Expansion joint 및 Tie rod

금번은 신축이음(Expansion joint)의 일반적인 내용을 review하고 특히 Tie rod에 대해 세부적으로 알아보고자 한다.

 

 

 

Expansion joint 및 Tie rod 

신축이음(Expansion joint)을 포함한 열팽창 및 수축을 위한 배관 시스템 설계에 대한 세부 내용은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/992

배관의 열 팽창 및 수축

 

신축이음(Expansion Joint) 용도 

 

Expansion joint는 배관의 온도 변화에 따른 배관라인의 팽창과 수축, 펌프나 보일러에 의한 진동 및 풍압, 지진, 지반침하로 인한 배관의 위치 이동과 파손, 과도한 응력을 흡수하여 사고를 미연에 방지하고 소음을 감소 시키기 위하여 설치한다.

​- 축 방향의 변위 흡수

- 축 직각 방향의 변위 흡수

- 축 방향 기준의 각도 변위 흡수

- 진동 흡수

- 지진이나 지반침하 등으로 인한 변위 흡수

 

 

신축이음(Expansion Joint) 용도 

 

Source : https://www.macoga.com/en/metal-expansion-joints

 * Source : https://www.macoga.com/en/metal-expansion-joints

<그림 1> Metal Expansion Joints main parts and accessories

 

 

- 벨로우즈 (Bellows)

고급 재질의 스테인레스 박판을 파이프 형태로 제작한 후 액압 성형 또는 롤링 가공 등의 방법으로 성형하여 사용하거나, 용접부의 잔류 응력과 가공응력 제거를 위한 고용화 열처리나 산처리 한 것을 사용한다.

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- 단관 (End Pipe)

벨로우즈 양단에 배관과 연결하기 위한 장치로 일반적으로 적용배관과 같은 재질과 규격으로 제작한다.

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- 내통 (Internal Sleeve)

벨로우즈 내측에 설치하여 벨로우즈와 유체의 접촉에 의한 압력손실과 벨로우즈의 부식, 침식, 마모 등을 방지하는 작용을 한다.

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- 플랜지 (Flange)

배관과 연결을 위해 다양한 규격으로 제작되며, 플랜지가 없는 용접식도 있다.

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- 타이로드 (Tie - Rod)

배관의 신축을 안내하고 자중을 유지하기 위하여 플랜지 외측에 설치된 일종의 가이드이며 각도 변위에 대한 대응은 불가능하므로 목적에 맞는 제품의 선정이 중요하다.

 

 

신축이음(Expansion Joint) 움직임

Expansion joint를 통해 흡수할 수 있는 다음 그림과 같은 세 가지 기본 움직임이 있다.

- 축 운동(Axial movement)
종축에 평행한 방향으로 벨로우즈의 자유 길이에서 치수 길이의 변화로서 늘어나고 줄어드는(extension or compression) 것을 의미한다.

- 각운동(Angular movement)

벨로우즈의 세로축이 중심선을 따라 익스팬션 조인트의 회전 또는 굽힘 지점을 향해 회전 변위하는 것을 의미한다.

- 측면 이동(Lateral movement)

벨로우즈의 한 쪽 끝이 종축에 수직인 방향으로 다른 쪽 끝에 대한 상대적 변위를 의미한다.

 

<그림 2> expansion joint movements

 

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Prinzipskizze_kp.jpg#/media/File:Prinzipskizze_kp.jpg

File:Prinzipskizze kp.jpg - Wikimedia Commons

 

 

타이 로드(Tie rod)의 종류

타이 로드(Tie rod)는 일반적으로 막대(rods or bars) 형태의 장치로, Expansion joint assembly에 부착되는 것은 동일하나, 그 기능에 따라 다음과 같이 3가지로 구분되며 설계시 주의하여야 한다. 

 

- 타이 로드(Tie rod)
주요 기능은 정상 작동 중에 전체 벨로우즈 압력 추력(pressure thrust)을 지속적으로 억제하면서 측면 편향(lateral deflection)만 허용하는 것이다. 각회전(angular rotation)은 두 개의 타이 로드를 사용하고 회전 방향과 반대 방향으로 90° 위치한 경우에만 수용할 수 있다.

 

<그림 3> Tie Rod

- 콘트롤 로드(Control rod)
범용 익스팬션 조인트의 두 벨로우 사이에서 움직임을 분배하는 것이 기본 기능으로, 타이 로드와는 달리 벨로우즈 압력 추력을 억제하는 기능은 없는 바 설계시 주의하여야 한다.

 

<그림 4> Control Rod(Rubber type)

 

- 리미트 로드(Limit rod)
기본 기능은 정상 작동 중 벨로우즈 움직임 범위(axial, lateral and angular)를 제한하는 것이다. 주 앵커 고장 시, 앵커 고장에 의해 발생하는 전체 압력 하중 및 동적 힘을 억제하면서 벨로우즈의 과신장 또는 과압축을 방지하도록 설계되었다.

 

<그림 5> Limit Rod(Metal & rubber type)

 

Reference : PENFLEX.COM, ENGINEERING BULLETIN #153 An Overview of Common Expansion  Joint Accessories