ライザー配管内の熱の動きに対応するために溝付きカップリングを使用する 3 つの方法

May 13, 2023

学習目標

温度変化にさらされると、配管は直線膨張または直線収縮を起こします。 建物のライザー配管内でのこの熱の動きに効果的に対応するための鍵は、配管の動きを予測可能かつ制御できるようにすることです。

このタイプの動きに対応する方法は他にもあります。 ただし、溝付き配管コンポーネントには、この配管の熱の動きに対応するための 3 つの異なる方法が用意されているため、システム設計者は特定の用途ごとに最適な方法を選択できます。

ライザー配管用の溝付き

設計を考慮して設置すると、溝付きメカニカルカップリングは配管の熱の動きに対応できます。 これは、この追加の利点を実現するには、システム設計者が溝付きパイプ接合システムを指定するときにこの重要な特性を認識する必要があることを意味します。 溝付きメカニカルカップリングは、リジッド設計とフレキシブル設計で利用できます。

フレキシブル パイプ カップリングでは、カップリング キーの寸法がパイプの溝よりも狭く、カップリング キーがパイプの溝内で移動できる余地が得られます。 さらに、フレキシブルパイプカップリングハウジングの幅により、パイプ端の分離が可能になり、制御された直線運動と角運動のための余地が残ります。 フレキシブル パイプ カップリングは自己拘束ジョイントを維持し、圧力応答性ガスケット設計により、配管システムが動いている間でも確実なシールを実現します。

建物の立上り管内の配管の熱の動き (膨張と収縮) に対応するために溝付きの機械的カップリングを採用するには、次の 3 つの標準的な方法があります。

方法 1: フレキシブル パイプ カップリングの角度偏向機能を使用して、ライザー上部の動きに対応します。

方法 2: フレキシブル パイプ カップリングの直線運動機能を利用して、各ジョイントの動きに対応します。

方法 3: 直線移動機能を使用して、溝付きインライン拡張補償器の移動に対応します。

特定の方法論の選択は、プロジェクトのパラメータおよび設計者の好みによって異なります。

方法 1: フリーフローティング

溝付きカップリングを使用してライザーの熱膨張または熱収縮に対応する最初の方法は、ベースアンカーとガイドを使用して動きをライザーの上部に向けるフリーフローティングシステムを構築することです。 図 2 に示すように、ライザー配管セクションを結合する溝付きパイプ カップリングは剛性ですが、最初の水平パイプの上部にあるパイプ カップリングは柔軟です。この剛性と柔軟性のカップリング配置は、フレキシブル パイプ カップリングの角度偏向機能を利用しています。ライザーの上部にあります。 必要な水平パイプ長を計算するには、必要な設計要素を考慮して、予想される熱移動量をカップリングの中心線からのたわみ能力で割ります。

ライザーの上部にあるフレキシブルな溝付きカップリングに加えて、ライザーの伸縮に伴う分岐接続のたわみを許容するために、分岐配管にもフレキシブル カップリングを使用する必要があります。 垂直方向の変位を吸収するには、各分岐ラインに少なくとも 2 つの柔軟な溝付きパイプ カップリングが必要です。 分岐接続部のフレキシブル パイプ カップリング間のパイプの長さは、カップリングの最大角度たわみを決して超えず、ライザーの予想される動きに対応できるように、十分に長くする必要があります。 この方法では、１階から最上階に向けて分岐配管の移動量が増加する。

例: 6 インチのライザーで構成される 200 フィートのライザー。 炭素鋼パイプ (膨張値: 100°F ΔT あたり 100 フィートあたり 0.75 インチ)。 ライザーは最低温度でもある 60°F で設置され、最大動作温度は 180°F です。

パイプ 1 フィートあたり 0.172 インチ ロール溝付きパイプの中心線からのカップリングのたわみ (設計削減係数を含む)

120°F ΔT に基づく 1.8 インチのパイプの熱移動

10.5 フィート ライザー上部の水平パイプの最小長。

方法 2: 各フレキシブルな溝付きカップリングで調整される動き

ライザー内の熱移動に対応するために溝付きの機械的カップリングを使用する 2 番目の方法は、すべてのフレキシブル パイプ カップリングを使用してライザーの配管セクションを結合することです。 柔軟な溝付きカップリングの直線運動機能を利用して、各カップリング内での伸縮が可能になります。

設置中、パイプ端のギャップは、予想されるライザーの動きに対応するために、動きの要件に比例して溝付きカップリング内に設定する必要があります (拡張の場合のみ完全にギャップがあり、収縮の場合のみ完全に突き合わされます)。 ライザーは上部と下部で固定され、パイプはジョイントでのたわみ（ラインの「蛇行」）を防ぎ、溝付きのフレキシブルパイプカップリングに動きを導くようにガイドされる必要があります。

予想される伸縮に対応するために必要なフレキシブル パイプ カップリングの数を計算するには、予想される配管の長さの変化を、取り付けられるカップリングの種類とサイズの直線移動能力 (設計要素を含む) で割ります。

この方法では、ガイド要件は増加しますが、フリーフローティング方法と比較して枝の動きは最小限に抑えられます。

例: 6 インチのライザーで構成される 200 フィートのライザー。 炭素鋼パイプ。 ライザーは最低温度である 60°F で設置され、最大動作温度は 180°F です。

0.097 インチのロール溝付きパイプ上のカップリング直線運動能力 (減速係数を含む)

120°F ΔT に基づく 1.8 インチのパイプの熱移動

19 カップリングの必要数。

この例では、各フロアの分岐接続に溝付きレデューシング ティーを使用することで、必要な数のフレキシブル カップリングが提供されます。 計算された必要なカップリングの数が、ライザー配管の設置に必要なカップリングの数よりも多い場合は、追加のフレキシブル カップリングをライザーに沿って均等な間隔で配置する必要があります。

方法 3: 溝付きメカニカルカップリングで作られた膨張補償器

溝付きカップリングを使用して熱膨張と熱収縮に対応する 3 番目の方法は、柔軟な機械式カップリングで構成される溝付きインライン膨張補償器を使用することです。 この方法では、溝付き膨張補償器に向けて移動するライザー パイプ ジョイント上のすべての剛性カップリングの使用が必要になります。

溝付き伸縮継手、つまりコンペンセータは、最大数インチの軸方向の動きに対応します。 これらは、一連のフレキシブル パイプ カップリングと、装置内のカップリングの数に応じて、さまざまな動作要件に対応するための特別な溝付きパイプ ニップルで構成されています。 溝付き膨張補償器は、完全に膨張した状態、完全に圧縮された状態、または設置温度とシステム温度の極値に比例した位置など、予想される動きに対応できるように、設計者の要件に合わせてサイズを設定し、事前に設定する必要があります。

溝付き膨張補償器が適切に動作するには、ライザーが適切に固定され、ガイドされている必要があります。 溝付き拡張補償器は、対向するアンカーの間に取り付けられ、装置内への動きを指示し、圧力推力によるシステムの加圧時にジョイントが最大拡張長さまで開くのを防ぎます。

ユニットのたわみを防ぐために、パイプは溝付き膨張補償器の両側でガイドする必要があります。 たわみにより利用可能な軸方向の動きが減少し、使用するデバイスの種類によっては損傷を引き起こす可能性があります。 システムの条件が許せば、ユニットをアンカーに隣接して配置することで、膨張補償器の片側のガイドを排除できます。

ライザーの高さ、配管の熱移動量、分岐ラインの許容可能なたわみに基づいて、ライザーには複数の膨張補償装置が必要になる場合があります。 この場合、ライザーの底部と最上部の膨張補償器の上にメインアンカーが必要になります。 中間アンカーの使用は、使用されるライザーの支持方法に基づいて決定されます。

溝付き膨張補償器はメンテナンスを必要としません。 これらは通常、ライザーパイプ自体と同じパイプ材料と壁厚で作られています。 これにより、より信頼性が高く耐久性のある伸縮継手となり、他の伸縮継手設計で必要となる長期にわたる検査やメンテナンスの問題が回避されます。

例: 6 インチのライザーで構成される 200 フィートのライザー。 炭素鋼パイプ。 ライザーは最低温度である 60°F で設置され、最大動作温度は 180°F です。

120°F ΔT に基づく 1.8 インチのパイプの熱移動

3 インチの溝付き膨張補償器により最大直線運動に対応

1 必要な膨張補償器の数。

選択した方法に関係なく、建物のライザー配管用の溝付き機械的カップリングの仕様には、いくつかの追加の利点があります。

伝統的に、パイプの接合と熱の動きへの対応には別の方法が必要であるとされていますが、これは事実ではありません。 溝付きの機械的カップリングは、パイプに接続し、カップリングの設計能力の範囲内で熱の動きに対応します。

また、溝付きカップリングは他の接合方法よりも取り付けがはるかに速いため、迅速なプロジェクトを時間通りに、または予定より早く完了するのに役立ちます。 標準の溝付きカップリングは溶接継手よりも最大 5 倍速く取り付けることができますが、「すぐに取り付けられる」カップリングはその時間を 2 倍節約できます。

溝付きの機械的カップリングにより、スペースを消費する溶接拡張ループが不要になりますが、ライザー シャフトの狭い範囲内では一般に現実的ではありません。 溝付きの機械的カップリングにより、システム全体の応力が低くなり、より小さなスペースで配管の移動に対応できるようになります。

肝心なのは、エンジニアは建物のライザー配管内の熱の動きに対応するための信頼できる方法を必要としているということです。 世界中の建築サービス配管システムにおける溝付き配管の長期使用の成功は、これらの用途におけるこの方法の実行可能性を裏付けています。 エンジニアや建物所有者は、熱による膨張と収縮に対応するだけでなく、パイプを接続する効率的かつ安全な方法として、溝付き機械配管を自信を持って指定できます。

Dave Hudson は、機械式パイプ接合および防火システムのメーカーである Victaulic のシニア エンジニアです。 ハドソンは 34 年以上の経験を持つ現役の機械エンジニアです。

このコンテンツで言及されているトピックに関する経験と専門知識がありますか? CFE Media 編集チームに貢献し、あなたとあなたの会社にふさわしい評価を得ることを検討してください。 このプロセスを開始するには、ここをクリックしてください。