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에너지관리기사 열설비 · 배관 지지와 신축이음

Pipe Support and Expansion Joints

배관은 데워지면 늘어나고, 양 끝이 꽉 묶여 있으면 그 늘어남이 큰 열응력이 되어 관이 휘거나 이음부가 터진다. 열팽창량 ΔL = αLΔT 와 열응력, 늘어남을 흡수하는 네 가지 신축 이음, 무게와 움직임을 다루는 지지구의 종류를 다룬다. 첫 그림은 열팽창량 계산기이고, 관 길이 L · 온도차 ΔT 슬라이더를 옮기면 ΔL 이 다시 계산돼 관이 늘어난 길이로 그려져요. 둘째 그림은 신축 이음별 흡수 능력 막대이고, 이음 버튼으로 하나를 고르면 앞에서 구한 ΔL 을 흡수할 수 있는지 판정이 나와요.

데워지면 관은 늘어난다

찬물이 흐르던 관에 갑자기 증기가 지나가면 관은 팽창한다. 양 끝이 꽉 고정돼 있으면 그 팽창이 갈 곳이 없어 큰 열응력이 생기고, 결국 관이 휘거나 이음부가 터진다. 그래서 배관은 늘어남을 흡수하는 신축 이음과 무게를 받치는 지지구로 관리한다.

👀 열팽창을 다루는 두 장치
①신축 이음은 늘어남(ΔL)을 흡수해 열응력을 줄인다
②지지구는 관과 유체 · 보온재의 무게를 받치고 처짐 · 진동을 막는다
③둘 다 없으면 관이 휘거나 이음부가 부서지고, 소음 · 진동이 생겨요

열팽창량 ΔL 계산기

10 m
100 °C
지금 열팽창량
ΔL = 12.00 mm
1.2×10⁻⁵ × 10000mm × 100°C
📏 ΔL = αLΔT 인 이유
①선팽창 계수 α 는 1 °C 오를 때 단위 길이당 늘어나는 비율이다
②전체 늘어남은 길이 L 과 온도차 ΔT 에 비례한다
③강관은 α ≈ 1.2×10⁻⁵ /°C 이고, 동관은 이보다 크다
④예를 들어 L = 10 m, ΔT = 100 °C 이면 ΔL = 1.2×10⁻⁵ × 10000 × 100 = 12 mm 예요

신축 이음: 늘어남을 흡수하는 장치

고른 이음
루프형(신축 곡관)
흡수량 최대 · 응력 작음 · 옥외 고온 · 고압 · 설치 공간 큼
💡 네 가지 신축 이음 한눈에
①루프형(신축 곡관)은 흡수량이 가장 크고 응력이 작아 옥외 고온 · 고압 배관에 쓴다
②슬리브형은 미끄러지며 흡수해 직선 배관에 쓰고, 패킹 누설에 주의한다
③벨로즈형(패클리스)은 주름관이 늘고 줄어 마찰 · 누설이 적고 저압에 널리 쓴다
④스위블형은 엘보 2개 이상의 회전으로 흡수해 소규모 온수 · 증기 배관에 써요

배관 지지구의 종류

배관 지지구 분류

지지 방법에 따른 분류
🔧 지지구는 무게와 움직임을 함께 다룬다
①행거는 매달고, 서포트는 받친다(하중 지지)
②리스트레인트는 움직임을 제한한다(앵커 · 스토퍼 · 가이드)
③브레이스는 진동 · 충격을 흡수한다
④열팽창을 허용할 곳에는 롤러 · 스프링을, 고정할 곳에는 앵커를 써요

정리와 시험에서 묻는 것

열팽창량
ΔL = α L ΔT
선팽창 계수 × 길이 × 온도차
열응력(양 끝 고정)
σ = E α ΔT
고정하면 팽창이 응력으로 바뀜 · E 는 탄성 계수
🎯 시험에서 묻는 것
①ΔL = αLΔT, 강관 α ≈ 1.2×10⁻⁵ /°C(L 은 mm 로)
②양 끝을 고정하면 열응력 σ = E·α·ΔT 이고 길이와 상관없다
③신축 이음 흡수량은 루프형 > 슬리브형 > 스위블형 > 벨로즈형이다
④지지구는 행거(매달기) · 서포트(받치기) · 리스트레인트(제한) · 브레이스(방진)예요
⑤앵커는 완전히 고정하는 기준점, 가이드는 축 방향만 허용해요
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 길이 20 m 강관을 0 °C 에서 80 °C 로 데우면 팽창량은? (답: 1.2×10⁻⁵ × 20000 × 80 = 19.2 mm)
②[기출유형] 흡수량이 가장 큰 신축이음은? (답: 루프형)
③[기출유형] 관을 완전히 고정해 기준점이 되는 지지구는? (답: 앵커)
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