Schutzpatron der Rohrleitung: Dehnungen, Setzbewegungen und Passungenauigkeiten: Kompensatoren dämpfen
Die meisten Materialien dehnen sich bei Temperaturerhöhung aus und ziehen sich mit abnehmender Temperatur zusammen. In Rohrleitungssystemen macht sich dieser Vorgang im Wesentlichen durch Längenänderungen der Rohre bemerkbar. Kompensatoren verhindern, dass Schäden durch Spannungen entstehen. Sie übernehmen aber auch andere Aufgaben.
Kompensatoren gleichen in Rohrleitungssystemen Dehnungen, Setzbewegungen und Passungenauigkeiten aus.
Flachgewellter Formenbalg-Kompensator mit guten Eigenschaften in der Geräuschdämmung (Körperschall und Flüssigkeitsschall). Er zeichnet sich außerdem durch eine große Dehnungsaufnahme aus.
Edelstahl-Axialkompensator mit Los-Flanschen.
Dieser PTFE-Faltenbalg-Kompensator hat außen liegende Edelstahlstützringe, beiderseits PTFE-Bördel mit dahinter liegendem Stahlflansch.
Einsatzfälle für Kompensatoren
Soweit es die Randbedingungen zulassen, wird in der Regel versucht, die auftretende Rohrleitungsdehnung durch eine elastische Verlegung des Rohrleitungssystems aufzunehmen, d.h. natürlich zu kompensieren. Dies wird z.B. durch Rohrdehnungsbögen versucht. Bei Rohrdehnungsbögen wird das Rohr durch einen bogenförmigen, ausladenden Verlauf elastisch genug. Rohrdehnungsbögen haben allerdings einen hohen Platzbedarf und spielen deshalb in modernen Rohrleitungssystemen nur noch eine untergeordnete Rolle. Kompensatoren sind heute die erste Wahl.
Neben der Wärmedehnung gibt es noch andere Gründe für den Einsatz von Kompensatoren. Einer davon ist der Versatz. Lateraler Versatz bedeutet, dass die Längsachsen zweier Rohrleitungsabschnitte nicht zueinander fluchten, sondern seitlich versetzt verlaufen. Angularer Versatz bedeutet, dass die Längsachsen einen Winkel zueinander bilden.
Versatz an Rohrleitungen entsteht zum Beispiel durch Montageungenauigkeiten, Fundamentsetzungen oder durch bautechnische Komplikationen. Darüber hinaus sind beim Betrieb von z.B. Pumpen die entstehenden mechanischen Schwingungen so zu dämpfen, dass an den Rohrleitungen und Armaturen keine Schäden verursacht werden.
Aufbau von Kompensatoren
Kernstück eines jeden Kompensators ist der Balg. Er muss den Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur und Beschaffenheit des Mediums) standhalten und Dehnungen und ggf. Schwingungen aufnehmen. Diesen Balg gibt es je nach Anforderungen aus Gummi, Edelstahl, PTFE oder auch Gewebe. Alle Werkstoffe haben ihre Vorteile, aber auch ihre Grenzen.
Gummi-Kompensatoren
Der Gummi-Kompensator besteht aus Kunstkautschuklagen, z.B. EPDM, NBR, Butyl, die für die verschiedenen Medienbeständigkeiten ausgewählt werden können. Für die jeweiligen Druck- und Temperaturbeständigkeiten stehen unterschiedliche Druckträgereinlagen wie Nyloncord, Aramidcord oder Stahlcord zur Verfügung.
Gummi-Kompensatoren zeichnen sich durch hohe Flexibilität in axialer, lateraler und angularer Dehnungsaufnahme bei sehr kurzen Baulängen aus. Sie kompensieren Bewegungen, Dehnungen, Vibrationen und reduzieren Geräusche. Hinsichtlich ihrer Geräuschdämmungseigenschaften haben sie sich allen anderen Bauelementen gegenüber als weit überlegen erwiesen. Zudem werden Gummi-Kompensatoren als Ausgleich von Montageungenauigkeiten verwendet.
Gummi-Kompensatoren unterliegen einem natürlichen Alterungsprozess des Materials. Sie müssen daher jederzeit zugänglich eingebaut und in regelmäßigen Abständen ausgewechselt werden. Beispielsweise wirkt sich starke UV-Bestrahlung negativ auf die Lebensdauer von Gummibälgen aus.
Insgesamt stellt der Gummibalg für Drücke bis 16 bar und Temperaturen bis 130°C ein äußerst leistungsfähiges, flexibles Element dar. Er hat gegenüber dem Edelstahlbalg in der Beweglichkeit bei kurzer Baulänge und in der Beständigkeit gegen aggressive Medien oft Vorteile.
Edelstahl-Kompensatoren
Die Bälge der Edelstahl-Kompensatoren bestehen aus dünnwandigen, gewellten Zylindern. Die Anzahl der Wellen variiert von einer bis über zwanzig. Edelstahl-Bälge werden sowohl in einwandigen als auch in mehrwandigen Ausführungen hergestellt. Mehrwandige Bälge erlauben gegenüber einwandigen bei gleicher Baulänge eine höhere Bewegungsaufnahme. Edelstahl-Kompensatoren gibt es mit Festflanschen, mit drehbaren Losflanschen, mit Anschweißenden, Gewindenippeln oder mit Verschraubungen.
Edelstahlbälge können bei entsprechender Beschaffenheit für sehr hohe Drücke eingesetzt werden. Temperaturbelastungen sind bis ca. 1000°C möglich. In punkto Druck- und Temperaturbelastungen ist der Edelstahlbalg damit dem Gummibalg bei Weitem überlegen.
Die axiale und angulare Beweglichkeit von Edelstahlbälgen liegt teilweise auf gleichem oder höherem Niveau wie die Gummibälge. Die laterale Beweglichkeit liegt jedoch im Durchschnitt deutlich unter der von Gummibälgen.
Edelstahlbälge sind aufgrund der vielen Werkstoffarten für fast alle Medien verwendbar. Im Gegensatz zu Gummibälgen unterliegen sie keiner materialbedingten Alterung. Sie bleiben auch bei fortschreitender Lebensdauer beweglich.
Ebenso wie der Gummibalg ist der Edelstahlbalg ein äußerst leistungsfähiges, flexibles Element. Es gibt viele Anwendungsfälle, bei denen beide einsetzbar sind und einige Anwendungsfälle, bei denen nur der Gummibalg oder nur der Edelstahlbalg infrage kommen. Das ist abhängig von den konkreten Einsatzbedingungen und sollte im Zweifel immer zusammen mit einem Kompensatorenhersteller besprochen werden.
Gewebe-Kompensatoren
Gewebe-Kompensatoren werden fast ausschließlich im Gas-Bereich verwendet, z.B. bei der Müllverbrennung, der Rauchgaswäsche oder in Abgasanlagen. Jeder Gewebe-Kompensator wird einzeln geplant und produziert, je nach den gegebenen Anforderungen. Es gibt hier keine Norm-Kompensatoren. Entsprechend individuell ist daher auch die Materialzusammensetzung des Gewebes.
Die Dichtfolie, das eigentliche Dichtelement und damit das Herzstück des Kompensators, liegt zwischen zwei Gewebelagen. Die Dichtfolie kann aus Elastomeren (z.B. EPDM) bestehen, aus PTFE oder aus Edelstahlfolien. Das innere Isoliermaterial verhindert die thermische und mechanische Beschädigung. Verwendet werden hierzu Gewebe aus Glas, Silikat oder Keramik. Das außen liegende Trägergewebe übernimmt die Druckfestigkeit und Formstabilität. Hierfür werden Gewebe aus z.B. Polyester.
Der Vorteil von Gewebe-Kompensatoren ist die hohe Flexibilität und damit die große Bewegungsaufnahme bei geringer Einbauhöhe. Sie können bei Temperaturen bis zu 600°C eingesetzt werden, der maximale Betriebsdruck liegt bei 3-4 bar.
PTFE-Kompensatoren
In chemischen Anlagen kommen Kompensatoren meist mit aggressiven Chemikalien und Lösungsmitteln in Kontakt. Als besonders widerstandsfähig hat sich das Material Polytetrafluorethylen (PTFE) erwiesen – besser unter dem Markennamen Teflon. PTFE-Kompensatoren wirken vibrationsdämpfend und kompensieren thermische Längenänderungen. Sie bestehen aus einem PTFE-Balg mit mehreren Wellen und den Losflanschen für den Einbau in die Rohrleitungen. Je niedriger die Wellenanzahl, desto besser kann der Kompensator Druckbelastungen aufnehmen. Höhere Wellenzahlen hingegen verbessern die Beweglichkeit. Äußere Stützringe in den Wellentälern erhöhen die Druckfestigkeit.
Es gibt weiße und schwarze PTFE-Bälge. Weiße PTFE-Bälge sind elektrisch nicht leitfähig und dienen somit auch als Isolierstücke. Schwarze PTFE-Bälge hingegen werden bevorzugt in explosionsgefährdeten Anlagen eingesetzt, da die Beimischung von Ruß eine elektrostatische Aufladung verhindert.
Die maximale Betriebstemperatur beträgt etwa 150°C und liegt damit höher als die von Gummibälgen. Dafür ist die maximale Bewegungsaufnahme erheblich geringer.
Fazit
Ein Rohrleitungssystem ohne Kompensatoren benötigt ausladende Rohrschenkel und Rohrdehnungsbögen und damit viel Einbauraum. Kompensatoren brauchen das nicht. Da er durch seine hervorragenden Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten ein einfaches Element darstellt, wird der Kompensator immer häufiger eingesetzt.
Quelle: Willbrandt KG, Hamburg
Bilder: Willbrandt
www.willbrandt.de
