Kompensator (rør)

Den kompensator er et fleksibelt element til at kompensere for bevægelser i rørledninger , især i tilfælde af termiske ændringer i længde , vibrationer , væg gennemtrængning eller afvikling fænomener . Kompensationen finder sted mekanisk via en elastisk bælge . Afhængig af kravene til medium, tryk, temperatur og levetid er ekspansionsfugen lavet af forskellige materialer. Ekspansionsfuger i metal og blødt materiale er mest almindelige i kraftværkssektoren, men der er også anvendelser, hvor der anvendes ekspansionsfuger af gummi, PTFE eller anden plast .

historie

• historiske brochurer
• 

  Ekspansionsfuger i metalslange omkring 1930

• 

  Bagsiden af ​​brochuren fra 1930

Allerede i 1920 ansøgte Emil Witzenmann patent på den første såkaldte metalslangekompensator (German Reich patent nr. 367 185 af 29. juli 1920). Rent teknisk set var denne forløber for nutidens ekspansionsfuger en stor, presstæt metalslange med defineret begrænset bevægelsesfrihed.

I 1930'erne blev metalslangeprincippet erstattet som det centrale funktionelle element af metalbælgen. Dette konstruktionsprincip - metalbælge med forbindelsesstykker - er det konstruktive grundlag for moderne metaludvidelsesfuger til i dag.

Kompensatorens struktur

Hver ekspansionsfuger består af en enkelt eller flerlags elastisk bælge og en rørforbindelse. Med metalekspansionsfuger udgør bælgen og forbindelsen normalt en enhed, mens ekspansionsfuger i blødt materiale altid består af en kombination af en metalramme eller spændebånd og stofbælge. Stoffet er fastspændt i rammen eller direkte på rørledningen. Spændingen finder sted enten med spændebånd (kun muligt med runde kabler), skrueforbindelser eller specielle klemmer.

Kompensatorbælge

Kompensatorens bælge kan være lavet af metal, en sammensætning af tekniske stoffer, plast eller gummi. Både et enkeltlag og en flerlagsstruktur, hvor lagene følger forskellige designkriterier (f.eks. Tæthed, korrosionsbeskyttelse osv.) Er altid mulige. Bælgens elasticitet kommer gennem en for det meste bølgende materialekompression.

Kanaltilslutning

Ekspansionsfugen er forbundet med kanalen enten via en flange eller direkte, i hvert tilfælde ved skruning eller svejsning.

Forbløffe

I tilfælde af luftformigt strømningsmedie anvendes eventuelt styrerør eller styreplader for at minimere effektivitetstab som følge af strømningsafbøjning og beskadigelse af ekspansionsfugen. Turbulente hvirvler på grund af udvidelsen af ​​strømningstværsnittet i området for kompensatoren kan føre til både aflejring af strømningspartikler i kompensatoren og til skade på grund af slid. Ved udformning af en ekspansionsfuge med en ledeplade er det vigtigt, at de maksimale bevægelser og flowretningen defineres.

isolering

I varme gasledninger er tekstiludvidelsesfuger yderligere isoleret ude eller inde. Ellers er der en risiko for, at materialespændinger fører til svigt i ekspansionsleddet på grund af for store temperaturforskelle (mellem kanalens yderside og inderside eller i tilfælde af en pludselig tilstrømning af kold luft fra et nødstop).

dække over

For at beskytte mod ydre påvirkninger (kemiske interaktioner, temperaturpåvirkninger, fx på grund af varmestråling fra andre komponenter, vejr), kan ekspansionsfuger også forsynes med et låg. Imidlertid skal den isolerende effekt, der er skabt af dækslet, tages i betragtning.

Speciel struktur af metalekspansionsfuger (flerlags og flervægget)

I moderne ekspansionsfuger fremstilles metalbælgen ofte i et såkaldt flerlagsdesign. For at øge fleksibiliteten og stabiliteten på samme tid kombineres flere tynde lag af metal som bælgens væg. Der skelnes mellem to typer konstruktioner, flerlags- og flervægget bælgestruktur. Flerlagsstrukturen består af en tryktæt, langsgående svejset ydre og indre cylinder lavet af rustfrit stål. Imellem er der en åben spiralcylinder, der afhængigt af designet danner flere indre lag. I den flervæggede konstruktion er der flere langsgående svejsede cylindre, der er tilsluttet hinanden. Hver cylinder danner en tryktæt og selvstændig "væg".

De vigtigste fordele ved flervæggede bælge:

• 

  Solid bøjningsbjælke

• 

  Bøjningsbjælke delt

• Kontrol af høje og ekstremt høje tryk
• stor bevægelsesabsorption
• små dimensioner
• lave justeringskræfter
• optimal kompensation i det mindste rum
• Tidlig lækagedetektion (i tilfælde af skader) via standard kontrolboring
• fuldstændig sikkerhed mod sprængning
• Mulighed for permanent lækageovervågning med kritiske medier
• økonomisk brug af korrosionsbestandige materialer af høj kvalitet som Inconel, Incoloy, Hastelloy, titanium og tantal
• isolering mod strukturbåren støj op til 20 dB

Denne konstruktion medfører ikke kun tekniske, men også økonomiske fordele.

Forskellige materialer kan bruges til bælgestrukturen. Såsom B. højlegeret rustfrit stål til mellembelastet indre og / eller ydre rør og lavlegeret rustfrit stål til mellemlagene.

Typer af kompensation

Ved udformning af ekspansionsfuger skelnes der grundlæggende mellem aksiale, laterale og vinkelbevægelser. Med rektangulære ekspansionsfuger spiller ikke kun selve bevægelsen, men også bevægelsens rumlige retning. Afhængigt af bevægelsen udvikler sig forskellige gendannelseskræfter . Gendannelseskræfter er fjederkræfter, der tvinger ekspansionsleddet tilbage til dets oprindelige position. Især med metalekspansionsfuger øges gendannelseskræfterne kraftigt med stigende deformation.

Aksialt

Med aksial kompensation absorberes den termiske ekspansion af et lige linjeafsnit mellem to faste punkter af en aksial kompensator. Afstanden mellem de to faste punkter bestemmer den linjelængde, der skal kompenseres, og dermed den aksiale bevægelse, der skal udføres af kompensatoren.

Følgende grundlæggende regler gælder for aksial kompensation:

• Det flade eller tredimensionelle rørledningssystem er opdelt i individuelle, lige sektioner med faste punkter, så de hver især kan kompenseres for med en enkelt aksial kompensator.
• De faste punkter skal være udformet på en sådan måde, at de kan modstå tryk- og fjederkræfterne på den aksiale ekspansionsfuge, styrelejernes friktionskræfter og flowkræfterne.
• Lange rørledninger mellem de faste punkter skal sikres mod knæk med føringslejer.
• Den aksiale ekspansionsfuge skal installeres i umiddelbar nærhed af et fast punkt og et styreleje.
• Uacceptabelt høje faste punktbelastninger kan undgås ved hjælp af trykaflastede aksiale ekspansionsfuger.

Vinklet

Mindst to vinkeludvidelsessamlinger kræves for vinkelkompensation af termisk ekspansion og endda tre vinkeludvidelsesfuger for fuldstændig kompensation. Vinkeludvidelsessamlinger tilbyder en lang række mulige kombinationer i såkaldte to- eller tre-leddsystemer.

De plane tre-ledningssystemer styres med ensidige vinkelbevægelige ekspansionsfuger, mens de tredimensionelle tre-fugesystemer kræver mindst to vinkelbevægelige universelle ledudvidelsesfuger for at absorbere termisk ekspansion i tre aksiale retninger.

Følgende grundlæggende regler gælder for vinkelkompensation: Mindst to vinkelkompensatorer kræves altid.

• Vinkelkompensationen er altid forbundet med flere strømningsbøjninger 90 °.
• Da vinkeludvidelsesfuger, som ledudvidelsesfuger, absorberer de trykkræfter, der frigøres af selve bælgen, belastes rørets faste punkter kun af deres justeringskræfter og -momenter samt friktionskræfterne for linjestyrene og strømningskræfterne.
• Vinkelkompensationen er især velegnet til rumligt komplicerede rørkørsler.

Tværgående

Den laterale kompensation er også forbundet med en afbøjning af strømningen med 90 ° inden i det plane eller tredimensionelle linjesystem. I de fleste tilfælde anvendes de retvinklede afbøjninger i systemet til installation af laterale ekspansionsfuger.

Bevægelsen af ​​en lateral ekspansionsfuger består altid af den ønskede laterale bevægelse og en let, uundgåelig aksial bevægelse fra selve ekspansionsfugen. De enkle laterale ekspansionsfuger til laterale bevægelser i kun et plan tillader en signifikant større ekspansionsabsorption sammenlignet med de aksiale ekspansionsfuger. Laterale ekspansionsfuger, som kan bevæges på alle sider, gør det også muligt at absorbere udvidelse af to linjer i forskellige retninger på samme tid.

Følgende grundlæggende regler gælder for sidekompensation:

• I henhold til deres type bevægelse er laterale ekspansionsfuger altid anbragt vinkelret på den kompenserende rørledning. Dette betyder, at lateral kompensation altid er forbundet med flowafbøjning.
• Aflastning af de faste punkter fra kompressionskræfter som med vinkeludvidelsesfuger.

Den uundgåelige, lille aksiale bevægelse af laterale ekspansionsfuger absorberes af en yderligere ledudvidelsesfuge i den "komplette kompensation". Det kan dog ofte kompensere for rørledningen ved hjælp af elastiske bøjninger. I dette tilfælde skal der være tilstrækkelig plads i linjestyrene. Laterale ekspansionsfuger muliggør vinkelbevægelse omkring boltene eller ledakserne. Dette kan bruges til at optage kabelslæk mellem rørstøtterne. Laterale og vinklede ekspansionsfuger bruges ofte i kombination i tre-led-systemer.

Materialer og design

Valget af en passende kompensator er baseret på princippet om den mest omkostningseffektive funktionsopfyldelse. I en rentabilitetsanalyse skal der ikke kun tages højde for omkostningerne til ekspansionsfuger, men også for de krævede faste punkter, rørstøtter og brøndkonstruktioner. Derudover skal især vedligeholdelses- og reparationsomkostninger indgå i økonomiske overvejelser. Reparation og udskiftning af ekspansionsfuger overstiger normalt investeringsomkostningerne mange gange: I tilfælde af skader kan omkostningerne til systemets nedetid, sikkerhedsforholdsregler og stilladser på steder, der undertiden er vanskelige at få adgang, føjes til den nye investering.

Stofkompensator

Blødt materiale eller stofudvidelsesfuger er rør- og kanalkomponenter fremstillet af tekniske stoffer eller elastomerer. De bruges både til at kompensere for mekanisk forskydning og til at reducere støj og vibrationer. Det bløde materiale er enten fastgjort til en stålramme eller - hvis belastningen er lav - forbundet med rørledningen med stropper. Afhængig af den tilsigtede anvendelse produceres tekstiludvidelsesfuger i enkelt- eller flerlagsdesign. På grund af flerlagsstrukturen er forskellige funktioner, f.eks. B. Isolering, tæthed, trykstødsadfærd osv. Kan kombineres i henhold til de specifikke krav. Sammenlignet med metalekspansionsfuger er blødt materialeekspansionsfuger karakteriseret ved deres lave vægt og lave reaktionskræfter (også kendt som gendannelseskræfter ). Derfor er tekstiludvidelsessamlinger særligt velegnede til store dimensioner med lave driftstryk og luftformige medier (luft, udstødningsgas, røggas). Der er ingen standardisering for designet, men en samling af teknisk information fra kvalitetsforeningen for kompensatorer til blødt materiale i RAL-foreningen , der beskriver den aktuelle teknik.

Metal ekspansionsled

Metalekspansionsfuger anvendes fortrinsvis, når ledningssystemerne er under tryk, høje temperaturer hersker, eller når aggressive medier skal transporteres. De består af en eller flere metalbælge og forbindende dele i begge ender. Afhængigt af anvendelsesområdet og de bevægelser, der skal kompenseres, har de også fælles ankre. Ifølge de tre grundlæggende typer af bevægelse skelnes der mellem aksiale, vinklede og laterale ekspansionsfuger. Ud over rustfrit stål med lavt legering anvendes også nikkelbaserede legeringer eller rene metaller som materialer til fremstilling af kompensatorer. For eksempel i anvendelsesområder inden for kemi eller i området med havvand eller undersøisk anvendes ofte Hastelloy, Inconel, Incoloy eller også titanium og tatal. Inden for stålproduktion anvendes murstensforede ekspansionsfuger lavet af højlegeret rustfrit stål, der har en temperaturbestandighed på godt over 1000 ° C. Runde ekspansionsfuger i rustfrit stål er begrænset i diameter på grund af fremstillingsmulighederne. Rektangulære metalekspansionsfuger kan fremstilles i enhver størrelse, og deres dimensioner er kun begrænset af transportmulighederne.

Aksial ekspansionsled

Den aksiale kompensator bruges til at absorbere bevægelse i aksial retning. Standard forbindelsesdele af den aksiale ekspansionsfuge er svejseender, faste og løse flanger. Aksiale ekspansionsfuger er ofte udstyret med et styrerør på indersiden af ​​metalbælgen. Dette reducerer strømningsmodstanden og forhindrer skader, der kan skyldes direkte kontakt med det strømmende medium. Aksiale ekspansionsfuger, der kan absorbere store bevægelser, består ofte af to metalbælge og et indre eller ydre styrerør, der beskytter mod bukkning på grund af internt tryk. I tilfælde af små nominelle bredder bruges beskyttelsesrør til at forhindre mekanisk beskadigelse under samling og drift. Aksiale ekspansionsfuger er velegnede til internt og eksternt overtryk.

Hvis metalbælgen udsættes for eksternt tryk af aksiale ekspansionsfuger, tillader ekspansionsfuger meget store aksiale bevægelser i en rørledning under internt tryk. Da der ikke er nogen risiko for at bukke i tilfælde af eksternt overtryk, kan der anvendes meget lange metalbælge eller kombinationer af bælge med meget høj bevægelsesabsorption.

Vinkeludvidelsessamling

Vinkeludvidelsesfugen absorberer bøjninger eller vinkelbevægelser. Ligesom det enkle aksiale ekspansionsled består det af en metalbælge og forbindelsesdelene på begge sider. Men han har også en

• ledforankring af disse forbindelsesdele til vinkelbevægelser i et plan eller
• en kardanforankring til vinkelbevægelser allround

Følgelig bestemmer forankringen typen af ​​bevægelsesabsorption.

Lateral ekspansionsfuge

Den laterale ekspansionsfuger absorberer tværgående eller laterale bevægelser. Det består af

• en eller to metalbælge med et mellemrør
• forbindelsesdelene på begge sider og en ledforankring af disse forbindelsesdele til lateral bevægelse i et plan eller til sideværts bevægelser.

Normalt består forankringen af ​​runde ankre med kuglelejer. Flade ankre med stift eller universalforbindelser anvendes til høje aksiale kompressionskræfter. Størrelsen af ​​den laterale bevægelse øges med bøjningsvinklen på de to metalbælge og med længden af ​​det mellemliggende rør.

Universal ekspansionsled

Den universelle ekspansionsfuger kan ikke kun absorbere aksiale, men også vinkel- og laterale bevægelser kombineret. Den består af to metalbælge med et mellemrør og forbindelsesdele på begge sider. Som en speciel form for den aksiale kompensator har den universelle kompensator kun en lav trykstyrke af stabilitetsårsager og belaster også de efterfølgende linjestøtter med den aksiale kompressionskraft som følge af det indre tryk. Det bruges mest, når store aksiale og laterale bevægelser skal kompenseres for med lavt tryk.

I modsætning til de ikke-forankrede aksiale og universelle ekspansionsfuger, fylder ikke fælles ekspansionsfuger forbindelsesledningerne med den aksiale kompressionskraft fra det indre tryk, da dette absorberes af fugeforankringen.

Gummikompensator

Gummiudvidelsessamlingen består af vulkaniserede syntetiske gummilag, der kan vælges afhængigt af mediet og den ønskede modstand. Forskellige støtteindsatser som nylonsnor, aramidesnor og stålsnor fås til tryk- og temperaturmodstand. Gummiudvidelsessamlinger er kendetegnet ved høj fleksibilitet i aksial, lateral og vinkelretning samt høj ekspansionsabsorption med ekstremt korte længder. Ud over at absorbere ekspansion har de også en fremragende lyd- og vibrationsreducerende effekt.

Buekonstruktioner ("naturlig" kompensation)

Buekonstruktioner, normalt U-buer og Z-buer, er kun egnede til den naturlige kompensation af termisk inducerede længdeforandringer. Disse buestrukturer kaldes også lyrebuer , men er ikke specielle komponenter, men er lavet af rørformede komponenter. For stive rør kræves fire 90 ° bøjninger til en U-bøjning og to 90 ° bøjninger til en Z-bøjning, mellem hvilke der indsættes kortere rørsektioner. I tilfælde af fleksible rørledninger kan rørene selv alternativt bøjes i overensstemmelse hermed, hvorved de tilladte minimumsbøjningsradier ikke må underskæres under installation og drift. Brug af bøjninger, hvis vinkel afviger markant fra 90 °, undgås, da meget store kræfter kan virke i ugunstige retninger i sådanne strukturer. Den store fordel ved albuekonstruktioner er, at de er lavet af det samme materiale som resten af ​​rørledningen. Dette betyder, at der ikke er begrænsninger på driftsparametrene på grund af kompensationselementerne. I tilfælde af metalliske rørledninger elimineres også muligheden for elektrokemisk korrosion ved materialeovergange i området for de allerede stærkt belastede kompensationselementer. Ulempen er den store mængde plads, der kræves til buerne. I tilfælde af Z-bøjning er der også en forskydning af rørledningen, som skal tages i betragtning under planlægningen, men z. B. i fjernvarme husforbindelser kan være ret fordelagtige.

Ellers anvendes ikke-fleksible materialer som glas også til "naturlige" ekspansionsfuger . En sådan glaskomponent består normalt af særligt tryk- og temperaturbestandigt teknisk specialglas, således at korrosionsbestandighed er garanteret. Materialeglasset giver en særlig glat og hård overflade, hvilket minimerer slid i arket. Derudover kan der ved at variere bøjningsradius opnås en optimal strømning svarende til buede strukturer. En anden fordel er gennemsigtigheden, hvorigennem de flydende stoffer kan overvåges optimalt, såvel som den kemiske modstandsdygtighed for specielle glas, såsom borosilikatglas i korrosive miljøer.

Objektivkompensator

En linsekompensator består af mindst to S-formede halvskaller, der er svejset rundt omkredsen. Vægtykkelsen er væsentligt stærkere end tykkelsen på en bølgepap-ekspansionsfuger. Linsekompensatoren bruges ofte i varmevekslere til at kompensere for ændringen i længde mellem skalsiden og rørsiden.

Langærmet ekspansionsfuge

Ekspansionsfuger med lange ærmer (også pakdåseekspansionsled eller ekspansionspakdåse ) består af to teleskopisk forskydelige rør, der er forseglet ved hjælp af en glideforsegling. Ændringen i længde svarer til rørets indføringsdybde.

Fejl i ekspansionsfuger

Kompensatorfejl kan spores tilbage til en lang række årsager. De mest almindelige årsager til skader er:

• Transportskader, forkert opbevaring og håndtering
• Forkert installation eller utilstrækkelig beskyttelse under montering eller drift
• Utilstrækkelig forankring, vejledning og opbevaring
• Suspensionsfejl
• Korrosion: På grund af stigningen i kanalens tværsnit kan temperaturforskellen mellem ydersiden og indersiden af ​​ekspansionsfugen resultere i, at gasformige medier falder under dugpunktet og dermed akkumulering af kondensat. Dette kan beskadige eller ødelægge kompensatoren og skal derfor minimeres eller aflades på en kontrolleret måde ved hjælp af styreanordninger.
• Systemets overtryk
• Utilladelig afbøjning af bælgen
• torsion
• Bælge understøtter

Mange risici for kompensatorfejl kan minimeres ved korrekt design af kompensatoren. De fleste producenter af ekspansionsled har stor erfaring og kan foreslå passende kompensationsløsninger i samordning med driftsparametrene. Skader, der ikke kan spores tilbage til designet, kan minimeres ved korrekt håndtering og opbevaring i overensstemmelse med producentens anvisninger, overholdelse af sikkerheds- og inspektionsbestemmelser og regelmæssig vedligeholdelse.

Kontroller efter installation:

• om ekspansionsleddet blev beskadiget under installationen
• om ekspansionsleddet er i den korrekte position,
• om strømningsretningen er korrekt i henhold til specifikationerne.

Weblinks

• Kvalitetsforening for kompensatorer til blødt materiale i RAL-foreningen

litteratur

• Witzenmann Group : virksomhedsarkiv
• Virksomhedshistorie af Witzenmann GmbH af Gregor Mühlthaler
• Reinhard Gropp: Fleksible metalliske kabler. I: Teknologibiblioteket 188. Verlag moderne industri, Landsberg / Lech 1999, ISBN 3-478-93216-5 .
• Ekspansionsfuger manual. Witzenmann, Pforzheim 2010.

Individuelle beviser

1. ↑ qafej.org