Flanş yüzeyleri kapatıldıklarında alınları %100 temas edebilse yüzeyler arasında sızdırmazlık sağlamak için klasik anlamda conta kullanmaya gerek yoktur (Örneğin, AYPE fabrikasında boru bağlantılarında olduğu gibi). Pratikte contalar; flanş yüzeylerindeki pürüzlüklerin, atıkların neden olduğu sızmayı önlemek için esneme ve sıkışabilme özelliği olan malzemeler olarak kullanılır. Basınç çok az olsa bile belli bir minimum değerde sıkıştırılmalıdırlar. Contalar proses fabrikası boru hatlarında en zayıf bağlantı elemanlarıdır. Contaların dizaynına dikkat edilirse, flanş sızıntı problemleri çözülür ve büyük maliyetlere sebep olan duruşlardan kaçınılmış olur.
Contaların esas görevi, kullanıldığı yerlerdeki proses akışkanını korumaktır. Contalar, rijit sabit yüzeyler arasında hareket etmeyen bir sızdırmaz olarak davranır. Sızdırmaz yüzeylerin sürtünme teması, bütün çalışma şartlarında contanın konumunu koruyabilmek için iyi işlenmiş olmalıdır. Conta malzemesi normalde sızdırmazlık işlemini gerçekleştiren parçalardan daha yumuşak olduğu için, bağlantı yüzeylerinin düzensizliklerine akarak doldurur ve bu suretle herhangi bir sızıntı önlenmiş olur.
Temelde iki tip conta vardır :
- Bütün yüzey boyunca temas eden bağlantılarda kullanılan contalar “Flat Face” (FF): Bu contaların, flanş bağlantılı contalardaki gibi dış çapları vardır ve bir dizi deliklere sahiptir. Bu contaların yüzey alanı çok daha büyüktür ve bu yüzden etkin bir sızdırmazlığın sağlanabilmesi için conta üzerinde ilave bir sıkıştırma yükü gereklidir.
- Cıvata deliği içerisine çevresel oturan contalar: Bu contalar, cıvata delikleri içerisine çevresel olarak oturur. Dardır, daha az ön yüke ihtiyacı vardır ve yukarıda temas edilen contaya nazaran daha az flanş mukavemetine ihtiyacı vardır.
Genellikle, yumuşak contalar bütün yüzey boyunca temas eden bağlantılarda kullanılır, oysa daha sert malzemeden yapılan contalar cıvata delikleri içerisinde kullanılır.
Conta üzerine düşen gerilmeler. Flanşlı bir bağlantı basınçlandırıldığı zaman, conta üzerinde farklı türlerde gerilmeler oluşur.
Ø Sıkıştırma kuvveti : Montaj sırasında contayı sıkıştırmak için uygulanan kuvvet.
Ø Akışkan kuvveti : İç basınç nedeniyle flanş aralığından contayı akmaya zorlayan kuvvetlerdir.
Ø Hidrostatik kuvvet : Çalışma sırasında sıkıştırma kuvvetine ters yönde etki eden ve flanşı aralamaya çalışan kuvvettir. (çalışma basıncı ile conta alanı ile çarpılır).
Denklem; aşağıda verildiği gibi 3 kuvvet arasındaki ilişkiyi gösterir,
cıvata kuvveti – hidrostatik kuvvet = conta baskı kuvveti
Conta baskı gerilmesi, işletme şartlarında conta üzerindeki kalan gerilmedir ve iç basınç ile conta uygulama faktörünün bir fonksiyonu olarak saptanır :
conta faktörü x iç basınç = conta baskı gerilmesi
Bu yüzden, kalan conta gerilmesi, eğer sızıntıdan kaçınılacak ise, akışkan basıncından daha yüksek olmalıdır. Endüstride conta malzemeleri iki parametreye göre sınıflandırır,
Y-faktörü = ilk conta gerilmesi veya minimum dizayn oturma gerilmesi, basınçlandırma öncesi ön kuvvet ile ilgili bir faktör
m = akışkan basıncının conta baskı gerilmesine oranı yani,
m = (cıvata kuvveti – hidrolik kuvvet) / (conta alanı x iç basınç)
Basınçlı kap kodlarının çoğu Y ve m değerlerini listeler.
Doğru Malzeme Seçimi. Conta uygun oturma gerilmesini üretebilmek için gerekli toplam cıvata kuvveti, Fb aşağıda verildiği gibi hesaplanır :
Fb = Nb x Sb x Ab
Fb= Toplam cıvata kuvveti
Nb= Cıvata sayısı
Sb= Cıvata gerilmesi
Ab= Cıvata gerilme alanı
Ag= Cıvata alanı
Hesaplanan toplam cıvata kuvveti, contanın flanşa oturması için yeterli olmalıdır. Bir çok durumda, flanş geometrisi dizayn ile sabitlenir ve hem conta iç çapı ve hem de dış çapı bilinir. Contanın oturması için gerçek sıkıştırma gerilmesi,
Sg=Fb/Ag
Bu gerilmede uygun şekilde oturan bir malzeme seçilmelidir. Önceki denklemde hesaplanan mevcut gerilmeden daha az yada bu gerilmeye eşit minimum bir oturma gerilmesine sahip bir malzeme kontrol edilmeli.
Minimum oturma gerilmesi farklı endüstri kodlarında bulunur ve conta üreticilerinden elde edilebilir. 1. kural olarak, T işletme sıcaklığında ve P işletme basıncında ürün, mühendislere conta malzemelerinin seçiminde dikkate alacak fikirler verir.
Yaygın kullanılan conta malzemeleri.
Karbon levha: Fiziksel ve kimyasal özellikleri sayesinde kötü çalışma şartlarında bir sızdırmazlık elemanı olarak kullanılabilir. Oksitlenmiş ortamlarda, – 2000C ile +5000C sıcaklıkları arasında kullanılabilir. Herhangi bir bağa sahip olmadığı için, kusursuz bir kimyasal direnci vardır ve birçok kimyasaldan da etkilenmez. Aynı zamanda çok iyi derecede gerilme gevşetici özellikleri vardır.
Sıkıştırılmış sentetik elyaf. Sıkıştırılmış elyaf contalar; sentetik elyaf, elastomer ve organik olmayan dolgu maddelerinin bir kombinasyonundan meydana gelir. Mekanik mukavemet ve sıcaklığa karşı direnci sentetik fiberin özellikleri ile saptanır. Bu contalar nispeten esnektir ve düşük yüzey yüklü kusursuz sızdırmazlık kabiliyeti vardır. Değişken basınç uygulamalarında takviye edilmiş tel örgü ile üretilebilir. 130 bar ve 4250C’ya kadar kullanılabilir.
Spiral sarımlı contalar. Metal saran torna aynası etrafında bir dolgu malzemesi ve spiral sarımlı ön şekil verilmiş metal bir şerit ile üretilir. Spiral sarımlı contalar merkezlenmiş halka ile yapılır. Sıkıştırma kontrol edilebilir ve bunun yanısıra, bu halkalar cıvata deliği içerisinde contayı merkezleyecek şekilde görev yaparlar. İç halka conta iç çapı ve boru deliği arasında biriken katıları önler. Spiral sarımlı contalar –2500C ile +10000C’de çalışır ve vakum ile 350 bar aralığında basınçlandırılabilir. 600 lb ve 1’’ lik spiral sarımlı contaların 0.13’’ (3 mm) kalınlığında contayı sıkıştırmak için 25 000 psi’lık üniform bir cıvata gerilmesine ihtiyacı vardır. Diğer bütün boyut ve sınıfların ayın kalınlığa sahip contayı sıkıştırabilmek için 30 000 psi bir gerilmeye ihtiyacı vardır.
Halka bağlantılı contalar. Yüksek basınçlı boru hatları ve kaplarda yivli flanşlarda kullanılır. Orta cıvata yüklerinde çok yüksek cıvata basıncı vermek için dizayn edilir. Bunun yanında, sertlikleri flanş malzemesinden daha azdır, öyle ki, flanş yüzeylerine hasar vermeksizin uygun malzeme akışı olur. Bu contanın tekrar kullanımı asla önerilmez çünkü malzemenin çalışma sertleşmesi montaj ve çalışması esnasında oluşur. Bu contalar farklı katı metallerde sunulur. Contalar yüksek basınç ve sıcaklığa dayanabilir ve sık sık korozif etkenlerin olduğu yerlerde kullanılır. En sık kullanılan conta ya oval ya sekizgen kesitlidir.
Oval tipler. Eğri yüzeyde flanş yüzeyleri ile temas ederler ve yüksek güvenilirlikte sızdırmazlık sağlarlar. Şekilleri sebebiyle, sekizgen tiplere nazaran yüksek boyut hassasiyeti ve yüzey işlemesi daha zordur.
Sekizgen tipler. Oval tiplere kıyasla boyut hassasiyeti ve yüzey işlemesi daha hassas ve elde edilmesi daha ekonomiktir. Ancak, conta malzemesinin flanş yüzeyi kusurlarına akması için yüksek torka ihtiyaç vardır. Halka bağlantılı contaların diğer tipleri dikey olarak delinmiş tek basınçlı kanal deliği olan derinlikli sekizgen ve sekizgen kesitli contaları içine alır.
Contaların esas görevi, kullanıldığı yerlerdeki proses akışkanını korumaktır. Contalar, rijit sabit yüzeyler arasında hareket etmeyen bir sızdırmaz olarak davranır. Sızdırmaz yüzeylerin sürtünme teması, bütün çalışma şartlarında contanın konumunu koruyabilmek için iyi işlenmiş olmalıdır. Conta malzemesi normalde sızdırmazlık işlemini gerçekleştiren parçalardan daha yumuşak olduğu için, bağlantı yüzeylerinin düzensizliklerine akarak doldurur ve bu suretle herhangi bir sızıntı önlenmiş olur.
Temelde iki tip conta vardır :
- Bütün yüzey boyunca temas eden bağlantılarda kullanılan contalar “Flat Face” (FF): Bu contaların, flanş bağlantılı contalardaki gibi dış çapları vardır ve bir dizi deliklere sahiptir. Bu contaların yüzey alanı çok daha büyüktür ve bu yüzden etkin bir sızdırmazlığın sağlanabilmesi için conta üzerinde ilave bir sıkıştırma yükü gereklidir.
- Cıvata deliği içerisine çevresel oturan contalar: Bu contalar, cıvata delikleri içerisine çevresel olarak oturur. Dardır, daha az ön yüke ihtiyacı vardır ve yukarıda temas edilen contaya nazaran daha az flanş mukavemetine ihtiyacı vardır.
Genellikle, yumuşak contalar bütün yüzey boyunca temas eden bağlantılarda kullanılır, oysa daha sert malzemeden yapılan contalar cıvata delikleri içerisinde kullanılır.
Conta üzerine düşen gerilmeler. Flanşlı bir bağlantı basınçlandırıldığı zaman, conta üzerinde farklı türlerde gerilmeler oluşur.
Ø Sıkıştırma kuvveti : Montaj sırasında contayı sıkıştırmak için uygulanan kuvvet.
Ø Akışkan kuvveti : İç basınç nedeniyle flanş aralığından contayı akmaya zorlayan kuvvetlerdir.
Ø Hidrostatik kuvvet : Çalışma sırasında sıkıştırma kuvvetine ters yönde etki eden ve flanşı aralamaya çalışan kuvvettir. (çalışma basıncı ile conta alanı ile çarpılır).
Denklem; aşağıda verildiği gibi 3 kuvvet arasındaki ilişkiyi gösterir,
cıvata kuvveti – hidrostatik kuvvet = conta baskı kuvveti
Conta baskı gerilmesi, işletme şartlarında conta üzerindeki kalan gerilmedir ve iç basınç ile conta uygulama faktörünün bir fonksiyonu olarak saptanır :
conta faktörü x iç basınç = conta baskı gerilmesi
Bu yüzden, kalan conta gerilmesi, eğer sızıntıdan kaçınılacak ise, akışkan basıncından daha yüksek olmalıdır. Endüstride conta malzemeleri iki parametreye göre sınıflandırır,
Y-faktörü = ilk conta gerilmesi veya minimum dizayn oturma gerilmesi, basınçlandırma öncesi ön kuvvet ile ilgili bir faktör
m = akışkan basıncının conta baskı gerilmesine oranı yani,
m = (cıvata kuvveti – hidrolik kuvvet) / (conta alanı x iç basınç)
Basınçlı kap kodlarının çoğu Y ve m değerlerini listeler.
Doğru Malzeme Seçimi. Conta uygun oturma gerilmesini üretebilmek için gerekli toplam cıvata kuvveti, Fb aşağıda verildiği gibi hesaplanır :
Fb = Nb x Sb x Ab
Fb= Toplam cıvata kuvveti
Nb= Cıvata sayısı
Sb= Cıvata gerilmesi
Ab= Cıvata gerilme alanı
Ag= Cıvata alanı
Hesaplanan toplam cıvata kuvveti, contanın flanşa oturması için yeterli olmalıdır. Bir çok durumda, flanş geometrisi dizayn ile sabitlenir ve hem conta iç çapı ve hem de dış çapı bilinir. Contanın oturması için gerçek sıkıştırma gerilmesi,
Sg=Fb/Ag
Bu gerilmede uygun şekilde oturan bir malzeme seçilmelidir. Önceki denklemde hesaplanan mevcut gerilmeden daha az yada bu gerilmeye eşit minimum bir oturma gerilmesine sahip bir malzeme kontrol edilmeli.
Minimum oturma gerilmesi farklı endüstri kodlarında bulunur ve conta üreticilerinden elde edilebilir. 1. kural olarak, T işletme sıcaklığında ve P işletme basıncında ürün, mühendislere conta malzemelerinin seçiminde dikkate alacak fikirler verir.
Yaygın kullanılan conta malzemeleri.
Karbon levha: Fiziksel ve kimyasal özellikleri sayesinde kötü çalışma şartlarında bir sızdırmazlık elemanı olarak kullanılabilir. Oksitlenmiş ortamlarda, – 2000C ile +5000C sıcaklıkları arasında kullanılabilir. Herhangi bir bağa sahip olmadığı için, kusursuz bir kimyasal direnci vardır ve birçok kimyasaldan da etkilenmez. Aynı zamanda çok iyi derecede gerilme gevşetici özellikleri vardır.
Sıkıştırılmış sentetik elyaf. Sıkıştırılmış elyaf contalar; sentetik elyaf, elastomer ve organik olmayan dolgu maddelerinin bir kombinasyonundan meydana gelir. Mekanik mukavemet ve sıcaklığa karşı direnci sentetik fiberin özellikleri ile saptanır. Bu contalar nispeten esnektir ve düşük yüzey yüklü kusursuz sızdırmazlık kabiliyeti vardır. Değişken basınç uygulamalarında takviye edilmiş tel örgü ile üretilebilir. 130 bar ve 4250C’ya kadar kullanılabilir.
Spiral sarımlı contalar. Metal saran torna aynası etrafında bir dolgu malzemesi ve spiral sarımlı ön şekil verilmiş metal bir şerit ile üretilir. Spiral sarımlı contalar merkezlenmiş halka ile yapılır. Sıkıştırma kontrol edilebilir ve bunun yanısıra, bu halkalar cıvata deliği içerisinde contayı merkezleyecek şekilde görev yaparlar. İç halka conta iç çapı ve boru deliği arasında biriken katıları önler. Spiral sarımlı contalar –2500C ile +10000C’de çalışır ve vakum ile 350 bar aralığında basınçlandırılabilir. 600 lb ve 1’’ lik spiral sarımlı contaların 0.13’’ (3 mm) kalınlığında contayı sıkıştırmak için 25 000 psi’lık üniform bir cıvata gerilmesine ihtiyacı vardır. Diğer bütün boyut ve sınıfların ayın kalınlığa sahip contayı sıkıştırabilmek için 30 000 psi bir gerilmeye ihtiyacı vardır.
Halka bağlantılı contalar. Yüksek basınçlı boru hatları ve kaplarda yivli flanşlarda kullanılır. Orta cıvata yüklerinde çok yüksek cıvata basıncı vermek için dizayn edilir. Bunun yanında, sertlikleri flanş malzemesinden daha azdır, öyle ki, flanş yüzeylerine hasar vermeksizin uygun malzeme akışı olur. Bu contanın tekrar kullanımı asla önerilmez çünkü malzemenin çalışma sertleşmesi montaj ve çalışması esnasında oluşur. Bu contalar farklı katı metallerde sunulur. Contalar yüksek basınç ve sıcaklığa dayanabilir ve sık sık korozif etkenlerin olduğu yerlerde kullanılır. En sık kullanılan conta ya oval ya sekizgen kesitlidir.
Oval tipler. Eğri yüzeyde flanş yüzeyleri ile temas ederler ve yüksek güvenilirlikte sızdırmazlık sağlarlar. Şekilleri sebebiyle, sekizgen tiplere nazaran yüksek boyut hassasiyeti ve yüzey işlemesi daha zordur.
Sekizgen tipler. Oval tiplere kıyasla boyut hassasiyeti ve yüzey işlemesi daha hassas ve elde edilmesi daha ekonomiktir. Ancak, conta malzemesinin flanş yüzeyi kusurlarına akması için yüksek torka ihtiyaç vardır. Halka bağlantılı contaların diğer tipleri dikey olarak delinmiş tek basınçlı kanal deliği olan derinlikli sekizgen ve sekizgen kesitli contaları içine alır.
Bu tipte contalar yüksek basınç alanlarına sahiptirler ve şok yüklere ve titreşimlere dayanıklıdır. Basınç tahriklidir(yani, yüksek iç basınç daha sert bir bağlantı).
Çift ceketli contalar. Bu contalar oluklu metal bir cekette tamamen kapalı dolgu ile yapılırlar. Farklı şekil ve boyutlarda üretilir. Contalar, pirinç, bakır, nikel bakırı, çelik, bakır nikel alaşımı, alüminyum, vb. metalleri içerir. Malzeme kalınlığı normalde 0.016 ‘’ (0.4 mm) ve 3.2 mm’den 6.4 mm’ye kadar adımlara sahip olukları vardır. Sızdırmazlık mekanizması, çift flanş ve oluk pikleri arasındaki nokta temasına dayanır.
Conta performansını etkileyen faktörler.
Yüzey kalitesi. Yüzey kalitesi, conta kalınlığı ve sıkıştırılabilirliğini etkiler. Bir dereceye kadar pürüzlü olan yüzeylerde kullanılan esnek bir malzeme yüksek basınca dayanamaz. Oysa, daha hassas işlenmiş bir flanş yüzeyi daha sert malzeme ve daha yüksek basınçlara olanak verir. Flanş yüzeyinin kalitesi bu yüzden çalışma şartlarının ve conta malzemesinin bir fonksiyonudur. İnce bir conta malzemesi için, daha iyi bir kalitede flanş yüzeyinin işlenmesi gerekir, pürüzlü bir flanş yüzeyi için daha yüksek cıvata yüklerine ihtiyacı vardır. “Fonograf işlemeyi” üretmek çok yararlıdır. Yaklaşık 0.125 mm derinlikli kaymasız yivlere sahip flanş yüzeylerine 0.5 mm’den daha fazla kalınlığa sahip contalar önerilir. Daha ince contalar 0.065 mm derin yivler kullanır. Enine çizik ve çentikler sızdırmaz yüzeyleri hasara uğratır ve flanş sızıntılarına sebep olurlar.
Conta kalınlığı. Genelde ince conta malzemeleri, kalın conta malzemelerine kıyasla, yüksek sıkıştırma gerilmelerine maruz kalabilir. İnce malzemeler için, yüzey iyi kalitede işlenmelidir. Conta kalınlığı flanş yüzey pürüzlülüğünün maksimum derinliğinin en az 4 katı kadar olmalıdır. Flanş yüzey kusurlarını rahatlatmada yeteri derecede kalın olmalıdır ve cıvata yükü altında sıkışmalıdır. Bu titreşimin olduğu durumda olmayabilir.
Cıvata yükü. Cıvata yükleri conta kalınlık seçimini etkiler. Malzeme, uygulanan cıvata yükü altında flanş yüzeylerinde çentiklere yada düzensizliklere akabilmesi için deforme olabilecek kalınlıkta olmalıdır. (Yani, daha düşük yük, daha büyük kalınlık gereklidir). Cıvata yükü aynı zamanda malzemenin sıkıştırılabilirliği ile ilgilidir. Daha iyi conta performansı için, conta gerilmesi conta alanı üzerinde üniform dağılmalıdır. Az sayıda daha büyük çaplı cıvatalar yerine çok sayıda küçük çaplı cıvataları kullanarak certain flanşları oluşturmak bu yüzden tavsiye edilebilir.
Conta boyutları : Conta basıncını üretmek ve gerekli cıvata yükünü azaltmak için, gereğinden daha geniş contaları kullanmaktan sakınılmalıdır. Verilen bir conta gerilmesi için, dar contalı arttırılmış yüzey flanşının daha az ön yüke gereksinimi vardır, bu yüzden daha az flanş mukavemetine yeterlidir. Yüksek basınçlı contalar dar olmalıdır. Diğer yandan, dış conta çapı mümkün olduğu kadar büyük seçilebilir. Aynı conta genişliği için, büyük dış çaplı bir conta yüksek bir sızdırma basıncına dayanacaktır (Conta dış çapı = cıvata circle çapı – cıvata delik çapı).
Gerilme gevşemesi. Yüzde olarak zaman bağlı malzemenin esnekliğinin ölçümüdür. Bütün conta malzemeleri basınç altında soğuk akış, sürünme veya malzeme incelmesi nedeniyle zamana bağlı esnekliğini kaybedecektir. Gerilme gevşeme değerleri malzeme kompozisyonu, kalınlık ve sıcaklıkla değişir. İnce contalar kalın contalardan daha az gevşeyeceklerdir.
Sıcaklık. Proses işletme sıcaklığında bir artış, malzemenin fiziksel mukavemetini azaltacak ve deformasyona sebep olacaktır. Sonuçta, conta malzeme kalınlığı azaltılmış cıvata yükü ve artık conta gerilmeleri nedeniyle sıkıştırma yükü altında azalacaktır. Artan sıcaklıkla yüksek deformasyona maruz kalan zayıf bir conta malzemesi orta işletme basınçlarında yüksek gevşeme gösterecek ve pürüzsüz sıkılacaktır. Conta malzemesi bu yüzden, ciddi performans zayıflığı olmaksızın bütün tahmin edilebilir sistem sıcaklıklarına dayanmalıdır. Sistem çalışma sıcaklığı conta malzemesinin limitine yaklaştığı zaman, bir üst malzeme önerilir.
Ortam. Endüstride binlerce farklı akışkan kullanılır. Conta malzemeleri çevre ortamından korozif etkilere karşı dirençli olmalıdır. Malzeme kimyasal etkilere karşı veya önemli zayıflatıcı etkilere karşı direnmelidir. Conta malzemesinin akışkanla uyumuna genel bir bakış, her ismi duyulmuş conta üreticilerinde mevcuttur.
Dizayn kabulleri. Basınç ve sıcaklık devrinin değişen yük şartlarında sızdırmazlık elemanının güvenilirliğini koruma kabiliyeti olan contanın kullanımına veya daha rijit bir bağlantı dizaynına gereksinim vardır. Extreme işletme basıncı ve sıcaklığının basınç enerjili contalara gereksinimi olabilir.
Kayıtlar
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder