DE10061835C1 - Rohrperforationsvorrichtung - Google Patents
RohrperforationsvorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Rohrperforationsvorrichtung, insbesondere für defekte Wärmetauscherrohre, zur Einführung in eine Rohrleitung (52), mit einem rohrförmigen Grundkörper (1), in dem ein Betätigungselement (2) in axialer Richtung verschiebbar und ein Schneidhebel (3) mit Perforationsspitze (33) in im wesentlichen radialer Richtung schwenkbar gelagert sind, wobei der Schneidhebel (3) über eine Auflaufschräge (21) bei Relativbewegung zwischen diesen in radialer Richtung ausgeschwenkt wird und die Perforationsspitze (33) die Wandung der Rohrleitung (52) durchstößt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Rohrperforationsvorrichtung, insbesondere für
defekte Wärmetauscherrohre, zur Einführung in eine Rohrleitung und zum
Durchstoßen der Rohrwandung.
An Wärmetauschern, beispielsweise in Kraftwerken, Kühlanlagen, etc. , die
dichtend in einem Wärmetauscherbehälter eingepreßte Wärmetauscherrohre
aufweisen, kann es aufgrund von Korrosionsschäden oder Mikrorissen zum
Durchtritt von Medium von einem Kreislauf in den anderen Kreislauf kommen.
Die Wärmetauscherrohre sind meist an einer oder zwei Rohrplatten in ent
sprechenden Aufnahmebohrungen dichtend aufgewalzt und/oder ver
schweißt. Ein Zugang zu den Wärmetauscherrohren ist dabei nur von der
Rohrplattenstirnseite ins Innere der Wärmetauscherrohre möglich. Ein Zugriff
über den Wärmetauscherbehälter auf die Außenseite der Wärmetauscher
rohre ist meist nicht möglich oder erheblich erschwert, beispielsweise durch
die eng beieinanderliegenden Wärmetauscherrohre.
Bei den vorgenannten Undichtigkeiten in einem Wärmetauscherrohrstrang bei
derartigen Anlagen wurde bisher das betreffende defekte Rohr mit dichten
Stopfen vom übrigen Wärmetauschermedium-Kreislauf abgetrennt, wobei vor
Verschließen des defekten Wärmetauscherrohres das Rohr innerhalb des
Wärmetauscherbehälters von der Innenseite her geschlitzt wurde. Erst
danach wurde das betreffende defekte Wärmetauscherrohr durch die stirn
seitig eingebrachten Stopfen vom Wärmetauschermedium-Kreislauf abge
koppelt.
Die Schlitzung des Wärmetauscherrohres wird durchgeführt, um einen plötz
lichen, übermäßigen Druckaufbau innerhalb des durch die Stopfen abge
trennten Rohrabschnittes zu vermeiden. Der Schlitz soll eine für einen
schnellen Druckausgleich ausreichende Querschnittsfläche am Rohr auf
weisen. Dabei wird jedoch vermieden, das Rohr einseitig vollständig durchzu
trennen, um unerwünschten Bewegungen dieses abgetrennten Rohrstummels
und Beschädigungen innerhalb des Wärmetauscherbehälters vorzubeugen.
Bei der bisher bekannten Schlitzvorrichtung ist jedoch nachteilig, daß eine
genaue Kontrolle des mit der Vorrichtung geschaffenen Öffnungsquer
schnittes nur schwierig möglich ist. Ferner besteht die Gefahr, daß bei einem
zu weit ausgeführten Schlitz, das betreffende Wärmetauscherrohr vollständig
abgeschert wird und mithin zu einer Gefahrenquelle im Wärmetauscher führt.
Darüber hinaus ist nachteilig, daß nach Ausführung eines Schlitzes durch die
dabei entstehende Deformation des Wärmetauscherrohres ein Bergen der
Schlitzvorrichtung erschwert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum teilweise Durch
trennen einer Rohrleitung von innen anzugeben, bei der ein definierter
Öffnungsquerschnitt erbracht, eine übermäßige Deformation oder gar
Abtrennung des Rohres vermieden und eine Bergung der Vorrichtung nach
Betätigung erleichtert wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Rohrperforationsvorrichtung mit den
Merkmalen gemäß Anspruch 1.
Dadurch, daß die Rohrperforationsvorrichtung in einem rohrförmigen Grund
körper ein axial verschiebbares Betätigungselement und einen Schneidhebel
mit Perforationsspitze aufweist, wird bei über das Betätigungselement
hervorgerufener Relativbewegung zwischen dem Schneidhebel und einer
Auflaufschräge ein Ausschwenken des Schneidhebels und eine damit radial
nach außen gerichtete Punktkraft zum Durchstoßen der Rohrleitungswan
dung erzeugt. Beim Perforationsvorgang bildet die diametral zur Perforations
spitze gegenüberliegende Rückseite des Grundkörpers das Widerlager zur
Aufbringung der Druckkraft. Insbesondere bei zylindrischer Ausbildung des
Grundkörpers wird die zur Perforation der Leitungswandung erforderliche
Kraft auf der gegenüberliegenden Seite der Rohrleitung gleichmäßig verteilt.
Es kommt nicht zu einer Verformung des Rohres, womit die Perforationsvor
richtung nach dem Perforationsvorgang wieder leicht entnehmbar ist. Auf
grund der Ausformung der Perforationsspitze wird eine Durchtrittsöffnung
erzeugt, die einen vorbestimmbaren Querschnitt hat. Um eine ausreichende
Druckausgleichsverbindung zwischen Innenraum und Außenraum der zu
perforierenden Rohrleitung zu gewährleisten, können auf dem Rohrumfang
bevorzugt gleichmäßig verteilte Perforationen, beispielsweise drei oder mehr
Perforationen vorgenommen werden.
Bevorzugt ist zum axialen Verschieben des Betätigungselementes ein Be
tätigungszylinder vorgesehen. Bei Betätigung durch einen Druckzylinder wird
eine entsprechende Druckleitung von einer außerhalb der Anlage ange
ordneten Druckerzeugungsvorrichtung an der Perforationsvorrichtung ange
schlossen. Bei Rücksetzung des Betätigungselementes in seine Grundstellung
kann auch ein Unterdruck zur unterstützenden Rückstellung des Kolbens
nach dem Perforationsvorgang angelegt werden.
Wenn der Betätigungszylinder ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder ist,
dessen Kolben mit dem Betätigungselement verbunden ist, ist eine kraftbe
tätigte Rückstellung des Kolbens und des mit dem Kolben verbundenen
Betätigungselementes möglich. Entsprechend sind zwei Druckleitungen an
dem Hydraulikzylinder angeschlossen.
Wenn der Betätigungszylinder an dem Ende der Vorrichtung angeordnet ist,
das bei zum Perforieren eingeführter Stellung der Vorrichtung außerhalb der
Rohrleitung bleibt, bleibt der Betätigungszylinder für die Bedienperson bei
spielsweise für Kontrollzwecke sichtbar. Ferner kann der Zylinder ohne
Einschränkungen seiner äußeren Abmessungen ausgebildet werden, womit
die Vorrichtung auch für Rohrleitungen mit kleinem Durchmesser und/oder
relativ großer Wandungsstärke und entsprechend erforderlicher Perforations
kraft eingesetzt werden kann.
Bei der Ausführung der Rohrperforationsvorrichtung ist es möglich, die Auf
laufschräge lagefest an einem Ende des rohrförmigen Grundkörpers vorzu
sehen und den schwenkbaren Schneidhebel am axial verschiebbaren Betäti
gungselement anzulenken. Bevorzugt ist jedoch die Auflaufschräge am Be
tätigungselement angeordnet und die Schwenkachse des Schneidhebels im
Grundkörper befestigt. Damit wird eine axiale Bewegungskomponente an der
Perforationsspitze beim Setzen der Vorrichtung vermieden.
Wenn ein Rückstellmittel zum Zurückschwenken des Schneidhebels nach
dem Rohrperforationsvorgang in seine Grundstellung vorgesehen ist, wird
eine aktive Unterstützung der Rückstellung des Schneidhebels bewirkt. Die
Rückstellung kann beispielsweise mittels Federkraft erfolgen.
Bevorzugt ist das Rückstellmittel in Form einer formschlüssigen Kulissenfüh
rung an der Auflaufschräge ausgebildet, wobei bei kraftbetätigter Rück
stellung des Betätigungselementes der Schneidhebel über die Kulissenführung
in seine eingeschwenkte Grundstellung gebracht wird. Insbesondere bei
einem doppelt wirkenden Betätigungszylinder kann nach dem Perforations
vorgang die Rückstellung des Schneidhebels in seine Grundstellung durch
eine zum Perforationsvorgang entgegengesetzte Stellbewegung des Betäti
gungselementes erreicht werden.
Um bei weniger sprödem, elastischem Rohrmaterial eine gewünschte Rohr
wandungsperforation zu erreichen, ist es vorteilhaft, daß die Perforationsspitze
pyramidenförmig mit drei- oder mehreckiger Grundfläche ausgebildet
ist. An den scharfen Kanten der Pyramidenflanken der Perforationsspitze
reißt auch zähes Rohrwandungsmaterial auf.
Zur Verschleißminderung besteht die Perforationsspitze aus gehärtetem
Stahl.
Wenn der zylindrische Grundkörper einen Außendurchmesser aufweist, der
geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der zu perforierenden
Rohrleitung, wird die Gegenkraft zur Perforation möglichst gleichmäßig auf
die Rohrwandung verteilt.
Um eine derartige Vorrichtung auch für Rohrleitungen mit größerem Innen
durchmesser verwenden zu können, sind für Rohrleitungen mit größerem
Innendurchmesser halbschalenförmige Distanzelemente zur bedarfsweisen
Vergrößerung des Außendurchmessers der Vorrichtung vorgesehen.
Wenn formschlüssige Rastelemente an Distanzelement und Grundkörper zur
Fixierung der Distanzelemente am Grundkörper bei Rotations- und Axialbe
wegungen in der Rohrleitung vorgesehen sind, können Distanzelemente ohne
aufwendige Umrüstarbeit schnell an der Perforationsvorrichtung ausge
tauscht werden, wobei ein unerwünschtes Verlieren der Distanzelemente in
der bearbeiteten Rohrleitung verhindert wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung detailliert beschrieben. Darin
zeigt:
Fig. 1 eine Perforationsvorrichtung im Querschnitt und
Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Perforationsvorrichtung, eingeführt in
einer Rohrleitung, beim Perforationsvorgang.
In Fig. 1 ist eine Rohrperforationsvorrichtung im Querschnitt dargestellt. Die
Vorrichtung weist einen rohrförmigen Grundkörper 1 auf, in dem ein in axialer
Richtung verschiebbares Betätigungselement 2 geführt ist. Am in eine zu
perforierende Rohrleitung einzuführenden Ende 11 des Grundkörpers 1 ist ein
Stopfen 12 in den rohrförmigen Grundkörper 1 eingeschraubt.
Im Inneren des rohrförmigen Grundkörpers 1 ist nahe am Stopfen 12 ein um
eine Achse 31 schwenkbarer Schneidhebel 3 angelenkt. Die Achse 31 ist im
rohrförmigen Grundkörper 1 gehaltert.
Der Schneidhebel 3 weist einen Schwenkarm 32 auf, an dessen von der
Achse 31 abwärtigen Ende eine Perforationsspitze 33 ausgebildet ist. Das
Ende 34 des Schneidhebels 3 nahe der Achse 31 ist halbkugelförmig aus
gebildet. Bei vollständig eingeschraubtem Stopfen 12 stützt sich dieses
halbkugelförmige Ende 34 des Schneidhebels 3 an einer zugeordneten
konkaven Stützfläche 13 des Stopfens 12 ab.
Das Betätigungselement 2 weist an seinem zum Schneidhebel 3 gewandte
Ende eine Auflaufschräge 21 auf, an der eine leicht gerundete Gleitfläche 35
des Schneidhebels 3 im wesentlichen unterhalb der Perforationsspitze 33
gleitend anliegt. Die Auflaufschräge 21 hat eine Neigung von ca. 15° zur
Axiallinie.
Am außenseitigen Ende 14, das beim Einführen der Vorrichtung in ein zu
perforierendes Rohr außerhalb dieser Rohrleitung bleibt, ist ein Betätigungs
zylinder 4 am rohrförmigen Grundkörper 1 befestigt. In dem Betätigungs
zylinder 4 ist ein Kolben 41 aufgenommen, der mit dem Betätigungsele
ment 2 verbunden ist. Der Betätigungszylinder 4 weist zwei Druckleitungsanschlüsse
42, 43 auf, um eine beidseitige Druckbeaufschlagung des
Kolbens 41 zu ermöglichen.
In Fig. 1 ist die Rohrperforationsvorrichtung in ihrer Grundstellung mit einge
schwenktem Schneidhebel 3 dargestellt. Dabei befindet sich der Kolben 41
mit dem Betätigungselement 2 in einer in Fig. 1 rechts orientierten Stellung.
Zum Durchtritt der Perforationsspitze 33 an die Rohrinnenwandung der zu
perforierenden Rohrleitung ist in dem rohrförmigen Grundkörper 1 ein
entsprechend geformter Ausschnitt oder Langloch 15 vorgesehen.
Der Schneidhebel 3 weist nahe der Perforationsspitze 33 beidseitig am
Schwenkarm 32 angesetzte bzw. angeformte Kulissensteine 36 auf. Die
Kulissensteine 36 sind in Führungsnuten 22 geführt, die am Betätigungs
element 2 nahe der Auflaufschräge 21 in entsprechenden seitlichen
Flanken 23 eingeformt sind. Die Flanke 23 mit Kulissenführung 22 ist in Fig.
1, da hinter dem Schneidhebel 3 liegend, gestrichelt dargestellt.
In Fig. 2 ist die Rohrperforationsvorrichtung in einem Wärmetauscherrohr 52
eingeführt in Perforationsstellung dargestellt. In Fig. 2 ist ferner eine Rohr
platte 51 des Wärmetauschers 5 wiedergegeben, in dem das Wärme
tauscherrohr 52 eingewalzt ist. Durch den ausgeschwenkten Schneidhebel 3
ist in der Wandung des Wärmetauscherrohrs 52 bereits eine Perforation 53
eingebracht.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Vorrichtung unter Bezugnahme auf
die Figur beschrieben.
Die Rohrperforationsvorrichtung wird mit ihrem mit Stopfen 12 versehenen
Ende 11 des rohrförmigen Grundkörpers 1 in ein defektes Wärmetauscher
rohr 52 eines Wärmetauschers 5 von der zugänglichen Seite der Rohrplatte
51 eingeführt. Die Perforationen in dem defekten Wärmetauscher
rohr 52 müssen weit genug innenwärtig in dem Rohr ausgeführt werden, so
daß nach Einsetzen von Abdichtstopfen am Rohrende weiterhin ein unge
störter Druckausgleich zwischen Wärmetauscherraum und Innenraum des
Wärmetauscherrohres möglich ist. Entsprechend ist die Länge des rohr
förmigen Grundkörpers bzw. die Position der Perforationsspitze 33 an der
Vorrichtung auszubilden.
Wenn die ordnungsgemäße Position der Vorrichtung in dem Wärmetauscher
rohr 52 gegeben ist, wird der Betätigungszylinder 4 durch Druckbeaufschla
gung über Druckleitungsanschluß 42 betätigt. Der Kolben 41 wird nun vom
druckbeaufschlagten Hydraulikmedium von der in Fig. 1 dargestellten
Stellung in die in Fig. 2 dargestellte Stellung gebracht. Dabei wirkt der
Kolben 41 direkt auf das damit verbundene Betätigungselement 2, an dessen
innenwärtigem Ende die Auflaufschräge 21 ein Herausschwenken des
Schneidhebels 3 bewirkt.
Dabei gleitet die leicht gewölbte Gleitfläche 35 des Schneidhebels 3 an der
Auflaufschräge 21 entlang, so daß der Schneidhebel 3 mit seinem Schwenk
arm 32 um die Schwenkachse 31 verschwenkt wird und sich durch den
langlochartigen Ausschnitt 15 gegen die Innenseite des Wärmetauscher
rohres 52 anlegt.
Aufgrund einer bevorzugten flachen Neigung der Auflaufschräge 21 von etwa
10° bis 20° wird eine hohe Druckkraft über die Gleitfläche 35 auf die
Perforationsspitze 33 übertragen.
Bei weiterer Druckbeaufschlagung im Betätigungszylinder 4 über Drucklei
tungsanschluß 42 wird die an der Perforationsspitze wirkende Druckkraft
weiter erhöht, was schließlich zur gewünschten Perforation 53 des Wärme
tauscherrohres 52 führt. Die Gegenkraft zu der von der Perforationsspitze 33
aufgebrachten Punktkraft verteilt sich über den rohrförmigen Grundkörper 1
gleichmäßig auf der zur Perforation 53 radial gegenüberliegenden Gegenseite
des Wärmetauscherrohres 52, so daß hier keine Deformationen auftreten.
Um den Schneidhebel 3 mit der Perforationsspitze 33 wieder in seine Grund
stellung zu bringen, wird nun der Druckleitungsanschluß 43 des Betätigungs
zylinders 4 druckbeaufschlagt. Folglich verschiebt sich der Kolben 41 von
seiner in Fig. 2 dargestellten linken Stellung in die in Fig. 1 dargestellte
rechte Stellung (Grundstellung). Dabei wird das Betätigungselement 2 un
mittelbar in Verbindung mit dem Kolben 41 in axialer Richtung zurückgesetzt,
wobei der Schneidhebel 3 mittels der angeformten Kulissensteine 36 über die
in zwei Flanken 23 des Betätigungselementes 2 eingeformten Kulissenfüh
rungen 22 kraftbetätigt in seine Grundstellung eingeschwenkt wird.
Nun kann die Perforationsvorrichtung zum weiteren Einbringen von Perfora
tionsöffnungen in dem Rohr verdreht werden. Nach Abschluß der ge
wünschten Perforationen kann die Vorrichtung nach Rückstellung in ihre
Grundstellung aus dem Wärmetauscherrohr 52 herausgezogen werden.
1
rohrförmiger Grundkörper
11
innenwärtiges Ende
12
Stopfen
13
konkave Stützfläche
14
außenwärtiges Ende
15
Ausschnitt, Langloch
2
Betätigungselement
21
Auflaufschräge
22
Führungsnut, Kulissenführung
23
Flanke
3
Schneidhebel
31
Achse
32
Schwenkarm
33
Perforationsspitze
34
halbkugelförmiges Ende
35
Gleitfläche
36
Kulissenstein
4
Betätigungszylinder
41
Kolben
42
Druckleitungsanschluß
43
Druckleitungsanschluß
5
Wärmetauscher
51
Rohrplatte
52
Wärmetauscherrohr
53
Perforation
Claims (12)
1. Rohrperforationsvorrichtung, insbesondere für defekte Wärmetau
scherrohre, zur Einführung in eine Rohrleitung (52), mit einem rohr
förmigen Grundkörper (1), der in die Rohrleitung (52) einführbar ist und
in dem ein Betätigungselement (2) in axialer Richtung verschiebbar und
ein Schneidhebel (3) mit Perforationsspitze (33) in im wesentlichen
radialer Richtung schwenkbar gelagert sind, wobei der
Schneidhebel (3) über eine Auflaufschräge (21) bei Relativbewegung
zwischen diesen in radialer Richtung ausgeschwenkt wird und die
Perforationsspitze (33) die Wandung der Rohrleitung (52) durchstößt.
2. Rohrperforationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß zum axialen Verschieben des Betätigungselementes (2)
ein Betätigungszylinder (4) vorgesehen ist.
3. Rohrperforationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Betätigungszylinder (4) ein doppelt wirkender
Hydraulikzylinder ist, dessen Kolben (41) mit dem Betätigungsele
ment (2) verbunden ist.
4. Rohrperforationsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Betätigungszylinder (4) an dem Ende (14) des
Grundkörpers (1) angeordnet ist, das bei zum Perforieren eingeführter
Stellung der Vorrichtung außerhalb der Rohrleitung (52) bleibt.
5. Rohrperforationsvorrichtung nach einem der vorangehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflauffschräge (21) am
Betätigungselement (2) angeordnet und die Schwenkachse (31) des
Schneidhebels (3) im Grundkörper (1) gehaltert ist.
6. Rohrperforationsvorrichtung nach einem der vorangehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückstellmittel (22, 36)
zum Zurückschwenken des Schneidhebels (3) nach dem Rohrper
forationsvorgang in seine Grundstellung vorgesehen ist.
7. Rohrperforationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Rückstellmittel in Form einer formschlüssigen
Kulissenführung (22) an der Auflaufschräge (21) ausgebildet ist,
wobei bei kraftbetätigter Rückstellung des Betätigungselementes (2)
der Schneidhebel (3) über die Kulissenführung (22) in seine
eingeschwenkte Grundstellung gebracht wird.
8. Rohrperforationsvorrichtung nach einem der vorangehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationsspitze (33)
pyramidenförmig mit drei- oder mehreckiger Grundfläche ausgebildet
ist.
9. Rohrperforationsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Perforationsspitze (33) aus gehärtetem Stahl
besteht.
10. Rohrperforationsvorrichtung nach einem der vorangehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Grund
körper (1) einen Außendurchmesser aufweist, der geringfügig
kleiner ist als der Innendurchmesser der zu perforierenden
Rohrleitung (52).
11. Rohrperforationsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß für Rohrleitungen mit größerem Innendurchmesser
halbschalenförmige Distanzelemente zur bedarfsweisen Vergröße
rung des Außendurchmessers der Vorrichtung vorgesehen sind.
12. Rohrperforationsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß formschlüssige Rastelemente an Distanzelement und
Grundkörper (1) zur Fixierung der Distanzelemente am Grund
körper (1) bei Rotations- und Axialbewegungen in der Rohrleitung
vorgesehen sind.
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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