관 스테이의 최소 단면적을 구하려고 한다. 이 때 적용하는 설계 계산식은? (단, S : 관스테이의 최소 단면적(mm 2 ), A : 1개의 관 스테이가 지지하는 면적(cm 2 ), a : A중에서 관 구멍의 합계 면적(cm 2 ), P : 최고 사용 압력(kgf/cm 2 )이다.)

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1[에너지관리기사 필기] 15년 2회차

관 스테이의 최소 단면적을 구하려고 한다. 이 때 적용하는 설계 계산식은? (단, S : 관스테이의 최소 단면적(mm²), A : 1개의 관 스테이가 지지하는 면적(cm²), a : A중에서 관 구멍의 합계 면적(cm²), P : 최고 사용 압력(kgf/cm²)이다.)

 $S = \dfrac{(A - a)P}{5}$

 $S = \dfrac{(A - a)P}{10}$

 $S = \dfrac{15P}{(A - a)}$

 $S = \dfrac{10P}{(A - a)}$

해설

관 스테이 1개가 지지하는 면적 A(cm²)에서 관 구멍 합계 면적 a(cm²)를 뺀 유효 면적에 최고사용압력 P(kgf/cm²)가 작용하므로, 스테이 1개가 받는 하중은  $W=(A-a)P\ [\mathrm{kgf}]$  이다.
보일러 구조 설계 기준에서 관 스테이의 허용 인장응력을 5 kgf/mm² 로 두므로, 필요한 최소 단면적은 하중을 허용응력으로 나눈  $S=\dfrac{(A-a)P}{5}\ [\mathrm{mm^2}]$  로 계산한다.
분모가 10인 식은 허용응력을 두 배로 잡아 단면적을 절반만 확보하는 셈이 되어 위험하고,  $(A-a)$  가 분모로 내려간 식들은 지지 면적이 넓을수록 오히려 스테이가 가늘어진다는 뜻이 되어 물리적으로 성립하지 않는다.

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