Kompensatoren aus Edelstahl als flexible Rohrverbindung

Für mehr Sicherheit in Rohrleitungen

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Edelstahl-Kompensatoren werden insbesondere da eingesetzt, wo stark korrosive oder aggressive Medien gefördert werden und wo extreme Betriebsbedingungen vorherrschen. Die hohe Verfügbarkeit einer Anlage sowie Sicherheitsaspekte sind dabei die wesentlichen Gesichtspunkte, die bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden sollten.

Der Edelstahl-Kompensator hat sich als flexible Rohrverbindung im industriellen Rohrleitungsbau ein immer größer werdendes Einsatzspektrum erobert. So werden sie heute beispielsweise in verfahrenstechnischen Anlagen, im Chemie- und Mineralölbereich, im Maschinen-, Motoren- oder Apparatebau, in Fernheizungs- wie auch in Kraftwerksanlagen eingesetzt (Abb.1). Entscheidend für den Einsatz des Werkstoffes Stahl gegenüber Gummi-Kompensatoren ist der Anwendungsfall, wo herkömmliche Elastomere nicht mehr genügen bzw. überfordert sind. Die Anforderungen, die die heutige Technik hinsichtlich Temperaturbeständigkeit, Druckfestigkeit, Vakuumdichtheit und Korrosionssicherheit an Kompensatoren stellt, sind hoch. Betriebssicherheit ist oberstes Gebot – besonders für Rohrleitungen, in denen gefährliche Medien transportiert werden. Darum hängt die Betriebssicherheit, neben fachgerechtem Einbau, wesentlich von der Konstruktion, der Werkstoffqualität und der Verarbeitung eines Kompensators ab. Kompensatoren aus Edelstahl erfüllen diese Voraussetzungen in höchstem Maße.

Aufbau, Eigenschaften undAusführungsformen
Vom Ursprung her sind Edelstahl-Kompensatoren als elastische Glieder anzusehen, die zwischen zwei Fixpunkten in der Rohrleitung eingebaut sind. Eingebunden werden die Kompensatoren durch Anschweißenden, Flansch- oder Gewindeverbindungen. Die unterbrochene, bisher starre Rohrleitung wird an dieser Stelle flexibel. Dadurch werden Relativbewegungen wie Rohrdehnungen und Schwingungen zwischen zwei Bauteilen – hervorgerufen durch Wärmedehnung, Druckverformung, Massenkräfte oder Fundamentsetzungen – ausgeglichen sowie Rohrspannungen und Körperschall reduziert. Abbildung 2 zeigt eine typische Rohrunterbrechung durch den Einbau eines verspannten Kompensators zur lateralen Bewegungsaufnahme. Das elastische Glied, der Balg aus Edelstahl, ist je nach Einsatzbestimmung ein- oder mehrwandig. Die Flexibilität erhält der Balg durch Verformung von Hülsen aus austenitischen Edelstählen oder sonstigen Sonderlegierungen zu parallel verlaufenden Wellen im hydraulischen Verfahren. Sie erfüllen in nahezu idealer Weise die an den Kompensatorbalg gestellten Anforderungen. Besonders mehrwandige Kompensatorbälge entsprechen den hohen sicherheitstechnischen Anforderungen und machen sie außerdem für höchste Druckbeanspruchung bei gleichzeitiger guter Flexibilität geeignet (Abb.3).
Im Vergleich zu Gummi-Kompensatoren mit einer Temperaturbeständigkeit von max. +90/+110 °C, sind Edelstahl-Kompensatoren im hohen Temperaturbereich bis max. +550 °C einsetzbar. Bei diesen Kompensatoren handelt es sich um Standardausführungen aus dem Werkstoff 1.4541. Bei Verwendung des Werkstoffes 1.4828 für Sonderausführungen liegt der zulässige Temperaturbereich bis max. +1000 °C. Damit weist der Werkstoff Stahl gegenüber Gummi im oberen Temperaturbereich klare Vorteile auf.
Die Druckfestigkeit der Edelstahl-Kompensatoren ist abhängig von Nennweite, Medium, Temperatur und Bewegung. Gefertigt werden die Kompensatoren in den Baugrößen DN 15 bis DN 3600, in Sonderfällen auch darüber hinaus und in den Druckstufen PN 2,5, 6, 10 und 16. Je nach Anwendungsfall sind die Bauformen für axiale, laterale oder angulare Bewegungsaufnahme ausgelegt, wie in der Abbildung 4 dargestellt.
Kompensatortypen
Der Axial-Kompensator stellt die Grundform aller Kompensatorformen dar. Er besteht aus einem Edelstahlbalg als elastisches Element mit beidseitigen Anschweiß-, Flansch- oder Gewindeanschlüssen. Dieser Kompensator nimmt in der Regel nur axiale Bewegungen auf. Geringe Lateral- und Angularbewegungen sind zulässig. Der Lateral-Kompensator besteht aus einem oder aus zwei Edelstahlbälgen, einem Verspannungssystem und beidseitigen Flansch- oder Gewindeanschlüssen. Dieser Kompensator nimmt Bewegungen aus der Querrichtung der Rohrachse auf, so dass Rohrleitungsdehnungen kompensiert werden, wenn eine rechtwinklige Umlenkung erfolgt. Der Angular-Kompensator besteht aus einem Edelstahlbalg, einem Gelenkverspannungssystem und beidseitigen Flansch- oder Gewindeanschlüssen. Er wird auch als Rohrgelenk- bzw. bei zwei Gelenken, als Kardangelenk-Kompensator bezeichnet. Dieser Kompensator kann nur auf Biegung beansprucht werden, denn die Gelenkverspannung, deren Drehachse mittig oberhalb des Balges liegt, lässt eine Längenänderung nicht zu.
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