Teknisk artikkel av Stian Hagen, salgssjef ventiler & pakninger, Bagges.
I de aller fleste vannverk, renseanlegg, kummer, flensede rørforbindelser her til lands, er det brukt tradisjonelle stålarmerte gummipakninger i flensforbindelser. Dette i kombinasjon med bolter i kvalitet 8,8.
Det mange ikke tar hensyn til er at de fleste stålarmerte gummipakninger ikke tåler mer enn 10-20MPa overflatepress før de kan bli skadet.(kilde: https://gasketdata.org , DIN EN-13555). Enten slipper gummien fra stålringen inne i pakningen, eller så sprekker selve gummien opp. Pakninger som har blitt utsatt for et for høyt overflatepress kjennetegnes ved at de er deformerte.
Utfordringen ligger i boltene. Bolter i kvalitet 8,8 er stive og har høy strekkfasthet. Ved optimal tiltrekking/utnyttelse gir denne boltkvaliteten et for høyt overflatepress på pakningen. Motsatt utfordring er at dersom vi ikke utnytter bolten godt nok er det fare for at den løsner.
La oss ta et eksempel:
- DN200 PN16 flens med 8,8 bolter (friksjonskoeffisient 0,14)
Utnyttelsen av 8,8 bolt med 30 %, noe som er svært lav utnyttelse av bolten, gir et overflatepress på pakning på 31MPa. Når vi vet at pakningen ikke tåler mer enn 10-20MPa, er vi her langt over anbefalte verdier.
Det er ikke mange som benytter momentnøkkel ved tiltrekking av bolter i denne
type flensforbindelser. Tiltrekkingen utføres som oftest med en kraft som er basert på montørens erfaringer, og det skal ikke mye til før man overskrider de anbefalte verdiene for pakningene.
Hvordan løses denne utfordringen?
Enten må det benyttes tallerkenfjærer for å skape et lavere overflatepress, samtidig som man utnytter boltens kraft. (se samme løsningsforslag som foreslått for PE-100 materiale lengre ned i artikkelen), eller benytte bolter som er mykere, eller så kan man bruke Klinger KGS-GII stålarmerte gummipakninger (andre generasjon stålarmerte gummipakninger).
Det finnes pakninger som tåler et mye høyere overflatepress enn de tradisjonelle stålarmerte gummipakningene. I tillegg tetter den nye pakningen bedre ved lavere overflatepress. Løsningen ligger i hvordan gummien er vulkanisert ned på det stålarmerte innlegget.
En slik pakning er Klinger KGS-GII kan brukes helt opp til 80MPa, altså en stålarmet gummipakning som samsvarer med utnyttelsesgraden for 8,8 bolter.
Tilbake til vårt eksempel:
- DN200 PN16 flens med 8,8 bolter (friksjonskoeffisient 0,14)
Ved 40-60% utnyttelsesgrad av boltene (moment pr bolt 230-345Nm), oppnår vi et overflatepress på mellom 41-59MPa.
Dette har man tidligere ikke hatt mulighet til med tradisjonelle stålarmerte gummipakninger. Det er først nå, med Klinger KGS-GII*, har mulighet til å få en sikker flensforbindelse som vil vare år etter år uten fare for lekkasje.
Hvorfor blir utfordringene større med bolter i 8,8 kvalitet og krager eller flenser i PE-100 materiale?
Plastmaterialer som PP, PE, PVC som benyttes i kummer og øvrige installasjoner tåler relativt små belastninger før de deformeres.
Tar vi for oss PE-100, som er en av de bedre kvalitetene, tåler denne maksimum 10MPa overflatepress. Tidligere ble det benyttet PE-80, og denne tålte maksimum 8MPa.
Når det i et system benyttes ulike materialer som plast, duktilt støpejern, bolter i 8,8 kvalitet og stålarmerte gummipakninger (som vist på bilde 1), er det viktig at det foretas en samlet vurdering av disse materialene. Dette for å kartlegge flensforbindelsens svakeste ledd og ta nødvendige grep ut fra dette. Det er ikke tilstrekkelig å kun vurdere kragen, pakningen eller bolten for å avgjøre hvilket tiltrekningsmoment som skal benyttes.
Plastmaterialer tåler ikke kreftene fra boltene når de trekkes til med 30 % utnyttelse – hvordan løses dette?
Husk at 30 % utnyttelsesgrad på boltene er svært lavt, og en sikker flensforbindelse bør være høyere for å sikre at boltene ikke løsner.
Løsningen blir å benytte tallerkenfjærer (engelsk ord: belleville washer) siden vi har erfart at bolter med lavere strekkfasthet som 4,6 eller 5,6 ikke blir benyttet slik det gjøres i en del andre land, vil utgangspunktet for denne artikkelen være bruk av tallerkenfjærer.
Tallerkenfjærer med kjent forspenningskraft som samsvarer med boltens flytegenskaper sørger for en låsing av flensforbindelsen uten at vi belaster plastmateriale med mer enn 10MPa. På denne måten kan vi skape en sikker flensforbindelse.
Tallerkenfjærene skal også monteres som anvist på bilde 2 for best mulig funksjon.
Dette gjelder spesielt for plastmaterialer i kombinasjon med duktilt støpejern og bolter i 8,8 kvalitet – en typisk materialkombinasjon for mange ventilkummer. På dette området finnes det i dag en rekke usikre flensforbindelser, og lekkasjepotensialt er derfor stort.
En flensforbindelse blir aldri sikrere enn sitt svakeste ledd og alle elementene i en flensforbindelse påvirker hverandre og må vurderes under ett.
* Klinger KGS-GII stålarmerte gummipakninger forhandles også av Brødrene Dahl. De markedsfører pakningene under navnet VOTEC, men disse har identiske spesifikasjoner.
