Kompensator mieszkowy pracuje przez kontrolowane odkształcanie części elastycznej. O jego przydatności nie decyduje jednak sam zakres ruchu podany w katalogu. Geometria mieszka, ciśnienie, temperatura, liczba cykli oraz sposób prowadzenia rurociągu tworzą jeden układ obciążeń, który trzeba rozpatrywać łącznie.
Ruch kompensatora opisujemy względem położenia montażowego
Przy wydłużaniu nagrzewającego się odcinka rurociągu kompensator osiowy może być ściskany pomiędzy punktami stałymi. W dokumentacji ruch należy więc opisywać z perspektywy końców kompensatora: jako skrócenie, wydłużenie, przesunięcie poprzeczne lub zmianę kąta względem położenia montażowego. Takie podejście eliminuje niejednoznaczność, która często pojawia się przy określeniach typu „wydłużenie rurociągu”.
Ruch osiowy
Zmienia odległość pomiędzy przyłączami wzdłuż osi rurociągu. Skrócenie i wydłużenie powinny być podane osobno, ponieważ położenie montażowe nie zawsze znajduje się pośrodku całego dopuszczalnego zakresu pracy.
Ruch poprzeczny
Przesuwa jeden koniec zespołu względem drugiego w kierunku prostopadłym do osi. Oprócz wartości przesunięcia znaczenie ma jego płaszczyzna oraz długość konstrukcyjna zespołu. Przy większych ruchach poprzecznych stosuje się między innymi układy dwumieszkowe.
Ruch kątowy
Powoduje zmianę kąta pomiędzy osiami końców kompensatora. Wychylenie kątowe rozpatruje się jako część geometrii całego układu rurociągowego, szczególnie gdy kilka kompensatorów pracuje jako układ przegubowy.
Skręcanie wokół osi rurociągu nie jest kolejną odmianą ruchu kątowego. Dla metalowych mieszków jest obciążeniem, którego należy unikać w projekcie i podczas montażu.
Ruchy złożone nie są sumą niezależnych maksimów katalogowych
W instalacji ruch osiowy, poprzeczny i kątowy może występować w tym samym stanie pracy. Jeżeli podczas rozruchu kompensator jednocześnie się skraca i przesuwa bocznie, oba przemieszczenia tworzą jeden przypadek obciążenia. Nie można zakładać, że maksymalny ruch osiowy, maksymalny ruch poprzeczny i maksymalne wychylenie kątowe są dostępne równocześnie.
Zakres ruchów złożonych wynika z charakterystyki konkretnego mieszka oraz obciążeń od ciśnienia. Dlatego do doboru potrzebne są rzeczywiste kombinacje przemieszczeń występujące w kolejnych stanach pracy, a nie wyłącznie największe wartości zapisane osobno dla każdej osi.
Kiedy stosuje się konstrukcję dwumieszkową
Przy większym wymaganym przesunięciu poprzecznym stosuje się między innymi dwa mieszki połączone odcinkiem rury. Przemieszczenie boczne powstaje wtedy przez przeciwne wychylenia kątowe obu mieszków. Na dostępny zakres ruchu wpływają rozstaw mieszków, ich geometria, dopuszczalne wychylenie oraz sposób ograniczenia sił od ciśnienia.
W takim zespole ważna jest nie tylko wartość przesunięcia końców, ale również sposób podziału ruchu pomiędzy oba mieszki. Elementy sterujące mogą stabilizować pracę układu i wymuszać właściwy rozkład przemieszczeń, ale nie należy utożsamiać ich z elementami przejmującymi siłę rozporu.
Mieszek wielowarstwowy: podatność, ciśnienie i trwałość
W mieszku wielowarstwowym ścianka części elastycznej jest zbudowana z kilku cienkich warstw metalu. Pozwala to uzyskać inną charakterystykę sprężystą niż przy ściance jednowarstwowej i projektować zespół pod wymagany zakres ruchu, ciśnienie oraz obciążenia cykliczne.
Sama liczba warstw nie określa trwałości kompensatora. W projektowaniu trzeba uwzględnić zakres naprężeń wynikający z ruchu, temperaturę, ciśnienie, materiał, geometrię fałd oraz liczbę cykli. Przy drganiach dochodzi dodatkowo częstotliwość i amplituda wymuszenia, a także własna charakterystyka dynamiczna zespołu.
Istotna jest również sztywność sprężysta mieszka. Im większa siła reakcji potrzebna do uzyskania danego przemieszczenia, tym większe obciążenie może zostać przekazane na króćce urządzeń, podpory i pozostałe elementy rurociągu.
Siła rozporu, punkty stałe i funkcja cięgien
Ciśnienie działające na efektywną powierzchnię mieszka wywołuje osiową siłę rozporu. Jeżeli zespół kompensatora nie posiada konstrukcji przejmującej tę siłę, musi ona zostać przeniesiona przez odpowiednio zaprojektowane punkty stałe instalacji. Prowadnice utrzymują kierunek ruchu rurociągu, ale nie zastępują punktu stałego zdolnego do przejęcia obciążeń osiowych.
Pręty montowane przy kompensatorze mogą pełnić różne funkcje i nie należy oceniać ich wyłącznie po wyglądzie:
- cięgna przejmujące siłę rozporu ograniczają swobodny ruch osiowy zespołu;
- ograniczniki wyznaczają dopuszczalne położenia skrajne i chronią mieszek przed przekroczeniem założonego zakresu;
- elementy sterujące w konstrukcji dwumieszkowej służą do kontroli geometrii i podziału ruchu pomiędzy mieszkami.
Funkcja tych elementów musi wynikać z dokumentacji konkretnego zespołu. Podobna geometria zewnętrzna nie oznacza identycznego sposobu pracy.
Jakie dane są potrzebne do doboru kompensatora mieszkowego
Dobra specyfikacja opisuje kompensator jako część całego układu rurociągowego. Do doboru potrzebne są przede wszystkim:
- schemat rurociągu z punktami stałymi, prowadnicami, podporami i przyłączami urządzeń;
- dostępna długość zabudowy oraz położenie montażowe kompensatora;
- ruchy końców kompensatora względem położenia montażowego, z zaznaczeniem składowych występujących jednocześnie;
- medium, ciśnienie i temperatura dla normalnej pracy, rozruchu, postoju oraz innych istotnych stanów procesu;
- liczba cykli oraz charakter drgań, jeśli występują;
- DN, typ przyłączy, wymagane materiały i wyposażenie dodatkowe;
- dopuszczalne siły i momenty na króćcach urządzeń współpracujących;
- przy wymianie istniejącego zespołu – rysunek, wymiary, dokumentacja oraz opis przyczyny wymiany lub uszkodzenia.
Montaż nie powinien zużywać zakresu roboczego mieszka
Kompensator nie jest elementem do korygowania przypadkowego błędu rozstawu kołnierzy. Wymuszone rozciągnięcie, ściśnięcie lub przesunięcie boczne podczas montażu wprowadza wstępne odkształcenie, które później nakłada się na ruch roboczy instalacji. Podobny problem powstaje przy obracaniu końców zespołu w celu dopasowania otworów śrubowych, ponieważ może to wprowadzać skręcanie mieszka.
Jeżeli projekt przewiduje kontrolowane wstępne odkształcenie, powinno ono wynikać z dokumentacji konkretnego kompensatora i obliczonego zakresu pracy. To zupełnie inna sytuacja niż doraźne „dociągnięcie” elementu do niedopasowanej instalacji.
Metalowy mieszek, guma i PTFE wymagają osobnej oceny
Zależności stosowane przy projektowaniu metalowego mieszka nie przenoszą się wprost na kompensatory gumowe lub PTFE. W konstrukcji gumowej o pracy części elastycznej decydują między innymi mieszanka elastomerowa, zbrojenie i geometria garbu. W PTFE istotne są właściwości fluoropolimeru, geometria mieszka oraz zależność dopuszczalnych parametrów od temperatury i ciśnienia.
W Metal-Gum dobieramy kompensatory gumowe i PTFE do rzeczywistych warunków instalacji: medium, temperatury, ciśnienia, wymaganych przemieszczeń i sposobu zabudowy. Jeżeli ruchy są złożone, podstawą rozmowy technicznej powinien być schemat rurociągu pokazujący ich wartości i kierunki oraz rozmieszczenie punktów stałych i prowadnic.
Pytania o montaż i konstrukcję
Czy mieszkiem można skorygować błędny rozstaw kołnierzy?
Nie powinno się wykorzystywać kompensatora do przypadkowego korygowania błędów montażowych. Wstępne odkształcenie zmniejsza dostępny zakres roboczy i zmienia stan obciążenia mieszka. Jeżeli prekompresja lub inne wstępne ustawienie jest częścią projektu, musi być określone w dokumentacji konkretnego zespołu.
Czy każde cięgno pozwala na kompensację osiową?
Nie. Cięgna przejmujące siłę rozporu ograniczają swobodny ruch osiowy, natomiast ograniczniki mogą dopuszczać ruch w określonym zakresie. Funkcję prętów trzeba ustalić na podstawie konstrukcji i dokumentacji, a nie wyłącznie ich położenia przy kompensatorze.
Czy maksymalne ruchy osiowe i poprzeczne można wykorzystać jednocześnie?
Nie należy tak zakładać. Jeżeli różne składowe ruchu występują jednocześnie, tworzą wspólny przypadek obciążenia i trzeba je odnieść do charakterystyki konkretnej konstrukcji. Maksima katalogowe podawane osobno nie są automatycznie dostępne w pełnym zakresie w tym samym czasie.
Dobór kompensatora do konkretnego układu rurociągowego
Najwięcej informacji daje schemat instalacji uzupełniony o rzeczywiste ruchy, parametry procesu i sposób podparcia rurociągu. Na tej podstawie można ocenić, jaka konstrukcja części elastycznej jest potrzebna, jak zespół będzie obciążał instalację i które akcesoria są wymagane do jego prawidłowej pracy.
W przypadku kompensatorów gumowych i PTFE prześlij nam DN, medium, ciśnienie, temperaturę, wymagane przemieszczenia oraz schemat zabudowy. Pozwala to rozpocząć dobór od warunków pracy instalacji, a nie od samego oznaczenia katalogowego.
