銅管の分類と性能特性
素材構成別
銅管は純銅管（TP2）、黄銅管（H62・H65・H68）、青銅管（QSn6.5-0.1）、白銅管（Ni-Cu合金）に分類されます。このうち純銅パイプは熱伝導率が最も優れていますが、比較的高価です。真鍮パイプは強度は高いですが、熱伝導率が低いです。青銅管や白銅管は耐食性に優れていますが、加工性が劣ります。
製造工程別
銅管は、無酸素銅管、酸素-銅管、内面溝付き銅管-に分類できます。無酸素銅パイプは純度が高く、一般に毛細管やその他の精密部品の製造に使用されます。酸素-を含む銅管は、適度な強度と硬度があり、溶接性が良く、接続管としてよく使用されます。内溝付き銅管-は内壁に溝があり、優れた熱伝導効果の向上を実現します。
硬さ別
銅管は、軟調質（O 調質）、半硬調質（1/2H）、硬質調質（H 調質）の 3 種類に分類できます。{0} O 調質銅パイプは柔らかく、可塑性と延性に優れていますが、強度が低いです。 H 調質銅パイプは強度と硬度が高いですが、可塑性が劣ります。 1/2H銅管は適度な強度と可塑性を持ち、加工性が良く、冷凍パイプラインの第一選択です。
冷凍システムに使用される銅管の技術要件
材料要件
冷凍システムには主に 1/2H 調質純銅パイプ (TP2M) が使用されます。その化学組成は GB/T 17505-2010 規制に準拠する必要があります。
Cu+Ag 99.90%以上
0.015% P 以下 0.040% 以下
不純物元素の含有量は、Bi：0.001％以下、Sb：0.002％以下、As：0.002％以下、Fe：0.005％以下、Pb：0.005％以下、S：0.005％以下、Zn：以下を満たす必要がある。 ０．００５％、Ｎｉ０．００２％以下、Ｓｎ０．００２％以下。
機械的性質
1/2H 調質純銅パイプの機械的特性は、次の要件を満たす必要があります。
引張強さRm 295MPa以上
降伏強さ Rp0.2 255MPa以上
破断後の伸び A 3%以上
銅管肉厚の計算方法
圧力容器コード法
ASME 圧力容器コードによれば、内圧下の銅管の最小肉厚は次の式で計算できます[7]: t=PD/(2S+0.8P) ここで: t - 最小肉厚 (mm)、P - 設計圧力 (MPa)、D - パイプの外径 (mm)、S - 銅管の許容応力 (MPa)、一般的に次のようにみなされます。銅管の降伏強度の1/3～1/4。
油圧方式
流体流動時の圧力損失を考慮すると、銅管の肉厚も水理強度条件[8]を満たす必要があります: t=D・(3ξρv^2/8σ[s])^0.5 ここで: ξ - 摩擦抵抗係数、レイノルズ数と相対粗さに関係します。 ρ - 冷媒密度 (kg/m3); v - 冷媒流速 (m/s); σ[s] - 銅管の許容せん断応力（MPa）を降伏強さの1/3とした値です。
振動疲労法
冷凍システムの銅パイプは交番応力に耐えることが多く、振動疲労強度を検証する必要があります[9]: σ[a]=Cf・σ[-1]・(2N[f])^m [σ]以下 ここで: σ[a] - 交番応力の振幅 (MPa)、Cf - 表面品質係数、σ[-1] - 銅管材料の疲労限度（MPa）を降伏強さの0.4-0.5とする、Nf - 疲労寿命（サイクル）、m - 疲労強度指数3～4とする、[σ] - 許容交番応力（MPa）を降伏強さの0.6～0.7とする。したがって、必要な最小壁厚を推定することができます。高温、高圧、振動下での銅管の安全性と信頼性を確保するには、設計では通常、上記の 3 つの方法に従って公称肉厚を計算し、その最大値を選択する必要があります。
冷凍システム用の銅パイプの選択と設計は、材料、加工、接続、設置、使用上の要素を総合的に考慮する必要がある体系的なプロジェクトです。設計中、銅パイプの材質、状態、仕様は、システムの冷却能力、作動媒体、温度、圧力パラメータに基づいて合理的に選択する必要があります。銅管肉厚の決定には、システムの安全性、信頼性、経済性を確保するために、耐圧能力、流体抵抗、振動疲労などの側面から計算チェックを行う必要があります。
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