Variablen

Tragen sie hierfür den Innendurchmesser der tragenden Balglage ein.

Eine eventuell vorhandene innere Schutzlage wird für die Eingabe von D_b nicht berücksichtigt.

Eventuell notwendige Berücksichtigung erfolgt programmintern.

Prüfbedingungen

1.     Die zulässige Berechnungsnennspannung und der E-Modul werden bei 20°C ermittelt.

2.     Die Prüfung erfolgt in neutraler Position.

Daraus folgt:

·         sämtliche Verschiebungen und Verdrehungen sind auf 0 zu setzen

·         ein Vorspannungslastfall wird nicht vorgesehen

·         eine Berechnung der zulässigen Lastwechselzahl wird nicht vorgesehen

·         da die Verschiebung e=0 wird, erfolgt keine Berechnung von Spannungen, die durch Deflektion bestimmt sind (S5 und S6)

·          das ist bei der Prüfung der Festigkeitsbedingungen zu beachten

Fig. 4.13:unverstärkter Balg

Gilt für verstärkte und unverstärkte Bälge.

r_i ist das arithmetische Mittel aus r_ir und r_ic (siehe Figure 4.13a; r_i = (r_ir+r_ic)/2

Es ist zu beachten, dass dieses Maß ohne Beachtung einer äußeren oder inneren Schutzlage festzulegen ist und nur für die tragende Balglage gilt.

r_m wird intern berechnet als der mittlere Radius der tragenden Balgwellen, r_m=r_i+n_p1*t₁/2.

Fig. 4.13a

Die zulässige Spannung wird nicht automatisch ermittelt. Sie ist für den gewählten Lastfall manuell einzutragen.

TABLE III - Formfaktoren

Es stehen 3 Methoden zur Auswahl. Diese haben nachfolgende Wirkungen:

·         Roll- und Walzumformung:                                   K_f=1; t_p=t*WURZEL(D_b/D_m)

·         mit Segmentscheibe (expanding mandrel):       K_f=1; t_p=t

·         hydraulisch oder pneumatisch:                            K_f=0,6; t_p=t*WURZEL(D_b/D_m)

Die Berechnung der vorhandenen Spannungen erfolgt nur unter Berücksichtigung der tragenden Balglage.

Die nachfolgende Wahlmöglichkeit

·         ohne Zusatzlayer (Federkonstante)

·         mit Zusatzlayer (Federkonstante)

gilt nur für die Berechnung der Federkonstante.

Unabhängig von der gewählten Berechnungsmethode erfolgt die Berechnung immer wie folgt:

·       für die durch Druck verursachten Spannungen S1, S‘1, S‘‘1, S‘‘‘1, S2, S‘2, S‘‘2, S3, S4 wird nur die tragende Balglage berücksichtigt. Dadurch können die ermittelten Spannungen etwas zu hoch sein, liegen aber auf der sicheren Seite.

·       für die durch Verschiebung verursachten Spannungen S5 und S6 wird auch nur die tragende Balglage berücksichtigt. Eine Überprüfung der Spannungen in der inneren bzw. äußeren Balglage erfolgt nicht. Das ist für die Drucktragfähigkeit des Balges auch ohne Belang. Das Verhalten der inneren und äußeren Balglage hinsichtlich der zulässigen Lastspielzahl wird nicht betrachtet.

Bei der Ermittlung der Federkonstante des Balges wird ohne Berücksichtigung einer eventuell vorhandenen inneren bzw. äußeren Balglage ein Wert ermittelt, der zu niedrig sein kann.

Der Balg wäre also steifer als berechnet und das Ergebnis liegt dann auf der unsicheren Seite.

Daher wurde im Programm die Möglichkeit vorgesehen, eine innere und/oder äußere Balglage für die Berechnung der Federkonstante zu berücksichtigen.

Der zulässige Druck für die Säulen- und Welleninstabilitätsgrenze wird nur unter Berücksichtigung der tragenden Balglage berechnet, unabhängig von der gewählten Berechnungsmethode.

Sonderfall:

Die tragende Balglage besteht aus mehreren Lagen 1.4541. Für die innere Balglage wird aus Korrosionsschutzgründen 1.4571 vorgesehen. Sofern die Wandstärke der einzelnen Layer gleich ist, kann der Schutzlayer mit bei der tragenden Balglage aufgenommen werden.

Eine Entscheidung über diese Vorgehensweise ist von Fall zu Fall zu treffen.

Eingabe der Verschiebungen

Das Eingabefeld hierfür ist so aufgebaut, dass ein Betriebsfall und ein eventuell dazugehöriger Vorspannungsfall eingegeben werden können.

Es ist berücksichtigt, dass laterale Verschiebungen und Winkelverschiebungen nicht in einer Ebene liegen müssen. Diese werden dann programmintern vektoriell addiert.

Für den Normalfall wird davon ausgegangen, dass alle Verschiebungen in der x-y-Ebene liegen. Daher werden die Verschiebungen in der x-z-Ebene standardmäßig auf 0 gesetzt.

Liegen die Verschiebungen in einer Ebene, so sind die Bezeichnungen gemäß EJMA wie folgt zu verstehen:

x-y_{_LF1} -> y_{_LF1} (in mm)

θxy_{_LF1} -> θ_{_LF1} (Eingabe in °, Umrechnung in Radiant erfolgt programmintern)

Die x-Richtung ist dabei die Achse des Kompensators in seiner Ursprungsform.

Bei der Eingabe der Verschiebungen ist zu beachten:

·         die Verschiebungen, sowohl für den Betriebszustand (Lastfall 1) als auch für den Vorspannungszustand (Lastfall 2) beziehen sich immer auf den Ursprungszustand (entspannten Zustand) des Kompensators

·         dass die Werte für x-axial vorzeichenbehaftet einzugeben sind!

+ x  bedeutet Dehnung

- x  bedeutet Kompression

Bei den anderen Verschiebungen wird das Vorzeichen ignoriert

Für Universalkompensatoren wird der Winkel des Zwischenstückes angezeigt.

Zusätzlich können die durch das Eigengewicht des Zwischenstückes bedingten Verschiebungen ermittelt werden. Die Berücksichtigung dieser Verschiebungen erfolgt nicht durch das Programm. Sollen sie berücksichtigt werden, hat der Nutzer die entsprechenden Korrekturen an den Eingabewerten für die Verschiebung vorzunehmen.

Die gleichzeitige Eingabe eines Vorspannungsfalles dient dazu, dass damit die Gesamtverschiebungen zwischen Vorspannung und Betriebsfall ermittelt werden können.

Mit den Gesamtverschiebungen werden die Spannungen S5 und S6 ermittelt. Diese Spannungen werden zur Berechnung von S_T und weiter für die Ermittlung der zulässigen Lastwechselzahl verwendet.

Dieser Wert wird nur bei toroidalen Bälgen benötigt, sofern eine interne Befestigung des Balges erfolgt.

Sofern keine interne Befestigung vorliegt, ist für t_pe 0 einzugeben. Damit wird dann die Rohrumfangs-Membranspannung auf 0 gesetzt.

Fig. 4.15: Torusbalg

L_d ist die maximale Länge von der Anschweißnaht am zylindrischen Ende des Kompensators bis zur Mitte der ersten Welle für außen befestigte Bälge

Dieses Maß wird bei verstärkten und bei toroidalen Bälgen benötigt. Im Falle einer inneren Befestigung des Balges ist L_d=0 einzugeben. Hiermit wird die Umfangs-Membranspannung des zylindrischen Balgendes S1 auf 0 gesetzt

 Fig. 4.44: verstärkter Balg

Fig. 4.15: Torusbalg

Fig. 4.15: Torusbalg

R ist der mittlere Radius der tragenden Balglage, also ohne Berücksichtigung von inneren und äußeren Schutzlayern.

Fig. 4.20

________                CLASS 1

-------------                 CLASS 2

- - - - - - - -                 CLASS 3

·       These equations are based on average curves but also allow for the Inclusion of factor f_c, for modification to the lower bound of the curve and also to allow for the addition of a safety factor to ensure minimum fatigue life required for pressure and fluid containment applications such as ASME and PED.

·       Unless otherwise indicated by specification, a traditional value, fc =1 is used when providing EJMA calculations.

·       AlI calculations for fatigue in accordance with this section shalt indicate the value used for f_c

·       These curves are intended to predict fatigue life for as-formed or annealed bellows at temperatures below the bellows material creep range.

·       They are considered valid in the range of 10E+02 to 10E+06 cycles, due to the limited data available for the very low and very high cyclic ranges.