HIBRO Compensatoren Rubber, Weefsel, Roestvast staal Toepassingen en selectie-criteria

In veel installaties kan men hinder ondervinden van bijverschijnselen van bijvoorbeeld pompen en verhitten. De hier bedoelde verschijnselen zijn onder meer uitzetting en krimp in leidingen, voortplanting van trillingen en geluid door leidingen. Compensatoren zijn bij uitstek geschikt deze hinderlijke factoren geheel of gedeeltelijk weg te nemen. In dit artikel bespreken we de algemene kennis die nodig is bij het verantwoord omgaan met compensatoren, waarbij hier de nadruk zal liggen op compensatoren waarvan de balg vervaardigd is uit een roestvaste staalsoort.

Artikel gepubliceerd in Roestvast staal nummer 1 1988. Artikel 12
 

Functie van de compensator

Voordat we op verschillende mogelijke functies van de compensator ingaan, is het verstandig de compensator eerst te zien als een leidingelement, dat zonder de continuïteit van de stroming van het medium aan te tasten, in staat is de leiding een zekere mate van flexibiliteit te geven. Daarbij blijft de lekdichtheid van het leidingsysteem gewaarborgd, ook nadat de compensator reeds vele jaren aan bijvoorbeeld trillingen blootgesteld is.

Een aantal principe-toepassingen van een compensator zijn :

1. Compensator als expansiestuk
Het basisgegeven van veel industriële processen is het met regelmaat verhitten en vervolgens afkoelen van een stromend medium. Dit gebeurt op grote schaal bij de energiecentrales, maar ook op kleinere schaal zoals bij centrale verwarmingsinstallaties. Het onvermijdelijke gevolg van deze temperatuurwisselingen is het uitzetten en vervolgens krimpen van het medium zelf, maar ook van de bijbehorende transportleidingen. Ter compensatie van de volumeveranderingen van het medium is b.v. in de verwarmingsbranche het expansievat een alom bekende en afdoende oplossing. Het opvangen van de lengteveranderingen in transportleidingen wordt in veel geyallen gedaan met behulp van compensatoren. Deze kunnen in hun lengterichting (axiaal) een lengteverandering ondergaan, die bij een juist gedimensioneerd systeem precies gelijk is aan de maximaal te verwachten lengteverandering van het desbetreffende leidingstuk.

Nemen we als voorbeeld een stalen leiding van 10 meter lengte, waardoor water stroomt met een minimum temperatuur van 10°C en een maximum temperatuur van 100°C, dan zal het verschil in lengte van het leidingstuk in koude en warme toestand ongeveer 10 mm bedragen. Is het leidingstuk aan beide zijden ingeklemd, dan zal knikken van de leiding het gevolg zijn. Installeren we een compensator in deze leiding, dan zal uitknikken niet optreden. De compensator wordt 10 mm korter en de totale leidinglengte blijft gelijk. Bedacht moet worden dat elke compensator een maximale samendrukking en uitrekking kent die tijdens montage en bedrijf niet overschreden mag worden. Blijvende schade aan de compensator is anders niet uitgesloten.

Een andere vorm van expansie-opname vinden we in de apparatenbouw, meer specifiek bij de warmtewisselaars. Hier kunnen de romp en de pijpenbundel verschillende bewegingen ondergaan, deels door temperatuurverschillen van de verschillende mediastromen, deels door verschillen in uitzettingscoëfficiënten tussen de gebruikte materialen. Door het plaatsen van een compensator in de romp (bij vaste pijpenplaten) of tussen de pijpenbundel en de romp (bij zwevende pijpenplaat) kunnen de verschillen in uitzettingen opgenomen worden.

2. Compensator als trillingdemper

In veel installaties zijn trillingsbronnen aanwezig, bijvoorbeeld pompen, diesel- en andere motoren, min of meer toevallige referentietrillingen van onderdelen en turbulenties in het medium. Deze trillingen worden doorgaans ook doorgegeven aan het leidingstelsel, en kunnen zich zo over grote afstanden voortplanten. Wordt nu nabij de trillingsbron een compensator in de leiding gebouwd, dan zal daarmee een sterke reductie van het trillingsniveau optreden, bij juiste dimensienering en montage zelfs geheel verdwijnen. Ook zullen meerdere compensatoren op verschillende plaatsen in een leidingsysteem een sterke reductie van de trillingen bewerkstelligen.




3. Compensator als geluiddemper

In analogie met het voor geschrevene kan een compensator dienst doen als geluiddemper. Hierbij zal een sterke reductie van geluid, dat zich door het leidingstelsel voortplant, optreden. Voorwaarde is dan wel dat men een rubber of weefsel compensator inbouwt, daar een metalen compensator geluid juist goed geleidt. Praktijkproeven hebben uitgewezen dat een reductie van het intensiteitsniveau van ongeveer 20 dB(A) bereikt wordt door het plaatsen van een rubber compensator. In bijvoorbeeld flatgebouwen worden alleen al hierom
 ele balgen gebruikt.

4. Compensator als (de-)montagehulp

Tijdens het in- en uitbouwen van onderdelen, bijvoorbeeld appendages, kan het wenselijk zijn een zekere mate van flexibiliteit in het leidingstelsel te hebben, zodat de (de-)montage zonder forceren van het leidingstelsel kan geschieden. Men kan de compensatoren uitrusten met speciale trekstangen, waarmee vóór de (de-)montage de compensator samengedrukt kan worden en zo iets ruimte aan weerszijden van het uit of in te bouwen onderdeel geeft.

5. Compensator ter correctie van uitlijnigheid

Vooral bij het installeren van verschillende units aan elkaar, maar ook bij het monteren van leidingelementen onderling kan uitlijnigheid optreden, die voor zover deze binnen bepaalde grenzen ligt, met behulp van een compensator overkomen kan worden. Hieronder vallen ook verschillen in aansluitmaten ten gevolge van fabricage-toleranties.

6. Compensator in afsluiters

Sommige afsluitertypen zijn voorzien van een balg, die aan een zijde verbonden is met het huis, aan de andere zijde met de spindel. Zo verkrijgt men stopbuspakkingloze spindelafdichtingen, die gegarandeerd lekvrij zijn (chemie!).

Globaal overzicht

Als algemene regel kunnen we een compensator beschrijven als een flexibel element met pijpaansluitingen. Deze aansluitingen kunnen uitgevoerd worden als flens-, draad- en laseind-aansluitingen volgens de daarvoor geldende normen en standaards. Een eerste indeling van compensatoren kan men maken aan de hand van het materiaal waar de balg uit vervaardigd is. Onder de balg verstaan we het flexibele deel van de compensator. We onderscheiden hier de volgende materialen:

      1. Rubber
      2. Metaal
      2a. Koolstofstaal (ketelplaat)
      2b. Roestvast staal
      3. Weefsel
      4. P.T.F.E.

In het kader van dit artikel bespreken we alleen roestvast stalen en (kort) rubber en weefsel balgen. De laatste twee typen omdat deze een zinvol alternatief op roestvast stalen compensatoren kunnen zijn.

1. Rubber compensatoren

Bij dit type compensator is het flexibele deel, de golf of golven, vervaardigd uit versterkt elastomeer. Het materiaal bestaat uit een binnenlaag, een inlagenpakket en een buitenlaag. Teneinde de compensator inzetbaar te maken in vele gebieden, worden er verschillende soorten rubber en inlagen gebruikt, zie bijgaande tabel. Het is zeer belangrijk dat de juiste rubberkwaliteit gekozen wordt, daar er anders grote kans is op problemen in een later stadium. U wordt dan ook aangeraden contact met uw leverancier op te nemen onder opgave van de exacte samenstelling van het medium en de werkdruk en -temperatuur daarvan.

De tabel pretendeert niet volledig te zijn ; andere toepassingen zijn mogelijk.


Naast verschillen in rubberkwaliteit kennen de compensatoren ook verschillende uitvoeringen van de pijpaansluitingen. Het type Kledil is voorzien van draadaansluitingen (tapse buiten (gas-)draad), het type Dilatoflex van flensaahsluitingen.

2. Weefsel compensatoren

Onder weefsel verstaan we hier een reeks materialen, variërend van glasweefseldoek, keramisch weefseldoek, P.T.F.E. folie tot P.V.C. doek. Veelal bestaat een weefsel compensator uit een aantal lagen van verschillende materialen, elk met een zeer specifieke reden uitgekozen, afhankelijk van onder meer de werktemperatuur en het medium. Het aantal inzetbare materialen is zelfs zo groot, dat het in dit bestek niet mogelijk is deze alle te noemen. Onze weefsel compensatoren worden dan ook per order ontworpen, geheel toegespitst op de ontwerpomstandigheden en klant specifieke eisen. Wel kunnen we de volgende indeling maken naar toepassingsgebied, waarbij de ingezette materialen geschikt zijn voor:

• lucht
• rookgas met lage zuurgraad
• rookgas met hoge zuurgraad

De exacte samenstelling van het lagenpakket hangt verder af van de bedrijfstemperatuur en de werkdruk. Standaard leverbaar zijn weefsel compensatoren geschikt voor temperaturen van - 50 tot + 1100°C en werkdrukken van - 3000 tot + 3000 mm waterkolom, buiten deze range zijn extra constructies nodig. Betreffende de geometrie van de weefsel compensatoren kan gezegd worden dat ze geheel aan te passen zijn aan de situatie zoals die in de leidingsystemen of kanalenstelsels voorkomen.
Mogelijke uitvoeringen zijn:

• cilindrisch
• rechthoekig
• aansluiting met behulp van klembanden
• aansluiting met behulp van stalen flenzen
•  

3. Roestvast stalen compensatoren

We spreken over roestvast stalen compensatoren als de balg, het flexibele deel van de compensator, vervaardigd is uit roestvast staal. Men moet zich wel bedenken dat er zeer veel verschillende soorten van roestvaste stalen zijn, die elk hun specifieke eigenschappen hebben met betrekking tot de corrosie-weerstand. Zo zijn bijvoorbeeld de veelgebruikte stalen AISI 304, AISI 316 en AISI 321 geschikt voor uitlaatgasleidingen en CV-leidingen, echter indien er sprake is van bepaalde zouten, mineralen en zuren, eventueel in oplossing aanwezig, vertonen ook deze roestvaste staalsoorten corrosieverschijnselen. In die gevallen gaat men over tot het toepassen van hoger gelegeerde en zelfs eventueel niet-ijzer metalen, zoals nikkellegeringen (Monel, lnconel etc.). Een extra reden om zorgvuldig het materiaal van de balg te kiezen, is het feit dat de plaatmaterialen gebruikt om de golven van de balg te vormen, zeer dun kunnen zijn. Normale dikten zijn 0,3 tot 1,2 mm. Van een 'corrosie toeslag' kan dus geen sprake zijn.





In de meeste gevallen worden de andere delen van de compensator, dus pijpstukken, flenzen enz. gemaakt uit hetzelfde materiaal waar het leidingstelsel uit is vervaardigd. Ook voor de westvast stalen compensatoren geldt dus dat de juiste samenstelling van het medium en de werkdruk en -temperatuur bij opdracht of aanvragen zeer belangrijke gegevens zijn. Als pijpaansluitingen kan men bij de roestvast stalen compensatoren kiezen uit een aantal mogelijkheden:

• met laseinden, eventueel met lasvoorbewerking volgens een gespecificeerde norm of standaard
• met flenzen, vaste of draaibare, voorzien van een boring die voldoet aan bijvoorbeeld de DIN ND6, ND10 of ND16, of ANSI 816.5 150 LBS, of volgens specificatie
• met draad, metrisch, gasdraad of NPT-draad
•  

Eerste selectie

Voordat men een selectie gaat maken teneinde de juiste compensator voor een bepaalde toepassing te vinden, dient men de volgende gegevens op een rijtje te hebben:

• maximum werkdruk
• maximum onderdruk indien van toepassing
• maximum werktemperatuur
• minimum werktemperatuur
• samenstelling medium
• grootte en frequentie van de te verwachten op te nemen bewegingen (lengterichting, zijdelings) type aansluitingen (flenzen, draad, ... )
• inbouwmaten
• gewenste levensduur
• gewenste conservering (verven, galvaniseren, ... )
   

Aan de hand van deze gegevens kan een eerste selectie plaatsvinden. In het algemeen komt een weefselbalg alleen in aanmerking als het medium gasvormig is, lucht of rookgas, en de werkdruk niet al te hoog is. Worden extreme eisen aan de gasdichtheid gesteld, is het toepassen van een roestvast stalen compensator te overwegen. Dit laatste geldt bijvoorbeeld in machinekamers van schepen, waar men geen enkel risico wil lopen. In het geval dat vloeistoffen door de leiding getransporteerd worden, is een rubber compensator een goede keus als de temperatuur niet te hoog is (maximaal 140°C) en de werkdruk niet hoger is dan 16 bar. Zeker als het doel geluidsisolatie is, is een rubber compensator aan te bevelen. In andere gevallen is de roestvast stalen compensator het overwegen waard. In het vervolg van dit artikel gaan wij dieper op deze materie in en
kunt u details over toepassingsmogelijkheden van roestvast stalen compensatoren lezen.

Calculatie van compensatoren in leidingen

Het is ·van het allergrootste belang onderscheid te maken tussen het toepassen van compensatoren met en zonder begrenzingsstangen. De compensator met begrenzingsstangen wordt doorgaans toegepast als trillingdemper en geluiddemper, voor opname van laterale (zijdelingse) bewegingen en/of uitlijnigheid en voor opname van hoekverplaatsingen. In het laatste geval dienen scharnierstukken toegepast te worden. Wordt een compensator zonder begrenzingsstangen of scharnierstukken gebruikt, dan is de compensator tevens geschikt voor het opvangen van axiale (in langsrichting) bewegingen.

Deze twee opties hebben niet alleen verschillende toepassingsgebieden, maar ook totaal verschillende calculatie- en inbouwvoorschriften en werken op verschillende wijzen samen met het leidingstelsel.

Een uitzondering vormt de druk-gecompenseerde compensator, die zonder axiale reactiekrachten ten gevolge van de inwendige druk, toch een axiale beweging op kan nemen. Deze compensator bevat meer dan een balg, meestal twee.

1. Zonder begrenzingsstangen

Axiale expansiestukken zijn niet druk-gecompenseerd, dat wil zeggen dat onder druk de lengte van de balg toe zou willen nemen. De door de inwendige druk veroorzaakte kracht is recht evenredig met de hoogte van de druk en het effectieve oppervlak van de balg. Daarnaast kent een compensator een axiale stijfheid, vergelijkbaar met de veerconstante van een veer. Dit houdt in dat bij een lengteverandering een aan de richting daarvan tegengestelde kracht optreedt, die recht evenredig is met de grootte van de lengteverandering en de axiale stijfheidscoëfficiënt. Dit alles resulteert in een op de leiding uitgeoefende kracht, die door vaste punten in de leiding opgevangen moet kunnen worden. Om knikken van de leiding te voorkomen, dienen voldoende glijdende punten in de ondersteuning opgenomen te worden.

Onderstaand volgen enige voorbeelden van goed gedimensioneerde pijpondersteuningen in samenhang met plaatsing van compensatoren zonder begrenzingsstangen.



 

2. Met begrenzingsstangen

Voor deze toepassing gelden andere criteria bij het berekenen van het leidingstelsel dan hiervoor beschreven. De door de inwendige druk opgewekte reactiekrachten worden door de begrenzingsstangen opgenomen en dus niet aan de leidingen doorgegeven. Wel aan het leidingstelsel doorgegeven, worden de krachten ten gevolge
 an de axiale stijfheid van de balg. In feite is de compensator niet in staat een uitrekking te ondergaan, soms wel een samendrukking (afhankelijk van de uitvoering van de begrenzers). Vandaar dat begrenzingsstangen toegepast worden daar waar geen vaste punten in het betreffende leidingstuk aanwezig zijn en met een laterale beweging (dus zijdelings) eventuele expansie in andere leidingdelen opgevangen kan worden (zie tekening). Ook worden ze toegepast daar waar alleen van trillingdemping of geluiddemping sprake is.

De volgende tekeningen geven een aantal voorbeelden van toepassing van compensatoren met begrenzingsstangen.

3. Druk-gecompenseerde compensatoren

Door het inbouwen van twee of meer balgen in een compensator kan men bewerkstelligen, dat de reactiekracht van de compensator als gevolg van de inwendige druk nihil is. Dit is mogelijk door de compensator zo te construeren, dat de reactiekracht van de ene balg precies gelijk in grootte is, maar tegengesteld van richting is aan de reactiekracht van de andere balg of balgen. De bijgaande tekening geeft een voorbeeld van een toepassing van een druk-gecompenseerde compensator. Opgemerkt moet worden dat er nog altijd een reactiekracht overblijft, die wel op de leiding overgebracht wordt, nl. die ten gevolge van de eigen weerstand van de balgen (veerconstante). Deze is echter in het algemeen een fractie van de reactiekrachten ten gevolge van de inwendige druk. Vernoemenswaard is de rubber compensator DILATOFLEX serie K, die, ook al heeft deze maar een balg, autostabiel is, met andere woorden, druk-gecompenseerd.

Typenbeschrijving van roestvast stalen compensatoren
 

De verscheidenheid aan typen van roestvast stalen compensatoren is zo groot, dat van een volledige beschrijving in dit bestek geen sprake kan zijn. De belangrijkste kenmerken zullen in het navolgende belicht worden. De verschillende typen zullen aan de hand van twee indelingen besproken worden en wel naar de soort verplaatsing die de compensator op moet kunnen nemen en naar de vorm van de compensator. In wezen kunnen de compensatoren in drie groepen ingedeeld worden al naar gelang de op te nemen beweging:

1. axiale verplaatsing
2. laterale verplaatsing
3. hoekverplaatsing

ad 1.
De axiale compensator bestaat uit een of meer flexibele elementen, de balgen, met aan weerszijden een laseind, draadaansluiting of flensaansluiting. In de meeste gevallen worden binnenbussen gemonteerd, voornamelijk om de volgende twee redenen:
a. ter bescherming van de golven tegen de stroming van het medium. Het vermindert de leidingweerstand, voorkomt grotendeels afzettingen van het medium tussen en voorkomt erosie van de golven. Ook vormt het een extra thermische isolatielaag tussen het medium en de omgeving en vermindert het de schadelijke gevolgen op de balg in geval van temperatuurschokken (temperatuurwisselingen met grote gradiënten)
b. ter verbetering van de stabiliteit van de balg . Indien bij inwendige druk de lengte van de balg toeneemt om grotere bewegingen op te kunnen nemen, dan neemt ook de instabiliteit van de balg toe. Het installeren van binnenbussen kan dan noodzakelijk worden.

ad 2.
Wordt de balg van de axiale compensator slechts in lengterichting belast, die van de laterale compensator op buiging. Door begrenzers die met de uiteinden van de compensator verbonden zijn, worden de axiale krachten opgewekt door het leidingsysteem zelf en de inwendige druk in de compensator opgenomen en kan de compensator als geheel geen axiale bewegingen uitvoeren.
In principe zijn er twee uitvoeringen, namelijk enerzijds met een balg, anderzijds met twee balgen en een verbindingspijp. De eerste kan een beperkte laterale verplaatsing opnemen, bij de tweede uitvoering is de op te nemen laterale verplaatsing evenredig met de lengte van de verbindingspijp. Uit prakti sch oogpunt is de lengte van de gehele unit begrensd, dus daarmee ook de capaciteit om laterale beweging op te nemen.
Afhankelijk van de soort begrenzers is de compensator in staat laterale verplaatsingen in slechts een vlak of in meerdere vlakken op te nemen. De uiteinden van de compensator worden ofwel gevormd door laseinden of flenzen.

ad 3.
De balg van de compensator die een hoekverplaatsing kan opnemen, wordt als die van de laterale compensator op buiging belast en kan eveneens door een scharnierconstructie geen axiale verplaatsingen opnemen. De leiding is dan ook vrij van door de compensator opgewekte langskrachten.
De scharnierconstructie kan de hoekverplaatsing beperken tot een vlak of meerdere vlakken. De uiteinden van de compensator zijn meestal voorzien van een lasvoorbewerking, waarbij door de klant eventueel voorlasflenzen aangebracht worden .
Verder kunnen compensatoren ingedeeld worden naar de vorm van de balg:

       4. rechthoekig
       5. cilindrisch
       6. ovaal.

Meestal worden deze compensatoren gemaakt naar klantspecificaties, waarbij slechts transportvoorwaarden de afmetingen limiteren. Zelfs kan men deze limieten overschrijden door de compensatoren in gedeelten aan te leveren en op de bouwplaats samen te bouwen.
De meeste toepassing vindt dit type in de luchtinlaat en rookgas uitlaatsystemen van energiecentrales en in de uitlaatsecties van stoomturbines. Voor de rechthoekige balgen heeft de fabriek twee standaard golfhoogten, 120 mm resp. 70 mm corresponderende met 25 mm resp. 15 mm axiale compressie per golf. Uiteraard kunnen andere golfhoogten op verzoek vervaardigd worden. Er zijn verschillende configuraties voor de hoeken, elk met specifieke voordelen:

a. De ronde hoek, die vooral toegepast wordt in situaties waar men trillingen verwacht. De levensduur van dit type balg is beter dan de volgende typen, echter ook duurder

b. De enkel verstekte hoek, die het meest verbreide type is gezien de overeenkomst met de vorm van de kanalen, waar de compensatoren in geïnstalleerd worden. De balg is ontworpen en getest voor een levensduur van 1000 cycli

c. De dubbel verstekte hoek, die een verbeterde levensduur heeft ten opzichte van de enkel verstekte balg, maar ook iets duurder is.

ad 5.
De cilindrische balg is de bekendste uitvoering, en komt in vele toepassingen tot zijn recht. Deze compensatoren kunnen enerzijds als voorraad-artikel, anderzijds als speciaal ontwerp geleverd worden, geheel afhankelijk van de wensen van de klant. Factoren als levertijd en ontwerpgegevens zijn hier van invloed.
Overzicht van het aantal grondvormen:


Enkele compensator
De eenvoudigste vorm van een compensator uitgevoerd met een flexibel element, de balg, ontworpen om alle bewegingen in leidingen op te nemen.


Niet-verankerde dubbele compensator
Een compensator uitgevoerd met twee balgen, met verbindingspijp, die zowel axiale, laterale als hoekverplaatsingen op kan nemen.



Verankerde dubbele compensator
De drukkrachten worden opgenomen door over de balgen heen aangebrachte trekstang en (ankers). De bewegingen die dit type compensator kan maken, zijn lateraal in alle richtingen en hoekverplaatsingen voor zover niet meer dan twee ankers aangebracht zijn. De hoekverplaatsing kan dan alleen in een vlak 90 graden verdraaid ten opzichte van het vlak van de ankers plaatsvinden.


Scharnierende dubbele compensator
Laterale bewegingen kunnen alleen in een vlak 90 graden verdraaid ten opzichte van de scharnieren uitgevoerd worden. Indien van P.T.F.E. voorziene bolvormige lagers gebruikt worden, is een kleine laterale beweging ook in het andere vlak mogelijk.



Scharnierende enkele compensator
Dit type is ontworpen om hoekverplaatsingen in een vlak mogelijk te maken.



Cardanische enkele compensator
Dit type kan hoekverplaatsingen opnemen in alle vlakken door de constructie met de cardanische ring . Net als bij de scharnierende enkele compensator moet de constructie sterk genoeg zijn om alle uitwendige krachten en drukkrachten op te vangen.



Druk gecompenseerde compensator
Deze worden ingezet daar waar axiale bewegingen opgenomen moeten worden zonder dat de drukkrachten op de leidingen inwerken. Alleen blijft een kracht als gevolg van de axiale stijfheid de omgeving belasten. Meerlagige balgen kennen echter een kleine axiale stijfheid.



Uitwendig belaste compensator
Dit type wordt vaak ingezet in leidingsystemen die geregeld afgetapt moeten worden. Ook is van dit type de stabiliteit per definitie goed, zodat ook grotere bewegingen opgenomen kunnen worden.

ad 6.
De ovale compensator wordt ingezet daar waar de cilindrische door geometrische beperkingen niet mogelijk is. Dit type moet echter vermeden worden gezien de hoge kosten van mallen, nodig voor de fabricage van deze balgen. Ook is de drukbestendigheid van ovale balgen niet zo hoog als die van cilindrische.

Speciale uitvoeringen

F.C.C. compensatoren
De bedrijfs-omstandigheden in Cat Crackers zijn voor een compensator zeer kritisch, met hoge temperaturen, weliswaar lage drukken, maar media met zeer sterke eraderende werking. Onderscheid moet gemaakt worden tussen de proceszijde en de uitlaatzijde van de Cat Cracker. Het temperatuursniveau scheelt namelijk aanzienlijk. Voor een doorsnee F.C.C. uitlaat-compensator is de ontwerptemperatuur van het medium 750 graden C., de overdruk een aantal p.s.i.. Afmetingen lopen al gauw op tot een nominale doorlaat van 3 meter.

Ten einde voor deze compensator de ontwerptemperatuur van de balg tot 260 graden C. te reduceren, wordt de binnenkant van de binnenbussen voorzien van een hittebestendige bekleding en de ruimte tussen de binnenbussen en de golven gevuld met keramisch weefseldoek. Het ontwerp van de gehele unit moet goed
doordlacht zijn met betrekking tot gebruikte materialen voor zowel de balg, pijpstukken en isolatiematerialen, inspeeteerbaarheid bij periodieke keuringen, voorzieningen die voorkomen dat cokes zich ophoopt tussen de golven van de balg, etc., ten einde een acceptabele levensduur te kunnen garanderen. Juist die bescherming tegen binnendringen van rookgasdelen in de ruimte tussen golven en binnenbussen is van groot belang; Bird heeft een methode ontwikkeld op basis van een flexibele, van metaaldraad geweefde buis, die blijkens resultaten bij verschillende Cat Cracker installaties zeer goed voldoet.




Balgen voor raket - c.q. vliegtuigmotoren
Zeer speciale omstandigheden gelden bij de balgen in uit- en inlaatsystemen van raket- en vliegtuigmotoren, wat betreft trillingen, temperaturen, temperatuurwisselingen en betrouwbaarheid. Vooral de levensduurbepaling aan de hand van duurproeven onder gesimuleerde bedrijfsomstandigheden zijn hier van belang. Bird heeft voor een aantal projecten compensatoren geleverd. Onder meer voor de Apollo-raketten. (zie afbeelding hieronder).

Ontwerp

Het ontwerp van een compensator valt uiteen in twee delen, één betrekking hebbende op de pijpaansluitingen, zoals pijpstukken en flenzen, de andere op de balg, het flexibele gedeelte, zelf. Het eerste deel, de pijpaansluitingen, wordt ontworpen zoals de desbetreffende codes voor pijpleidingen aangeven (b.v. de ANSI B31). Het ontwerp van het andere gedeelte, de balg, is in zijn algemeenheid een groter probleem, daar juist de algemene codes niet echt eenduidig zijn met betrekking tot de verschillende formules en criteria, die bij het ontwerp gebruikt worden.

In grote lijnen volgt Bird Precision Bellows Ltd. (BPB) de regels zoals vervat in de Standards of the EJMA, de Expansion Joint Manufacturers Association lnc. Deze standaard, alhoewel hij geen wettelijke zeggenskracht heeft, wordt overal in de wereld als basis regelwerk aanvaard. Zo heeft bijvoorbeeld de Dienst voor het Stoomwezen bij het uitwerken van het voorstel voor het blad voor balgcompensatoren in haar overwegingen ook de EJMA betrokken. Uiteraard kan het ontwerp uitgevoerd worden volgens de regels die door klant of autoriteit gesteld worden. In het verleden heeft de fabriek al in vele landen in de wereld compensatoren geleverd, ontworpen volgens vele internationale en nationale standaards of codes. Aangaande levensduur-berekening van compensatoren heeft BPB met behulp van resultaten verkregen met vermoeiingsproeven, eigen levensduurkrommen opgesteld. Deze worden bij berekeningen volgens BPB-standaard toegepast.

Fabricagemethoden

De fabriek kent drie fabricatiemethoden voor cilindrische balgen:

1. Rollen
2. Hydraulisch persen
3. Combinatie van rollen en hydraulisch persen

Elke fabricatiemethode kent zijn specifieke voordelen, de keuze tussen de methoden wordt ingegeven door de eisen van het onderhavige ontwerp. Zo geeft het louter rollen van balgen een grote flexibiliteit met betrekking tot seriegroottes en afmetingen, het hydraulisch persen een goede produktievoortgang bij grote series. Een juiste keuze zal de levertijd van de compensatoren ten goede komen. De combinatie van rollen en hydraulisch persen blijkt een gunstige invloed te hebben op de levensduur en de stabiliteit van compensatoren. Juist deze methode, door BPB zelf ontwikkeld, wordt nu volop toegepast in die sectoren, waar van een kritisch ontwerp sprake is.
Bij de fabricage worden hoog gekwalificeerde lassers ingezet, waarbij een groot gedeelte van de laswerkzaamheden uitgevoerd wordt op volautomatische lasmachines. Verschillende lasmethodes kunnen toegepast worden zoals TIG, pulserend TIG en weerstandslassen.

KwaIiteitswaarborging

Een kwaliteitswaarborging-systeem volgens de richtlijnen van BS 5750 en AQAP is geheel geïmplementeerd en gedocumenteerd in het handboek. BPB heeft faciliteiten voor het verrichten van radiografisch onderzoek, penetrant en magnetisch onderzoek en kan in eigen laboratorium speciaal produktgericht destructief onderzoek uitvoeren.

Montage

Wanneer de compensatoren geïnstalleerd worden, moeten de aanwijzingen op de ontwerptekeningen en eventueel instructielabels opgevolgd worden.
De volgende punten dienen extra aandacht te krijgen tijdens de montage:

1. De compensatoren moeten voorzichtig behandeld worden, opdat geen deuken, krassen of andere beschadigingen optreden .
2. De maximale bewegingen waarvoor de compensator ontworpen is, mogen niet overschreden worden.
3. Voorspanning dient in overeenstemming met de daarvoor geldende instructies aangebracht te worden.
4. Alle ondersteuningen van de leidingen dienen aangebracht te worden zoals op de ontwerptekeningen aangegeven staat.
5. Indien er binnenbussen gemonteerd zijn, moet de oriëntatie van de compensator overeenkomen met de stromingsrichting.
6. Als alle pijpondersteuningen bevestigd zijn, kunnen de tijdelijke steunen van de compensator verwijderd worden.