Többrétegű hullámlemez kompenzátorok
A DUTÉP Vállalat 1978-ban kezdte meg a többrétegű hullámlemez kompenzátorok (hőtágulás kiegyenlítők) gyártását elsőként Magyarországon, amelyet a DUTERM Rt. 1990-től folyamatosan, a továbbiakban is gyárt. A kompenzátorok feladata egy adott – fixpontokkal határolt – csőszakasz hőtágulásának kiegyenlítése. Ezek a modern csőelemek kiválóan helyettesítik az eddig megszokott hőtágulás kiegyenlítőket, így a csőből készült kiegyenlítőket (lírákat, „s” íveket), a tömlőszelencés és lencsés kompenzátorokat, azok hátrányos tulajdonságaikat egyértelműen megszüntetik.
1. ábra
Hullámtest metszet
A többrétegű hullámlemez kompenzátor alapeleme 18/8–as króm-nikkel ötvözésű, ausztenites, rozsdamentes hullámtest (1.ábra).
A hullámtest az igénybe vételtől függően 1 – 18 rétegben készül, melynek rétegvastagsága 0, 2 – 0, 5 mm. A csatlakozó részek anyaga általában A35, A38, A45, A52K minőségű. Külön kérésre lehet KL, ill. KO – 33-36 minőségű is a csatlakozó rész anyag.
A hullámtestet belső védőcsővel láttuk el, melynek az a szerepe, hogy lerakódások és turbulens áramlás ne tudjon kialakulni. A védőcső anyaga megegyezik a fent említett hullámtest anyagával.
A többrétegű kompenzátorok előnyei a hagyományos kiegyenlítőkkel szemben:
- gazdaságos felhasználás,
- nagy biztonság,
- hosszú élettartam,
- egyszerű beépítési lehetőségek,
- nagy kiegyenlítő szakaszok,
- kis fixponti erő,
- kis helyigény.
Az általunk gyártott kompenzátoroknak négy alaptípusa van:
- axiál,
- angulár,
- laterál,
- univerzál.
A kompenzátorok 50-1000 mm-es névleges átmérőtartományban a következő nyomásfokozatokban készülnek: 0,6; 1,0 ; 1,6; 2,5; 4,0 MPa (MSZ 2873 szerint).
2.1 Az alaptípusok jellemzői
Axiál kompenzátor
Az axiál típusú kompenzátorok kizárólag csak tengelyirányú elmozdulást vehetnek fel. Ez az elmozdulás típusonként változik, maximálisan ± 130 mm-ig. A 2. ábrán az axiál kompenzátor mozgásviszonya látható. Az axiál kompenzátorok ott alkalmazhatók előnyösen, ahol a vezetékek közel fekszenek egymáshoz, és ott, ahol a vezeték nyomvonalában irányváltás, leágazás, a vezetéknek rövid egyenes szakaszai vannak.
2. ábra
Az axiál kompenzátor mozgása
3. ábra
Az axiál kompenzátor csőcsonkos kivitelben
Angulár kompenzátor
Az axiál kompenzátorokkal szemben az agulár kompenzátorok kizárólag szögelfordulás felvételre alkalmasak, innen kapta a nevét is: angulár v.szögkompenzátor. A kompenzátor úgy működik, hogy a hullámtest egy hevederbe van befogva, és egy csap körül elfordulva szimmetriatengelyével egy bizonyos szöget zárhat be. Az angulár kompenzátorok ott alkalmazhatók előnyösen, ahol hosszabb csőszakaszok elmozdulását kell kompenzálni, ezeknek a csőszakaszoknak a megnyúlása elérheti az 1000-2000 mm-t is.
Az angulár kompenzátorokat csak többedmagukkal lehet beépíteni. Ez a kombináció 2-3-4 kompenzátorból áll általában. Az angulár kompenzátorok kialakításuknál fogva kis fixponti erőket adnak, így a fixpontok sokkal olcsóbbak és anyagtakarékosabbak.
4. ábra
Az angulár kompenzátor mozgása
5. ábra
Angulárkompenzátor csőcsonkos kivitelben
Laterál kompenzátor
A laterál kompenzátorok felépítésüknél fogva csak a tengelyükre merőleges löketek felvételére alkalmasak. Innen kapták a nevüket is. A laterál kompenzátorok alapvető eleme a kettős hullámtest, amelyeket egy közbenső cső köt össze. A két hullámtest és a közbenső cső készülhet egy darabból is.
Az oldalirányú mozgást a kompenzátor úgy valósítja meg, hogy a kompenzátor két végén elhelyezett karimákat húzórudak kapcsolják össze, amelyek gömbcsuklós felfekvésűek, ezáltal a kompenzátor egyik vége a befogottnak tekintett másik végéhez képest egy gömbfelületen mozdul.
6. ábra
A laterál kompenzátor mozgása
7.ábra
A laterál kompenzátor csőcsonkos kivitelben
Univerzál kompenzátorok
Az univerzál kompenzátorok felépítésükben a laterál kompenzátorokhoz hasonlíthatóak azzal az eltéréssel, hogy húzórudakkal és csuklóelemekkel nem rendelkeznek.Működésük ebből következően az axiál és a laterál kompenzátorokra megengedhető elmozdulások egyidejű kombinációja.
8. ábra
Az univerzál kompenzátor
elmozdulás kombinációja
9.ábra
Univerzálkompenzátor
Az univerzál kompenzátornál figyelembe kell venni, hogy az univerzál kompenzátor a típus táblázatban megadott értékeknek megfelelően kétirányú löketet vehet fel. Ez a kétirányú löket azonban nem független egymástól. Maximális axiális löket esetén az oldalirányú löket csak 0 lehet, és viszont.
A két löket közötti összefüggést egy rombusz diagram adja meg, amelynél a tengelyek hossza az axiális és lateriális löket nagysága. A gyakorlat számára az axiális diagramot helyettesíthetjük egy-egyszerűbb rombusz diagrammal. A rombusz diagram a 10. ábrán látható. Ezt úgy készítjük, hogy az egyik koordinátatengelyre lemérjük a lateriális löketet, a másik koordinátatengelyre felmérjük az axiális löketet, ezeket összekötve megkapjuk a rombusz diagramot.
A 10. ábrán a lateriális löket 65 mm-nek, az axiális löket 40 mm-nek van feltéve. A diagramból leolvasható, hogy pl. 10 mm-es axiális löket esetén a lateriális löket 50 mm lehet.
10. ábra
A rombusz diagram
2.2 A kompenzátorok minősítése, vizsgálata
Minden egyes kompenzátort tömörségi és minden tizedik kompenzátort szilárdsági vizsgálatnak vetünk alá. A szilárdsági vizsgálatot víznyomáspróbával végezzük, amelynél a próbanyomás értéke 1,5-szerese a névleges nyomásnak. A tömörségi vizsgálat 0, 6 MPa értéken belső levegőnyomással történik.Ilyenkor a vizsgált kompenzátort vízbe merítjük, és a buborékképződésből lehet következtetni a tömítettségre.
2.3 A kompenzátorok alkalmazási területei
Általában a kompenzátorok felhasználására ott van szükség, ahol a csővezetékek a hőingadozás következtében hosszukat változtatják vagy rezgésnek vannak kitéve. A kompenzátorok alkalmazásának főbb ipari területei az építőipar, járműipar, energiaipar és a vegyipar. Az építőiparban távfűtővezetékek hőtágulásainak, lakások központi fűtés és melegvíz-vezetékeinek kiegyenlítésére nagy számban alkalmaznak kompenzátorokat. Változatosan alkalmazhatók a kompenzátorok a járműiparban a motorok magas hőmérsékletű vezetékei hőtágulásainak és rezgéseinek kiegyenlítésére. Ezen kívül kompenzátorok építhetők be a Diesel-motorok kipufogórendszereibe, a turbómotorok feltöltői elé. Az energiaipar területén is jól alkalmazhatók a kompenzátorok, a különböző gáz- és gázturbinák vezetékeiben felhasználhatók. A vegyiparban a nagy hőmérsékletű, agresszív vegyi anyagok, gázok, gőzök vezetékeinek a kiegyenlítésére alkalmazzák.
2.4 Kompenzátorok kiválasztása
A kompenzátorok kiválasztásához, illetve a csővezetékekbe történő bevezetéséhez a következő adatokra van szükség:
- csőátmérő
- üzemi nyomás
- szállított közeg
- hőmérséklet
- csőhossz és a csővezetékek elrendezése
- maximális megnyúlás
- csatlakozás fajtája
A kompenzátorok különböző típusai a típustáblázatban találhatók meg. Itt vannak megadva a kompenzátorok beépítésének és betervezésének az adatai is. A kompenzátortípus kiválasztása alapvetően a löket nagyságától, a csővezeték vonalvezetésétől függ, ezenkívül figyelembe kell venni a helyi adottságot.
Egyes kompenzátor típust lehetséges egy másikkal kombinálni, nevezetesen az axinált a laterállal vagy angulárral, laterált az angulárral. Ott, ahol a csővezeték erős rögzítésére nincs lehetőség, vagy amikor csak kis reakcióerőket kell felvenni, pl.turbináknál, Diesel – motoroknál, a hosszváltozás gömbcsuklós (laterál) és a szögkompenzátorokkal (angulár) kell kiegyenlíteni.
Kompenzátorok betervezése
Élettartam:
A kompenzátorok típustáblázatában megadott löket értékei 1000 teljes kettőslöket névleges élettartamhoz tartoznak. Az 1000 teljes kettőslöketes élettartamot a hullámlemez kompenzátorok 120 °C-ig biztosítják. A hullámtest anyagminőségétől függően a kompenzátorok 400°C, illetve 600°C-ig alkalmazhatók, de ilyenkor korrekciós számításokat kell végezni.
Korrekciós számítások:
Löketkorrekció
A csőszakasz megnyúlásából meg kell határozni a csőszakasz löketét:
Az 1. diagramból a maximális hőmérséklet függvényében meghatározzuk a löketkorrekciós tényezőt: Kh (%). Ezután számíthatjuk a maximálisan szükséges löketet:
A maximálisan megengedhető üzemi löket:
Ahol: HN … a kompenzátor névleges lökete, mm.
A megengedhető löket %-os kihasználtsági foka:
Nyomáskorrekció
A maximális hőmérséklet függvényében a 2. diagramból meg kell határozni a nyomáskorrekciós tényezőt K o (%).
A maximálisan szükséges névleges nyomás:
Püz az üzemi nyomás MPa
A maximálisan megengedhető üzemi nyomás:
Ahol:
PN a kompenzátor névleges nyomása MPa
A nyomáskihasználtság százalékos értéke:
A nyomás (K `D) és a löketkihasználtság (K`H ) százalékos értékének a figyelembevételével az 1. táblázatban meghatározható a kompenzátor tényleges időtartama.
A kompenzátorok előfeszítése
A kompenzátorok előfeszítetlenül készülnek, ez azt jelenti, hogy a kompenzátorok pozitív és negatív irányban is ugyanakkora elmozdulást képesek felvenni.
A csővezetékek általában a kompenzátor beépítésének időpontjában való állapotához képest nem ugyanakkora megnyúlást végeznek pozitív és negatív irányba. Ezért a kompenzátort a csővezeték pozitív és negatív irányba történő megnyúlásának arányában elő kell feszíteni.
Beépítési irányelvek
Axiál kompenzátorok
Mivel az axiál kompenzátorok csak tisztán axiális elmozdulásokat vehetnek fel, így egyenesbevezetők segítségével egyértelműen biztosítani kell ezt az igénybevételt. A kompenzátorokat – amennyiben lehetőség van – fixpont közelében kell elhelyezni.Ugyanakkor a kompenzátoroknak a fixponttal ellentétes oldalán legalább két térbeli egyenesbevezetőnek kell lennie. Az egyenesbevezető és a fixpont kompenzátortól való távolsága a névleges csőátmérő max. 3–4–szerese, a két egyenesbevezető távolsága pedig 14-szerese legyen. A több egyenesbevezető helyének meghatározása szokásos módon történik.
A kompenzátorok belső védőcsővel vannak ellátva, amely meghatározza a fő áramlási irányt, amelyet a kompenzátor külső oldalán levő „A” betű jelöl.
A kompenzátort ezen fő áramlási iránynak megfelelően kell beépíteni, ha a nyomvonal vízszintes.Függőleges tengelyű vezetékbe épített axiál kompenzátorokon az „A” betűnek mindig a felső csőcsonkon kell lenni. A 11 – 15.ábrák különböző axiál kompenzátor beépítési módokat mutatnak.
Angulár kompenzátor
Egy angulár kompenzátort egymagában értelmetlen beépíteni a csővezetékbe, hanem több kompenzátorból álló kombinációban. Ezek a kombinációk kettő, három vagy négy darab kompenzátorból alakíthatók ki. Az angulár kompenzátorokkal hosszú egyenes vezetékszakaszok is kiegyenlíthetők.Ilyenkor az angulár kompenzátorokat egy „U” alakú ívben kell beépíteni, három vagy négy angulár kompenzátor alkalmazásával. (Megjegyzés: az „U” kombináció nem azonos az „U” lírával!) A 16 – 20.ábra angulár kombinációk beépítését mutatja.
Laterál kompenzátor
A laterál kompenzátorokat a fixpontokkal határolt vezetékszakaszba, mind egyesével, mind kettesével be lehet építeni. Jellegzetes beépítési területek az olyan oldalágak, lecsatlakozások bekötése, ahol a főágban, a lecsatlakozás közelében fixpont nem alakítható ki. A kompenzátorok mozgástartománya lehet síkbeli és térbeli is.
A 21–24. ábra néhány beépítési változatot mutat.
Univerzál kompenzátor
Az univerzál kompenzátorokat általában olyan helyen alkalmazzák, ahol relatív nagy amplitúdójú rezgések vannak. Ezeket a kompenzátorokat, mint hőtágulás felvevő elemeket ritkábban alkalmazzák. Az univerzális kompenzátorok helyes működésének biztosításánál különösen a fixpont kialakításokra, a csőmegvezetésekre és az előfeszítésre kell figyelni.
A saját ellenállás vagy rugóerő számításánál mind a lateriális, mind az axiális löketeket figyelembe kell venni. A típustáblázatban a lateriális és az axiális rugóállandó is megtalálható.
A cső megvezetésének olyannak kell lenni, hogy a cső súlya ne terhelje a kompenzátort.
Figyelem!
A kompenzátor hullámtest alapanyaga, a 18/8-as ausztenites krómnikkel acél az atmoszférának, az oxidáló-, só és savas oldatoknak ellenáll, de kloridos sóoldatoknak, azaz a nem oldódó oldatokkal szemben nem ellenálló (lásd a korróziós táblázatot).
A kompenzátorokkal kiegyenlített hálózat csak abban az esetben működik kifogástalanul, ha a tervezést és kivitlezést a szakmai előírásoknak megfelelően végezték, igény esetén az alaptípusoktól eltérő, speciális kompenzátorok is megrendelhetők, de ilyen esetben személyes megbeszélést javasolunk. A kompenzátorok méretezése és helyes betervezésének módja dr.Pöstyeni Ferenc: hullámlemez kompenzátorok c. könyvében található meg, mely kapható az ÉTK (Budapest, Rumbach S. u. 17/a) könyvesboltjában.
A továbbiakban ismertetésre kerülő gyártmányválaszték típusait általában a megrendeléstől számított három hónapon belül szállítjuk (címünk a második lapon).
2.5 Korrekciós táblázat és diagram
A kompenzátor várható élettartama a K`D nyomáskihasználtság és K`H löketkihasználtság függvényében
Élettartam (teljes kettőslöket) | K`H nyomáskihasználtsági fok (%) | ||||||
| 100 | 80 | 60 | 40 | 20 | 0 | ||
| K`D löketkihasználtsági fok (%) | 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 | 350 650 100 1500 2500 4000 8000 16000 35000 105 3 ·105 8 ·105 1,5 ·106 | 400 720 1100 1700 3000 5000 10000 20000 55000 1,5 ·105 6 ·105 3 ·106 7 ·106 | 450 800 1200 2000 3500 6000 13000 30000 80000 2,5 ·105 1,3 ·106 107 1,5 ·108 | 500 870 1400 2300 4000 7500 16000 40000 1,2 ·105 5 ·105 3 ·10 3 ·107 3,5 ·108 | 550 840 1600 2600 4500 9000 20000 55000 1,8 ·105 8 ·105 6 ·106 108 108 | 650 1000 1800 3000 5500 11000 25000 75000 2,5 ·105 1,5 ·106 1,2 ·107 3 ·108 6 ·109 |
1. diagram
A KH löketkorrekciós tényező meghatározása a
a hőmérséklet függvényében
2. diagram
A KD löketkorrekciós tényező meghatározása a
a hőmérséklet függvényében