동, 알루미늄 등의 얇은 관을 나선형으로 감아서 기밀을 유지하도록 만든 관

  8. 고무호스

     강하고 질긴 천을 집어넣은 고무관으로 휨성이 풍부하므로 굴곡이 자유롭고, 운반 및 이동이 편리하다.

  9. 염화비닐관

     압출기로서 압출 제조된 염화비닐의 이음매 없는 관

 3) 관의 설계

  1. 관의 설계조건

   ㄱ. 경제적 조건 : 관내 유속, 관지름, 보온재료의 두께

   ㄴ. 공학적 조건 : 강도, 열팽창, 열응력, 무게, 부피, 구조, 열손실, 압력손실, 충격, 진동

   ㄷ. 수리상의 조건 : 부식에 대한 성질, 조립, 분해 등을 쉽게 할 수 있을 것, 점검과 수리 난이도, 위험할 때의 비상장치의 완비

  2. 배관 색깔기호

     - 물(청색) : W

     - 증기(진한 적색) : S

     - 공기(백색) : A

     - 가스(황색) : G

     - 기름(진한황적색) : O

     - 산, 알칼리(회색)

     - 전기(엷은 황적색)

 4) 관의 안지름

     관의 안지름은 유량과 유속으로 결정되므로 호칭법은 안지름을 기준으로 한다. 관내를 가득 차 흐르는 유체는 파이프의 중앙부에서는 빠르고, 벽 가까이에서는 느리므로 유속은 보통 평균유속으로 생각한다.

     여기서 d는 mm 단위

 5) 관의 두께

  1. 원주방향의 응력

  2. 축방향(세로방향)의 응력

     안전율, 이음효율, 부식여유를 고려한 최소두께 t는

2. 관이음

 1) 개요

     관과 관을 연결하거나 유체의 흐름방향을 바꾸는 경우에 관이음을 한다.

 2) 관이음의 종류

  1. 나사식 관이음

     관의 양 끝에 관용나사나 가는나사를 절삭하여 관을 이음한 것으로 일반배관에 사용한다.

  2. 플랜지 이음

     플랜지 이음은 관의 지름이 크거나 유체의 압력이 큰 경우에 쓰이며 가끔 분해, 조립할 필요가 있을 때 편리하다.

  3. 신축이음

     온도변화에 의한 관의 신축이 허용되지 않을 때는 열응력이 발생하여 관과 부속 장치의 변형 및 파손의 원인이 된다.

3. 밸브

 1) 개요

     관 속을 흐르는 유체의 흐름을 단절시키거나 유체의  유량, 압력, 온도 등을 제어하는 기능을 가진 배관부품을 밸브라 한다.

 2) 밸브의 종류

  1. 스톱밸브

     리프트밸브라고도 하며 밸브디스크가 밸브대에 의하여 벨브시트에 직각방향으로 작동하는 밸브

    ㄱ. 글로브밸브 : 둥근모양의 밸브몸통을 가지며, 입구와 출구의 중심선이 일직선 위에 있고, 유체의 흐름이 S자 모양으로 된다.

    ㄴ. 앵글밸브 : 밸브몸통의 입구와 출구의 중심선이 직각이므로 유체의 흐름방향도 직각으로 변한다. 

  2. 슬루스밸브

     게이트밸브라고도 하며, 밸브디스크가 유체의 관로를 수직으로 막아서 개폐하고 유체의 흐름이 일직선을 이루는 밸브

  3. 체크밸브

     역지밸브라고도 하며 유체를 한 방향으로만 흘러가게 하고, 역류를 방지할 목적으로 사용하는 밸브

  4. 버터플라이밸브(나비형밸브)

     교츅밸브라고도 하며, 밸브의 몸통 안에서 밸브대를 축으로 하여 원판 모양의 밸브디스크가 회전하면서 관을 개폐하여서 관로의 열림 각도가 변화하여 유량이 조절되는 밸브

  5. 안전밸브

     릴리프밸브 또는 이스케이프밸브라고도 하며, 용기내의 유체가 제한된 최고압력을 초과했을 때 자동적으로 밸브가 열려서 유체를 외부로 방출하는 밸브

  6. 감압밸브

     유체의 압력이 사용압력을 초과할 때는 자동적으로 압력을 낮추고, 감압된 유체의 압력을 일정하게 유지하는 밸브

4. 콕

     구멍이 있는 원추모양의 마개를 회전시켜 유체의 통로를 개폐하여 유체를 차단할 수 있는 밸브로 플러그의 모양은 원뿔형으로 1/5의 테이퍼가 있으며 90º 또는 그 이하의 각도로 회전시켜 콕을 개폐한다. 콕은 개폐속도가 빠르다.