기술자료 - 익스팬션 조인트

93

Expansion Joint의 사용목적

Expansion Joint는 배관의 온도 변화에 따른 Pipe Line의 팽창과 수축, 펌프나 보일러에 의한 진동 및 풍압, 지진, 지반

침하로 인한 배관의 위치 이동과 파손, 과도한 응력을 흡수하여 사고를 미연에 방지하고 소음을 감소 시키기 위하여 설치한다.

1) 축 방향의 변위 흡수

2) 축 직각 방향의 변위 흡수

3) 축 방향 기준의 각도 변위 흡수

4) 진동 흡수

5) 지진이나 지반 침하 등으로 인한 변위 흡수

1. Expansion Joint의 적용 범위

1) 벨로우즈 (Bellows)

고급 재질의 스테인리스 박판을 파이프 형태로 제관한 후 액압 성형 또는 롤링 가공 등과 같은 방법으로 성형하여

그대로 사용하거나, 용접부의 잔류 응력과 성형 가공 응력 제거를 위한 고용화 열처리나 산처리 한 것을 사용하는

경우도 있다.

2) 단관 (End Pipe)

벨로우즈 양단에 배관과 연결 하기 위한 장치로 설치하며, 일반적으로 적용 배관의 재질과 규격을 같은 것으로

제작한다.

3) 콘트롤 링 (Control Ring)

벨로우즈 곡부에 설치하여 벨로우즈의 강도를 향상시키고 신축력이 벨로우즈의 각 부위에 균등하게 작용하도록

한다.

4) 내통 (Internal Sleeve)

벨로우즈 내측에 설치하여 벨로우즈와 유체의 접촉에 의한 압력손실과 벨로우즈의 부식, 침식, 마모 등을 방지

하는 작용을 한다

5) 플랜지 (Flange)

배관과의 연결을 위하여 다양한 규격으로 제작된다.

6) 타이-로드 (Tie-Rod)

배관의 신축을 안내하고 자중을 유지하기 위하여 플랜지 외측에 설치된 일종의 가이드이며 각도 변위에 대한

대응은 불가능 하므로 선정에 주의하여야 한다.

7) 셋-볼트 (Set-Bolts)

Expansion Joint의 출하 시 면간 거리를 확보하기 위하여 제조 단계에서 설치된 고정용 장치로써 제품의 설치

후에는 반드시 제거 하여야 한다.

2. Expansion Joint의 일반적인 구조

Expansion Joint의 일반구조

플랜지벨로우즈

콘트롤 링

단 관 내 통타이로드

JOINTS

94 기술자료 - 익스펜션 조인트

ExpansionJoint

Metal Bellows

Type

Expansion

Axial Type

Rectangual Type

Internal Pressure Type

Externally Pressure Type

Control Ring Type

Free Type

Universal Type

Flexible Joint Type (Long Type)

Swing Type

Hinge Type

Gimbal

Elbow Type (L- Type)

In Line Pressure Balance Type (S-Type)

Tie Rod Type Pump Connector

Flexible Joint (Short Type)

Diesel Engine Exn Gas Bellows

Metal Bellows Type

Rubber Bellows Type

Round Corner Type

Miter Corner Type

Camera Corner Type

Teflon Bellows

Teflon Linning Bellows

Lateral Type

Angular Type

Pressure Balanced Type

T- Type

VibrationAbsorb Type

Buried Type

H/EX Heavy Well Bellows

Vacuum Bellows, Valve Bellows, 기타 등등

Fabric Bellows Type

Rubber Bellows Type

Teflon Bellows Type

Composite Hose

Special Type

Expansion

Joint

Non Metallic

Expansion

Joint

Slip Joint

Ball Joint

Packing Seal Joint

Expansion Joint의 세부구분

Expansion Joint의 종류

Expansion Joint는 제조업체별로 매우 다양한 구조와 재질로 제작되어 있으나, 모두 배관의 변위에 대응 하도록 되어 있다.

오른 쪽의 표는 배관의 형태, 압력, 온도, 기기 특성에 따라 적용되는 익스팬션 조인트를 세분화 한 것이다. 표에서 보는 것과

같이 익스팬션 조인트는 배관에 영향을 미치는 다양

한 요소들, 예를 들어 배관을 통하여 압력과 온도를

가진 유체를수송할 때 주변 온도에 노출되는 파이프

라인, 덕트, 베셀 등의 열팽창이나 수축을 대비한

여유를 주지 않는다면 파이프나 덕트의 일정부위에

는 고응력이 발생할 것이고 이는 바로 시스템 전체

의 파손을 가져 오게 될 것이다. 이러한 장해를 방지

하기 위한 장치로 파이프 밴드, 익스팬션 루프

(Loop)등이 적용되어 왔으나 설치공간의 절약이나

다양한 방향의 변위에 대비하기 위한 방안 뿐 아니라

유지보수 및 열손실의 방지차원에서도 익스팬션

조인트는 효율적인 대안이라고 할 것이다.

2. 1 익스팬션 조인트의 형태별 분류

1) 단식 신축이음(Single Type)

가장 단순한 형태의 신축이음으로서 시스템에

있어 모든 방향의 변위를 흡수 할 수 있다.

2) 복식 신축이음(Double Type)

두 개의 벨로우즈를 파이프로 연결한 구조의

조인트로서 지지대에 의하여 배관의 견고한

부분에 설치되며, 각각의 벨로우즈가 단식 신축

관 이음의 역할을 하는 것으로 유니버셜형과

혼동해서는 안된다.

3) 유니버셜 신축이음(Universal Type)

두 개의 벨로우즈를 파이프로 연결한 신축이음

이나 지지대가 없이 연결되어 변위량의 흡수방

향이 3방향 (축, 축직각, 각회전)으로 다양하고

변위량이 큰 경우에도 적용이 가능하다.

4) 타이형 유니버셜 신축이음

(Tied-Universal Type)

유니버셜형 신축이음의 각각의 벨로우즈에 타

이로드를 부착하여 추력을 제어하는 신축이음

이다.

JOINTS

95기술자료 - 익스펜션 조인트

5) 스윙 신축이음(Swing Type)

그림과 같이 스윙 바는 핀에 의하여 신축이음의 양단에 설치되어 각 회전과 축 방향 운동을 조절하는 구조의

신축이음이다.

6) 힌지형 신축이음(Hinge Type)

한 개의 벨로우즈로 구성되고 신축이음의 양단에 부착된 플래이트가 한 쌍의 핀에 의하여 임의의 좌표 축을

기준으로 각 회전하는 구조로 되어 있어 몇 개를 조합할 경우 적절한 기능을 가지게 된다.

7) Gimbal 신축이음

Gimbal Ring에 두 쌍의 힌지를 사용하여 좌표축을 기준으로 각회전이 가능하도록 제작된 신축이음이다.

8) 압력평형 신축이음 (Pressure Balancing Type)

두 개의 벨로우즈를 T자형의 배관재에 연결하고 한쪽을 차단하여 축 방향 및 수직방향변위를 흡수할 수 있도록 한

신축이음으로서 주로 배관의 방향이 바뀌는 곳에 적용된다.

Single Expansion Joint

Double Expansion Joint

Universal Expansion Joint

Hinged Expansion Joint

Gimbal Expansion Joint

Pressure Balanced Expansion Joint

JOINTS

96 기술자료 - 익스펜션 조인트

신축관 이음의 선정 순서

1) 직선 배관의 양끝, 분기관, REDUCER 사용 부분, 밸브의 설치점, 곡관부등을 주 고정점으로 구분합니다.

2) 주고정점 간의 배관의 길이를 파악합니다.

3) 적용유체의 최고온도, 설치시의 대기온도, 최저 주위 온도 등의 온도 차에 의해 주고정점 구간별로 신축량

을 계산합니다.

4) 구간별 신축량을 신축관 이음의 허용 신축량으로 나누어 설치수량을 결정합니다.

5) 2개 이상의 신축관 이음을 설치해야 할 경우에는 복식을 선정한 후 단식을 선정합니다.

6) 신축관 이음이 축방향으로 원활한 신축작용을 할 수 있도록 중간 고정점 및 가이드를 결정합니다.

배관상의 예 및 기호설명

주고정점

중간 고정점

가이드

신축관 이음 (단식)

신축관 이음 (복식)

REDUCER

ℓ1: 제1가이드의 거리

ℓ2: 제2가이드의 거리

관의 신축령 (계산에 의한 방법)

ㆍ기본식

△ℓ: αX△tXLX10

ㆍ 최대신량계산식

△ℓ: αX (T-t1)XLX10

ㆍ 최대축량계산식

△ℓ: αX(t1-t2) XLX10

관의 신축은 적용유체의 온도에 따라 크게 변하며 설치시의 기온을 기준으로 최고사용온도 최저주변온도

등의 차이에 따라 팽창 또는 수축을 하게 됩니다.

△ℓ:

α :

△t :

L :

T :

t 1 :

t 2 :

관의 신축량(mm)

관의 팽창계수

강관 12.2 X 10 mm/m℃

동관 17.7 X 10 mm/m℃

스테인리스관 18.4 X 10 mm/m℃

온도차 (℃)

배관길이 (m)

최고사용온도 (℃)

설치시의 온도 (℃)

주변최저온도 (℃)

설치수량의 결정

N 설치수량 △ℓ: 관의팽창또는수축길이 δ:최대신축량

3

3

3

JOINTS

97기술자료 - 익스펜션 조인트

배관 신축량 (표1)

管의

길이

강

관

관의 팽창계수

ㆍ강관 α=12.2X10 mm/m℃

ㆍ동관 α=17.7X10 mm/m℃

ㆍ스테인리스 강관 α=18.4X10 mm/m℃

3

3

3

유체의 온도차 △t℃管의

종류

管의

길이

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220

1

5

10

15

20

25

30

35

40

0.122 0.244 0.366 0.488 0.61 0.732 0.854 0.976 1.1 1.22 1.34 1.46 1.59 1.71 1.83 1.95 2.07 2.2 2.32 2.44 2.56 2.68 1

5

10

15

20

25

30

35

40

0.61 1.22 1.83 2.44 3.05 3.66 4.27 4.88 5.49 6.1 6.71 7.32 7.93 8.54 9.15 9.76 10.4 11.0 11.6 12.2 12.8 13.4

1.22 2.44 3.66 4.88 6.1 7.32 8.54 9.76 11.0 12.2 13.4 14.6 15.9 17.1 18.3 19.5 20.7 22.0 23.2 24.4 25.6 26.8

1.83 3.66 5.49 7.32 9.15 11.0 12.8 14.6 16.5 18.3 20.1 22.0 23.8 25.6 27.5 29.3 31.1 32.9 34.8 36.6 38.4 40.3

2.44 4.86 7.32 9.76 12.2 14.6 17.1 19.5 22.0 24.4 26.8 29.3 31.7 34.2 36.6 39.0 41.5 43.9 46.4 48.8 51.2 56.7

3.05 6.1 9.15 12.2 15.3 18.3 21.4 24.4 27.5 30.5 33.6 39.7 42.7 45.8 48.8 51.9 54.9 58.0 61.0 61.0 64.1 67.1

3.66 7.32 11.0 14.6 19.3 22.0 25.6 29.3 32.9 36.6 40.3 43.9 47.6 51.2 54.9 58.6 62.2 65.9 73.2 76.9 80.569.5

4.27 8.54 12.8 17.1 21.4 25.6 29.9 34.2 38.4 42.7 47.0 51.2 55.5 59.8 64.1 68.3 72.6 81.1 85.4 89.7 93.981.1

4.88 9.76 14.6 19.5 24.4 29.3 34.2 39.0 43.9 48.8 53.7 58.6 63.4 68.3 73.2 78.1 83.0 92.7 102.5 107.497.692.7

동

관

1

5

10

15

20

25

30

35

40

0.177 0.354 0.531 0.708 0.885 1.06 1.24 1.42 1.59 1.77 1.95 2.12 2.30 2.48 2.66 2.83 3.01 3.19 3.36 3.54 3.72 3.89 1

5

10

15

20

25

30

35

40

0.885 1.77 2.66 3.54 4.43 5.31 6.2 7.1 7.97 8.85 9.74 10.6 11.5 12.4 13.3 14.2 15.1 15.9 16.8 17.7 18.6 19.5

1.77 3.54 5.31 7.1 8.85 10.6 12.4 15.9 17.7 19.5 21.2 23.0 24.8 17.1 28.3 30.1 31.9 33.6 35.4 37.2 38.0 38.9

2.66 5.31 7.97 10.6 13.3 15.9 18.6 21.2 23.9 26.6 29.2 31.9 34.5 26.6 39.8 42.5 45.1 47.8 50.5 53.1 55.8 58.4

3.54 7.1 10.6 14.2 17.7 21.2 24.8 28.3 31.9 35.4 38.9 42.5 46.0 37.2 53.1 56.6 50.2 63.7 67.3 70.8 74.3 77.9

4.43 8.85 13.3 17.7 22.1 26.6 31.0 35.4 39.8 44.3 48.7 53.1 57.5 49.6 66.4 70.8 75.2 79.7 84.1 88.5 92.9 97.4

5.31 10.6 15.9 21.2 26.6 31.9 37.2 42.5 47.8 53.1 58.4 63.7 69.0 62.0 79.7 85.0 90.3 95.6 106.2 111.5 116.8100.9

6.2 12.4 18.6 24.8 31.0 37.2 43.4 49.6 55.8 62.0 68.2 74.3 80.5 74.3 92.9 99.1 105.3 111.5 123.9 130.3 136.3117.7

7.1 14.2 21.2 28.3 35.4 42.5 49.6 56.6 63.7 70.8 77.9 85.0 92.0 99.0 106.2 113.3 120.4 134.5 148.7 155.8141.6127.4

스테인리스

강관

1

5

10

15

20

25

30

35

40

0.184 0.368 0.552 0.736 0.96 1.1 1.29 1.47 1.66 1.84 2.02. 2.21 2.39 2.58 2.76 2.94 3.13 3.31 3.5 3.68 3.86 4.05 1

5

10

15

20

25

30

35

40

0.92 1.84 2.76 3.68 4.6 5.52 6.44 7.36 8.28 9.2 10.1 11.0 12.0 12.9 13.8 14.7 15.6 16.6 17.5 18.4 19.3 20.2

1.84 3.68 5.52 7.36 9.2 11.0 12.9 14.7 16.6 18.4 20.2 22.1 23.9 25.8 27.6 29.4 31.3 33.1 35.0 36.8 38.6 40.5

2.76 5.52 8.28 11.0 13.8 16.6 19.3 22.1 24.8 27.6 30.4 33.1 35.9 38.6 41.4 44.2 46.9 49.7 52.4 55.2 58.0 60.7

3.68 7.36 11.0 14.7 18.4 22.1 25.8 29.4 33.1 36.8 40.5 44.2 47.8 51.5 55.2 58.9 62.6 66.2 69.6 73.6 77.3 81.0

4.6 9.2 13.8 18.4 23.0 27.6 32.2 36.8 41.4 46 50.6 55.2 59.8 64.4 69.0 74.6 78.2 82.8 87.4 92.0 96.6 101.2

5.52 11.0 16.6 22.1 17.6 33.1 38.6 44.2 49.7 55.2 60.7 66.2 71.8 77.3 82.8 88.3 93.8 99.4 110.4 115.4 121.4104.9

6.44 12.9 19.3 25.8 32.2 38.6 45.1 51.5 58.0 64.4 70.8 77.3 83.7 90.2 96.6 130.1 109.5 115.9 128.8 135.2 141.7122.4

7.36 14.7 22.1 29.4 36.8 44.2 51.5 58.9 66.0 73.6 81.0 88.3 95.7 103 110.4 117.8 125.1 139.8 154.6 161.9147.2132.5

JOINTS

98 기술자료 - 익스펜션 조인트

1. 관의 신축량을 구합니다.

관이 늘어나는 측의 온도 차를 구하여 관이 줄어드는 측의 온도 차를 구하면 관의 신축량(표1 참고)을 보면서

유체의 온도차가 110℃-20℃=90℃일 때와 관의 길이가 30m인 곳을 찾아 직각으로 연결하면 관이 늘어나는

정도는 32.9mm가 됩니다.

또한 유체의 온도차가 20℃-10℃=30℃일 때와 관의 길이가 30m인 곳을 찾아 직각으로 연결하면 관이 줄어드는

정도는 11.0mm가 됩니다.

2. 신축량이 구해지면 신축관 이음의 종류를 결정하고 설치 수량을 결정합니다.

벨로우즈형 신축관 이음의 선정예

예ㆍ관의 길이 (ℓ) = 30m ㆍ최고사용온도 (t1) =110℃

ㆍ최저기온 (t2) = -10℃ ㆍ부착 때의 주위온도 (t3) = 20'c 일 경우

단식 벨로우즈형 신축관 이음의 경우

관이 늘어나는 측 (δ=25mm)

관이 줄어드는 측 (δ=10mm)

이므로

n= δ

△ℓ1 X

32.9

25=1.32개

즉, 관이 늘어나는 쪽과 줄어드는 쪽 중 큰 쪽의 갯수를 적용하면 단식 벨로우즈형 신축관이음은 2개가 됩니다.

복식 벨로우즈형 신축관 이음의 경우

위에서 보는 것과 같이 신장측 1.32개, 축소측 1.1개가 결정되면, 따라서 관이 늘어나는 쪽과 줄어드는 쪽 중 큰

쪽의 갯수를 적용하고 복식의 경우 1개가 됩니다.

n= δ

△ℓ2 X

32.9

25=1.1개

주고정점 제1가이드 제2가이드 중간고정점 제1가이드 제2가이드 주고정점

15m 15m

제1가이드제2가이드 제2가이드 주고정점

15m 15m

주고정점 제1가이드

중간고정점

JOINTS

99기술자료 - 익스펜션 조인트

배관 고정점의 설치

주 고정점 (Main Anchor)의 설치

설치위치

·직선 배관 구간의 양 끝단에 설치

·분기관에 설치

·Reducer 및 Valve 설치점에 설치

1. 직선 배관에서 주 고정점에 걸리는 하중

Fm = (Ae X P)+ (K X δ)

Fm = Fp+ Fs

Fp = Ae X p

Fs = K X δ

2. 구부러진 배관의 주 고정점에 걸리는 하중

Fc=2Aρv

δsin θ

비중이 큰 유체 및 유속이 빠른 유체는 원심력으로부터

생기는 하중을 가산하여 주십시오.

2

X2

Fb= 2Fmㆍsinθ2

+ Fc

Fm:

Fp :

F s :

Ae :

P :

K :

δ :

Fb :

F c :

θ :

A :

ρ :

v :

g :

지관부 주 고정점의 하중

내압에 의한 주력

신축관 이음의 압축 하중

Bellows의 유효 면적

유체의 압력

Bellows의 스프링 정수

신축량

곡관부 주 고정점에 가해지는 하중

유체의 원심력에 의한 하중

곡관부의 각도

관의 단면적

유체의 밀도

유체의 속도

중력 가속도

(kgf)

(kgf)

(kgf)

(㎠)

(kgf/㎠)

(kgf/㎜)

(㎜)

(kgf)

(kgf)

(㎠)

(kgf/㎠)

(㎠/sec)

(㎠/sec)

주고정점주고정점

중간 고정점 (Intermediate Anchor)의 설치

·주 고정점 사이에 2개 이상의 신축관 이음이 있을 때 사이의 중간지점에 설치

·복식 신축관 이음의 고정대 부분

F1 = Fs = K X δ

설치위치

중간고정점

Fi: 중간 고정점에 가해지는 하중

Fs: 신축관 이음의 압축하중

K: Bellows의 스프링 정수

δ: 신축량

(kgf)

(kgf)

(㎝/㎜)

(㎜)

JOINTS

100 기술자료 - 익스펜션 조인트

KS B 1536 벨로우즈형 신축관 이음의 파이프 가이드의 간격

호칭지름 구분

제1가이드: ℓ1

제2가이드: ℓ2

~40

0.15

2.5

50

0.2

3.0

65

0.25

4.0

80

0.3

5.0

100

0.4

6.0

125

0.5

8.0

150

0.6

10

200

0.8

12

250

1.0

14

Expansion Joint의 guide 설치간격

규격10K 동관용 (m) 10K 강관용 (m)

20A

25 A

32 A

40 A

50 A

65 A

80 A

100 A

125 A

150 A

200 A

250 A

300 A

350 A

400 A

450 A

500 A

G1 G3

0.09

0.11

0.14

0.17

0.22

0.27

0.32

0.42

0.52

0.62

0.31

0.40

0.49

0.58

0.76

0.93

1.11

1.47

1.82

2.18

G2

0.31

0.40

0.49

0.58

0.76

0.93

1.11

1.47

1.82

2.18

G1 G3

0.14

0.17

0.19

0.24

0.31

0.36

0.46

0.56

0.66

0.87

1.07

27

42

63

83

2.03

3.7

4.5

5.0

5.5

6.0

6.6

8.6

10.7

11.6

14.8

18.7

20.0

21.0

23.0

25.0

27.0

G2

0.48

0.60

0.68

0.85

1.07

1.25

1.60

1.96

2.31

3.03

3.74

4.46

4.98

5.69

6.40

7.11

JOINTS

101기술자료 - 익스펜션 조인트

주고정점 제1가이드 제1가이드

설치시 주의사항

벨로우즈형 신축관 이음의 성능을 충분히 발휘하기 위해서는 다음 사항에 유의하여 설치하여 주십시요

1. 직선배관의 양쪽 끝 및 배관이 구부러진 부분에는 배관을 고정하여 주십시요.

2. 직선 배관의 길이가 길 때에는 익스팬션 조인트를 여러 개로 연속하여 설치할 때가 있습니다. 이 때에는 각각의

벨로우즈형 신축관 이음의 중간에 중간 고정을 하여야 합니다.

중간고정점

( )

( )

3. 주 고정점 및 중간 고정을 하는 지점에는 부하된 힘을 충분히 견디는 강도가 필요합니다. 복식 벨로우즈형 신축관

이음에도 중간 고정 점과 같은 하중이 가해지므로 고정대는 반드시 고정하여 주십시오.

중간고정점

4. 확대관 (레듀서)의 사용으로 배관의 크기가 변할 때는 주 고정점을 설치하셔야 합니다.

5. 단식 벨로우즈형 신축관 이음은 될 수 있는 한 고정점 가까이에 설치하여 주십시요.

6. 벨로우즈형 신축관 이음에 적합된 배관 기타 중량이 직접 벨로우즈형 신축관 이음에 걸리지 않도록 하여 주십시요.

또한 되돌아오는 힘이 작용하지 않도록 주의하여 주십시오.

복식 벨로우즈형 신축관 이음은 고정점과 고정점 중간에 설치하여 주십시요.

7. 고정용 너트 및 볼트는 설치 후 제거하여 주십시요.

8. 벨로우즈형 신축관 이음의 신축작동 부분에는 보온 재료를 시공하지 말아 주십시요.

JOINTS