CPVC Valve Tightening Torque Impact Sockets on the Leaks

(1)

ISSN: 1738-7167

DOI: http://dx.doi.org/10.7731/KIFSE.2016.30.4.046

CPVC 밸브소켓 체결토크가 누수발생에 미치는 영향

임춘기 · 백은선

^†

동신대학교 소방학과

CPVC Valve Tightening Torque Impact Sockets on the Leaks

Chun-Ki Lim · Eun-Sun Baek

^†

Dept. of Fire Administration, Dong-shin Univ.

(Received June 27, 2016; Revised July 15, 2016; Accepted July 20, 2016)

요 약

본 연구는 스프링클러설비용 소방용 합성수지배관에서 누수원인으로 예측되는 과도 조임에 따른 밸브 소켓 나사부의 영향을 분석하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 밸브소켓 체결토크가 10~130 N · m일 때 나사부에 걸리는 응력, 변형률, 변위, Von mises stress 및 수밀용 고무패킹에 걸리는 압축응력을 예측하였으며, 이를 검증하기 위하여 토크미터 를 이용한 체결토크별 접속 나사산 수, 밸브소켓과 고무패킹의 변형상태 및 수격실험을 실시하여 적정한 체결토크 값과 고무패킹 압축응력 값을 연구하였다. 본 연구 결과가 소방용 합성수지배관 누수방지를 위한 관련 규격 또는 기술기준 개 정에 필요한 자료로 활용될 수 있도록 기대한다.

ABSTRACT

In this study, the stress applied to screw section, strain, displacement, von Mises stress, and the compression stress applied to the rubber packing for watertightness are estimated with computer simulation when the tightening torque of valve socket is in the range of 10~130 N · m in order to analyze the influence of valve socket screw section in accordance with the excessive tightening which is supposed to be the cause of water leakage from the synthetic resin piping for fire fighting application of sprinkler equipment, and for the sake of verifying this, adequate value of tightening torque and the value of the compression stress of rubber packing are investigated by examining the number of connected thread for each tightening torque, the deformation state of valve socket and rubber packing and conducting the water hammering test. The result of this test is expected to be utilized as the data required for revising the standard or technical criteria to prevent the water leakage of the synthetic resin piping for fire fighting application.

Keywords : Computer simulation, Tightening torque, Von mises stress

1. 서 론

최근 스프링클러배관 부식에 따른 누수방지 방안으로 소 방용 합성수지배관(Chlorinated Polyvinyl Chloride, CPVC) 사용이 급증하고 있는 실정으로 2013년과 2015년을 비교 할 때 그 생산량은 5배 이상 증가를 보이고 있다⁽¹⁾. 그러 나 CPVC 배관을 사용한 경우에도 신축배관을 연결하기 위한 밸브소켓과 신축배관의 접속부분, 이음관의 접속부 분 및 신축배관의 스테인리스 플랙시블관 부분에서 누수 가 발생된 것으로 조사 되었으며 누수의 대부분을 차지하 는 밸브소켓과 신축배관 접속부분에서 발생하는 누수는 밸브소켓 과도 조임에 따른 밸브소켓 나사산 손상 또는

파손에 따른 것과 신축배관에 설치되는 수밀용 고무패킹 소재와 변형에 따른 것이었다⁽²⁾. 이에 대한 대책으로 금 속재와 결합하는 나사식 이음관의 경우 결합부분의 내측 또는 외측면을 보강하도록 관련 기술기준이 변경되었으 며⁽³⁾ 최근 일부 현장에서는 신축배관 무설치 공법도 적용 하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 밸브소켓 과도 조임에 따른 나사산 손상 또는 파손과 수밀용 고무패킹 변형에 대해 기계요소 구조해석 프로그램인 미국 PTC사의 pro/

ENGINEER 5.0 (Mechanica)를 이용하여 밸브소켓 체결 토크 값에 따른 나사부 및 고무패킹 영향을 분석하였고, 이를 검증하기 위한 관련 실험을 통하여 누수방지 방안을 연구하였다.

†

Corresponding Author, E-Mail: [email protected]

†

TEL: +82-61-330-3561, FAX: +82-61-330-3658

(2)

2. CPVC 밸브소켓 나사부 시뮬레이션을 위한 이론

체결토크 값에 따른 CPVC 밸브소켓 나사부의 영향을 분석하기 위하여 기계요소 구조해석 프로그램인 미국 PTC 사의 Pro/ENGINEER 5.0 (Mechanica)를 이용하여 밸브소 켓의 체결토크가 10~130 N · m일 때 나사부에 걸리는 응 력(Stress), 변형률(Strain), 변위(Displacement), Von mises stress 및 수밀용 고무패킹의 압축응력을 예측하였다.

2.1 시뮬레이션 해석 부분

체결토크에 따른 밸브소켓 나사부의 응력(Stress), 변형 률(Strain) 및 변위(Displacement)를 시뮬레이션 하기 위한 해석부분으로 Figure 1은 해석하고자 하는 CPVC 밸브소 켓과 신축배관 너트의 연결부분을, Figure 2는 길이 400 mm의 스패너로 신축배관 너트를 조일 때 체결 개념도를 나타낸다.

2.2 시뮬레이션 해석방법 2.2.1 시뮬레이션 해석

해석은 Figure 3과 같이 밸브소켓의 ‘A’면을 고정시킨

상태에서 길이 400 mm의 스패너로 너트를 조일 때의 체 결토크에 상응하는 축 하중 Q가 밸브소켓의 나사면에 작 용한다고 가정하고 이때 나사부에 걸리는 응력(Stress), 변 형률(Strain) 및 변위(Displacement)를 조사하였다.

2.2.2 밸브소켓 항복응력 값 산정

밸브소켓 나사부가 파손되는 항복응력 값은 배관 두께 에 대비하여 나사부의 얇은 두께를 감안하여 CPVC 배관 항복응력 값인 5.6 × 10 kg/m²의 25%인 1.4 × 10 kg/m²을 기준으로 하였으며, Von mises stress 값이 밸브소켓 나사 부의 항복 값을 초과하는 경우에 밸브소켓이 파손되는 것 으로 하였다.

2.2.3 Von mises 항복조건

Von mises stress (σvm)란 Richard von mises가 제안한 개념으로 구조 해석에서는 등가응력(Effective or Equivalent stress)을 의미한다. 일반적으로 응력은 방향성을 가지고 있으나 Von mises stress는 방향을 가지지 않는 스칼라량 인 것이 특징이다. Von mises stress의 개념은 다양한 방향 으로 부터 복합 하중이 가해졌을 때 어느 한 부위의 응력 장에 대해 한 개축의 인장 또는 압축 응력으로 투영시킨 값이라고 볼 수 있다. 즉, 이는 Von mises stress가 그 재료 Figure 1. The connecting section of CPVC valve socket and

expansion piping nut to be analyzed.

Figure 2. Conceptual diagram of tightening the expansion piping nut with 400 mm spanner.

Figure 3. Valve socket modeling for simulation.

(3)

의 항복응력에 도달했을 때 그 재료는 항복한다는 것을 의 미 하며, 이는 식(1) 혹은 식(2)를 이용하여 구할 수 있으 나 본 연구에서는 응력 텐서 성분을 이용하여 Von mises stress를 구하는 방법을 사용하였다⁽⁴⁾.

- 주응력으로부터 Von mises stress를 구하는 방법:

(1) (σ1: 최대주응력, σ2: 중간주응력, σ3: 최소주응력) - 응력 텐서 성분으로부터 Von mises stress를 구하는 방법:

(2) σ_vm = 1

2---[(σ₁ − σ₂)² + (σ₂ − σ₃)² + (σ₃ − σ₁)²]

σ_vm = 1

2---[(σ_xx − σ_yy)² + (σ_yy − σ_zz)² + (σ_zz − σ_xx)² + 3(σ_xy² + σ_xz² + σ_yx² + σ_yz² + σ_zx² + σ_zy² )]

Table 1. Properties of CPVC Piping⁽⁵⁾

Classification Value

Mechanical Properties

Specific Gravity 1.55 g/cm³

Tensile Strength (@23ôC) 8,000 psi Modulus of Elasticity (@23ôC) 360,000 psi Compressive Strength (@23ôC) 10,100 psi Flexural Yield Strength (@23ôC) 15,100 psi Izod Impact, Notched (@23ôC) 1.71 J/cm Relative Hardness (@23ôC) 119 Rockwell Poisson’s Ratio (@23ôC) 0.36

Thermal Properties

Coefficient of Linear Expansion per ôF 3.4 × 10⁻⁵ in/in/ôF Coefficient of Thermal Conductivity 0.95 BTU/in/hr/ft²/ôF Max. Operating Temperature 210ôC

Figure 5. Major dimensions of the screw section of valve socket (G₁).

Figure 4. Assembly drawing of valve socket and expansion piping for simulation.

(4)

2.3.2 CPVC 배관의 물성 값

Table 1은 시뮬레이션을 위한 CPVC 배관의 물성 값을 나타낸다.

2.3.3 시뮬레이션을 위한 밸브소켓과 너트의 주요 치수 Figure 4는 시뮬레이션을 위한 밸브소켓과 신축배관 연 결부분의 조립도를 나타내고 있으며, Figure 5는 밸브소켓 (G₁)나사부의 주요 치수를 나타내며 주요치수는 KS B 0221(관용평행나사)를 따랐다. 또한 Figure 6은 신축배관 금속제 너트(PF 1)의 주요 치수를 나타내며 너트의 재질 은 SM20C이고 아연도금 처리된 것으로서 마찰계수 μ는 0.125를 적용하였다.

2.3.4 밸브소켓 나사부 해석을 위한 이론 (1) 밸브소켓 나사부 해석을 위한 기본 계산식

Figure 7은 나사의 개념도를 나타낸 것이고, 사각나사에

서의 리드각(α)은 식(3)과 같이 나타낼 수 있다⁽⁶⁾.

(3)

여기서, p: 나사의 피치 여기서, π: 원주율(3.14) 여기서, d₂: 나사의 유효지름

Figure 8은 나사의 마찰각 개념도를 나타낸 것이고, 사 각나사의 마찰각(ρ)은 마찰계수가 μ일 때 식(4)와 같다⁽⁷⁾.

tanρ = μ (4)

그러나 밸브 소켓의 나사산은 삼각나사이므로 식(4)를 이 용하여 삼각나사의 상당마찰계수(μ')를 구하면 식(5)와 같 다⁽⁸⁾. Figure 9는 삼각나사를 조일 때 발생하는 힘을 나타 낸다.

α tan = p

πd₂ --- Figure 6. Major dimensions of the metallic nut (PF 1) of expansion piping.

Figure 7. Conceptual diagram of screw.

(5)

(5) 여기서, β: 나사산의 반각

여기서, ρ': 상당마찰각

같은 방법으로 삼각나사의 상당마찰각(ρ')을 구하면 식 (6)과 같다⁽⁸⁾.

ρ' = tan⁻¹(μ') (6)

한편, 삼각나사산에 작용하는 축 방향 하중 Q는 식(7)으 로부터 구할 수 있으며⁽⁸⁾, Figure 10은 삼각 나사의 너트에 작용하는 회전력을 나타낸다.

(7)

삼각나사의 너트에 작용하는 회전력(P)은 식(8)으로부터 구할 수 있다⁽⁸⁾.

(8) 그리고 수밀용 고무패킹에 작용하는 압축응력 σ_c는 식 (9)으로부터 구할 수 있다.

(9) 여기서, Q: 축 방향 하중

여기서, A: 수밀용 고무패킹 면적 (2) 시뮬레이션 입력 데이터를 위한 계산

식(3)~식(9)를 이용하여 밸브 소켓 나사부 해석에 필요 한 입력데이터를 구하면 다음과 같다.

1) 리드 각(α) 식(3)으로부터

∴

2) 마찰각(ρ)

식(4)로부터 tanρ = μ

∴ ρ = tan⁻¹μ

∴ ρ= tan⁻¹(0.125) = 7.125^o 3) 상당마찰계수(μ')

식(5)로부터

∴

4) 상당마찰각(ρ')

식(6)으로부터 ρ' = tan⁻¹(μ')

∴ ρ' = tan⁻¹(0.14092) = 8.0213^o

3. 소방용 CPVC 밸브소켓 나사부 시뮬레이션

3.1 밸브소켓 체결토크에 따른 나사부 시뮬레이션 3.1.1 체결토크에 따른 시뮬레이션 방법

밸브소켓 체결토크에 따른 나사부의 영향을 분석하기 위 하여 체결토크가 10~130 N · m에서 10 N · m 간격으로 나사 부에 걸리는 응력(Stress), 변형률(Strain), 변위(Displacement), Von mises stress 및 수밀용 고무패킹의 압축 응력을 예측 하였다. 또한, UL 1221 기준에서의 신축배관 체결토크 값 인 81 N · m와⁽⁹⁾ 체결 토크실험 결과 밸브소켓 파손이 확 μ' = μ--- = cosβ tanρ'

T = d₂ --- P = 2 d₂

--- Q2 tan(α + ρ')

⋅ ⋅ ⋅

Q = 2T d₂⋅tan(α + ρ') ---

P = Q μ'πd₂ + p 1 − μ'tanα

--- = Q tan(α + ρ')

⋅ ⋅

σ_c = Q A----

α tan = p

πd₂ --- α = tan⁻¹ p

πd₂ ---

⎝ ⎠

⎛ ⎞

= tan⁻¹ 2.3091 3.14 31.77× ---

⎝ ⎠

⎛ ⎞ = 1.3253^o

μ' = μ--- = cosβ tanρ' μ' = 0.125

27.5^o cos

--- 0.14092≒ Figure 8. Conceptual diagram of the friction angle of screw.

Figure 10. The rotating force applied to the nut of triangular screw.

Figure 9. The force which is generated when tightening the triangular screw.

(6)

인된 체결토크 값 123 N · m에서의 밸브소켓 나사부에 대 한 영향도 예측하였으며 여기에서는 대표적으로 체결토크 값이 10 N · m인 경우 나사부에 대한 영향을 시뮬레이션 하였다.

3.1.2 체결토크 값이 10 N · m인 경우 나사부 시뮬레이션 (1) 시뮬레이션 입력 데이터를 위한 기본 계산

Figure 11은 체결토크 값이 10 N · m인 경우 밸브소켓 체결 개념도를 나타내고 있다.

1) 길이 400 mm인 스패너로 25 N의 힘으로 너트를 회

전시킬 경우 너트에 작용하는 회전 토크 T T = F × L = 25 N × 0.4 m = 10 N · m 2) 나사산에 작용하는 축 방향 하중 Q

= 3,825 N

3) 너트에 작용하는 회전력 P

= 3,825 × tan(8.0213^o+ 1.325^o)≒630 N

4) 축 방향 하중 Q에 따른 수밀용 고무패킹에 작용하는 압축응력 σc

- 수밀용 고무패킹 면적 A cm²

= 2.678 × 10⁻⁴m²= 2.678 cm²

- 수밀용 고무패킹에 작용하는 압축응력 σc N/cm²

≒1,428 N/cm² P = d₂

--- P = 2 d₂

--- Q2 tan(ρ' + α)

⋅ ⋅ ⋅

Q = 2 T⋅ d₂⋅tan(ρ' + α)

--- = 2 10,000×

31.77×tan(8.0213^o + 1.325^o) ---

P = Q μ'πd₂ + p 1 − μ'⋅tanα

--- = Q tan(ρ' + α)

⋅ ⋅

A = π

---4×(0.0306² − 0.0244²)

σ_c = Q

A---- = 3,825 N 2.678 cm² --- Figure 11. Conceptual diagram of tightening the valve socket

when the value of tightening torque is 10 N · m.

Table 2. Simulation Results in Tightening Torque 10 Nm

Stress Displacement

Strain Simulation Results

Displacement_x (mm) −4.920650e-02 Displacement_y (mm) −1.018961e-01 Displacement_z (mm) −2.502641e-02 Max. Principal Stress (kg/m²) −4.445678e+04 Max. von Mises Stress (kg/m²) −1.368113e+05

(7)

(2) 시뮬레이션 결과(축 하중 3,825 N)

Table 2는 체결토크 10 N · m에서 시뮬레이션 결과를 나 타내고 있다.

3.2 밸브소켓의 체결토크에 따른 수격실험

밸브소켓의 적정 체결토크 값 및 시뮬레이션 결과를 검 증하기 위하여 밸브소켓의 체결토크 값을 측정하기 위한

Table 3. Method of Measuring the Tightening Torque of Valve Socket

Related photographs Descriptions

Torque meter for measuring the tightening torque, expansion piping and CPVC valve socket

Assembling of valve socket and expansion piping

Tightening work of valve socket

Measuring the value of tightening torque

Table 4. Samples of Valve Socket and Rubber Packing for Watertightness in Accordance with Tightening Torque Tightening

torque (N · m)

Tightening torque when assembling the vavle socket

and expansion piping

The state of external appearance of the rubber packing for watertightness

Remarks

020 No transformation of the state of

external ppearance

030 Transformation of the state of

external appearance is started 토크미터, 밸브소켓 및 신축배관을 준비하였으며, Table 3 은 밸브소켓의 체결토크 측정 방법을 나타내고 있다.

접속 나사산 수에 따른 체결토크 값별로 시료를 각각 10 개씩 준비하였으며, Table 4는 체결토크에 따른 밸브 소켓과 수밀용 고무패킹 시료를, Table 5는 밸브소켓의 수격실험과 누수부위를 나타내고 있다. 그리고 Table 6은 수격실험 결과 이며, Table 7은 누수가 발생된 수격 횟수를 나타내고 있다.

(8)

Table 4. Continued Tightening

torque (N · m)

Tightening torque when assembling the vavle socket

and expansion piping

The state of external appearance of the rubber packing for watertightness

Remarks

external appearance is progressed

external appearance is excessive

123 Damaging of rubber packing and

valve socket is generated

Table 5. Water Hammering Test and Water Leaking Section

Tightening torque Water hammering test Water leaking section Remarks

020 N · m No water leakage

030 N · m No water leakage

(9)

4. 결과분석 및 고찰

4.1 체결토크에 따른 변위, Von mises stress 및 고 무패킹 압축응력

Table 8은 밸브소켓 체결 토크에 따른 변위, Von mises

stress 및 수밀용 고무패킹의 압축응력을 나타 내고 있다.

4.1.2 축 하중, Von mises stress, 변위 및 고무패킹의 압 축응력

Figure 12는 밸브소켓 체결 토크에 따른 축 하중과의 관계, Table 5. Continued

Tightening torque Water hammering test Water leaking section Remarks

040 N · m 3 Points of water leakage

Table 6. Result of Water Hammering Test in Accordance with Tightening Torque

No Water hammering test Tightening torque (N · m)

Pressure Number of repetition 20 30 40 60 81 123

01 2.4 MPa 3,000 Acceptable Acceptable Acceptable Acceptable 0,916 Less than 5 02 2.4 MPa 3,000 Acceptable Acceptable Acceptable 0,076 2,345 Less than 5 03 2.4 MPa 3,000 Acceptable Acceptable 2,728 1,690 0,204 Less than 5 04 2.4 MPa 3,000 Acceptable Acceptable Acceptable 1,406 0,183 Less than 5 05 2.4 MPa 3,000 Acceptable Acceptable Acceptable Acceptable 0,735 34 06 2.4 MPa 3,000 Acceptable Acceptable Acceptable 0,169 Less than 5 Less than 5 07 2.4 MPa 3,000 Acceptable Acceptable 2,431 0,422 0,351 Less than 5 08 2.4 MPa 3,000 Acceptable Acceptable Acceptable 2,626 0,165 Less than 5 09 2.4 MPa 3,000 Acceptable Acceptable 1,261 0,118 Less than 5 Less than 5 10 2.4 MPa 3,000 Acceptable Acceptable Acceptable Acceptable 0,446 Less than 5

(10)

Figure 13은 Von mises stress, Figure 14는 Displacement, Figure 15는 신축배관 수밀용 고무패킹에 작용하는 압축응 력과의 관계를 나타내고 있다.

4.2 시뮬레이션 결과분석 및 고찰 (1) 체결토크와 Von mises stress와의 관계

밸브소켓의 체결 토크와 Von mises stress와의 관계는

Figure 13과 같이 체결 토크가 증가함에 따라 Von mises stress도 비례하여 증가하며, 체결 토크가 100 N · m일 경 우 Von mises stress 값은 1.37 × 10 kg/m², 110 N · m일 경 우 1.50 × 10 kg/m²이다. 즉, 체결 토크가 110 N · m 이상 부터는 Von mises stress 값이 CPVC 밸브소켓 나사부의 항복응력 값(1.40 × 10 kg/m², CPVC 배관 항복응력 값의 25%)을 상당히 초과하기 때문에 밸브소켓의 파손을 미리 Table 7. Displaying the Number of Times Water Leakage is Generated in Accordance with Water Hammering Test

Tightening torque (N · m)

The number of connected threads

Water hammering test (The number of leaks)

Water hammering test

(The number of leaks) Remarks

040 3.5~4

threads

1,200 times~2,728 times of water leakage are generated

060 4~4.5

threads

76 times~2,626 times of water leakage are generated

081 4.5~5

threads

Less than 5 times~2,345 times of water leakage are generated

123 5 threads

Less than 5 times~34 times of water leakage are generated

Table 8. The Impact in Accordance with Tightening Torque Tightening

torque (N · m)

Axis load (N)

x displacement (mm)

y displacement (mm)

z displacement (mm)

Von mises stress (kg/m²)

Compression stress of rubber packing (N/m²) 010 03,825 −4.92 × 10 1.02 × 10 2.50 × 10 1.37 × 10 01,428 020 07,650 −9.84 × 10 2.04 × 10 5.01 × 10 2.74 × 10 02,857 030 11,475 −1.48 × 10 3.06 × 10 7.51 × 10 4.10 × 10 04,285 040 15,300 −1.97 × 10 4.08 × 10 1.00 × 10 5.47 × 10 05,713 050 19,125 −2.46 × 10 5.09 × 10 1.25 × 10 6.84 × 10 07,142 060 22,950 −2.95 × 10 6.11 × 10 1.50 × 10 8.21 × 10 08,570 070 26,775 −3.44 × 10 7.13 × 10 1.75 × 10 9.58 × 10 09,998 080 30,600 −3.94 × 10 8.15 × 10 2.00 × 10 1.09 × 10 11,426 081 30,982 −3.97 × 10 8.18 × 10 2.04 × 10 1.10 × 10 11,569 090 34,400 −4.43 × 10 9.16 × 10 2.25 × 10 1.23 × 10 12,845 100 38,250 −4.92 × 10 1.02 × 10 2.50 × 10 1.37 × 10 14,283 110 42,075 −5.41 × 10 1.12 × 10 2.75 × 10 1.50 × 10 15,711 120 45,900 −5.90 × 10 1.22 × 10 3.00 × 10 1.64 × 10 17,140 123 47,046 −6.03 × 10 1.24 × 10 3.09 × 10 1.64 × 10 17,567 130 49,725 −6.40 × 10 1.32 × 10 3.25 × 10 1.78 × 10 18,568

(11)

예측할 수가 있다.

(2) 체결토크와 Displacement와의 관계

Figure 14에 나타낸 바와 같이 밸브소켓을 체결할 때 밸 브 소켓 나사산부의 Displacement는 x 방향은 감소, y 방 향 및 z 방향은 증가하였다. 이는 CPVC 배관의 포와송 비 (Poisson’s ratio)가 0.36이기 때문에 체결 토크가 작용할 때 밸브소켓의 원형 단면부는 약간 타원 형태로 변형되면

서 밸브소켓의 나사부가 압축된다는 것을 의미한다.

(3) 체결토크와 고무패킹 압축응력과의 관계

수밀용 고무패킹에 대한 압축응력은 Figure 15와 같이 체결 토크와 비례하여 증가하며, 압축응력은 체결 토크가 20 N · m일 경우 2,857 N/cm², 30 N · m일 경우 4,285 N/

cm², 40 N · m일 경우 5,713 N/cm²으로서 공인시험기관에 의뢰한 EPDM의 인장강도 값 2,630 N/cm²과 비교하였을 Figure 12. The relationship with axis load in accordance with tightening torque (10~130 N · m).

Figure 13. Von mises stress in accordance with tightening torque (10~130 N · m).

(12)

때 체결 토크 값이 대략 30 N · m 이상일 경우에는 압축응 력이 시험결과 값인 인장강도 값 163% 이상으로 고무패 킹이 변형된다는 것을 예측할 수 있다.

5. 결 론

본 연구에서는 CPVC 밸브소켓과 신축배관 접속부분에 Figure 14. The displacement in accordance with tightening torque (10~130 N · m).

Figure 15. Compression stress of rubber packing in accordance with tightening torque (10~130 N · m).

(13)

서의 누수방지를 위한 적정한 체결토크 값으로 20 N · m 에서는 시뮬레이션 및 체결토크 실험 결과 밸브소켓 나사 부의 변위가 미소하고 신축배관에 설치되는 고무패킹 변 형이 발생되지 않았으며 수격실험 결과에서도 누수가 발 생되지 않았다. 따라서 누수방지를 위한 CPVC 밸브소켓 과 신축배관 연결부에서의 체결토크 값은 20 N · m으로 해야 한다. 그리고 체결토크 값 123 N · m에서는 Von mises stress 값이 1.64 × 10⁶kg/m²으로 CPVC 밸브소켓 나사부 의 항복응력 값 1.40 × 10⁶kg/m²을 초과하며, 실험결과에 서도 밸브소켓과 고무패킹이 파손이 확인되어 체결토크 값이 123 N · m을 넘지 않도록 관련 기술기준을 마련할 필요가 있다.

References

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5. SEKISUI, “SCH 80 PVC & CPVC Piping Systems Specifications & Engineering Manual” (2008).

6. J. S. Kim, “Machine Design”, Boseong-Gak, p. 34 (2000).

9. UL 2443, Flexible Sprinkler Hose with Fittings for Fire Protection Service (2004).