[기술기고] 유압 시스템 효율 극대화 위한 튜브 사이즈 선정

좌측
적절한 크기의 튜브를 사용하면 유압 시스템의 성능 뿐만 아니라 비용 측면에서도 효율성이 증대된다.

튜브가 너무 작으면 유체 속도가 증가해 압력 감소와 온도 상승으로 이어지고, 흡입/석션 (Suction) 라인에서는 펌프 캐비테이션 (Cavitation) 손상이 발생할 수 있다. 튜브가 너무 크면 불필요한 비용이 증가하고, 좁은 공간에 설치하기가 어렵다.

유압 시스템 성능 극대화를 위한 간단한 튜브 크기 선정 최적화 절차에 대해 설명한다.

유량에 따른 직경 설정
첫번째 과제는 필요한 직경을 결정하는 것이다. '권장 직경 계산'표는 특정 유체 속도와 라인 종류에 따른 가이드 라인을 제공한다.

표 1은 다음 권장 유체 속도를 기준으로 한다.


배관 외경(O.D)과 두께
배관 직경을 결정한 후에 두번째 과정은 튜브의 외경과 두께를 결정하는 것이다. '압력 등급표'(표.2)를 사용해 아래 두 가지 조건을 만족하는 구경 및 두께 조합을 찾는다.

권장 설계 압력은 최대 작동 압력과 동일하거나 초과해야 한다.

튜브 내경(I.D)은 앞서 결정된 필요한 유체 직경과 동일하거나 초과해야 하고, 구부러지거나 굴곡진 튜브에 맞는 적절한 벽 두께 선택도 고려해야 한다. 만드릴(Mandril) 없이 구부리는 경우, 튜브 외경의 7% 미만인 튜브 벽 두께는 권장하지 않는다.

표.2의 설계 압력은 '설계 및 정격 감소 계수표”(표.3)에 나열된 A 서비스 등급 (안전계수 4배)를 기준으로 한다.

만약 사용 환경이 매우 혹독한 곳에서 시스템이 운영된다면, 표.2의 압력 등급 값에 적절한 감소 계수를 곱해서 튜브 외경 및 벽 두께의 조합을 결정하면 된다.

압력 등급 유지에 사용되는 허용 가능한 응력 수준과 기본 사양은 '설계 응력 등급표'(표.4)에 있다. 이 값은 완전히 열처리된 튜브가 대상이다.

Lame 방정식 기준 공식화할 수 있는 설계 압력



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최대 작동 압력
설계 계수는 일반적으로 자재의 최대 강도 (또는 튜브 파열 압력)에 적용돼, 자재 내 알 수 없는 요소와 작동 조건에 대한 안전의 마진을 제공한다. 압력 등급표 (표.2)의 값에 표.3에 나열된 감소 계수를 직접 적용해 최대 권장 작동 압력을 결정한다.(표. 2의 값에 감소 계수를 곱해 산출)

온도 고려 사항
서비스 심각도와 별개로, 높은 작동 온도는 튜브의 허용 가능한 작동 압력을 감소시킵니다. 다양한 튜브 자재에 대한 온도 감소 계수는 표.5에 있다. 해당하는 경우, 서비스 심각도와 온도에 대한 감소 계수를 설계 압력 값(표에서 확인)에 적용해 최대 권장 작동 압력을 계산한다. 예를 들어 316SS 튜브의 서비스 심각도 B (Severe) 등급 및 500°F 온도에 대한 감소 계수 조합은 0.67 × 0.9 = 0.60이다.


자료｜파카하니핀 코리아 [정리=김지성 기자]

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