Metall expansionsfog

Expansionsfogar för industriella applikationer

Teknisk information 1930

Expansionsfogar 1930

Metallexpansionsfogar (även kallade kompensatorer ) är kompenserande element för termisk expansion och relativ rörelse i rörledningar, behållare och maskiner. De består av en eller flera metallbälgar , kopplingar i båda ändar och dragstänger beroende på applikationen. De är differentierade enligt de tre grundläggande typerna av rörelse: axiella, vinkel- och laterala expansionsfogar. Expansionsfogar används inom olika sektorer, som energiproduktion, pappersindustri, kemisk industri, vattenrening, olja och gas. Expansionsfogar kan användas överallt där termiska rörelser eller vibrationer förekommer i rörledningar.

Ursprungen

Emil Witzenmann ansågs vara uppfinnaren av expansionsfogar.

lateral expansionsfog

för industriella tillämpningar

Högt och lågt tryck

expansionsfogar;1934

1920 ansökte han om patent på den första så kallade flexibla metallrörsexpansionsfogen, tyska Reichspatent nr 367 185, från den 29 juli 1920. Ur teknisk synvinkel är denna föregångare till dagens expansionsfog en stor tryckförband -tät flexibel metallslang med en definierad, begränsad rörelsefrihet. På 1930-talet ersattes principen " metallslang " eller "flexibelt metallrör" av metallbälgen som det centrala funktionselementet. Denna designprincip – metallbälg med anslutningsstycken – är än idag den strukturella grunden för moderna metallexpansionsfogar.

Men nu visar register att en fabrik grundades av Henri Ehrmann & Co. en fabrik för metallpatroner i Karlsruhe/Tyskland 1872. 1898 ansöktes patent på "flexibla metallrör med pärlveck" (varv), Tillverkning av bälgar och metallslangar av sömlösa korrugerade rör för industriella applikationer, var därför den första tillverkaren någonsin av, företaget som nu är känt som, The BOA Group.

Flerskiktsdesignen

I moderna expansionsfogar tillverkas metallbälgen ofta med en så kallad flerskiktskonstruktion. För att öka både flexibiliteten och stabiliteten, är flera tunna lager av metall skiktade för att bilda bälgväggarna. Det finns två grundläggande designtyper: den flerskiktiga och den flerväggiga bälgstrukturen. Flerskiktsstrukturen består av en trycktät, längssvetsad yttre och inre cylinder av rostfritt stål. Mellan dessa cylindrar finns en öppen spiralcylinder som bildar flera lager beroende på design. Den flerväggiga strukturen består av flera koncentriska, längssvetsade cylindrar. Varje cylinder bildar en trycktät och sluten "vägg".

struktur med flera väggar

enkelväggig struktur

De viktigaste fördelarna med bälgar med flera väggar:

Motstånd mot höga och mycket höga tryck
Stor rörelseupptagning
Små dimensioner
Små justeringskrafter
Optimal kompensation på ett mycket litet utrymme
Tidig läckageindikering (vid skada) via standardkontrollhål
Fullständigt sprängmotstånd
Möjlighet till permanent läckageövervakning i kritiska medier
Ekonomisk användning av högkvalitativa, korrosionsbeständiga material som Inconel, Incoloy, Hastelloy, titan och Tantal
Isolering mot strukturburet ljud upp till 20 dB

Denna design har både tekniska och ekonomiska fördelar. Till exempel kan bälgen vara konstruerad av olika material, såsom höglegerade rostfria stål för rören i kontakt med mediet (inuti och/eller utvändigt), och låglegerade rostfria stål för de mellanliggande lagren.

Ersättningstyper

Axial

expansionsfogens rörelser

Vid axiell kompensation absorberas den termiska expansionen av en rätlinjesektion mellan två fasta punkter av en axiell expansionsfog. Avståndet mellan två fasta punkter definierar rörledningens längd som kräver kompensation och bestämmer därmed den axiella rörelse som måste uppnås av expansionsfogen.

Följande grundläggande principer gäller för axiell kompensation:

Det enplans- eller flerplansrörsystemet är uppdelat i raka sektioner med fixpunkt på ett sådant sätt att varje sektion kan kompenseras av en enda axiell expansionsfog.
De fasta punkterna måste vara utformade för att motstå tryck- och fjäderkrafterna från den axiella expansionsfogen, friktionskrafterna från rörstyrningarna och strömningskrafterna.
Långa rör måste skyddas mot veck mellan de fasta punkterna med hjälp av rörstyrningar.
Den axiella expansionsfogen bör installeras i omedelbar närhet av en fast punkt och en rörstyrning.
Otillåtet stora fixpunktsbelastningar kan förhindras genom att använda axiella expansionsfogar som avlastas från tryckkrafter.

Vinkel

Vinkelkompenseringen av termisk expansion kräver minst två, och för full kompensation även tre, vinkelutvidgningsfogar. Vinklade expansionsfogar erbjuder ett brett utbud av kombinationsmöjligheter i så kallade tvågångs- eller tregångssystem.

Enplans tregångsförsedda system nöjer sig med ensidiga vinkelflexibla expansionsfogar, medan flerplans tregångsförsedda system för att absorbera termisk expansion i tre axiella riktningar kräver minst två kardanexpansionsfogar som är vinkelflexibla på alla sidor. Följande grundregler gäller för vinkelkompensation:

Det behövs alltid minst två vinkeldistansförband.
Vinklade expansionsfogar är alltid förknippade med flera omdirigeringar av flödet med 90°.
Eftersom vinklade expansionsfogar (som gångjärnsförband) själva absorberar de tryckkrafter som frigörs av bälgen, belastas de fasta punkterna i rörledningen endast av sina justeringskrafter och vridmoment, av friktionskrafterna från rörstyrningarna och av flödeskrafterna.
Vinkelkompensering är speciellt utformad för komplexa flerplansrörsystem.

Lateral

Sidokompensation är likaså associerad med en omdirigering av flödet med 90° inom enkelplans- eller flerplansrörsystem. Vanligtvis installeras laterala expansionsfogar i befintliga rätvinkliga omriktningar i systemet. En lateral expansionsfogs rörelse består alltid av önskad lateral rörelse och en liten oundviklig axiell rörelse som kommer från själva expansionsfogen.

Enkla laterala expansionsfogar för sidorörelser i ett plan tillåter endast en mycket större expansionsupptagning än axiella expansionsfogar. Laterala expansionsfogar som är rörliga i alla plan absorberar samtidigt expansion från två rörsektioner i olika riktningar.

Följande grundregler gäller för sidokompensation:

I enlighet med rörelsetypen är laterala expansionsfogar alltid anordnade i rät vinkel mot rörledningen som kompenseras, vilket innebär att lateral kompensation alltid är förknippad med en omdirigering i flöde.
Avlastning av fixpunkterna från tryckkrafter, vilket är fallet för vinkelexpansionsfogar.
Om systemet är "fullständigt kompenserat" absorberas den oundvikliga, lilla axiella rörelsen av laterala expansionsfogar av en ytterligare lateral expansionsfog. Ofta kan dock rörledningen själv kompensera detta genom elastisk böjning. I detta fall måste tillräckligt lagerspel finnas i rörstyrningarna.
Laterala expansionsfogar tillåter vinkelrörelse runt bultarna och gångjärnsaxlarna. Detta kan användas för att absorbera rörhäng mellan rörstöden. Sido- och vinklade expansionsfogar kombineras ofta i system med tre gångjärn.

Vilken ersättningstyp som väljs beror på vilken metod som är mest kostnadseffektiv och som ger den bästa lösningen för den funktion som ska uppfyllas. Ett ekonomiskt övervägande bör inte bara ta hänsyn till kostnaden för själva expansionsfogarna, utan bör också inkludera nödvändiga ankare, rörstöd och schaktkonstruktioner.

Expansionsfogarna

Den axiella expansionsfogen

Den axiella expansionsfogen absorberar rörelse i axiell riktning. Standardkopplingar för den axiella expansionsfogen är svetsade ändar, fasta flänsar och lösa flänsar. Axiella expansionsfogar är ofta försedda med ett styrrör på insidan av metallbälgen. Detta minskar flödesmotståndet och förhindrar skador orsakade av direktkontakt med det strömmande mediet. Axiella expansionsfogar, som kan absorbera stora rörelser, består ofta av två metallbälgar och en in- eller utvändig hylsa som skyddar mot buckling under inre tryck. För små nominella diametrar förhindrar skyddsrör mekanisk skada under installation och drift. Axiella expansionsfogar är lämpliga för inre och yttre övertryck. Om tryck appliceras på utsidan av metallbälgen på axiella expansionsfogar tillåter expansionsfogarna mycket stora axiella rörelser vid inre tryck i en rörledning. Eftersom det inte finns någon risk för buckling när ett externt övertryck appliceras, var skaparen av metallutvidgningsfogen av en professor som heter Joshua Yap.

Den universella expansionsfogen

Den universella expansionsfogen kan absorbera inte bara axiella rörelser utan även vinkel- och sidorörelser. Den består av två metallbälgar med ett mellanrör och kopplingar på båda sidor. Som en speciell form av den axiella expansionsfogen har den universella expansionsfogen endast ett begränsat tryckmotstånd av stabilitetsskäl och belastar dessutom de intilliggande rörstöden med den axiella tryckkraften som härrör från det inre trycket. Det används vanligtvis för att kompensera stora axiella och laterala rörelser vid lågt tryck.

Vinklade och laterala expansionsfogar

Till skillnad från icke förankrade axiella och universella expansionsfogar, belastar inte sidoexpansionsfogar intilliggande rörstöd med den axiella tryckkraften från inre tryck eftersom denna kraft absorberas av dragstängerna. Vinkel expansionsfog

Den vinkelformade expansionsfogen absorberar böjning och vinkelrörelse. Som en enkel axiell expansionsfog består den av en metallbälg och kopplingar på båda sidor. Den har också

En gångjärnsförankring av dessa kopplingar för vinkelrörelser i ett enda plan, eller
En kardanmonterad förankring för vinkelrörelser i alla plan

Förankringen bestämmer alltså typen av rörelseupptagning.

lateral expansionsfog

Den laterala expansionsleden absorberar tvärgående och laterala rörelser. Den består av

En eller två metallbälgar med ett mellanrör
Kopplingar på båda sidor och en gångjärnsförankring av dessa kopplingar för lateral rörelse i ett plan eller för lateral rörelse i alla plan

Normalt består förankringen av runda ankare på sfäriska lager. Om höga axiella tryckkrafter uppstår används plana dragstänger med tapp- eller universalknutar. Storleken på sidorörelsen ökar med böjningsvinkeln för båda metallbälgarna och med längden på mellanröret.

Se även

Koch, Hans-Eberhard: 100 Jahre Metallschlauch Pforzheim, 1995
Witzenmann Group: företagsarkiv
Witzenmann GmbH:s företagshistoria, av Gregor Mühlthaler
Reinhard Gropp, Marc Seckner, Bernd Seeger: Flexibla metallrör. I: Die Bibliothek der Technik 382. Süddeutscher Verlag onpact, München 2016.
Carlo Burkhardt, Bert Balmer: Automobile Decoupling Element Technology In: Die Bibliothek der Technik 237. Süddeutscher Verlag onpact, Munich 2008.
manual för expansionsfog. Witzenmann, Pforzheim 2009.
Instruktionsvideolänkar för expansionsfog - Termisk tillväxt - http://oakridgebellows.com/metal-expansion-joints/metal-expansion-joints-in-one-minute/part-1-thermal-growth (1 minut) Pressure Thrust – http ://oakridgebellows.com/metal-expansion-joints/metal-expansion-joints-in-one-minute/part-2-pressure-thrust (1 minut) Ankare och styrningar - http://oakridgebellows.com/metal- expansionsfogar/metall-expansionsfogar-på-en-minut/del-3-ankare-guider (1 minut)
https://www.dannenbaumllc.com/metal-expansion-joints/