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Die
Erfindung betrifft einen Stopfen zur innenseitigen Abdichtung eines
Rohres, insbesondere Wärmetauscherrohres, mit mindestens
einem ringförmigen Dichtkörper, dessen Außenseite
zur Berührung der Innenseite des Rohres ausgebildet ist,
und einem den Dichtkörper durchdringenden länglichen Spannelement
zur radial nach außen gerichteten Weitung des Dichtkörpers,
wobei das Spannelement einseitig von außerhalb des abzudichtenden
Rohres aus betätigbar ist.
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Derartige
Stopfen werden insbesondere in Dampfkraftwerken zum Abstopfen einzelner
undichter Wärmetauscherrohre verwendet. Kondensatoren in
Dampfkraftwerken bestehen üblicherweise aus einem großen,
in Kammern unterteilten Behälter, in dem eine Vielzahl
von Wärmetauscherrohren in einem Bündel zwischen
zwei Rohrplatten angeordnet sind. Die beiden Rohrplatten begrenzen
dabei eine Kühlwassereinlasskammer, eine Dampfkammer und eine
Kühlwasserauslasskammer. Jedes der Wärmetauscherrohre
ist mit seinen Enden in Aufnahmebohrungen der Rohrplatten dichtend
aufgewalzt und/oder verschweißt. Die Wärmetauscherrohre
sind insbesondere durch den auftreffenden Dampf einem relativ hohen
Verschleiß unterworfen. Der Austausch eines defekten Wärmetauscherrohres
ist sehr aufwendig. Um bei Undichtigkeiten eines Wärmetauscherrohres,
beispielsweise aufgrund von Erosions- oder Korrosionsschäden,
einen langen Betriebsausfall zu vermeiden, ist es bekannt, das undichte
Wärmetauscherrohr durch Stopfen vom übrigen Kühlwasser-
bzw. Dampfkreislauf abzutrennen. Allerdings füllt sich
das abgetrennte, undichte Wärmetauscherrohr während
des weiteren Betriebs des Kondensators mit Kondensat. Derartige
Dampfkraftwerke werden im Winter mitunter abgestellt. Bei Minustemperaturen
besteht das Problem, dass das Kondensat in den undichten Wärmetauscherrohren
gefriert und die Stopfen aufgrund der Ausdehnung des Eises aus den Rohren
herausgedrückt werden. Beim anschließenden Betrieb
des Dampfkraftwerkes kann es dann gegebenenfalls zu entsprechenden
Störungen kommen.
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Aus
der Patentschrift
DE
100 61 832 C2 ist ein gattungsgemäßer
Stopfen bekannt, der eine Abdichtbuchse aufweist, deren Außenseite
zur Berührung der Innenseite eines Wärmetauscherrohres ausgebildet
ist. In der Abdichtbuchse ist ein längliches Element geführt,
das eine in Längsrichtung konische Außenfläche
aufweist und bei axialer Verschiebung die Abdichtbuchse radial nach
außen weitet, wobei das breitere Ende des länglichen,
konischen Elementes in den abzudichtenden Rohrinnenbereich zeigt.
Am breiteren Ende des konischen Elementes ist ein Flansch angeordnet,
der einen nur geringfügig kleineren Durchmesser als der
Innendurchmesser des abzudichtenden Rohres aufweist. Zwischen dem
Flansch und der Abdichtbuchse ist ein Schneidring vorgesehen, der
beim axialen Verschieben des konischen Elementes vom Flansch dichtend in
die Rohrinnenseite eingeschnitten wird. Dieser bekannte Stopfen
soll sicherstellen, dass auch nach vielfachen thermischen Wechsellasten
und plötzlich auftretenden Druckunterschieden ein Lösen
des Stopfens vermieden und die Dichtigkeit der Stopfenabdichtung
gewährleistet wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weiteren
Stopfen der eingangs genannten Art zu schaffen, der auch bei Eisbildung
in dem mit ihm abgedichteten Rohr sicher und dauerhaft dichtend
in dem Rohr verankert bleibt.
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Diese
Aufgabe wird durch den Stopfen mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
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Der
erfindungsgemäße Stopfen umfasst mindestens einen
ringförmigen Dichtkörper, dessen Außenseite
zur Berührung der Innenseite des Rohres ausgebildet ist,
und ein den Dichtkörper durchdringendes längliches
Spannelement zur radial nach außen gerichteten Weitung
des Dichtkörpers, wobei das Spannelement einseitig von
außerhalb des abzudichtenden Rohres aus betätigbar
ist. Das Spannelement ist dabei an seinem innerhalb des Rohres anzuordnenden
Ende mit einem Spannkonus und einem damit zusammenwirkenden spreizbaren
Halteteil versehen. Das spreizbare Halteteil ist im axialen Abstand
vom Dichtkörper angeordnet und weist mehrere Schneid- und/oder
Perforationselemente auf, die sich bei Betätigung des Spannelements
in das abzudichtende Rohr einschneiden und/oder dieses perforieren.
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Durch
das spreizbare Halteteil mit seinen Schneid- und/oder Perforationselementen
ist sichergestellt, dass der Stopfen selbst bei Eisbildung in dem
abgedichteten Rohr zuverlässig und dauerhaft dichtend in
dem Rohr verankert bleibt. Vorzugsweise weist das spreizbare Halteteil
mehrere Schneidelemente auf, die zugleich als Perforationselemente
wirken. Die Schneidelemente bzw. Perforationselemente erzeugen beim
Spannen des Spannelements kleine Risse (Durchbrechungen) in der
Rohrwandung. Über diese kleinen Durchbrechungen kann in
dem gestopften Rohr befindliches Kondensat zur Dampfseite des Kondensators
abfließen, so dass in dem gestopften Rohr eine kritische
Kondensatansammlung und damit bei Minustemperaturen eine den Stopfen aus
dem Rohr herausdrückende Eisbildung verhindert wird.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Stopfens ist das Halteteil hülsenförmig ausgebildet
und hat mehrere durch Schlitze definierte Spreizarme. Das Halteteil
lässt sich in dieser Ausgestaltung einfach und schnell
an dem Spannkonus montieren. Zudem ist die Funktion des Halteteils
bei dieser Ausgestaltung besonders zuverlässig.
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Vorteilhaft
ist es ferner, wenn das Halteteil mindestens drei, vorzugsweise
vier krallenartige Spreizarme aufweist, an deren Enden jeweils mindestens
eines der Schneid- und/oder Perforationselemente ausgebildet ist.
Die die Spreizarme definierenden Schlitze sind dabei vorzugsweise
gleichmäßig über den Umfang des Halteteils
verteilt ausgebildet. Dementsprechend wird eine gleichmäßige
Krafteinwirkung der krallenartigen Spreizarme auf die Innenseite
des abzudichtenden Rohres erzielt.
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Um
in Bezug auf die Dicke der Rohrplatten üblicher Kondensatoren
sicherzustellen, dass die Schneid- und/oder Perforationselementen
die Innenseite des abzudichtenden Rohres im Bereich der Dampfseite
des Kondensators einschneiden bzw. perforieren, sieht eine weitere
bevorzugte Ausgestaltung vor, dass der axiale Abstand vom Dichtkörper
zu den Schneid- und/oder Perforationselementen mindestens 15 mm,
vorzugsweise mindestens 25 mm beträgt.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der erfindungsgemäße
Stopfen mehrere, vorzugsweise mindestens drei ringförmige
Dichtkörper auf, die axial nebeneinander angeordnet und
jeweils von dem Spannelement durchdrungen sind. Durch die Unterteilung
des Dichtkörpers in mehrere ringförmige Dichtkörper
wird eine besonders hohe und zuverlässige Abdichtwirkung
erreicht. Zudem ermöglicht diese Ausgestaltung unterschiedlich
weiche bzw. unterschiedlich elastische Dichtkörper miteinander
zu kombinieren. Beispielsweise ist so eine Anordnung realisierbar,
bei der auf einen weichen Dichtkörper abwechselnd ein weniger
weicher Dichtkörper folgt.
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Das
Spannelement des erfindungsgemäßen Stopfens besteht
vorzugsweise aus einer mit dem Spannkonus verbundenen Gewindestange,
auf die an ihrem dem Spannkonus gegenüberliegenden Ende
eine Mutter aufgeschraubt ist. Um das Spannelement von nur einer
Seite aus, und zwar an dem die Mutter aufweisenden Ende bedienen
zu können, ist die Gewindestange an ihrem dem Spannkonus gegenüberliegenden
Ende mit einer kantig oder geschlitzt ausgebildeten Angriffsstelle
versehen, an der ein entsprechendes Werkzeug formschlüssig
angesetzt werden kann.
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Weitere
bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Stopfens sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige
Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Stopfen 1 in
vergrößerter, perspektivischer Darstellung.
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Der
dargestellte Stopfen 1 dient der innenseitigen Abdichtung
eines undichten Kondensatorrohres (nicht gezeigt). Er weist hierzu
acht ringförmige Dichtkörper 2 auf, die
aus Elastomer, z. B. Viton®, oder
gummielastischem Kunststoff hergestellt sind. Die Dichtkörper
oder Dichtringe 2 sind im wesentlichen kreiszylindrisch
ausgebildet und weisen jeweils im Bereich ihrer Mittelachse eine
zylindrische Durchbrechung auf. Vorzugsweise sind die Dichtkörper 2 unterschiedlich
weich bzw. elastisch. In diesem Fall ist dann vorgesehen, dass sich
unterschiedlich elastische Dichtkörper 2 abwechseln.
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Der
Stopfen 1 umfasst ferner ein längliches Spannelement 3,
mittels dem die Dichtkörper (Dichtringe) 2 zusammengepresst
und somit radial nach außen geweitet werden können.
Das Spannelement 3 umfasst dabei eine Gewindestange 4,
die an ihrem in das abzudichtende Rohr einzuführenden Ende
mit einem als Spannkonus dienenden Kegelstück 5 versehen
ist. Die Gewindestange 4 ist beispielsweise etwa 150 mm
lang und ist beispielsweise mit einem M12-Gewinde versehen. Die
aneinandergereihten Dichtkörper 2 machen mehr
als ein Drittel der axialen Länge des Stopfens 1 aus.
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Auf
den Spannkonus 5 ist ein spreizbares Halteteil 6 aufgesteckt.
Das Halteteil 6 ist hülsenförmig ausgebildet
und weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier
Spreizarme 7 auf, die durch axial verlaufende, gleichmäßig über
den Umfang des Halteteils 6 verteilt ausgebildete Schlitze 8 definiert sind.
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An
den Enden der Spreizarme 7 ist jeweils ein radial vorstehendes
Schneidelement 9 ausgebildet, das sich beim Spannen des
Spannelements 3 in die Innenseite des abzudichtenden Rohres
einschneidet. Das Schneidelement 9 wirkt vorzugsweise zugleich
als Perforationselement. Die Schneid- bzw. Perforationselemente 9 sind
einstückig mit den Spreizarmen 7 des Halteteils 6 ausgebildet.
Das radiale Vorsprungsmaß des jeweiligen Schneidelements 9 liegt
beispielsweise im Bereich von 1 mm bis 3 mm, vorzugsweise im Bereich
von 2 mm bis 3 mm.
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Das
hülsenförmige Halteteil 6 ist ein Frästeil, das
ebenso wie die Gewindestange 4 und das Kegelstück 5 vorzugsweise
aus rostfreiem Stahl hergestellt ist. Das Halteteil 6 ist
im axialen Abstand von den gummielastischen Dichtringen 2 angeordnet.
Zwischen den Dichtringen 2 und dem Halteteil 6 ist
ein buchsenförmiger Druckring 10 angeordnet, den
die Gewindestange 4 ebenfalls durchdringt. Der Druckring 10 ist
aus Metall, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt und im
wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Die axiale Länge
des Druckringes 10 ist größer als die
axiale Länge der einzelnen Dichtringe 2, die jeweils
in etwa die gleiche axiale Länge aufweisen. Die Dichtringe 2 sind
unmittelbar nebeneinander angeordnet.
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An
dem dem Spannkonus 5 gegenüberliegenden Ende der
Gewindestange 4 ist eine Sechskantmutter 11 aufgeschraubt.
Zwischen der Mutter 11 und den gummielastischen Dichtkörpern 2 ist
eine als Endstück dienende Metallbuchse 12 angeordnet,
die wiederum vorzugsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt ist.
Ferner ist zwischen der Mutter 11 und der Metallbuchse 12 eine
Unterlegscheibe (Beilagscheibe) 13 angeordnet. Der Außendurchmesser
der Sechskantmutter 11 ist kleiner als der Außerdurchmesser
der Metallbuchse 12. Der Außerdurchmesser der
Metallbuchse 12 entspricht in etwa dem Außerdurchmesser
der Dichtkörper 2 im ungeweiteten Zustand.
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Die
Gewindestange 4 durchdringt die Metallbuchse 12,
die Unterlegscheibe 13, die Dichtringe 2 sowie
den Druckring 10 jeweils mit Spiel. An ihrem dem Spannkonus 5 gegenüberliegenden
Ende weist die Gewindestange 4 eine Angriffsstelle 14 zum
formschlüssigen Ansatz eines Werkzeuges auf, so dass die
Gewindestange 4 beim Spannen der Mutter 11 festgehalten
werden kann. Der Stopfen 1 kann somit insgesamt an nur
einer Seite, nämlich an der Seite der Mutter 11 von
außerhalb des abzudichtenden Rohres aus betätigt
werden. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Angriffsstelle 14 als Innensechskant ausgebildet.
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Beim
Spannen des erfindungsgemäßen Stopfens 1 werden
der Spannkonus 5 und die Mutter 11 und damit zugleich
auch die Metallbuchse 12 und der Druckring 10 aufeinander
zu bewegt. Dabei werden die gummielastischen Dichtkörper 2 zusammengepresst
und weiten sich radial nach außen, um abdichtend gegen
die Innenseite des abzudichtenden Rohres zu drücken. Zugleich
wird der Spannkonus 5, der sich in Richtung der Mutter 11 verjüngt,
in das hülsenförmige Halteteil 6 gezogen,
wobei die Spreizarme 7 nach außen gegen die Innenseite
des abzudichtenden Rohres gespreizt werden. Beim weiteren Spannen
des Stopfens 1 schneiden sich die Schneidelemente 9 der
Spreizarme 7 in das Rohr. Die Schneidelemente 9 sind
so angeordnet und ausgeführt, dass sie in einem üblichen
Kondensatorrohr (Wärmetauscherrohr) kleine Durchbrechungen
in Form von Rissen erzeugen und das Rohr somit perforieren.
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Die
Ausführung des erfindungsgemäßen Stopfens 1 ist
nicht auf das vorstehend beschriebene und in der Zeichnung dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr sind
eine Vielzahl von Varianten möglich, die auch bei grundsätzlich
abweichender Ausführung von der in den Ansprüchen
angegebenen Erfindung Gebrauch machen So kann der erfindungsgemäße
Stopfen 1 beispielsweise auch weniger als acht Dichtringe 2,
beispielsweise nur drei oder auch nur einen Dichtring aufweisen. Ferner
kann das hülsenförmige Halteteil 6 auch
weniger oder mehr als vier Spreizarme (Haltekrallen) 7 aufweisen.
Schließlich kann am Ende der Gewindestange 4 anstelle
eines Innensechskants auch ein Außenvierkant oder ein Schlitz
als Angriffsstelle 14 zum formschlüssigen Ansatz
eines Werkzeuges vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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