BORULARDA UZAMA VE KOMPANSATÖR SEÇİMİ

Mak.Yük.Müh. Şerafettin GÜNER

KARASU Makina Sanayi Ltd. Şti.

6 Mart 1992

BÖLÜM - I KOMPANSATÖRLER HAKKINDA GENEL BİLGİLER :

Fiziğin temel kurallarından biri maddelerin sıcaklık değişiminde^ dolayı genleşmesi

ve büzülmesidir,boyca,yüzeyce,hacımca değişim.Kompansatörler boru sistemlerinde olu-

şanı.genleşme,büzülme ve titreşimleri~emerek en basitinden en karmaşığına dek her

türlü endüstriyel sistemin kesintisiz ve verimli çalışmasını sağlayan elemanlardır.

Kompansatör esnek bir elemandır.Sıcaklık ve titreşime bağlı hareketler oluştuğun-

da, kompansatörün boğumlu kısmı bu hareketleri emmek için tasarlanmıştır.Buğum adedi

emilecek uzunluk miktarına bağlı olarak değişir.Endüstriyel problemler çok değişik

ve çok çeşitli olduğundan kompansatör tasarımmında belirli faktörleri vardır.Bo-

ğumlu kısım bir yandan çevresel basınca mukavim,diğer yandan esneyebilir nitelikte

olmalıdır.Bu arada basınç yükünün yaratacağı sorunlar kullanılmakta olan kompansa-

tör tipine göre değişik biçimlerde çözümlenir.

Kompansatörlerin en çok kullanıldığı alan boru bağlantılarıdır.İki noktayı bağlayan

herhangi bir borunun bünyesinde bir çok etkenden ötürü stresler oluşur.Bu etkenler-

den bazıları şunlardır:

- Çalışma sıcaklığında iç veya dış basınç

- Borunun kendi ağırlığı ve taşıdığı mayinin ağırlığı,boru devresi üzerinde bulunan

vana v.b. armatürlerin ağırlığı

- Dış kısıtlamalardan ötürü boru parçasının yapmak zorunda olduğu hareket,örneğin

dinamik bir sisteme bağlı olan boru sistemle birlikte titreşmek zorundadır.

- Isıl genleşme.

Şayet stres değerleri ya da uygulanan kuvvet ve/veya moment mümkün olabilen en bü-

yük değerleri aşıyor ise borunun flexibilités! suni olarak arttırılmalıdır.İstenen

bu sonuç;ya boru tasarımının tamamen değiştirilmesi gerekecektir,bu ise birçok fak-

tör nedeni ile mumken olamıyacaktırdsı dağılımının sağlıklı olabilmesi,geometrik

yer,basınç kayıpları,izolasyon masraflarının artması,enerji tasarrufu);ya da büyük

esnekliği olan parçaların sisteme yerleştirilmesi ile mümkündür,bu flexible eleman-

lar sayesinde sistemdeki stresler önlenecektir.

İkinci çözüm yolu kompansatör işlevinin açık bir tanımıdır.

Emilecek hareketin tipine bağlı olarak 1) EKSENEL 2)YANAL 3)AÇIBAL kondansatörlerden

söz edilebilir.

103

KİSİM II

II .1 Hizmet ömrü :Kompansatör körükleri, müsaade edilen hareket miktarın-da çalışmaları halinde 5000 devir ömrüne sahiptir. Aşağı-da sunulan tablo ve şekillerde birim hareket miktarı aşıldı-ğında hizmet ömrüne olan etkisi vurgulanmaktadır. Montajhatalarından kaynaklanan yan tesirler aşağıdaki tablo veşekillerde göz önüne alınmamıştır. Kullanıcının, hizmetömründe değerlendirmesi gereken bir diğer faktör dekompansatörün hangi koşullarda çalıştırıldığı sorunudur.

Bu nedenlerden ötürü hizmet ömrüne etki eden faktörleriayrı ayrı ele almak seçim konusunda yararlı olacaktır. Bufaktörleri şöyle sıralayabiliriz:

a- Sıcaklıkb- Hareketin Değeric- İşletme Basıncının Değerid- Ön - Ayarlamae- Stres Devir Frekansıf- Basınç Şoku ve Artan Basınçg- Isıl Şokh- Korozyonı- Uzman Olmayan Kişilerce Montaj

11.1 a: Sıcaklık

Çalışma basıncı veri iken hizmet ömrünü etkileyen enönemli faktörlerden biridir. Sıcaklığın yükselmesiyle mal-zemelerin dayanımı düşer. Bu etki göz önüne alınarak no-minal basınç tayin edilmelidir. (Bkz. Tablo 11-1 ) C faktörü-nün kullanılışı aşağıdaki örnekte gösterilmiştir:

Nominal Basınç =İşletme Basıncı

ÇaiışmaSıcaklığı

°C

•

201001502002 5 03 0 03 5 04 0 04 5 0500550600

C faktörü

304 L

0.940.870.820.770.740.700.670.660.65

——

316-321

1.00.980.920.870.820.800.760.740.710.690.670.65

Monel4 0 0

0.940.930.920.910.900.880.860.85

——

Inconel6 0 0

1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.00.980.96

TABLO 11-1 C1 Faktör Tablosu

Örnek: "304 L malzeme 12 atü ve 150 C sıcaklıkta kulla-nılacaktır. Nominal basınç ne olmalıdır?

NP « 12/0.82 = 14.6 atüDoğal olarak bu durumda 14.6'yi takip edén bir üst ba-sınç gurubu, yani 16 atü. seçilecektir.

b: Hareketin Değeri

Sıcaklık kadar önemli olan bir diğer unsur ise hareketindeğeridir. Seçilen her kompansatör, bu bölümün başındabelirtildiği gibi, 5000 devir ömrüne sahiptir. Hareket de-ğeri müsaade edilen sınırlarda ise (% 100 hareket) busayıya ulaşılır. Hareket değerinin yüzdesi belirtilen değeregöre daha az ise (daha az genleşme ve sıkışma söz konu-su ise) devir sayısı, dolayısıyla, hizmet ömrü artacaktır.(Bkz. Şekil 11-1) Tasarım sırasında özellikle yüksek devirsayısı istenmekteyse, yani tasarlanan hareket değeri içe-risinde daha yüksek devir ömrü istenmekteyse, müsaadeedilebilir hareket miktarının daha yüksek olması gerekir.Bunun için bir üst basınç gurubundan, ya da bir üst bo-ğum sayısı gurubundan seçim yapılmalıdır.

c: İşletme Basıncının Değeri

Nominal basınç değerinin altında olan işletme basıncınınhizmet ömrüne olumlu bir etkisi vardır. İşletme basıncı nedenli az olursa o denli yüksek bir hizmet ömrü (toplam de-vir sayısı) elde etmek olasıdır (Bkz. Şekil II-2). Isı nakle-den uzun boru sistemlerinde önemli bir husus da işletmebasıncının her zaman sabit kalmayıp küçük sapmalar oluş-turmasıdır, ki vuruşlara neden olabilir. Bu periyodik ve kü-çük vuruşlar, hizmet ömrü açısından sistem için olumlu-dur. Kompansatörün bu küçük vuruşlara hazır bir elemanoluşu, gelebilecek büyük darbelere karşı daha rahat es-nemesini sağlar. Bu şekilde kompansatörün büyük olangenleşme kapasitesi daha az tüketilir.

d: Ön - Ayarlama

Genleşmenin emilmesi için düşünülen kompansatör, kuralolarak önceden ayarlanmış şekilde monte edilir. Bu du-rum, kompansatörün kabul edilen müsaade edilebilir hare-ket (genleşme - büzülme) sınırları içinde en avantajlı kulla-nımı mümkün kılar. Ölçü tablolarında gösterilen, örneğin, -20 + 10 = 30 mm toplam eksenel hareket giderici bireksenel kompansatörün üreticiden temin edildiğindeki Luzunluğunun, örneğin 150 mm olduğu düşünülürse, top-lam emmesi gereken 30 mm lik bir uzama için 160 mmlik bir boşluğa yerleştirilmelidir. Bu 10 mm lik gergi işlemiflanşlı ve küçük boyutlu kompansatörlerde flanşların civa-ta ile çektirilmesi sonucu kolaylıkla gerçekleştirilebilir.Büyük çaplı ve kaynak boyunlu kompansatörlerde ise buişlem kaynak boyunlarına yerleştirilecek çektirme veyagerdirmelerle rahatlıkla yapılabilir. Üretici, isteğe yönelikbu ön-gergi işlemini önceden yapılmış olarak teslimat ya-pabilir.

Ön ayarlamada en önemli iki faktör şunlardır:

ı) Emilmesi gereken hareket miktarının tam olarak sap-tanması

ıı) Tesis, yani montaj anı sıcaklığı ile olası asgari sıcaklı-ğın saptanmasıOngergi olmadığı takdirde müsaade edilebilir esnek gen-leşme % 70 azaltılmalıdır.

105

e: Stres Devir Frekansı

İşletme sırasında stres yükü müsaade edilebilir değerlerdegerçekleştiği zaman stres devir frekansı yalnızca bir kaçözel uygulama için önemlidir. 5 Hz den (300 devir/dakika)aşağı olan frekanslar için bir fark yoktur.

Kompansatörlerin titreşim giderici olarak kullanıldığı du-rumlarda hareket en büyük (maksimum) değerlerde oluş-mayacağından devir sayısı ile ilgili bir sınırlama söz konu-su değildir.

f : Basınç Şoku ve Artan Basınç

Bir metal körüğün, kompansatörün, müsaade edilebilir ça-lışma basıncı, sistemin çalışması sırasında oluşabileceken yüksek basınca göre saptanmalıdır. Tereddüt duru-munda ise bir yüksek basınç gurubu seçilmelidir.

Pompalar basınç dalgalanmalarına yol açabilirler. Çabukkapanan vanalar ise anî basınç yükselmeleri yapabilir. Ye-niden çalıştırma (re-start) sırasında kondense olmuş bu-har birikimleri su çarpmalarına yol açabilir, özellikle bu du-rumlarda çok katlı (çok cidarlı) kompansatörlerin kullanıl-ması başarılı sonuçlar verir. Beklenmedik ek yükler oluş-tuğunda körükler önemli deformasyonlara uğrayabilirler,bu da hizmet ömrünü azaltır. Ancak patlama asla söz ko-nusu değildir.

g: İsıl Şok

Sık sık ve anî sıcaklık değişiklikleri, özellikle aşırı sıcaklıkiniş-çıkışlan, malzeme yorgunluğu oluşumunu çabuklaştı-rır. Bazı durumlarda, bu gibi etkileri önlemek için basit birkoruyucu gömlek takılması yeterlidir. Kuru maddeler içinya da akışkanın gaz olmasıdurumunda başka çözüm yolla-rı vardır.

h: Korozyon

Malzeme akışkanın cinsine göre seçilmelidir. Yanlış seçimdurumunda korozyon oluşabilir. Temizlik amacıyle kullanı-lan maddelerin korozif etkileri de göz önüne alınmalı vebuna göre davranılmalıdır.

ı: Uzman Olmayan Kişilerce Montaj

Uzman olmayan kişilerce yapılacak montaj değişik meka-nik hasarlara yol açabilir. Bu tip hasarlar kompansatör kö-rüğünü derhal tahrip etmese dahi hizmet ömrünü kısaltır.

H . 2 Test ve kalite kontrolü :

Kompansatörler yüksek derecede mühendislik unsurlarıtaşıdıkları ve çok önemli fonksiyonları yerine getirdikleriiçin sürekli olarak kalite kontrol ve testlerden geçmelidir.

Bir basınçlı boru tesisatı, nükleer reaktör gibi önemli tesis-lerde kurulmuş olan teçhizatın kalite kontrolü bağımsız birmuayene kurumu (örneğin Uoyd's) tarafından yapılmalı-dır. Üretimin her devresinde kalite kontrolü planlanarakuygulanmalıdır.

Bu konuda aşağıda belirtilen hususlara bağlı kalınmasıbüyük önem taşır:

a- Kullanılan malzeme saf olmalı, kompozisyonu kesinolarak saptanmalıdır.

b- Üretim sırasında malzemeye itina gösterilmesi veürünlerin boyutsal hassasiyetine önem verilmesi gerekli-dir. Şekillendirme esnasında malzeme önemli stresleremaruz kalır. Ancak bu aynı zamanda güvenilir bir test ola-rak ele alınmalıdır.

c- Basınç testi, ürünün dayanımının kontrolü gerekendurumlarda, işletme basıncının 1.5 katı ya da belirlenenbaşka bir basınçla yapılır. Bu testte amaç, kompansatörünnihaî dayanımını saptamak değildir. Çünki nihaî dayanımişletme basıncının üç ile on katı bir değerde yapılması ya-rarlı olmadığı gibi kompansatör körüğünün esnekliğiniazaltır. Aynı zamanda hizmet ömrünü olumsuz olarak etki-ler.

d- Kaynaklı dikişleri kontrol etmek için X-ışın testi yapı-labilir. Ancak körük kaynağı tam otomatik olarak yapıldı-ğından genellikle bu tür uygulamaya gerek kalmaz.

Şu ana dek boyutsal hassasiyet, sızdırmazlık, basıncadayanıklılık gibi noktalar göz önüne alınmıştır. Malzemeseçimi doğru yapılmış ve uygun basınç gurubu seçilmişsegeriye tek sorun olarak hizmet ömrü kalmaktadır. Bu kalitefaktörünün değerlendirilmesi testler sırasında olanaksız-dır. Ancak benzer tipler ayrı ayrı yorulma deneyindengeçmekte ve buna göre malzeme saptanmaktadır (Bkz. II-1).

Kalite kontrolünün en önemli kriteri, bir önceki paragraftabelirtildiği gibi, hizmet ömrü yani dayanılan devir sayısıdır.Bu faktör de diğer özelliklere bağlıdır. Yeterli körük uzun-luğunun seçimi, her boğumdaki streslerin azaltılması, iş-letme güvenirliliği; hizmet ömrü açısından pahalı ve zordeneylerden daha önemlidir.

i l . 3 Hesaplama örneği :

Bu bölümün amacı kompansatör seçiminde yapılması ge-reken bir hesap örneği sunmaktır.

VI. Bölümde sunulan tüm kompansatörler nominal çap vebasınç guruplarına göre sınıflandırılmışlardır. Gereksinilenkompansatörün çalışma koşulları saptandıktan sonra se-çim aşağıda verilen örnekte olduğu gibi yapıldığı takdirdegerekli parça numarası kolaylıkla tespit edilebilir.

Daha önce belirtildiği gibi kompansatörlerin üç türlü hare-keti bulunmaktadır (Bkz. 1-2). Her üç tip hareketi üç ayrıbölümde ele almalıyız.

* a-Montaj Safhasıb- Açma / Kapama Safhaları (Start/Shut Down)c- İşletme Safhası

Kullanıcı öncelikle aşağıdaki verileri saptamalıdır.

VERİ:

V-1 Nominal çapV-2 Bağlantı Tipi (Döner Flanşlı, Sabit Flanşlı, Kaynak

Boyunlu )V-3 En yüksek işletme sıcaklığıV-4 İşletme Basıncı

— 1 0 6 -

V-5 Montaj SıcaklığıV-6 Tasarlanan hareketler ve devir sayılan

6a- Montaj Safhası: Toplam eksenel hareketToplam Yanal Hareket (mm)Toplam açısal hareket (derece)

Bu safha için bir devir sayısı varsayılmalıdır.6b- Açma/Kapama Safhası: 6a da olduğu gibi toplam

eksenel, yanal, açısal hareketler verilmelidir.Ayrıcabu safhada oluşacak takribi devir sayısı verilmelidir.

6c- İşletme Safhası: 6a ve 6b de olduğu gibi toplam ek-senel, yanal açısal hareket verilmelidir. Ayrıca işlet -me safhasında oluşacak devir sayısı belirtilmelidir.

V-7 Müsaade edilebilir en büyük yaylanma gücü7a- Eksenel (kg/mm)7b- Yanal (kg/mm)7c- Açısal (kg/mm /derece)

V-8İşletme sıcaklığı +427°C den yüksek ise üreticiye da-nışılmalıdır.

V-9Kovan ve Kaver gerektiğinde siparişte belirtilmelidir.

Seçim:

Verilerin saptanmasından sonra seçim evresine geçilebi-lir.

S-1 V-1 deki eominal çapa uygun olarak Bölüm VI dakitablo değerlendirilmelidir.S-2 Bağlantı tipi siparişte belirtilmelidir.S-3 Tablo 11-1 ya da Şekil II-2 kullanılarak en yüksek işlet-me sıcaklığına bağlı C faktörü tespit edilir.S-4 Veri olan işletme basıncının C faktörüne bölünmesiy-le nominal basınç saptanır. Test basıncı, bu basıncın 1.5katıdır.S-5 Azamî sıcaklık ve azamî yaylanma güçleri kontrol edil-melidir.S-6 Şekil II-3 teki C faktörü - Devir Sayısı eğrisi aşağıdabelirtilen şekilde değerlendirilmelidir:

6a- Montaj safhası için 1 devir varsayıldığındanCT = 0 . 4 0

6b- Açma/Kapama Devir sayısına göre bu bölüm içingerekli C2 değeri bulunmalıdır.

6c- İşletme devir sayısına göre C3 değeri saptanmalı-dır.

S-7 V-6a da verilen toplam eksenel, yanal, açısal değer-ler ayrı ayrı 0.40 ile çarpılmalıdır. Bu şekilde E, Y, A,değerlen saptanmalıdır.

Buna paralel olarak V-6b deki değerlerin C2 ile çarpılma-sıyle E2 Y2

;A2 değerleri bulunur. V-6c deki değerler veC3 kullanılarak E3 Y3 A3 bulunur.

S-8 Eksenel, yana! ve açısal eşdeğer hareketler, her bö-lümde oluşan değerlerin toplanmasıyle saptanır.

E e = E 1 + E 2 + E 3

Ae = A

S-9 S-1 de belirtilen tablodan nominal basınç gurubunageçilir ve belli bir boğum sayısı varsayılır. Varsayılan bo-ğum adedi karşısında eksenel, yanal, açısal katalog de-ğerleri tespit edilir. (E k Yk Ak)

S-10 Seçim, aşağıda verilen denkleme göre kontrol edilir.

t k »k A k

S-11 Eğer yukarıdaki denklem koşulu sağlanamıyorsa birüst boğum sayısı seçilerek yeni Ek Yk Ak değerleri bulun-malı, denklem yeniden kontrol edilmelidir.

Denklem koşulu sağlanana dek S-10 yinelenmelidir.

Sayısal uygulama:

Yukarıda sunulan hesap örneğinin sayısal bir uygulamasıaşağıda verilmiştir:

VERİ:

Çap: 250 mmBağlantı Tipi: Sabit Fianşlı SFEn yüksek işletme sıcaklığı: 200°Cİşletme Basıncı: 8.28 atü.Montaj sıcaklığı: 20°CTasarlanan hareketler ve devir sayıları:

Montaj: Toplam 12 mm eksenel1.5 mm yanal0 açısal

Açma/Kapama: Toplam

İstenen Devir:

40 mm eksenel5 mm yanal3 açısal

200

İşletme: Toplam 6 mm eksenel0.7 mm yanal0.2 açısal

İstenen Devir: 15000

Müsaade edilebilir en büyük yaylanma gücü:

eksenel: 20 kg/mmyanal: 15 kg/mmaçısal: 10 kg/mm/derece

İşletme sıcaklığı + 427°C den azdır.Kovan gereklidir. Kaver gereklidir. K C

Seçim:

S-1 Bölüm VI 250 mm çap tablosuS- 2 Sipariş f öyünde SF olarak belirtilmesiS-3 Şekil II-2'denC'=0.77S-4 Nominal Basınç: 8.28/0.77 = 10.75 atü (Test

Basıncı: 16.13 atü)Basınç gurubu: 16 atü

S-5 Daha önce S-9 da da belirtilen boğum adedi varsa-yımı 12olarak yapılırsa sıcaklık ve yaylanma güçle-rinin gereken sınırlar içinde olduğu görülebilir.

S-6 CT =0.40 bir devir varsayıldığı içinC2=0.47 200 devir istendiği içinC3 = 1.26 1 5000 devir istendiği için

S-7 E1 «0.40x12*4.80 ^=0.40x1.5 = 0.60AT =0.40x0 = 0E2=0.47x40=18.80 Y2 =0.47x5 = 2.35A2=0.47x3=1.41E3 = 1.26x6 = 7.56 Y3 =1.26x0.7 = 0.88A3 = 1.26x0.2 = 0.25

107

Bulunan değer 1.00 dan büyük olduğu için bir üstboğum gurubuna geçilir.

E k = 5 5 Y k = 2 1 A k 1 5

Yukarıdaki işlem yeni değerlere bölerek yinelenirse0.86 değeri elde edilir.

16 boğum sayısı yeterli olmuş ve seçim sonuçlandı-rılmıştır.

özetlemek gerekirse 250 mm çaplı, 16 atü, 16 boğumlu,SF, K, C bir kompansatör seçilmiştir.

II .4 Tesbit levhaları ve kılavuzları :

Kompansatörfer, genleşme ve titreşimlerin emilmesinisağlayan elemanlardır. Ancak özellikle eksenel kompan-satörlerin verimli, boru sisteminin kesintisiz çalışması içinyardımcı elemanlara gereksinim vardır. Boru içinde oluşanbasınç kuvvetlerini karşılamak için tespit levhaları; borugüzergâhını istenen şekilde tutabilmek için kılavuzlar kul-lanılır.

Tespit levhalarının karşılaması gereken kuvvetler:

-Basınç kuvveti-Boru sürtünmesi-Merkezkaç kuvveti-Yay sabitinden doğan kuvvet

olarak özetlenebilir. Bu kuvvetlerin nasıl hesaplanacağıbundan sonraki üç kısımda ayrı ayrı gösterilecektir. Yuka-rıda sözü edilen kuvvetlere karşı kullanılan tespit levhaları-nın tipleri şunlardır.

a- Terminal Tespit Levhalarıb- Dirsek Tespit Levhalarıc- Ara Tespit Levhalarıd- Kayar Tespit Levhaları

a- Terminal Tespit Levhaları:

Boru sistemlerinin kör uçlarında; makine ve teçhizatındesteklenmesi gerektiğinde; yanal veya açısal kompan-satör ile sistemin dengelenmesi halinde terminal tespitlevhası kullanılmalıdır. Terminal tespit levhalarının karşıla-yacağı kuvvetlerin hesabı ileriki bölümlerde sunulacaktır.

b- Dirsek Tespit Levhaları:

Boru sisteminde bulunan dönüşler dirsek tespit levhaları-nın kullanılmasını gerektirir. Basınç kuvveti dönüş açısınınartmasıyla birlikte artar. Dirsek dönüşünden sonra çapdeğişimi olursa, daha geniş çapa göre olan kuvvetler gözönüne alınmalıdır.

c- Ara Tespit Levhaları:

Bu tip tespit levhalarının teorik olarak kuvvet karşılamasıgerekmez. Ancak çok uzun, düz boru sistemlerinde olu-şan tüm genleşmenin tek bir kompansatörle emilmesimümkün değildir. Böyle durumlarda ara tespit levhaları ileboru güzergâhı bölümlere ayrılır. Ayrılan her bölüm içinayrı kompansatör kullanılır. Ancak bu tip tespit levhaları kı-lavuzlarla karıştırılmamalıdır. Belli aralıklarla yerleştirilmişolan kılavuzlar boru genleşmesinin gereken eksen üzerin-de yönlenmesini sağlarlar. Bu arada kılavuzlardan doğansürtünme kuvvetlerinin de yenilmesi gerekir.

Boru sistemlerinin çeşitli bölümleri çeşitli miktarlarda ısı-nır. Bu nedenle ara tespit levhalarındaki kuvvetlerin kesinhesabını yapmak mümkün olmadığından bu tip levhalariçin bir asgarî dayanım saptanmalı ve güzergâh buna göresabitleştirilmelidir.

d- Kayar Tespit Levhaları:

Kompansatörierin aynı zamanda ya da yalnızca yanal ha-reketler yapması gerektiğinde kayar tespit levhaları kulla-nılmalıdır. Kural alarak yanal hareketler sınırlıdır. Bu tiptespit levhaları bir destek olarak ele alınabilir. Karşılanma-sı gereken kuvvetler diğer tespit levhalarında olduğu gibihesaplanır, ancak boru sürtünmesi hesaba katılmaz. Yük-sek debi halinde ise merkezkaç kuvvetleri de ele alınır.

Genel olarak tespit levhaları sabit elemanlardır. Esneyebi-lecekleri varsayılarak esneklik hesaplamalarına dahil edil-memeleri gerekir.

Kılavuzlar:

Kılavuzlar, tespit levhaları gibi kompansatörierin kullanı-mında vazgeçilmez elemanlardır. Örnek olarak her iki baş-tan tespit levhalarıyle sabitleştirilmiş, ortasında bir kom-pans*itör bulunan boruyu ele alırsak (Şekil 11-4) yeterli kıla-vuzlama olmadığı zaman-kompansatör için çok tehlikeliolan - büzülmenin oluştuğunu görürüz.

S-8 Ee =4.80+18.80+7.56=31.16Y e =0.60+2.35+0.88=3.83Ae = 1.41+0.25=1.66 .

i S- 9 12 boğum varsayılırsa, tablodan saptanan değerlerşunlardır:E k =47Y k = 14Ak = 15

S.IÖ^LH- + ^ M ^ + M 6 _ = 1 . 0 5

47 14 15

Euler formülünü kullanarak kılavuz mesafelerini hesaplar-sak:

I = 7t\| EI/F'...... I; Kılavuz mesafesi- E: Dayanım sabiti

I : Eylemsizlik momentiF: Azamî eksenel yük

Matematiksel olarak hesaplanan bu mesafe belli bir emni-

yet faktörüne bölünürse gerçek kılavuz mesafesi bulunur.EJMA in (Expansion Joint Manufacturers Association) te-sisat şartlarında ilk kılavuz için kompansatörden en çok 4çap mesafe sonrası ve bundan sonraki kılavuzun ise 14çap mesafe sonrası yerleştirilmesi öngörülmektedir. ŞekilII-5 de gösterilen, boru çaplarına ve azamî basınca görekılavuzlar arası mesafenin nasıl saptanacağını göstermek-tedir. Bu şekil emniyet faktörü göz önüne alınarak hesap-lanmış olup EJMA tarafından hazırlanmıştır.

• KISIM III

Eksenel Kompansatörler

III .1 Kısa tanımlama :

1.2a da belirtildiği gibi genleşmenin emilmesi için ilk seçe-nek olan eksenel kompansatörler ek bir tesis alanı gerek-tirmeksizin sözü edilen sorunu çözerler. Akışkanın akışyönü değiştirilmez.

Üzerinde önemle durulması gereken önemli özellik ekse-nel kompansatörün boru sisteminin genleşmesini en azyer (dolayisiyle hacim) kaplayarak karşılayan eleman ol-masıdır. Kompansatörlerin yerleştirilmesi sırasında borugüzergâhının değiştirilmesi gerekmediğinden basınç kay-bı asgariye indirilir. Ayrıca eksenel kompansatörlerin içi-ne yerleştirilebilecek laynerler bu kaybı daha da alt düze-ye indirir (türbülansı önler).

Boru içinde basınçtan ve çeşitli hareketlerden ötürü olu-şan kuvvetlere karşı kullanılan tespit levhaları ve hizalamasorununu çözen kılavuzlar aşağıdaki bölümlerde detaylı,olarak açıklanacaktır.

Eksenel kompansatörlerin çeşitli bağlantı tipleri mevcut-tur. Bağlantılar özetlenecek olursa:

— Kaynak Boyunlu (Şekil HIM)— Döner Flanşlı (Şekil 111-2)— Sabit Flanşlı (Şekil 111-3)

tipler sayılabilir. Ayrıca istekte bulunulduğu takdirde özelbağlantı üretimi mümkündür.

uuuuuuuuı

Döner flanşlı kompansatör ve kesiti.

Kaynak boyunlu kompansatör ve kesiti

Şekil III-2

Sabit flanşlı kompansatör ve kesiti

Şekil 111-1 Şekil ill-3

111

Eksenel kompansatörler çevre ve işletme koşulları zorun-lu Kıldığı takdirde ek elemanlarla birlikte kullanılır. Bu ele-manları

^—Koruyucu kaver (gömlek) (Şekil III-5)g~layner (Şekil 111-4)

olarak sınrflandırmak mümkündür.

Şekil IİI-5

a- Koruyucu kaverler (gömlek) dıştan monte edilirler.Çevre koşullarının etkilerine karşı kompansatör korunur.

b- Laynerler, akışa karşı olan direnci azaltır. Tozlanıpkirlenmiş ya da tortulu akışkanların taşınması sırasındaoluşabilecek birikimleri önler. Büyük ve ani sıcaklık farkla-rında kompansatör körüklerinde ani ısıl şok oluşmasınıengeller.

Eğer kompansatör yalıtılmışsa gömlek sayesinde boğum-lar arasına yalıtım malzemesinin dolması önlenir, normalçalışma sağlanır. Ancak çok uzun, içten basınçlı kompan-satörler koruyucu laynere rağmen bükülebilirler. Bunuönlemek için eksenel kompansatörleri borulardaki basıncıkompansatöre dıştan etki edecek şekilde üretmek dahauygun olur (Bkz. Kısım VII).

Koruyucu kaverler, laynerler yukarıda belirtilen avantajlarıgetirmekle beraber HİÇ BİR ZAMAN bir tespit levhası yada kılavuzun görevini yapamazlar.

Bölüm 11.3 de verilen hesap örneğinde nominal basıncınnasıl saptanacağı gösterilmiştir. Bunu takip eden bölüm-lerde teknik sorunlara daha somut yaklaşılacak ve çözümönerileri sunulacaktır. Bu sorunlara örnek olarak boru gü-

zergâhının bölümlere ayrılması, azamî eksenel hareket,ön ayarlama, tespit levhaları tasarımı, kılavuzlama ve se-çim sayılabilir.

IH . 2 Boru güzergâhının bölümlereayrılması :

Uzun boru uygulamalarında her zaman tek bir kompansa-tör ile tüm genleşmenin emilmesi mümkün olmayabilir,örneğin 150 m uzunluğunda A St35 malzemeden üretil-miş bir boru 160°C lik bir sıcaklık farkında 242 mm yiaşan bir genleşme farkı gösterir. Verilen örnek oldukçasık rastlanabilen bir durumdur. Daha uzun boru sistemle-rinde ve özellikle daha büyük sıcaklık farklarında oluşabi-lecek genleşmenin boyutlarını göz önüne getirmek gere-kirse bu denli büyük hareketlerin tek bir kompansatör ta-rafından emilemeyeceği anlaşılabilir. Bu tip bir boru prob-leminin çözümüne boru güzergâhının bölümlere ayrılma-sıyle ulaşılır. Burada amaç, belirlenen ömür sayısına göreborunun tespit levhaları ile belirli ve emilebilir genleşme-ler gösteren bölümlere ayrılmasıdır. Ayrılan her bölüm di-ğerlerinden tamamen soyutlandığı için tek bir problemolarak ele alınır ve sorunu çözülür. Doğal olarak teknik veekonmik olanaklar göz önüne alınarak belli bir eniyileme(optimizasyon) sonucu güzergâh kısımlandırması yapılır.

Yukarıda sözü edilen probleme örnek Bölüm 111.3 de veri-lecektir.

Ill . 3 Öngergi (Ön ayarlama) :

Bölüm II. 1a da ön ayarlama kısaca tanıtılmış ve hizmetömrüne etkisi tartışılmıştı. Bu bölümde ise somut şekildeiki hesap örneği ile uygulaması sunulacaktır.

Daha önce belirtildiği gibi, kompansatörler kural olarakönceden ayarlanmış şekilde monte edilirler. Öngergi mik-tarı çevre şartlan göz önüne alınarak saptanır. Boru çevresıcaklığı montaj sıcaklığının altına inerse borunun boyubüzülme sonucu kısalacaktır. Çevre sıcaklığı montaj sı-caklığının üstüne çıktığı zaman genleşme nedeniyle boruboyu uzayacaktır. İlk durumda boru büzülürken kompan-satör genleşecek, ikinci durumda boru genleşirken kom-pansatör sıkışacaktır. Boru sisteminin kesintisiz çalışabil-mesi için kompansatör tüm genleşmeyi emmek zorunda-dır. Bunu sağlamak öngergiyi doğru uygulayarak müm-kün olur. Kısım Vida verilen tablolarda her kompansatö-rün 5000 devre göre yapabileceği sıkışma ve uzamamiktarı verilmiştir.

Yukarıda açıklanan bu olgu aşağıda sunulan sayısal ör-nekle somutlaştıracaktır.

ÖRNEK 1:

Boru çapı: 1 50 mmBoru boyu: 25 mİşletme basıncı: 7.5 atüBoru malzemesi: A St35

112

Montaj sıcaklığı: + 21 °CAsgarî sıcaklık: — 10°CAzamî sıcaklık: + 180°C

Not: Hareketin tümüyle eksenel olduğu varsayılacaktır.

Kısım IX da verilen Isıl Genleşme Tablosu aşağıda göste-rildiği gibi kullanılacaktır:

Malzemelerden "Karbon Çelik" sütunundan verilen sı-caklıkların karşısındaki genleşmeler okunur. Sıcaklık sü-tununda bahis konusu tam değer yoksa lineer enterpola-syon yöntemi kullanılarak aranan genleşme saptanır.

Aşağıdaki semboller genleşmenin saptanmasına yardımcıolacaktır:

6= Asgarî sıcaklıkta 100 m için genleşme(— değer büzülmeyi simgeler)

4= Montaj sıcaklığında 100 m için genleşme6^= Azamî sıcaklıkta 100 m için genleşmeA = Borunun genleşmesiA= Borunun büzülmesiA= Toplam hareket

Sıcaklık Genleşme

— 10°C+ 21 °C

— — 33mm/1 OOm (lineer enterpolasyon)= Omm/100m (Montaj sıcaklığı ile ısıl

genleşme tablosununreferans sıcaklığı ileçakıştığı için)

4180°C =192.4mm/1 OOm (Lineer enterpolasyon)

Bulunan değerleri 100 m boru uzunluğuna göre olduklarıiçin 25/100 = 0.25 ile çarpılarak gerçek genleşmelerbulunmalıdır.

6 = — 33 X 0.25 = — 8.25 mmôo=06 = 192.4 X 0.25£ = 48.10 — 0£ = Q —(—8.25)A= â + A

= 48.10 mm= 48.10 mm boru genleşmesi= 8.25 mm boru büzülmesi= 48.10 + 8.25 = 56.35mm

toplam hareket

Kompansatörün paslanmaz çelik malzemeden üretileceğivarsayılarak C faktörü 0.78 olarak saptanabilir.

Nominal Basınç = 7.5/0.78 = 9.62 atü

Bu nedenle çapı 150 mm, 10 atü basınç gurubundao,toplam eksenel hareketi 56.35 mm den fazla olan kom-pansatör toplam 44 + 0.5 X 44 = 66 mm hareket ede-bildiği için doğru seçimdir.

Aşağıda verilen formülle kompansatörün genleşmesi mü-saade edilebilir toplam genleşme içine eşit olarak dağıtıla-cak ve öngefgi saptanacaktır. Formülde kullanılan deği-şiklikler şunlardır:

P : ön-gergiL : Kompansatör uzunluğuLm: Kompansatör montaj uzunluğu (öngergiden sonra)E : Kompansatörün müsaade edilebilir sıkıştırma mik-

tarı

p=-l-( A.-A - -y) ( 3 > 1 )

L m = L + P (3.2)

Kısım VI daki tablodan (150 mm çap, 10 atü basınç guru-bu 12 boğum)

L = 340 mmE = 44 mm

Yukarıda hesaplandığı gibi

â = 48.10 mmA = 8.25 mm «

Denklem (3.1) kullanılarak

P = - j - (48.10 - 8.25 —0.5 X 44)

P = 8.93 mm öngergi uygulanmalıdır.Bu nedenle denklem (3.2) kullanılarak montaj uzunluğu

L = 340.00 + 8.93 = 348.93 mm olarak bulunabilir.

ÖRNEK 2:Bu örnek için şekil I -6 ya bakınız.

Boru çapı: 125 mmBoru boyu: 120 mİşletme basıncı: 7 atüBoru malzemesi: 5 Cr MoAkışkan: Hidroflorik asitMontaj sıcaklığı: + 10°CAsgarî sıcaklık: — 15°CAzamî sıcaklık: + 120°CDöner flanşlı montaj

Not: Hareketin tümüyle eksenel olduğu varsayılacaktır.Kısım IX da verilen Isıl Genleşme Tablosu bir önceki ör-nekte verilen şekilde kullanılacaktır.

Sıcaklık

— 15°C

Genleşme

5 = —35.2mm/100m (lineerenterpolasyon)

+ 10°C 6 0 = — 11.0mm/100m+ 120°C 64_= + 1O9.8mm/1OOm (lineer

enterpolasyon)Bulunan değerleri 100 m boru uzunluğuna göre olduklarıiçin 120/100 = 1.2 ile çarpılarak gerçek genleşmelerbulunmalıdır.

5= — 3 5 . 2 X 1.2= —42.2 mm5 = — 1 1 . 1 0 X 1 . 2 = —13.2mm^= + 109.8 X 1.2 = + 131.8mmA= 6^ — <5O= — 13.2 — (—42.2) = 29.0 mmA = 6 — 6_= 131.8 — ( — 13.2) = 145.0 mm

Toplam kompansatör hareketi 145.0 + 29.0 = 174 mmye ulaşmaktadır. Bu denli büyük bir genleşmenin tek birkompansatör tarafından emilmesi mümkün değildir. Ayn-ca akışkan Hidroflorik Asit olduğu için korozyona muka-vemet açısından en dayanıklı metal, Kısım IX da verilenKorozyona Dayanım Tablosundan, monel olarak seçile-cektir.

Kompansatör monel ile üretileceği için azamî sıcaklıktaC = 0.93 olduğu görülür. Nominal basınç bu nedenle

7.0/0.93 = 7.53 atü olarak saptanır.

Kısım VI daki 125mrn çap, 10 atü basınç, 24 boğumlukompansatör verisi incelendiğinde toplam 63 mm lik mü-saade edilebilir hareketin olduğu görülür. Bu tip 3 kom-pansatör toplam 189 mm lik genleşme-büzülme giderebi-

Jir. Bir alt boğum gurubu yeterli olmadığından seçim yuka-rıda olduğu gibi yapılır.

Boru yukarıda açıklanan nedenlerle üç eşit parçaya ayrılır(her biri 40 m). Her boru diğerlerinden tespit levhalanylesoyutlanır. Her boru için , değerleri

A = 145:3 = 48.3 mmâ = 29:3 = 9.7 mmE = 42 mmL = 340 mm (Flanşlı kompansatör boyu)Denklem (3.1) kullanılarak

P = y (48.3 — 9.7 — 21.0)

P = 8.8 mmMontaj uzunluğu

L = 340.0 4- 8.8 = 348.8 mm dir.

HI . 4 Tespit levhası tasarımı :

Bölüm II-4 de sözü edilen tespit levhalarının tasarımı birönceki örneğin uygulaması yapılarak aşağıda sunulacak-tır.

Daha önce belirtildiği gibi terminal, dirsek, ara ya da kayartespit levhalarının karşılaması gereken kuvvetler

Basınç kuvvetiYapısal dirençBoru sürtünmesiMerkezkaç kuvveti

olarak sıralanır.

Yukarıda belirtilen kuvvetlerin hesaplanması için gerekliolan değişkenler şunlardır:

A : Kompansatörün etken (efektif) alanı (cm2)kE : Kompansatörün eksenel yay sabiti (kg/mm)kY : Kompansatörün yanal yay sabiti (kg/mm)kA : Kompansatörün açısal yay sabiti (kg/mm/derece)p : İşletme basıncı (atü)a : Boru güzergâhının sapma açısıY : Akışkan özgül ağırlığı (g/cm3)v : Akışkan hızı (m/s)p : Sürtünme katsayısı (genellikle 0.3 en çok 0.5)w : Boru ve akışkanın uzunluk birimi başına ağırlığı

(kg/m)I : Kompansatör-Tespit levhası arası uzaklık (m)

örnek 2 de daha önce verilmemiş olan değerler aşağıdasunulmuştur:

a = 2 5 °v = 10 m/sp = 7 atüY = 1 g/cm3

A = 48.3 + 9.7 = 58 mmy = 0.25w = 60 kg/m

Yine Kısım VI daki tablodan (125 mm çap, 10 atü, 24 bo-ğum)

A » 183 cmk E = 8.4 kg/mm t

k Y = 5.7 kg/mmk A = 3.2 kg/mm/derece

I değeri ise iki türlü saptanabilir.

a) Kompansatör tespit levhasının yanında ise I = 0 dır.;Bu şekilde boru sürtünme kuvveti ortadan kalkar.

b) Kompansatör ile tespit levhası arasında bir mesafevarsa I değeri sıfırdan farklıdır. Sürtünme kuvveti

f 3 « p.w.l (3.3)denklemi ile bulunur. Bu ise tespit levhası için karşılanma-sı gereken ek bir kuvvettir.

örnek 2 için terminal tespit levhası tasarımında 1 mesa-fesi sıfır kabul edilecektir. Diğer kuvvetler ise aşağıdakiformüllerle bulunur.

11 s A.p (3.4.a) Terminal tespit levhaları içinf, = 2.A.p.sin a 12 (3.4.b) Dirsek tespit levhaları için

114

2! f 2 VB k E • à • sin a 12 (3.5 b) Dirsek tespit levhaları için

14 = A- A • y • v 2 sin a /2 (3.6) Dirsek tespit levhaları5 0 için

Dairesel bir dönüş söz konusu olmadığı için f4 merkezkaçkuvveti terminal tespit levhaları için söz konusu değildir.Tespit levhaları şekil III-6 da görüldüğü gibi yerleştirile-cektir.

Terminal tespit levhalarının karşılaması gereken kuvvetlerf , = 183-7= 1281 kg

f 2 = - y 8.4-58= 243.6 kg

(Not: Yalnızca eksenel hareket varsayıldığından, k değerialınmamıştır.)

Toplam f = 1524.6 kg

Dirsek tespit levhası için

f = 2-183-7 s i n i Ş- = 554.5 kg"

f = BA • 58 • sin 4 ^ - = 105.4 kg

f = ^ - i 8 3 - 1 - 1 0 0 - s i n 4 p = 79.2 kg

Toplam f = 739.1 kg

Ara tespit levhası için söz konusu olan kuvvetler yapısaldirenç (f2)ve sürtünme (f3) kuvvetleridir. Yapısal dirençkuvveti teorik olarak oluşmasa da bir asgarî garanti değerivarsayılmalıdır. Bu değer de terminal tespit levhasının ya-pısal direncine eşit tutulabilir. Bu nedenle

f 2 = 105.4 kg

Sürtünme kuvveti denklem (3.3) ile saptanacaktır, bura-da dikkat edilmesi gereken husus I = 40 m olmasıdır.

f 3 = 0.25.60.40 = 600 kgToplam kuvvet = 705.4 kg

örnek 2 nin tespit levhalarının tasarımı yukarıda gösteril-diği gibi tamamlanmıştır. Kısaca özetlemek gerekirse

2 adet nominal tespit levhası >1524.6 kg1 adet ara tespit levhası > 705.4 kg1 adet dirsek tespit levhası > 739.1 kg

gereksinilmektedir.

III . 5 Eksenel kılavuzlama :

Bölüm II.4 de tespit levhası ve kılavuzların kompansatör-lerin kullanımını mümkün kıldığı belirtilmişti, örnek 2ninkılavuzlaması aşağıdaki gibi yapılacaktır.

İlk kılavuz kompansatürden 4 çap mesafesi sonunda(500 mm) ikinci kılavuz 14 çap mesafesi sonunda (1750mm) yerleştirilecektir. Şekil II-5 ten 125 mm çap ve 7 atübasınç için takrîben 1 2 m de bir kılavuzlama gerektiği gö-

bektedir.

ili . 6 Yalıtım :

Sıcak ya da soğuk akışkan taşıyan boru sistemlerindekompansatörün yalıtımı basit boru sistemlerinde olduğugibi yapılır. Ancak bu yalıtım için kompansatörün koruyu-,cu kaverii olarak seçilmesi daha iyi sonuç verir. Kompan-satör korunmadan yalıtım uygulanırsa yalıtım maddeleriboğum aralarını doldurarak esnekliğe engel olabilir.

Dikkat edilmesi gereken bir başka husus bazı yalıtımmaddelerinin herhangi bir nedenle ıslanmaları durumundakorozyona neden olmalarıdır.

ill . 7 Eksenel kompansatör hakkındanotlar :

a - Planlama safhası:

• Verilerin toplanması• Nominal basıncın saptanması• Borunun genleşme ve büzülme miktarlarının bulun-

ması• Gerekiyorsa boru güzergâhının bölümlere ayrılması• Kompansatörün seçimi• Öngerginin saptanması• Tespit levhalarının ve kılavuzların tasarımı• Gerekiyorsa yalıtım tasarımı

b - Montaj safhası:

• Kompansatör körüğünün mekanik zedelenmelerekarşı korunması (çarpma, vurma, atma gibi)

• Kompansatör montajı sırasında ve işletme esnasındauygun olmayan basınçların ve burulmanın önlenmesi

• Kaynak sırasında ark sıçramalarına karşı kaynaktanönce kompansatör körüğünün kloritsiz asbest ile örtül-mesi

• Flanşlı bağlantı yapılacaksa contaların tam ortalanma-sı, deliklerin hizalanması, civatalann çaprazlama sıkıştırıl-ması

• Sistem test basıncının, tespit levhaları ve kılavuzlarınbağlanmasından önce UYGULANMAMASI. (Ktavuzlama-dan önce uygulandığı takdirde kompansatör plastik de-formasyona uğrayarak hasar görür.)

• Bağlantıdan önce ve sonra körük boğumlarının içininakışkan dışı yabancı maddelerden arınması

• Yanal veya açısal hareketler olduğu takdirde diğer kı-sımlardaki seçimlerin de göz önüne alınması veya üretici-ye danışılması

c - İşletme için notlar:

• İşletme sırasında, yanlış bağlantı veya su çarpmasıv.b. nedenlerle oluşabilecek aşırı şokların önlenmesi

• Paslanmaz çelikten üretilmesine rağmen kompansa-tör içine girebilecek korozif maddelerin olanaklar elverdi-ğince önlenmesi.

12s=: _ k E • à (3.5a) Terminal tespit levhaları için

115

Il l. 8 Eksenel kompansatöruygulamaları :Aşağıda sunulan şekillerde (Şekil HI-7, III-8, 111-9, 111-10)çeşitli çok düzlemli ve çok boyutlu uygulamalar belirtil-mektedir.

Şekil III-7

• KİSİM IV

Yanal Kompansatörler

IV .1 Tanımlama :

I. 2b de belirtildiği gibi genleşmenin emilmesi için ikinciseçenek yanal kompansatörlerdir. Tek bir yanal kompan-satör tek düzlemde iki boyutlu hareketi emebilir. Bu tip,biribirine bağlı iki kompansatör ile üç boyutlu hareketlerinemilmesi mümkündür.

Yanal kompansatörün ana görevi bükülme streslerini en-gellemektir. Bu stresler basınç zorlamalarından ötürü olu-şur. Örneğin nominal çapı 500 mm olan bir kompansatö-rün etken kesit alanı 2291 cm2 dir. İşletme basıncının 20kg/cm2 olduğu varsay ılırsa 2291 x 20 = 4 5 8 2 0 kg lıkbir basınç zorlamasının meydana geldiği görülür. Kom-pansatör eğer mafsallı olarak tasarımlanmtşsa, mafsal ay-nı zamanda oluşan bu kuvveti karşılamak zorundadır. Bunedenle mafsal ya da menteşeler ısı ya da gerilim stresle-rine karşı belli bir emniyet faktörü katılarak tasarımlanırlar.

Yanal kompansatörler de eksenel kompansatörler gibibakım gerektirmeden çalışan elemanlardır.

Aşağıda yanal kompansatörlerin en önemli iki tasarımşekli sunulmuştur:

a- Hafif Tasarımb- Ağır Hizmet Tasarımı

a - Hafif Tasarım:

Yanal kompansatörlerin hafif tasarımı özellikle ekonomiknedenlerle yapılır. Mafsallar her yöne hareket edebilirler.Ancak bu tip tasarım sınırlı bir basınç ve sıcaklık için so-nuç verir. (Bkz. Şekil I-5)

Eksenel kompansatörlerde olduğu gibi, yanal kompansa-törlerin hafif tasarımında da üç türlü bağlantı mümkündür:

— Kaynak Boyunlu (Bkz. Şekil 111-1)— Döner Flanşlı (Bkz. Şekil III-2)— Sabit Flanşlı (Bkz. Şekil III-3)

Kaynak boyunlu bağlantı arzu edilen herhangi bir normdahazırlanabilir. Ayrıca istenildiği takdirde kompansatör özelbağlantı ile üretilebilir.

Döner flanşlar belirli bir basınç sınırına dek kullanıldığıtakdirde çok ekonomik çözümler sağlarlar. Döner flanşlıbağlantı sırasında akışkan yalnızca körük ile temas etti-ğinden flanşlar için özel malzeme gerekmez. Döner flanş-ların kullanılmasının sakıncalı olduğu durumlar ise aşağıdaözetlenmiştir.

— Vakum altındaki boru sistemlerinde— Flanş yüzlerinin yükselip alçaldığı durumlarda— Flanş üzeri dil ve olukların saptanmış olduğu durum-

larda

Sabit flanşlı bağlantılar öncelikle döner flanşın kullanılma-ması halinde önem kazanırlar. Flanşlar çeşitli normlara

göre hazırlanabilirler. Özel flanşlı bağlantılar da istenildiğitakdirde imal edilebilir.

b - Ağır Hizmet Tasarımı:

Çok yüksek basınçlarda ya da sıcaklığın + 400 °C yi aştı-ğı hallerde hafif tasarım yetersiz kalır. Bu tip sorunların çö-zümü için yanal kompansatörün ağır hizmet tasarımı ge-reklidir.

Şekil IV-1 'de iki yöne hareketli yanal ağır hizmet kompan-satörü görülmektedir. Mafsallar tek düzlemde hareketimümkün kılar. Bunu takip eden Şekil IV-2 de kardan maf-sallı olarak adlandırılan kompansatör görülmektedir. Bu tipmafsallar her yöne hareketi mümkün kılar.

Şekil IV-2

Yanal hareketlerin miktarı kullanılma alanına göre değişikolabilir. Bu hareketlerin miktarı az olc^jğu takdirde tek kö-rüklü bir kompansatör yeterli değildir. Ancak büyük yanalhareketlerin emilmesi için çift körüklü ve körükler arasındauzatma borusu bulunan yanal kompansatörler kullanılmalı-dır. Şekil I-5 ve4V-3 de çeşitli uzatma boruları görülebilir.

Yanal hareketlerin miktarı aşağıdaki faktörlerin fonksiyo-nudur:

• Körüklerin esnekliği• Körük uzunlukları• İki körük arasında kullanılan uzatma borusu boyu

Üretici, gereksinilen yanal hareket verildikten sonra tek yada gerekiyorsa çift körüklü ve uzatma borulu bir kompan-satör üreterek ihtiyaca yanıt verir.

117

ÖRNEK 1:(Bkz. Şekil IV-4)

Bu şekilde tek düzlemde dik açılı dönüş yapan uzun birboru ele alınmıştır. İlk boyuttaki genleşmesi Ai . ikinci bo-yuttaki genleşmesi A 2 , l l k boyuttaki büzülmesi A3,ikinciboyuttaki büzülmesi A4 He gösterilirse,

toplam genleşme

Av = s/ A2, + A2

2

toplam büzülme

Av A2

4

(4.1a)

(4.1b)

ile saptanır. Gerekli çap ve basınç gurubu veri iken KısımVI dan yanal hareket miktarları belirlenir. (Y) Aşağıdakieşitsizlik sağlandığı takdirde yanal kompansatörün bo-ğum gurubu seçilir.

Eksenel kompansatör uygulamalarında olduğu gibi yanalkompansatörlerde de öngergi, kompansatörün eniyi (op-timum) kullanımı için çok önemli bir faktördür. Yanal kom-pansatörler için ön gergi aşağıdaki denklemle saptanır.

P=_L^ 2

O Y ""* o (4.3)

Öngergi, genleşme (ya da büzülmenin) oluştuğu yönünkarşı yönüne doğru uygulanır. Yanal kompansatör uygu-lamalarında öngerginin miktarı kadar önemli olan unsuryönüdür." Yön, aşağıdaki denklemle saptanır.

—JT*"" \ â y " ^ " y ) ^ > » (4.2)

. -i A2a = tan -r—A,

Sayısal bir örnekle konu somutlaştıracaktır.

(Bkz. Şekil IV-4)

(4.4)

Boru çapıBoru boyu aBoru boyu bişletme basıncıwBoru malzemesiAkışkanMontaj SıcaklığıAsgarî SıcaklıkAzamî Sıcaklık

200 mm40 m20 m

4.5 atü60 kg/mSt37

Sülfirik Asit+ 15 °C

0 °C+ 60 °C

Sabit Flanşlı Montaj

Sıcaklık:

0 °C i

Genleşme:

L— 23.0 mm/100 m+ 15 °C &o— 6.5 mm/100 m+ 60 °C dS^ + 44.6 mm/100 m

A = 6+ — 6O = 44.6 — (—6.5) = 51.1 mm/100 mâ = 6O — 6. = — 6.5 — (—23.0) = 16.5 mm/1 OOrn

a borusu için değerler 0.4 ile çarpılacaktır,b borusu için değerler 0.2 ile çarpılacaktır.

Genleşme değerleri

A,= 51.1 x 0 . 4 = 20.4 mmA2= 51.1 x 0 . 2 = 10.2 mm

Büzülme değerleri

A3= 16.5 x 0 . 4 = 6.6 mmA4= 16.5 x 0.2 = 3.3 mm

Denklem (4.1a) kullanılarak toplam genleşme

A2

2" = \ / 2 0 . 4 2 + 10.2 2 ' = 22.8 mm= v

Denklem (4.1b) kullanılarak toplam büzülme

Ay^V A2

3+ AV = \J 6.6 2 + 3.32 ' = 7.4 mm

Akışkan sülfrik asit olduğundan korozyon tablosun -dan 316 L malzeme seçilmiştir. En yüksek sıcaklıktaŞekil II- 2 kullanılarak

C* = 0.90olarak saptanır.

Nominal (anma) basınç 4.5/0.90 = 5.00 atü olarak belir-lenir. Doğal olarak bir üst basınç gurubu olan 6 atü seçilir.Kısım Vl'da 200 mm çap ve 6 atü basınç gurubu içindenyanal hareket değerleri elde edilir. Denklem (4.2)nin kul-lanılabilmesi için

- i . ( AY + A Y ) = - i - ( 22.8 + 7.4) « 15.1 mm

16 boğumlu kompansatörün Y değeri 21 mm olduğu için(15.1 ^. 21 ) bu boğum gurubu seçilir.

Öngergi miktarı denklem (4.3) kullanılarak

P—i2

22.8 - 7 . 4 = 7.7 mm

Öngergi yörui ise denklem (4.4) ile saptanır.

a = taiï=tanLl^^=26.6A, 20.4

Daha önce belirtildiği gibi yön ve miktarı verilen öngergigenleşmenin aksi yönüne doğru uygulanır.

IV. 5 Tespit levhası tasarımı :

Daha önce bölüm H-4 ve III-4 de sözü edilen tespit levha-larının tasarımı yanal kompansatör uygulaması için de ya-pılacaktır. Daha önce de belirtildiği gibi yanal kompansa-t örterin en önemli avantajlarından biri eksenel kofnpansa-törlere göre daha az kılavuz ve tespit levhası gerektirme-leridir.

Tespit levhası için hesaplanması gereken en önemli kuv-vet, daha önce denklem (3.3) ile sunulan sürtünme kuv-vetidir.

f p x w x I (3.3)

p değeri genellikle 0.3 olarak alınır. Birim başına boruağırlığı 60 kg olarak sunulmuştur. I ise yanal kompansa-tör ile tespit levhası arasındaki direkt mesafeyi simgele-mektedir, boru boyu a olarak verilen uzunluk 40 m dir. İkiboyutlu hareket söz konusu olduğu halde kılavuzlama tekeksen boyunca uygulanacaktır. Amaç, ikinci boyuttakigenleşmeyi serbestçe oluşturmaktır. Sürtünme kuvvetihesabında boru ağırlığı gerekitğinden toplam (a + b) boruuzunluğu ele alınır.

Sürtünme kuvveti kadar önemli olan bir başka kuvvet ya-nal kompansatörün yanal hareketinden oluşan hareketkuvvetidir. Bu kuvvet, kompansatörün yanal yay sabiti iletoplam genleşme veya büzülme değerlerinden daha büy-ük olanının çarpılması sonucu elde edilir.

f = kY x A Y (4.5)

Not: AY > AY ise AY değeri kullanılacaktır.

Yukarıda sözü edilen kuvvetlerin toplamı tespit levhasınınasgarî dayanım gereksinmesini yansıtır.

Bu kısmın örnek problemindeki tespit levhası tasarımı aşa-ğıda sunulacaktır.

I = 40 + 20 = 60 mf = 0.3 x 60 x 60 = 1080 kg

Hareket kuvvetini saptamak için örnekte seçimi yapılankompansatörün yanal yay sabiti, kY,ele alınır. ày değeridaha büyük olduğu için (4.5) denkleminde kullanılır.

f = 9.8 kg/mm x 22.8 mm = 223.4 kg

Karşılanması gereken toplam kuvvet

f = 1080.0 + 223.4 = 1303.4 kg

olarak saptanır ve tespit levhası tasarımı sonuçlandırılır.Hareket kuvvetinin azaltılrujası isteniyorsa dahajjzun olanyanal bir kompansatör kullanılmalıdır. Daha uzun kompan-satör kullanımı genleşmeden doğan hareketi emmektenöte, streslerden arınmış bir bağlantı sağlar. Ayrıca dahauzun kompansatörün yay sabiti daha küçük olacağındanoluşturacağı hareket kuvveti daha az olur. Bu nedenler-den ötürü bu tip bağlantılar özellikle türbin kompresör veseramik kaplar gibi hassas alet çıkışlarında çok önemli birrol oynar.

IV. 6 Kılavuzlama :Daha önce bölüm Hl-6 da ele alman eksenel kılavuzlamayana! kompansatörlerin kullanımın^:, uiumlu etkiye sahip-

119

tir. Eksenel kompansatör uygulamasında olduğu kadarönemli olmasa da, kılavuzlama ile uzun boru hattının yanalkaçmalar yapması önlenir. Bu nedenle iki boyutlu genleş-melerin bir boyutunda EJMA kurallarına göre kılavuzlamayapılmalıdır. (Bölüm 11-4 de sunulan kurallar çerçevesindekılavuzlama yapılmalıdır.) Bölüm IV-4 teki örnek ele alındı-ğında, çap 200 mm olduğu için ilk kılavuz 4 x 200 = 800mm sonra uygulanmalıdır. İkinci kılavuz 2.80 m sonra yeralmalıdır. Bundan sonraki kılavuzlar, şekil 11-5 e göre (4.5atü, 200 mm çap) 19.5 mm de bir yinelenmelidir.

IV. 7 Yalıtım :

Daha önce bölüm III-7 de açıklandığı gibi sıcak ya da so-ğuk akışkan taşıyan boru sistemlerinde kompansatörünyalıtımı basit boru sistemlerinde olduğu gibi yapılır. Yalıtımmaddelerinin boğum aralarına doluşmasını önlemek zo-runludur. Bu nedenle yalıtım maddesi kompansatör etrafı-na gevşekçe tutturulmalı — bu şekilde kompansatörün ha-reketi kısıtlanmaz — daha sonra bantlarla sabitleştirilmeli-dir. Ayrıca açık hava şartları vb nedenlerle izolasyonun dakorunması gerektiğinde metal levhalar kullanılabilir.

Yanal kompansatörlerin kullanılması sırasında istenilme-yen hareketleri önlemek için limit çubukları kullanılabilir.Bu çubuklar kısmen yalıtım içinde kalırsa, ya da hiç yalıtıl-mazsa ısıl streslere daha az maruz kalır.

IV. 8 Yanal kompansatör hakkındanotlar :

a - Planlama safhası:

• Verilerin toplanması• Nominal basıncın saptanması

Boru bölümlerinin ayrı ayrı genleşme ve büzülmemiktarlarının bulunmasıÇok uzun hatlar için, gerekiyorsa, boru güzergâhı-nın bölümlere ayrılmasıKompansatör (ya da kompansatörlerin) seçimiöngergi miktar ve yönünün saptanmasıTespit levhalarının ve kılavuzların saptanmasıYalıtımlama tasarımı

b - Montaj safhası:

• Kompansatör körüğünün mekanik zedelenmelerekarşı korunması (çarpma, vurma, atma v.b.)

• Yanal kompansatörü korumak için kullanılan limit çu-bukları, ya da ağır tasarım mafsalları hareket düz-lemine 90° lik bir açı yapmalıdırlar.

• Kaynakla montaj esnasında yanal kompansatörünkörükleri kloritsiz asbest ile örtülerek ark sıçra-malarına karşı korunmalıdır.

• Flanşlı bağlantı için, contaların tam ortalanması* de-liklerin hizalanması, civataların çaprazlama sıkıştırılması

• Kompansatörün burulmasına sebep olabilecek du-rumların kesinlikle önlenmesi

• Körük boğum içlerinin montajdan önce kontrol edil-mesi (Akışkan dışı yabancı maddelerden arınma)

c - İstetme için notlar:

İşletme sırasında, yanlış bağlantı veya su çarpmasıv.b. nedenlerle oluşabilecek aşırı şokların önlen-mesiPaslanmaz çelikten üretilmesine rağmen kompan-satör içine girebilecek korozif maddelerin olanaklarelverdiğince önlenmesi

120

• KISIM V

Açısal Kompansatörler :

y. 1 Tanımlama :

Birinci kısımda kısaca tanımlanan açışa! kompansatörler,genleşmenin emilmesi için kullanılan üçüncü gurup genleş-me elemanlarıdır. Bu tip kompansatörlerin en büyük avan-tajları iki veya üç boyutlu, aynı zamanda yön değişimini ge-rektiren hareketlerin emilebilmesi için en uygun seçenekolmalarıdır, özellikle yanal hareketlerin çok büyük olduğudurumlarda açısal kompansatörter kesin çözüm sağlarlar.Bu tip kullanım sırasında açısal kompansatörler ikili ya daüçlü guruplar halinde kullanılmalıdır. Oluşan genleşmenintek ya da çok düzlemde olmasına göre değişik tasarımlarsöz konusudur. Bu kısmın ileriki bölümlerinde değişik tasa-rımlar ayrı ayrı ele alınacaktır.

Daha önce bölüm IV . 1 'de yanal kompansatörler için belir-tilen ağır hizmet tasarımı açısal kompansatör uygulamala-rında da kullanılabilir. Ağır hizmete yönelik masfallı kom-pansatörler (Bkz. Şekil 1-10) açısal genleşme hareketleriniemdiği gibi boru yükünü de karşılayabilir.

Şekil l-10'da sunulan açısal kompansatörün yanı sıra çiftmafsallı kompansatörler de mevcuttur. (Bkz. Şekil 1-12)Çift mafsallı açısal kompansatörler her yöne hareketi müm-kün kılar. Şekil 1-13fte sunulan çalışma prensibi kompansa-törün konik bir hacmi tarayabildiğini ortaya koymaktadır.

Gerek tek, gerekse çift mafsallı kompansatörierin çeşitliuygulamaları bu kısımda sunulacaktır.

Açısal kompansatörlerin boru bağlantıları diğer kompansa-törierde olduğu gibi uç çeşittir.

- Kaynak boyunlu (Bkz. Şekil HM )- Döner Flanşlı (Bkz. Şekil HI-2)- Sabit Ranşlı (Bkz. Şekil III-3)

Daha önce bölüm IV. 1 'de de belirtildiği gibi gerek kaynakboyunlu gerek flanş bağlantılı kompansatörler arzu edilenherhangi bir normda ya da özel olarak ima! edilebilir. Dönerflanşlı bağlantıların sağladığı ekonomik çözümler özelliklevurgulanılmaîıdır. Vakum altında ya da değişik düzeyi flanşuygulamasında ise sabit flanş kullanmak zorunludur.

V. 2 Açısal kompansatör uygulamaları:

Açısal kompansatör uygulamaları tek ya da çok düzlemdeolmak üzere iki ana gurupta ele alınır. Sözü edilen her ikigurup uygulama çeşitli şekillerde gerçekleştirilir. Aşağıdakibölümlerde temel prensipler şekillerle birlikte açıklanacak-tır.

V. 2 a. Tek düzlemde açısal kompansatörler :

Tek düzlemde açısal kompansatör uygulaması başlıca dörttiptir.

i- Boru hattının genleşmesi kendisine dik olan bir parçaüzerine yerleştirilmiş bulunan iki adet iki yöne hareketlikompansatör ile emilmektedir. (Bkz. Şekil V-1)

ii- Çok uzun boru hatlarındaki genleşmeyi emmek içinU-tipi açısal kompansatör uygulaması yapılır. U tipindeyerleştirilmiş olan üç adet iki yöne hareketli kompansa-

tör ile genleşme emilir. Normal ve endüstriyel uygula-malarından doğan büyük yer kaybını önlemesi açısın-dan yer sorunlarına çok ekonomik yanıtlar getirir. (Bkz.Şekil V-2)

Şekil V-2

ii- Bir diğer tek düzlem uygulaması L-tipidir. Burada üçadet iki yöne hareketli açısal kompansatör kullanılır.

Yatay boru hattındaki kompansatör özellikle dikey hat-tın genleşmelerine karşı kullanılmıştır. (Bkz. Şekil V-3)

Şekil V-3

(22-

iv- Son olarak sunulacak olan tek düzlem uygulaması 2 ti-pidir. Hareketi emme prensibi L-tipinde olduğu gibidir.Boru hattının genleşmesi kendisine dik olan bir orta

bölüm yardımıyla emilir. İki yöne hareketli açısal kom-pansatöîierden tek olarak kullanılanı daha uzun olanyatay parça üzerine yerleştirilir. (Bkz. Şekil V-l)

V. 2 b. Çok Düzlemde Açısal Kompansatörler :Açısal kompansatörlerin çok düzlemdeki hareketi üç şekil-de incelenebilir.

i- Şekil V-5'te belirtildiği gibi bir düzlemde iki boru hattı,üçüncü düzlemde de bunlara bağlı bir üçüncüsü sunul-maktadır. Ortadaki dikey bölüm her yöne hareketli iki

Şekil V-4

kompansatörü içermektedir. Diğer hatlara dik durumdabulunan bu hattın genleşmesi ihmal edilebilecek denliaz olarak varsayılmıştır.

ii- Şekil V-6'da sunulan boru hatları bir önceki şekilde ol-duğu gibidir. Çok düzlemli Z tipi açısal kompansatörkullanımında yer alan kompansatörlerden ikisi her yö-

ne, diğeri ise iki yöne hareket edebilmektedir. Son ola-rak sözü edilen kompansatör yatay hatlardan dahauzun olanın sonuna yerleştirilmelidir.

• KİSİM VII!

Titreşim Gidericiler

VUI. 1 Titreşim giderici olarakkompansatörler :

Kompansatörlerin ısıl genleşme dışında çözdükleri enönemli sorunlardan biri de titreşimdir. Özellikle yüksek fre-kanslı ve düşük salanımlı (amplitude) titreşimler kompansa-törler ile tamamen giderilir. Ancak hemen belirtilmesi gere-ken nokta salınımların çok büyük olması durumunda (Örne-ğin pistonlu motorlar gibi) kompansatörlerin kullanılamaya-cağıdır. Daha kesin bir fikir vermek gerekirse titreşimin mü-saade edilebilir salınım miktarı kompansatör eksenel hare-ketinin % 10'unu geçmemelidir.

Titreşim giderici olarak kompansatör seçiminde önemliolan bir başka nokta da periyodik hareketin frekansıdır. Ha-reketi emilmesi gereken sistemin frekansı doğal frekansa(natural frequency) yakın değerlerde ise, bu unsur tehlikeliolabilir. Gerekli ve mümkün olan durumlarda yük kaydırma-ları gerçekleştirilerek titreşim frekans ve salmımı değiştiri-

lebilir. Ayrıca üretici, körüklerin titreşim karakteristiklerinisaptayarak kullanıcıya sunar.

Yüksek debi değerlerinde akışkanın, körük bölümündengeçerken türbülans oluşturma olasılığı vardır. Bu tür geliş-me istenmeyen düzeyde titreşime neden olur. Laynerli(kovanlı) bir kompansatör uygulaması sorunu tamamen çö-zer.

Titreşimin emilmesi için en kolay anlaşılabilir çözüm ekse-nel kompansatörler ile sağlanır. Titreşimin ortadan kaldırıl-ması sırasında tespit levhalarına gelen yükün de ele alın-ması zorunludur. Genellikle küçük çaplı hatların basıncıbüyük olur. Buna karşın etken kesit alanı küçük olduğun-dan tespit levhasına binen yük de az olur. Büyük çaplardaher ne kadar etken kesit alanı büyük olursa da basınç ge-nellikle çok büyük değerlere ulaşmadığından tespit levha-larına gelen yük çok büyük olmaz.

Titreşime neden olan elemanların doğurduğu bir başka so-run montaj zorluğudur. Kompansatörler belirli toleranslariçinde kalarak montaj yapılabilmesini mümkün kılar.

Yukarıda belirtilen sorunlara ek olarak korozyon problemi-nin oluşması olasılığına karşı kompansatörler değişik mal-zemelerden üretilebilirler. Kısım IXda sunulan korozyontablosu akışkanlara göre hangi tip malzemenin daha uygunolabileceğini göstermektedir.

VIII . 2 Uygulama örneklen :

Kompansatörlerin titreşim giderici olarak kullanılmasına aitörnekler bu bölümde sunulacaktır. Pompalar, kompansa-törler gibi uygulamalar şekillerle birlikte sunulacaktır.

VIII. 2a. Pompalar (Şekil VIIM) :

Şekilbe görüldüğü gibi pompanın boru sistemine bağlantısısırasında pompa giriş ve çıkışında kompansatörler kullanıl-mıştır. Kompansatörlerden hemen sonra ise sabit noktalar(tespit levhaları) ile boru şebekesinin pompa ile birlikte tit-reşmesi önlenmiştir.

Titreşimin bir başka türü olan gürültü de kompansatörler ta-rafından önlenir. Oluşan titreşimler kaynakta emildiği içinistenmeyen gürültülerin yayılması problemi çözülmüş olur.

VIII. 2b. Kompresörler (Şekil VIII-2) :

Kompresörlerde titreşimin giderilmesi Şekil VIII-2 de pren-sip olarak sunulmuştur. Birçok boru devresinde kulla-nılan kompresörlerin her türlü yalıtıma rağmen titreşime ne-den oldukları bilinmektedir. Kompansatörler kompresörüboru devresinden kesinlikle soyutlar ve normal çalışma ko-şullarını sağlar.

Bu kısımda çok yaygın olarak kullanılan örnekler sunulmuş-tur. Ancak daha bir çok sistemde kompansatörlerin titre-şim giderici olarak kullanılması mümkündür. Bu nedenledeğişik bir sorunun oluşması durumunda üreticiye danışıl-ması problemin çözümü açısından olumlu sonuçlar doğu-rur. Şekil VIII- 2

126