Tesisatta Genleşme Parçaları titreşim Alıcılar ve Uygulamaları Mak. Müh. Murat ERDEM Politeknik Ltd. Şti. 1. KOMPANSATÖR TASARIMI, SEÇİM KRİTERLERİ Kompansatörler; boru hatları, gaz kanalları vb. sistemlerde ısıl genleşme, büzülme ve her titreşimler den dolayı meydana gelen boyut değişikliklerini absorbe etmek amacıyla, her türlü tesisatta kullanılagelen ve artık modern sis temlerin vazgeçilmez ekipmanlarıdırlar. Tesisatlarda; sistemin sağlıklı olarak çalışması için oldukça önemli olan bu ekipmanlar, dinamik bir yapıya sahip tirler ve dizaynından imalatına ve montajına kadar, tesisatın tüm dinamiklerinin iyi bir şekilde tasar lanması gerekmektedir. Yazımızda bu noktadan hareketle, kompansatörlerin tasarımı, seçim kriterleri ve projelendirme esaslarıyla, kompansatörlerin mon tajı, işletmeye alma, ayar ve bakım gibi konular irdelenecektir. Bu konu ları irdelerken amacımız, kom pansatör kullanıcılarına, söz konusu malzemenin dizayn çalışmaları hakkında bilgi vermek ve böylece ne tür bilgilerin dizaynda etkili olduğunu genel hatlarıyla sunmaktır. BöyleCe kullanıcının tasarımcı ve imalatçıya ne tür kriterleri sunması gerektiğini de ortaya koymak mümkün olabile cektir. Ayrıca yazımızda, işletme ve montajaşamalarındaki birtakım hususlar irdelenmekte ve böylelikle montaj ve işletme esnasında karşılan ması muhtemel olan hatalara dikkat çekilmektedir. Kompansatör tasarımında ilk aşama boru hatlarında meydana gelen ısıl genleşmelerin tasarımı ile başlar. Bu aşama, kompansatörün gerçekçi ola rak tasarlanması açısından oldukça önemlidir. Zira gerçekçi olmayan bir genleşme analizi, örneğin gerçeğinden daha az olarak hesaplanmış bir genleşme değeri, tasarlanan kompansatörün ömrünün beklenenden daha az olmasına yol açacaktır. Bununla birlikte gerçek genleşme değerinden daha fazla hesaplanan genleşme değeri ise gereksiz bir şekilde kompan satörün daha kompleks olarak seçilmesini ve beraberinde kompansatör maliyetinin artmasına sebep olacaktır. Ayrıca unutulmamalıdır ki teknik açıdan en sağlıklı çözüm en basit ve sade çözümdür. 1.1 Isıl Genleşmeler: Isıl genleşme; tesisatlarda sıcaklık farklılıklardan dolayı meydana gelen çeşitli boyutsal değişiklikler olarak tanımlanabilir. Bu boyutsal değişik likler; a. Eksenel (axial) kapanma ya da genleşme b. Açısal (angular) c. Yanal (lateral) Lb i * 1 İL' r"n" CONVOLUTIONS T Şekil 1: Eksenel hareket
Eksenel hareket, bu formların içeri sinde en basit ve en çok karşılaşıla nıdır. Eksenel genleşme (axial expansion) ve eksenel kapanma (axial comperession) olmak üzere iki hareket şeklinin bileşkesidir. Şekil l de -x ile belirtilen değer eksenel kapanma, +x ile belirtilen değer ise eksenel genleşmeyi ifade etmektedir. Top lam eksenel hareket miktarı ise 2x değeri olarak değerlendirilmektedir. Açısal hareket, boru hatlarında mey dana gelen döner hareketler (rotati onal movement) olarak adlandırıla bilirler. Şekil 2 de tipik bir açısal ha reket görülmektedir. Yanal hareket, akış yönüne dik ola- olmak üzere üç ana grupta adlandırı labilirler. Bu gruplara ilave olarak bu fonksiyonların çeşitli kombinas yonlarıyla da uygulamalarda karşılaşılabilmektedir. Örneğin bir sis temde sadece eksenel hareket ki en sık karşılaşılanıdır, olabileceği gibi aym zamanda hem eksenel hem de yanal hareketlerin söz konusu oldu ğu sistemlerde mevcut olabilmekte- dir. rak meydana gelir. Şekil 3 de tipik bir yanal hareket görülmektedir. Isıl genleşme miktarının en önemli kriteri, sistemin sıcaklık farkıdır. (AT) diğer bir kriter ise boru hâtûn da iki sabit nokta arasındaki mesafe dir (L) Sonuçta hareket miktarı; AT = <*= L. AT formülü ile hesaplanabilmektedir. Burada «ısıl genleşme katsayısıdır ve boru malzemesine ve sıcaklığa bağlıdır. Konuyu somutlaştırmak açısından bir örnek uygulama suna lım: Şekil 4 de 22 metre mesafede DN 250 nominal çapta bir boru sistemi ele alalım AT sıcaklık farkını 200 Ç olarak kabul edelim. Karbon çeli ği malzemeler için ısıl genleşme katsayısı... = 0.012 mm/mt olarak alındığında; AT = 0.012x22x200 = 52.8 mm olarak hesaplanmaktadır. Genellikle kompansatörler; DN 25 den DN 250 nominal çaplar arasın da, standart stoklu olarak 30 mm ve 60 mm eksenel genleşme miktarına göre üretilmektedir. Örneğimizdeki Me F 9+e0 T i x. "N" CONVOLUTIONS % Şekil 2: Açısal hareket
Kompansatörlerin tasarımında ve se- çiminde önemli olan bir diğer kriter sistem basıncıdır. Bu değer kompan- satörü oluşturan ondülasyonların for munu ve et kalınlığını direkt olarak kompansatörün hesaplanan genleşme değeri, 60 mm genleşmeli standart DN 250 kompansatörün seçilmesinin uygun olacağı sonucunu ortaya koymaktadır. "N" CONVOLUTIONS D» Dm Şekil 3: Yanal Hareket Sabit Mesnet t Şekil 4: Örnek uygulama hattı Flanş V Lb Wli! 22 metre V + ı1 İV t Sabit Mesnet etkilemektedir. Kompansatörü dizayn edenin göz önüne alması gereken bu değer, kompansatörün kullanıcısı ve tesisatı projelendirenler tarafından doğru olarak telaffuz edilmelidir. Kompansatörler, iç basıncın ve ondülasyon formunun etkisiyle oluşan re aksiyon kuvvetlerini absorbe edeme mektedir. Bu kuvvetlerin güçlü mes netler vasıtasıyla boru sistemlerinin üzerinden alınması oldukça önem arz etmektedir. Kompansatörün formunu oluşturan iki önemli unsur ondülasyon hatvesi ve yüksekliği olarak ifade edilebilir. Bu iki değer imalatçı firma tarafından teorik hesap ve pratik uygulamaların ışığında oluşturulmuş ve çok özel şartlar dışında sabit değerlerdir. Bu iki değer kompansatör çapına göre değişen İmalat sabitleridir. Absorbe edeceği genleşme değeri tespit edilmiş olan kompansatör için bir sonraki aşama, kompansatörü oluşturan elemanların tasarlanması dır. Bir kompansatör, ondülasyonlardan oluşan körük kısmı, bağlantı ele manları (flanş, kaynak boyunu ya da her ikisi) liner (iç kovan), cover (dış kovan), ara boru, limit çubuklar gibi elemanlardan oluşur. Şekil 5 de tipik bir kompansatör resmi görülmektedir. Körük f Ondülasyon Şekil 5: Tipik bir kompansatör Boyun Bu elemanlardan körük kısmı direkt olarak hesaplanan ve seçilen genleş me değerine bağlı olarak dizayn edil mektedir. Körüğü oluşturan ondülasyonların miktarı; basınç, genleşme ve dolayısıyla sıcaklık farkı ve sabit nokta arasındaki mesafeyle orantılı olarak değişmektedir. Bağlantı şekli ve bağlantı elemanları ise sistemin genel konstrüktif yapısına öre değiş mektedir. Örneğin bir kompansatörün flanşmın döner ya da sabit olması, kompansatörün sisteme montajı ile il gili bir seçim kriteri olarak değerlendirilebilmektedir. Kompansatörde liner (iç kovan) kullanımı, akışkanın visko zitesi ve hızı ile ilgili bir kriter olarak karşımıza çıkmaktadır. Kompansatör
de tie-rod kullanımı sistemin basınç yapısı ile ilgili bir konstürktif gerektir. Limit Rodlar kompansatörün iç basın ca karşı mukavemetini ve genleşmeyi sınırlayıcı özellikleri ile karşımıza çı kan bir konstürktif seçim kriteridir. Kompansatörlerin ondülasyon yapı sındaki hatve, yükseklik ve et kalınığı gibi döneler, EWMA standartlarına ve uygulama tecrübelerine göre hesaplanabilmektedir. Bu hesaplarda söz konusu standart tarafından oluş turulmuş formüller uygulamalarda oldukça yakın sonuçlar verebilmekte dir. Biraz evvelki örneğimizde DN 250 60 mm genleşmeli bir kompansatör seçildiğinde, et kalınlığı, ondülas yon kat adedi gibi değerler seçilen genleşme değerinin bir sonucu olarak aşağıdaki gibi olmaktadır: Ondülasyon yüksekliği = 21 mm Ondülasyon hatvesi = 14 mm * Ondülasyon adedi = 15 Ondülasyon malzemesi et kalınlığı = 0.8 mm Kompansatörün fonksiyonel olarak en önemli olan körüğün yukarıdaki değerlerine göre seçilmesinde üç ana parametre, ki bunlara dizayn çıktıları da denilebilir, söz konusu olmaktadır. Bunlar: Periyodik ömür (lifecycle) Deformasyon Limit Basıncı Yay Katsayısı olarak ifade edilebilir. Bu parametre ler yukarıda tespit edilen değerler için EJMA standartlarına göre kont rol edilerek ve gerektiğinde çözüme ulaşılacak şekilde modifikasyonlar yapılarak körüğün nihai tasarımı ya pılmış olur. DN 250lik kompansatör örneği için teknik resim Şekil 6 da görülmektedir. Özet olarak, kompansatör dizaynında ve uygulamalarında seçim kriterleri ve aynı zamanda dizayn kriterleri aşağıdaki gibi sıralanmaktadır: Boyutlar, sıcaklık, basınç, hareket miktarı (genleşme miktarı), bağlantı şekli, akışkan cinsi ve miktarı, mon taj şartları. 2. DİZAYN DEĞİŞKENLERİNİN DİZAYN ÇIKTILARINA ETKİLERİ, PROJELENDİRME ESASLARI Ondülasyon yüksekliği, ondülasyon hatvesi, ondülasyon adedi, malzeme et kalınlığı, ondülasyon kat adedi gi bi donelerin; periyodik ömür, deformasyon limit basıncı ve yay katsayısı gibi dizayn çıktılarıyla olan değişim lerinin incelenmesi, kompansatör ta sarımcısı için olduğu kadar, tesisat projesini hazırlayanlara da fikir ver mesi açısından önem arzetmektedir. Dizayn değişkenleri ile dizayn çıktı larının birbirleri ile olan etkileşimleri aşağıda listeleri verilmiş olan grafik lerden incelenebilecektir. Grafik 1: Ondüle adeti, periyodik ömür, deformasyon limit basıncı, yay katsayısı değişimi Grafik 2 : Et kalınlığı, periyodik ömür, deformasyon limit basıncı, yay katsayısı değişimi Grafik 3 : Ondüle yüksekliği, periyo dik ömür, def. limit basıncı, yay kat sayısı değişimi Grafik 4 : Hatve-periyodik ömür, def. limit basıncı, yay katsayısı değişimi Grafik 5 : Kat adedi, periyodik ömür, def limit basıncı, yay katsayısı deği şimi Kompansatörlerin projelendirilme sinde yazımızın önceki bölümlerinde anlatıldığı gibi, genleşme miktarı önemli bir paya sahiptir. Ancak he saplanmış olan genleşme değerleri, boru hattının konstrüktif yapısıyla birlikte değerlendirilmelidir. Hem ça lışma prensibi hem de dizayn, imalat ve montaj kolaylığı açısından kom-
..J. S 258 il m, i s -s & D.S 2 IV' R et c' JD e S o n «t e Şekil 6: Örnek uygulama kompansatörü pansatörün tesisat projelerinde yeri nin tespit edilmesi genleşme değeri nin seçiminde oldukça önemlidir. Kompansatörlerin projelendirilme sinde aşağıdaki hususların göz önün de bulundurulması gerekmektedir. İki sabit nokta arasında sadece bir adet kompansatör kullanılmalıdır. Özellikle eksenel hareketi absorbe edebilmek amacıyla dizayn edilmiş olan kompansatörler, mutlak suretle kayar mesnetlerle kılavuzlanmalıdırlar. Şekil 6, bir kompansatörün monta jı açısından doğru bir uygulamayı gös termektedir. Projeyi hazırlayan kom pansatörün kayar mesnetlerinin ve sa bit noktaların yerini doğru olarak tesbit etmelidir. Özellikle kayar mesnet lerin yerleşimi, kompansatörün sağlık lı çalışması açısından oldukça önemlidir. Öngerme;. kompansatörün sağlıklı bir periyodik çalışma düzenine gir mesi açısından önemli bir montaj uy gulamasıdır. Pratikte öngerme mikta rı toplam absorbe edilecek genleşme miktarının yarısı kadar alınabilir. Bo ru hatlarının projelendirilmesinde, kompansatör montaj mesafesi, ön germe miktarı da göz önüne alınarak dizayn edilmelidir. Ci sabit noktalann doğru yerleştirilme si, birbirlerine göre mesafelerinin, yazımızın önceki paragraflannda ve şekillerde belirtilen şekilde ayarlan ması, destek, mesnet ve kılavuzların sistem kuvvet ve momentlerine mu kavim olmasının sağlanması, 4. Boru ekseninde meydana gelebile cek eksenel kaçıklıkların önlenmesi, 5. Montaj bölgesinde, kompansatörün kaynak arklarına karşın korunması 6. Demonte edilebilir transport par çalarının, işletmeye almadan önce itina ile sökülmesi, 7. Kompansatörlerin üzerine ısıl gen leşmelerin haricinde ekstra yüklerin (boru ağırlığı vb.) gelmesinin mutlak suretle önlenmesi gerekmektedir. 3. KOMPANSATÖR MONTAJI, Unutulmamalıdır ki kompansatör bir MONTAJDA DİKKAT EDİLMESİ sıfır yük elemanıdır. GEREKEN HUSUSLAR, İŞLET 8. İşletme esnasında, mesnetlerde MEYE ALMA, AYAR VE BAKIM meydana gelebilecek hasarların kom pansatörün çalışmasına etkisi göz önüne alınarak, sistem basıncı ve mesnetlere gelen kuvvet ve moment ler titizlikle hesaplanmalıdır. Sabit ve kayar mesnetlerdeki kaynakların mukavemeti bu kuvvet ve moment- lere göre sağlanmalıdır. iyi dizayn edilmiş, sistemin ihtiyaçlarına uygun olarak seçilmiş bir kom pansatör, bir işletmeci için diğer tesi sat elemanlarına nazaran en problem siz elemandır. Kompansatör montajında aşağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır 1. Forklift, takım ya da benzeri sert cisimlerin, körüğe, nakliye ve montaj esnasında direkt teması neticesinde hasar vermesinin önlenmesi, özellik le ondülasyonların ezilmemesi için gerekli tedbirlerin alınması, 2. İç kovan (liner) kullanılan uygulama larda, kompansatörün akış yönüne göre montajında hatalar düşülmemesi, 3. Kompansatör yerleşiminin tasarı ma uygun olarak yapılması, kayar ve 9. Özellikle kızgın yağ, çimento ya da kaim partiküllü akışkanların mev cut olduğu sistemlerde, söz konusu akışkanların ondülasyon aralarına dolmasının önlenmesi gerekmek tedir. (liner kullanımı) 10. Genleşme değeri ve yönüne uy gun olarak, kompansatörün önerge miktarının doğru tespiti, montaj ön cesinde öngermenin uygulanması ve böylece kompansatörün tam kapasite ile çalışmasının sağlanması.