RS-KIMM-2010-0030 플랜트용고무익스펜션조인트평가기준 RS-KIMM-2010-0030 신뢰성기술위원회심의 2011년 5월 4일제정한국기계연구원발행
신뢰성기술위원회명단 성명 소 속 직위 ( 위원장 ) 이순복 KAIST 교수 ( 위원 ) 강영선 동양물산 부소장 권영돈 선진정공 부사장 권영일 청주대학교 교수 고을석 현대자동차 이사 김경욱 서울대학교 교수 김대은 연세대학교 교수 박준서 한국철도기술연구원 책임 서순근 동아대학교 교수 손득균 현대중공업 부장 우성우 삼성전자 박사 이성래 건양대학교 교수 장달식 두산인프라코어 상무 장시열 국민대학교 교수 정인승 만도 상무 정재천 한국전력기술 차장 정태형 한양대학교 교수 조덕영 솔지 박사 한철호 금오공과대학교 교수 홍예선 한국항공대학교 교수 ( 간사 ) 김형의 한국기계연구원신뢰성평가센터 센터장 워킹그룹위원회명단 성명 소 속 직위 ( 위원장 ) 최세영 청주대학교 교수 ( 위원 ) 김윤각 자동차부품연구원 연구원 노승준 율원산업 부사장 박문식 한남대학교 교수 박상호 충남대학교 교수 안상홍 SJM 과장 우창수 한국기계연구원 박사 임재학 한밭대학교 교수 전종한 한밭대학교 교수 ( 간사 ) 이진희 한국기계연구원신뢰성평가센터 연구원 제정자 : 한국기계연구원신뢰성평가센터제정 : 2011년 5월 4일원안작성협력자 : 한국기계연구원심의위원회 : 신뢰성기술위원회 지식경제부공고제 2011-241 호
신뢰성평가기준 플랜트용고무익스펜션조인트 Rubber expansion joint for plant RS-KIMM-2010-0030 서문규격을적용하는데있어서는그규격안에인용하고있는규격도동시에참조하여야하며, 같은종류의규격이라면규격사이에비교검토가필요한경우도많다. 이러한기준들의시험특성을이해함으로써플랜트용고무익스펜션조인트의신뢰성을높이기위해 RS-KIMM-2010-0030이제정되었다. 1. 적용범위이기준은각종플랜트의배관에서발생하는열충격및기계적변위와진동에의한응력을해소하는역할을하는고무익스펜션조인트 ( 이하익스펜션조인트라한다.) 의성능및신뢰성인증시험방법에대하여규정한다. 본기준에서적용될수있는시험대상품의범위는표 1에따른다. 표 1 적용 범위 항목 범위 형 식 고무아치형 운용환경 실외특수환경 [(10~70) ] 정격압력 (1.0~1.5) MPa 사용유체 해수및담수 익스펜션조인트내경 (250~500) mm 고무벨로우즈재질 EPDM 2. 인용규격 다음에나타내는규격은이규격에인용됨으로써이규격의규정일부를구성한다. 이러한인용규격은그최신판을적용한다. KS B 1536 벨로우즈형신축관이음 KS D 9502 염수분무시험방법 ( 중성, 아세트산및캐스분무시험 ) KS M 6604 방진고무시험방법 KS M 6781 가황고무의물리시험방법통칙 KS M 6782 가황고무의인장시험방법 KS M 6788 가황고무의노화시험방법 KS M 6790 가황고무의오존노화시험방법 KS R 4001 공기스프링용고무벨로즈시험방법 KS R 9243 철도차량용공기스프링시험방법 IEC 60068-2-6 Environmental testing - Part 2 : Tests - Test Fc: Vibration (sinusoidal) JIS K 6259 Rubber, vulcanized or thermoplastics - Determination of ozone resistance ASTM D 1171 Standard Test Method for Rubber Deterioration Surface Ozone Cracking Outdoors or Chamber (Triangular Specimens)
RS KIMM-2010-0030 MIL-STD-810F Environmental engineering considerations and laboratory tests 3. 정 의 이기준에서사용되는주된용어의정의는다음에따른다. a) 익스펜션조인트 각종플랜트용배관에서발생하는충격을흡수하여배관을보호하고내부에 흐르는유체의누설을방지하기위한장치 b) EPDM Ethylene과 Propylene의공중합체로써인장강도와압축영구줄음율이좋은고무의 재질 c) 고무벨로우즈 관의돌출부위끝에장착된쭈글쭈글한기밀용테두리로, 관과종단이음관의 상대적인축방향움직임을가능하게하는부품 ( 이하벨로우즈라함 ) d) 노 화 시간의경과에따라고무가황체에서일어나는겉모양의물리적및화학적성상의변 화와성능의저하를말하며, 이현상은열, 일광또는오존등에의하여일어남 e) 인장강도시험 가황고무가절단에이르는최대응력과늘어난길이의비율및전단시특정 신장에대한응력을측정하기위한시험 f) 대표 성능 시험 종합성능시험항목중에서시험대상품의성능변화를확인할수있는대 표적인시험항목을선정하여수명시험, 내환경성시험, 안전성시험등의수행과정에서실시 하는시험 g) 정현파스위프 (sweep) 진동발생장치에서생성된정현파가최소주파수에서최대주파수까 지의범위를연속적으로변화하는것 h) 사전 시험 내환경성시험으로인한시험대상품의성능변화를확인하기위하여시험시작 전에실시하는대표성능시험 i) 중간시험 내환경성시험으로인한시험대상품의성능변화를확인하기위하여시험중간에 실시하는대표성능시험 j) 사후시험 내환경성시험으로인한시험대상품의성능변화를확인하기위하여시험완료후 에실시하는대표성능시험 4. 구조익스펜션조인트는아래의그림 1 과같이구성되어있다. 그림 1 익스펜션 조인트의 구성 및 명칭 1 고무벨로우즈 2 타이로드 3 플랜지 4 스테이홀더 5 보강림 5. 샘플링방법가장최근에동일한조건으로생산된양품중 2개의시료를랜덤샘플링하여내환경성시험및안전성시험, 수명시험에활용한다. 단벨로우즈의시험을위한시험편은별도로한다. 2
6. 신뢰성평가기준 6.1 종합성능평가기준모든시료는 7.2의시험방법에따라종합성능평가시험을실시하여표 2의평가기준을만족하여야한다. 종합성능시험중대표성능시험은최대변위시험으로한다. 표 2 종합성능시험의평가기준 시험항목 시험방법 시험조건 평가기준 기밀시험 7.2.1 시험대상품을밀봉하여정격압력의공기를봉입하고 24시간방치후압력강하를측정한다. 압력강하는 (0.2±0.02) MPa 이하이어야한다. 최대변위시험벨로우즈인장강도시험 7.2.2 7.2.3 시험전대상품의표준높이를측정한다. 시험대상품의사용최대길이와최소길이로 100회작동한다. 시험후압력강하와표준높이의변화율을측정한다. 인장속도는매분 (500±50) mm로하고물림부분에서절단된경우에는시험편을추가하여재시험한다. 시험편 3개의측정값의평균값을구한다. 압력강하는 (0.2±0.02) MPa 이하이어야한다. 표준높이의변화율은 1 % 이하이어야한다. 인장강도는 20 kn 이상이어야한다. 6.2 내환경성평가기준내환경성시험에서앞선시험종료후 72시간이내에다음시험이실시되는경우는앞선시험항목의사후시험을다음시험의사전시험으로대체하며, 내환경성시험의항목별평가기준은표 3을따른다. 비고앞선시험이운용가진시험이고다음시험이고온시험일경우, 운용가진시험을종료한후 72시간이내에고온시험이실시되면운용가진시험의사후시험이고온시험의사전시험을대체한다. 표 3 내환경성시험의시험항목별평가기준 시험항목 시험방법 시험조건 익스펜션조인트에정격압력을가한다. 평가기준 사전시험으로서육안검사및대표성능시 험실시 운용가진시험 7.3.1 주파수범위 : (1~150) Hz 가진형태 : 정현파스위프 진동가속도 : 50 m/s 2 이하 진폭 : 15 mm 이하 정현파스위프속도 : 1 octave/min 3축 (±X, ±Y, ±Z) 방향에대해각각 10회시험 조립부의풀림, 변형, 파손등이없어야한다. 대표성능시험 (7.2.2) 의평가기준을만족하여야한다. 을실시한후, 사후시험으로서육안검사및 대표성능시험을실시한다.
RS KIMM-2010-0030 시험항목 시험방법 시험조건 평가기준 고온시험 7.3.2 사전시험으로서육안검사및대표성능시험을실시한다. (80±2) 4시간고온저장한다. (70±2) 4시간유지후, 중간시험으로서육안검사및대표성능시험실시한다. (25±2) 2시간안정화후, 사후시험으로서육안검사및대표성능시험을실시한다. 외관손상 ( 파손, 균열, 변형등 ) 이없어야한다. 대표성능시험 (7.2.2) 의평가기준을만족하여야한다. 사전시험으로서육안검사및대표성능시 험을실시한다. 소금농도 (50±5) g/l 의소금용액을온도 염수분무시험 7.3.3 (35±2) 로유지하며 24시간동안분무한다. 강하율은수평채취면적각 80 cm 2 당 (1~3) ml/h, ph는 (6.5~7.2) 로유지한다. 소금용액의분무를중단하고시험조내에서 24시간동안건조시킨다. 24시간분무 24시간건조를 1주기로하여 2주 레이팅넘버 9 이상이어야한다. 대표성능시험 (7.2.2) 의평가기준을만족하여야한다. 기동안반복한후, 사후시험으로서 KS D 9502 에서규정한레이팅넘버법에의한판정 및대표성능시험을실시한다. 벨로우즈가압산소가열노화시험 7.3.4 시험온도는 (70±2), 시험시간은 96시간으로한다. 산소가압용기에시험편을넣고 (2.1±0.1) MPa의압력으로산소를충진한다. 시험후인장강도시험을실시하여변화율을구한다. 벨로즈인장강도시험 (7.2.3) 을실시하여인장강도의변화를측정한다. 변화율이 5 % 이내이어야한다. 오존농도는 (100±10) pphm, 시험편의인장율 벨로우즈오존노화시험 7.3.5 은 (10±1) %, 시험온도는 (70±2), 시험시간은 96 시간으로한다. 시험시작후균열상태는그림 7에따라판정 균열상태는 A-2 이내이어야한다. 한다. 4
6.3 안전성시험평가기준안전성시험은수명시험완료후에실시하며, 안전성시험의항목별평가기준은표 4에따른다. 표 4 안전성시험의평가기준 시험항목 시험방법 시험조건 평가기준 내압시험 7.4.1 파괴시험 7.4.2 시험대상품을표준상태로유지하고밀봉한후정격압력의 1.5배에상당하는수압또는공기압을 10분간가한다. 시험대상품을표준상태로유지하고밀봉한후내압을매분 1 MPa 이하의속도로상승시킨다. 파괴에이르는최고압력은 2 MPa 이상이어야하며정격압력의 4배를초과하는경우에는파괴시키지않아도된다. 고무벨로우즈의표면균열, 누설, 변형, 파손등이없어야한다. 파괴압력은 2 MPa 이상이어야한다. 6.4 수명평가기준시료 2개를 5.0 10 4 사이클수명시험하여표 5의평가기준을만족하면, 신뢰수준 80 % 에서 B 10 수명 1.0 10 4 사이클을보장한다. 표 5 수명시험의평가기준 시험항목 시험방법 시험조건 평가기준 수명시험 7.5.1 밀봉된시험대상품을시험장치에수직으로설 종합성능시험및대표성치한후사용정격압력을가한다. 능시험 (7.2.2) 의평가기준 분당 10사이클로사용최대길이와최소길이을모두만족하여야한다. 로작동한다. 시료 2개를 5.0 10 4 사이클까 사용최대길이와최소길이 1회작동을 1사지수명시험한후, 2개모이클로하여 5.0 10 4 사이클까지동작시킨다. 두고장이없고종합성능 수명시험전과완료후에종합성능시험을시험의평가기준을만족하실시하고총수명시험사이클의 50 % 구간에여야한다. 서대표성능시험을실시한다.
RS KIMM-2010-0030 7. 신뢰성평가방법 7.1 시험장치및벨로우즈시험편 7.1.1 시험장치수명시험평가장비는그림 2와같이구성한다 7.1.2 시험소환경시험장소의조건에대한별도로규정이없으면 KS A 0006의상온 상습상태에서시험을수행한다. a) 상온 : (20±15) b) 상습 : (65±20) %. 7.1.3 벨로우즈의시험편시험항목중벨로우즈인장강도시험 (7.2.3), 벨로우즈가압산소가열노화시험 (7.3.4), 벨로우즈오존노화시험 (7.3.5) 은익스펜션조인트의중요구성품인벨로우즈의특성을파악하는시험으로써벨로우즈에서시험편을채취하여시험조건에따라시험을실시하고평가기준을만족하여야한다. 시험편의형상은직사각형으로, 치수는길이 100 mm, 너비 50 mm, 두께는실제품의두께로한다. 수량은각시험마다 3개이상을사용한다. 그림 2 수명시험장비구상도 7.2 종합성능시험방법 7.2.1 기밀시험 a) 익스펜션조인트를밀봉한후내부압력을확인할수있는압력게이지를장착한다. b) 밀봉후정격압력의공기를봉입하고 24시간방치후내부압력강하를측정한다. c) 압력강하는 (0.2±0.02) MPa 이하여야한다. 7.2.2 최대변위시험 a) 그림 2와같이시험장치를구성하여익스펜션조인트를수직으로장착한다. b) 시험전익스펜션조인트의표준높이를측정한다. c) 익스펜션조인트의사용최대길이와최소길이로 100회작동한다. d) 시험후내부압력강하와표준높이를측정한다. e) 압력강하는 (0.2±0.02) MPa 이하여야한며표준높이의변화율은 1 % 이하이어야한다. 7.2.3 벨로우즈인장강도시험 a) 인장시험기에시험편을장착한후매분 (500±50) mm의인장속도로시험편이절단될때까지시험한다. b) 인장시험중시험편의물림부분에서절단될경우시험편을추가하여재시험한다. c) 시험편 3개의측정값의평균값을구한다. d) 평균값이인장강도는 20 kn 이상이어야한다. 6
7.3 내환경성시험방법 7.3.1 운용가진시험 a) 사전시험으로서육안검사및대표성능시험을실시한다. b) 시험대상품을실제사용조건또는이와동등한조건으로장착한다. c) (1~150) Hz의주파수범위로정현파스위프시험을실시한다. d) 진동가속도는 50 m/s 2 이하, 진폭은 15 mm 이하로한다. e) 정현파스위프속도는 1 octave/min로한다. f) 시험횟수는 3축 (±X, ±Y, ±Z) 방향에대해각각 10회시험을실시한후, 사후시험으로서육안검사및대표성능시험 (7.2.2) 을실시하여, 표 3의평가기준을만족하여야한다. 그림 3 시험주파수범위그래프 그림 4 정현파스위프속도그래프
RS KIMM-2010-0030 7.3.2 고온시험 a) 사전시험으로서육안검사및대표성능시험을실시한다. b) 시험대상품을 (80±2) 의항온조에연속 4시간저장한다. c) 온도를 (70±2) 로하강시켜 4시간유지한후, 4시간이내에중간시험으로서육안검사및대표성능시험 (7.2.2) 을실시하여표 3의평가기준을만족하여야한다. d) 온도를 (25±2) 로하강시켜 2시간동안안정화시킨후, 사후시험으로서육안검사및대표성능시험 (7.2.2) 을실시하여표 3의평가기준을만족하여야한다. 온도제어선도 시험 80 70 온도 25 ( ) 대표성능시험 대표성능시험 대표성능시험 0 2 6 7 11 13 15 17 시험시간 (h) 그림 5 고온시험주기및절차 7.3.3 습도시험 a) 사전시험으로서육안검사및대표성능시험을실시한다. b) 시험대상품을시험조에설치하고온도 (25±2), 상대습도 (50±5) % 로 24시간동안유지한다. c) 온도 (30±2), 상대습도 (85±5) % 로환경조건을조정하고 4시간유지한다. d) 온도 (50±2), 상대습도 (95±5) % 환경에 6시간유지하고, 환경조건을온도 (30±2), 상대습도 (85±5) % 로낮추어 16시간유지하는것을 1주기로하여, 10주기동안반복한다. e) 표준대기조건에서시험대상품을충분히건조시킨후, 사후시험으로서육안검사및대표성능시험 (7.2.2) 을실시하여표 3의평가기준을만족하여야한다. 1 주기 9 주기 95 습도제어곡선 시험 85 대표성능시험 대표성능시험 습도 (%RH) 50 (30±2) (50±2) (50±2) (25±2) (30±2) (30±2) (50±2) 0 24 29 25 30 36 53 37 54 70 71 시험시간 (h) 245 252 269 246 253 그림 6 습도시험주기및절차 8
7.3.4 벨로우즈가압산소가열노화시험 a) 산소가압용기에시험편을넣고 (2.1±0.1) MPa의압력으로산소를충진한다.( 산소의순도는 99.9 % 이상이어야한다.) b) 가압용기를 (70±2) 의온도에 96시간방치한다. c) 시험을마친시험편을 24시간안정시킨후인장강도시험 (7.2.3) 을실시하여인장강도의변화를측정한다. d) 인장강도와연신율의변화율은 5 % 이내이어야한다. 7.3.5 벨로우즈오존노화시험 a) 오존노화시험기에 3개이상의시험편을장착한다. b) 오존농도는 (100±10) pphm, 시험편의인장율은 (10±1) %, 시험온도는 (70±2), 시험시간은 96 시간으로한다. c) 시험후균열상태는그림 7의 A-2 이내이어야한다. 그림 7 오존노화시험균열상태 7.4 안전성시험방법 7.4.1 내압시험 a) 시험대상품을밀봉하고압력게이지를장착한다. b) 정격압력의 1.5배에상당하는내압을 10분간가한다. c) 고무벨로우즈의표면균열, 누설, 변형, 파손등이없어야한다. 7.4.2 파괴시험 a) 시험대상품을표준상태로유지하고밀봉한후내압을매분 1 MPa 이하의속도로상승시킨다. b) 파괴에이르는최고압력은 2 MPa 이상이어야한다. c) 정격압력의 4배를초과하는경우에는파괴시키지않아도된다 d) 파괴압력은 2 MPa 이상이어야한다. 7.5 수명시험방법 a) 그림 2와같이시험장치를구성하여밀봉된익스펜션조인트를수직으로장착한후사용정격압력을가한다. b) 시험변위는시험대상품의사용최대길이와최소길이로하며분당 10사이클로작동시킨다. c) 사용최대길이와최소길이 1회작동을 1사이클로하여 5.0x10 4 사이클까지작동시킨다.
RS KIMM-2010-0030 d) 수명시험중성능열화를확인하기위해서그림 8과같이수명시험전과완료후에는종합성능시험을실시하여표 2의평가기준을모두만족하여야하며, 총수명시험사이클의 50 % 구간에서는대표성능시험 (7.2.2) 을실시하여평가기준을만족하여야한다. 성능 종합성능시험 대표성능시험 초기성능 (100 %) 종합성능시험 성능평가합격기준 0 % 50 % 100 % 수명시험시간 그림 8 수명시험개념도 10
신뢰성평가기준 플랜트용고무형익스펜션조인트 2011 년 5 월 4 일발행 편집겸 발행인 한국기계연구원장 발행한국기계연구원신뢰성평가센터 305-804 대전광역시유성구신성로 104 (042) 868-7009 Fax (042) 868-7082 http://rac.kimm.re.kr 인쇄 제본 한국기계연구원 이기준에대한의견또는질문은한국기계연구원신뢰성평가센터 ( 042-868-7009) 로연락하여주십시오. 또한신뢰성평가기준은부품 소재전문기업등의육성에관한특별조치법제25조의규정에따라신뢰성기술위원회에서심의되어확인, 개정또는폐지됩니다.
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