Air Conditioning Piping Facility 5.

Air Conditioning Piping Facility

5.1.3 Pipe support design
(1)
Gist of support design
Piping needs a support that can withstand the weight, expansion, and
contraction of the piping, and vibration, etc. The method and position of the
support must be determined according to the purposes of the support, such as
to bear the weight of the piping, secure the piping, withstand vibration, as well
as to protect the piping from vibration and earthquakes.
The conditions necessary for a support of piping are as follows:
1)
Must sufficiently withstand the total weight of the pipe, fluid in the pipe,
accessories of the pipe, and heat insulating sheath.
2)
Must cope with expansion, contraction, and stress of the pipe resulting from
temperature change.
3)
Must withstand vibration of the fluid in the pipe and external vibration.
4)
Must not convey the influences of the noise and vibration of the pipe to
outside.
2

5)
The interval between supports must be appropriate when the pipe
hangs down.
6)
Abnormal force generated from the pressure or stress of the pipe must
not adversely affect equipment and buildings.
7)
The structure must allow easy adjustment of inclination when the pipe is
installed.
8)
Must sufficiently endure the influences of wind and snow if the support
is installed outdoors.
3


(2)
Stress due to expansion of pipe
a.
Linear expansion coefficient
The temperature of a pipe changes with its temperature. The pipe expands or
contracts in almost direct proportion to its length and temperature difference. The
ratio of the length by which the pipe expands as the temperature rises 1
C to the
original length is called a linear expansion coefficient and is expressed as follows:
d
1
L
a
= •••••
5
•
1
L
dt
0
where,
:
a
Coefficient of thermal expansion (K
)
-1
L
:
Length at 0
C (m)
0
:
L
Length at t (
C) (m)
t:
Temperature
( )
Table 5-4 shows the linear expansion coefficients of representative pipe materials
at a given temperature.
4




How much the pipe is expanded by a
temperature difference can be calculated as
follows:
Table 5-4 Linear expansion coefficient in temperature range of
each material
L
=
a
(t1-t2)
L
••••
5
•
2
)
Moderate range(
Material
where,
L
:
Expansion of pipe due to
(m)
temperature
Aluminum
Brass
a
:
Linear expansion rate of
Bronze
material (K
)
-1
Iron
t1:
Maximum working temperature (
C)
Cast Iron
t2:
Minimum atmospheric temperature
Malleable cast iron
(m)
Niresist
L
:
Length of pipe (m)
Duralumin
Monel Metal
Pure nickel
Actually, a margin of about 20% is taken into
Carbon Steel
account.
Cr-Mo Steel
Stainless
(
12Cr)
Stainless(18-8)
Inver S6Ni
5

b.
Stress by expansion
A pipe only expands if both its ends are free even if the temperature rises.
If both the ends of the pipe are fixed, however, a compressive stress is
generated inside the pipe wall. If this stress substantially increases, the
pipe may be damaged. Therefore, a device that absorbs expansion and
contraction due to temperature change is necessary for a long pipe.
The stress generated inside a pipe when the temperature of the pipe rises
while both its ends are fixed can be calculated by this expression:
s
a
•
= E
(t1-t2) ••••
5
3
where,
:
s
Stress generated inside the pipe (Pa)
E:
Young’s modulus of pipe material (Pa)
If the distance between points at which the pipe is fixed is extremely long,
however, the pipe buckles due to its compressive force.
6


(3)
Stress at fixing points
a.
Fixing points of closed pipeline
The static load of a closed pipe system shown in Figure 5-3 can be
calculated by expression (5-4) if points “c to d” are correctly
supported.
Fc = (Gp)cd+
(Gw)cd ••••
•
5
4
where,
Fc
:
Load on point C (N)
(Gp)cd
:
Weight of pipe between points “c” to d” and
its accessories
:
(Gw)cd
Weight of water in pipe between
points “c to d” (N)
Similarly
=(
)
a
F
Gp
d
Figure 5-3 Fixed points of closed pipeline
B1
=(
)
c ••••
•
F
Gp
b
5
5
B2
+F
=
(
)a
+(
w)
a
c
F
Gp
b
G
d
b
A1
A2
However, B1 and B2 can be supported by considering the pipe as a rigid body
and distribution of the load, as follows:
(F
+F
)+(F
+F
)=
(Gp)
a
c+
(Gw)
a
c
d
b
d
b
A1
A2
B1
B2
7

b
. Fixing points of expansion joint
On the straight piping section fixing point of an expansion joint, three axial
thrusts, as well as the above static load, work: the counterforce of the
resistance of the fluid flowing through the pipe, F
, force needed to compress
R
the expansion joint, F
, and force that is generated by the internal pressure P of
K
the joint, F
. Of these, F
is negligibly small. Therefore, force that works on the
P
R
straight piping section fixing point and is added while the joint is being used,
Fm (N), can be expressed as follows:
F
=
F
+
F
m
P
K
F
=
•
A
e
P
•••••
5
7
P
F
=
K
d
K
where,
:
A
e
Effective area of expansion joint (m
)
2
:
P
Fluid pressure inside expansion joint (Pa = N/ m
)
2
K:
Spring constant of expansion joint (N/m)
:
d
Expansion of expansion joint (m)
Above F
is an axial thrust that works while the expansion joint is being used. A
m
counterforce works on the fixing point even when a hydraulic pressure test of
the pipe is conducted before the pipe and joint are used. Assuming force F at
that time is m’, the pipe does not expand in expression 5-7, which means s
0.
So force F
can be calculated by Expression 5-8.
8
m’


F
´
=
A
e
P´ ••••••••5•8
m
where,
P´:
Hydraulic test pressure
(Pa)
It is therefore necessary to take into consideration above F
or F
, whichever
m
m’
greater, in calculating an axial thrust at a straight piping section fixing point of
an expansion joint.
When mounting an expansion joint, it is necessary to have a clamper (guide) for
the stress from expansion of the pipe to correctly work on the center axis of the
expansion joint. Without a clamper, the pipe would buckle and the expansion
jack would not work correctly. The minimum buckling load of a pipe is
calculated by expression 5-9 of Euler buckling.
p
I
n E
2
W = ••••••• 5•9
L
where,
W
:
Buckling load of pipe (N)
n
:
Coefficient depending on conditions of ends
E
:
Young’s modulus of pipe (verticality coefficient) (Pa)
I
:
Secondary moment of cross section of pipe (m
)
4
9
L
:
Mounting interval of clampers (m)


The maximum interval of clampers, which prevents the pipe from
buckling, can be calculated by expression 5-10, where “n” is assumed to
be 1 when both the ends of a general, horizontally placed pipe are fixed.
p
I
E
2
L
max = •••••••5•10
F
B
where,
max:
L
Maximum interval of clampers (m)
FB:
Compressive force applied to the pipe (N)
-
p)+
K
FB=Fm-PAp=P(A
e
A
d
E,
I
, Fm, P, Ap , Ae , s, and K are the same as those in expressions
5-7 and 5-9.
10

(4)
Selecting expansion joint
a.
Types of expansion joints
When a pipe expands or contracts as temperature changes, it is
necessary to lower the stress applied to the pipe wall by controlling the
expansion or contraction to some extent. For this purpose, any of the
following joints is used:
1)
Expansion joint
2)
Bend joint
3)
Displacement absorbing joint
Which of these joints should be used depends on the degree of
expansion or contraction, pressure, and strength.
b.
Expansion joint
An expansion joint absorbs axial displacement of a pipe and comes in two
types: bellows type and sleeve type.
Bellows type expansion joints may be of single type or dual type and
defined by JIS B 23 52.
11

c.
Bend joint
This is to absorb expansion and contraction by bending a pipe in the
middle and thereby using the flexibility of the pipe. Because a pipe
itself is used, the structure of a bend joint is simple. In addition, the
bend joint is durable and can be used at high temperature and high
pressure. However, it requires a wide mounting area. A bend joint is
mainly used for outdoor piping at factories.
Bend joint has many types as shown in Figure 5-4. Usually, a pipe is
bent at a radius four to five times that of the pipe diameter.
Even when a bent joint is not used, almost the same effect can be
obtained by using a few elbows to bend a pipe as show in Figure 5-5.
To branch a thin pipe from a thick, main pipe, the branch pipe should
be bent at several places instead of at right angles as a straight pipe.
12


U Bend
Bend fitting Circular bend
Two-eccentricity U bend
Figure5-4
Top view
Front view
13
Figure 5-5 Flexible piping

d.
Displacement absorbing joint
A displacement absorbing joint is a joint that absorbs displacement
mainly at right angles to the axis of a pipe. It is used to absorb at
connection with equipment or entrance to a building the relative
displacement such as vibration and earthquakes.
A displacement absorbing joint is usually called a deflective joint or
flexible joint.
14


(5)
Piping supporting device
a.
Types and features of piping supporting devices
Piping supporting devices vary in shape and structure depending on the
purpose and conditions of use. Table 5-5 classifies them by the function
and usage. Figure 5-6 shows some examples of types of piping
supporting devices.
Table 5-5 Classification of piping supporting devices
15


Figure 5-8 Examples of types of piping supporting
devices
16

b.
Hanger
Hangers are broadly classified into rigid hanger, spring hanger, and constant
hanger, as shown in Table 5-5. To support the deadweight of an air
conditioning piping, rigid hangers or supports are mainly used.
To support the deadweight of piping, not only the weight of the pipe and its
accessories but also the weight of fluid and coating should be considered.
Actually, the interval of supporting devices is defined by and follows Standard
Specification, etc. When pipes of different types and diameters are installed in
parallel, they are often jointly hoisted and therefore they must be supported
at uniform interval to avoid irregularity. Table 5-6 shows supporting intervals
defined by the Society of Heating Air-Co

Kết quả (Việt) 2:

Điều hòa nhiệt độ đường ống Cơ sở 5.1.3 hỗ trợ thiết kế ống (1) Gist của thiết kế hỗ trợ cho đường ống cần một sự hỗ trợ có thể chịu được trọng lượng, mở rộng, và co lại của các đường ống, và rung động, vv Các phương pháp và vị trí của các hỗ trợ phải được xác định theo mục đích của sự hỗ trợ, chẳng hạn như để chịu trọng lượng của các đường ống, đảm bảo các đường ống, chịu được rung động, cũng. như để bảo vệ các đường ống từ sự rung động và động đất Các điều kiện cần thiết cho một sự hỗ trợ của đường ống như sau: 1 ) Phải đủ chịu được tổng trọng lượng của ống, chất lỏng trong đường ống, phụ kiện đường ống, và vỏ bọc cách điện nhiệt. 2) Phải đối phó với sự mở rộng, co thắt, và căng thẳng của các đường ống dẫn từ sự thay đổi nhiệt độ. 3) Phải chịu được rung động của chất lỏng trong ống và rung động bên ngoài. 4) Phải không chuyển tải được những ảnh hưởng của tiếng ồn và rung động của các đường ống để bên ngoài. 2 5) Khoảng cách giữa hỗ trợ phải phù hợp khi đường ống thòng xuống. 6) lực lượng bất thường được tạo ra từ áp lực hay căng thẳng của ống phải không ảnh hưởng đến thiết bị và các tòa nhà. 7) Các cấu trúc phải cho phép dễ dàng điều chỉnh độ nghiêng khi đường ống được lắp đặt. 8) đủ Phải chịu đựng những ảnh hưởng của gió và tuyết nếu hỗ trợ được lắp đặt ngoài trời. 3 (2) Căng thẳng do sự giãn nở của ống một. hệ số giãn nở tuyến tính Nhiệt độ của một thay đổi ống với nhiệt độ của nó. Các đường ống mở rộng hoặc hợp đồng theo tỷ lệ gần như trực tiếp đến độ dài và nhiệt độ khác biệt của nó. Các tỉ lệ chiều dài mà theo đó các ống mở rộng khi nhiệt độ tăng lên 1 C với chiều dài ban đầu được gọi là hệ số giãn nở tuyến tính và được thể hiện như sau: d 1 L một = ••••• 5 • 1 L dt 0 ở đâu, : một Hệ số giãn nở nhiệt (K) -1 L: Chiều dài ở 0 C (m) 0: L Chiều dài ở t (C) (m) t: Nhiệt độ () Bảng 5-4 cho thấy các hệ số giãn nở tuyến tính của vật liệu ống đại diện . ở nhiệt độ cho 4 bao nhiêu đường ống được mở rộng bởi một sự khác biệt nhiệt độ có thể được tính như sau: Bảng 5-4 tuyến tính hệ số mở rộng trong phạm vi nhiệt độ của từng nguyên liệu L = a (t1-t2) L •••• 5 • 2) phạm vi vừa phải (Material nơi, L: Mở rộng ống do (m) Nhiệt độ nhôm Brass một: tuyến tính tốc độ mở rộng của Bronze vật chất (K) -1 sắt t1: nhiệt độ làm việc tối đa (C) Gang t2: nhiệt độ không khí tối thiểu dễ uốn gang (m) Niresist L: Chiều dài của ống (m) Duralumin Monel kim loại niken tinh khiết Trên thực tế, chênh lệch khoảng 20% được đưa vào Carbon Steel tài khoản. Cr-Mo Thép không gỉ (12Cr) không gỉ (18-8) Inver S6Ni 5 b. Căng thẳng bởi sự mở rộng Một ống chỉ mở rộng nếu cả hai đầu của nó là miễn phí ngay cả khi nhiệt độ tăng lên. Nếu cả hai đầu của đường ống được cố định, tuy nhiên, một ứng suất nén được sinh ra bên trong thành ống. Nếu căng thẳng này làm tăng đáng kể, các đường ống có thể bị hỏng. Do đó, một thiết bị hấp thụ mở rộng và co lại do nhiệt độ thay đổi là cần thiết cho một đường ống dài. Sự căng thẳng được tạo ra bên trong một đường ống khi nhiệt độ của ống tăng lên trong khi cả hai đầu của nó được cố định có thể được tính bằng biểu thức sau: là một • = E (t1-t2) •••• 5 3 nơi,: s stress sinh ra bên trong đường ống (Pa) E: mô đun Young của vật liệu ống (Pa) Nếu khoảng cách giữa các điểm mà tại đó các đường ống được cố định là rất dài, tuy nhiên , các ống khóa do lực nén của nó. 6 (3) Căng thẳng tại điểm cố định a. điểm Sửa chữa đóng đường ống dẫn Tải trọng tĩnh của một hệ thống ống dẫn khép kín hiện trong hình 5-3 có thể được tính bằng biểu thức (5-4) nếu điểm "c d" được một cách chính xác hỗ trợ. Fc = (Gp) cd + (GW) cd •••• • 5 4 nơi, Fc: Tải về điểm C (N) (Gp) cd: Trọng lượng của ống giữa các điểm "c "d" và các phụ kiện của nó: (GW) cd Trọng lượng của nước trong ống giữa điểm "c d" (N) Tương tự như vậy = () một F Gp d Hình 5-3 điểm cố định của đường ống kín B1 = () c • ••• • F Gp b 5 5 B2 + F = () a + (w) một c F Gp b G d b A1 A2 Tuy nhiên, B1 và B2 có thể được hỗ trợ bằng cách xem xét các đường ống như một cơ thể cứng nhắc và phân phối của tải, như sau: (F + F) + (F + F) = (Gp) một c + (GW) một c d b d b A1 A2 B1 B2 7 b. Sửa điểm của việc mở rộng doanh Trên thẳng phần đường ống sửa chữa điểm của một doanh mở rộng, ba trục đột phá, cũng như các tải trọng tĩnh, làm việc trên: các counterforce của kháng của chất lỏng chảy qua các ống, F, lực lượng cần thiết để nén R khớp mở rộng, F, và lực lượng được tạo ra bởi các P áp lực nội bộ của K khớp, F. Trong số này, F là không đáng kể. Vì vậy, lực lượng hoạt động trên P R phần ống thẳng cố định điểm và được thêm vào trong khi các doanh đang được sử dụng, Fm (N), có thể được thể hiện như sau: F = F + F m P K F = • A e P • •••• 5 7 P F = K d K ở đâu,: A e diện tích hiệu quả của việc mở rộng doanh (m) 2: P chất lỏng áp suất bên trong mở rộng doanh (Pa = N / m) 2 K: Xuân liên tục mở rộng doanh (N / m): d Mở rộng mở rộng doanh (m) trên F là lực đẩy dọc trục mà các công trình trong khi các doanh mở rộng đang được sử dụng. Một m counterforce hoạt động trên các điểm cố định ngay cả khi một thử nghiệm áp suất thuỷ lực của đường ống được thực hiện trước khi các đường ống và khớp được sử dụng. Giả sử lực F tại thời điểm đó là m ', các đường ống không mở rộng trong biểu 5-7, có nghĩa là s 0. Vì vậy, buộc F có thể được tính bằng biểu thức 5-8. 8 m' F '= A e P'•• •••••• 5 • 8 m nơi, P': kiểm tra áp suất thủy lực (Pa) Do đó, cần thiết phải xem xét trên F hoặc F, nào m m 'lớn hơn, trong việc tính toán lực đẩy dọc trục ở một phần đường ống thẳng sửa chữa điểm của một doanh mở rộng. Khi gắn một phần mở rộng, nó là cần thiết để có một clamper (hướng dẫn) cho những căng thẳng từ việc mở rộng các đường ống để làm việc một cách chính xác trên trục trung tâm của các doanh mở rộng. Nếu không có một clamper, các ống sẽ khóa và mở rộng jack sẽ không hoạt động chính xác. Tải oằn tối thiểu của một đường ống được tính bằng biểu hiện 5-9 của Euler oằn. P I n E 2 W = ••••••• 5 • 9 L đâu, W: oằn tải của đường ống (N) n: Hệ số tùy thuộc vào điều kiện của đầu E: mô đun Young của ống (hệ số thẳng đứng) (Pa) I: thời Trung học của mặt cắt ngang của đường ống (m) 4 9 L: Gắn khoảng thời clampers (m) Khoảng cách tối đa clampers, nó ngăn ngừa ống từ oằn, có thể tính theo biểu thức 5-10, trong đó "n" được giả định là 1 khi cả hai đầu của một vị tướng, ống nằm ngang đặt cố định. p I E 2 L max = ••••••• 5 • 10 F B ở đâu, max: L khoảng thời gian tối đa của clampers (m) FB: lực nén áp dụng cho các đường ống (N) - p) + K FB = Fm-pap = P (A e A d E, I, Fm , P, Ấp, Ae, s, và K là tương tự như những người trong các biểu thức 5-7 và 5-9. 10 (4) Lựa chọn mở rộng doanh a. Các loại khe co giãn Khi một ống mở rộng hoặc hợp đồng làm thay đổi nhiệt độ, nó là cần thiết để giảm sự căng thẳng áp dụng cho các thành ống bằng cách kiểm soát việc mở rộng hay thu hẹp đến một mức độ nào Đối với mục đích này, bất kỳ. khớp sau đây được sử dụng: 1) Mở rộng doanh 2) ở Bend doanh 3) Displacement hấp thụ phần nào trong những khớp nên được sử dụng phụ thuộc vào mức độ. mở rộng hoặc thu hẹp, áp lực, và sức mạnh. b Expansion doanh Một doanh mở rộng hấp thụ chuyển trục của một đường ống và có hai loại:. bễ loại và kiểu tay áo Bellows khớp dạng mở rộng có thể là duy nhất loại hoặc loại kép và được xác định theo tiêu chuẩn JIS B 23 52. 11 c. ở Bend doanh này là hấp thụ mở rộng và co bằng cách uốn cong một đường ống trong trung và do đó sử dụng sự linh hoạt của các ống. Bởi vì một đường ống chính được sử dụng, cấu trúc của một doanh bend là đơn giản. Ngoài ra, các doanh uốn cong có độ bền cao và có thể được sử dụng ở nhiệt độ cao và áp suất. Tuy nhiên, nó đòi hỏi một khu vực gắn kết rộng. Một phần uốn cong được sử dụng chủ yếu cho đường ống ngoài trời tại các nhà máy. Ở Bend doanh có nhiều loại như thể hiện trong hình 5-4. Thông thường, một đường ống được uốn cong ở một bán kính 4-5 lần so với đường kính ống. Ngay cả khi một doanh cong không được sử dụng, hầu hết các tác dụng tương tự có thể được thu được bằng cách sử dụng một vài khuỷu tay uốn cong một đường ống như trong hình 5 5. Để chi nhánh một ống mỏng từ một đường ống chính dày, ống nhánh nên được uốn cong ở một số nơi thay vì ở góc bên phải như một ống thẳng. 12 U ở Bend ở Bend lắp Thông tư bend Hai lệch tâm U uốn cong Figure5-4 Top xem Mặt trước 13 Hình 5-5 linh hoạt ống d. Displacement hấp thụ phần A chuyển hấp thụ doanh là một doanh hấp thụ chuyển chủ yếu ở góc bên phải với trục của ống. Nó được sử dụng để hấp thụ vào kết nối với thiết bị hoặc lối vào một tòa nhà tương đối rẽ như rung động và động đất. Một chuyển hấp thụ doanh thường được gọi là một doanh hoặc deflective doanh linh hoạt. 14 (5) Piping thiết bị hỗ trợ a. Các loại hình và tính năng của các thiết bị đường ống hỗ trợ Piping thiết bị hỗ trợ khác nhau về hình dạng và cấu trúc phụ thuộc vào mục đích và điều kiện sử dụng. Bảng 5-5 phân loại chúng theo chức năng và cách sử dụng. Hình 5-6 cho thấy một số ví dụ về các loại đường ống hỗ trợ các thiết bị. Bảng 5-5 Phân loại đường ống thiết bị hỗ trợ 15 Hình 5-8 Ví dụ về các loại đường ống hỗ trợ các thiết bị 16 b. Hanger Hangers được sắp xếp thành móc treo cứng nhắc, mùa xuân móc áo, và liên tục móc áo, như thể hiện trong Bảng 5-5. Để hỗ trợ các trọng tải một không khí đường ống điều hòa, móc, cứng hoặc có hỗ trợ được sử dụng chủ yếu. Để hỗ trợ các trọng tải của đường ống, không chỉ trọng lượng của ống và nó phụ kiện mà còn trọng lượng của chất lỏng và lớp phủ nên được xem xét. Trên thực tế, khoảng thời gian của các thiết bị hỗ trợ được xác định bởi và sau tiêu chuẩn kỹ thuật, vv Khi ống các loại và đường kính được lắp đặt tại song song, họ thường cùng nhau kéo lên và do đó họ phải được hỗ trợ ở khoảng thống nhất để tránh bất thường. Bảng 5-6 cho thấy khoảng thời gian hỗ trợ được xác định bởi Hiệp hội các thống sưởi Air-Co