鋼管のエキスパンションループ

概要

伸縮ループは、温度変化による熱膨張を吸収する配管システム用の予製ベンドです。鋼管が加熱されると、直線的に膨張します。緩和機構がないと、この膨張はアンカー、継手、接続部に破壊的な応力を生じさせます。

標準的な伸縮ループの構成は、U字ベンド、Z字ベンド、L字ベンドの3つで、すべて標準パイプとエルボから作られています。U字ベンドが最も一般的で、通常、2つの固定アンカーポイントの中間に配置されます。ループの寸法は、パイプ直径、総直線膨張、および許容応力制限によって決まります。

主要な公式

直線熱膨張

$\Delta l = \alpha \cdot \Delta T \cdot L$

U字ベンドループ幅

$w = 0.015 \cdot \sqrt{\Delta l \cdot D}$

U字ベンドループの全体的なオフセットは$2w$で、総ループ長は$5w$です。

Z字ベンドオフセット

$w = 0.063 \cdot \sqrt{\Delta l \cdot D}$

L字ベンド短脚長

$S_{\min} = 6.225 \cdot \sqrt{\frac{\Delta l}{25.4} \cdot \frac{D}{25.4}} \cdot 0.305$

上記の式では、$\Delta l$と$D$はミリメートルで入力され、結果はメートルで表示されます。

変数

U字ベンド膨張容量参考

以下の表は、さまざまなループ幅での一般的なパイプサイズの概略膨張容量（mm）を示しています。

計算機

熱膨張計算機

U-曲げループ寸法

Z-曲げ膨張補償装置

L-曲げ膨張補償装置

作業例: 50 mm蒸気パイプ

50 mmの鋼管、30 m長のものは、0 °Cから180 °Cに加熱されます（10 bar蒸気サービスに典型的）。鋼の膨張係数は $12 \times 10^{-6}$ m/(m·K) です。

1. 線膨張: $\Delta l = 12 \times 10^{-6} \times 180 \times 30 \times 1000 = 64.8 \text{ mm}$

2. U字曲げループ幅: $w = 0.015 \times \sqrt{64.8 \times 50} = 0.015 \times 56.92 = 0.85 \text{ m}$

3. 全体ループ寸法:

   • オフセット ($2w$): 1.71 m
   • 長さ ($5w$): 4.27 m

インタラクティブ膨張ループ容量チャート

元の図は水平軸にループ幅をプロットし、垂直軸に膨張容量をプロットし、そして各公称パイプサイズごとに1つの曲線を描きます。ソースの空白セルはゼロとしてプロットされる代わりにギャップとして残されます。

ソース容量ダイアグラムは、抽出された表データを使用して、上記のインタラクティブなローカルチャートとして再描画されています。

エンジニアリングノート

• アンカー間隔 が膨張量を決定します。膨張ループは、動きを均等に分割するために、アンカーの中間付近に配置してください。
• ループの向き は、膨張方向への自由な移動を可能にする必要があります。重量による沈みを防ぐためにループ脚を支持しますが、横方向の移動は許容してください。
• 標準エルボ（90°または45°）がループの製造に使用されます。特別な継手は必要ありません。
• Zベンド は横方向のオフセットがある配管に適しています。同じ膨張量に対して、必要なオフセットはUベンド幅のおよそ2倍です。
• Lベンド はUベンドより効率が低く、同じ膨張量を吸収するにはより長い走行距離が必要です。
• 参照表の値は概算です。重要な用途（高圧、高温、大口径）では、ASME B31.1またはB31.3に従った詳細な応力解析を実施してください。
• 代表的な鋼材の膨張係数：炭素鋼 ≈ 12 × 10⁻⁶ m/(m·K)、ステンレス鋼 ≈ 17 × 10⁻⁶ m/(m·K)。ステンレス鋼を使用する場合、同じ温度変化に対してより大きなループが必要になります。

参考文献

• Steel Pipe Expansion Loops — Engineering ToolBox