DE2340620A1

DE2340620A1 - Verfahren zur befestigung von rohren in rohrboeden

Info

Publication number: DE2340620A1
Application number: DE19732340620
Authority: DE
Inventors: Roy Hardwick
Original assignee: Yorkshire Imperial Metals Ltd
Current assignee: Yorkshire Imperial Metals Ltd
Priority date: 1972-08-10
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1974-02-28
Also published as: BE803515R; FR2195769A2; AT332708B; ATA701873A; CA1006017A; FR2195769B2; AU5879173A; ZA735184B; NL7310761A; JPS49132646A; IT1051738B; ES417750A2; CH569946A5; GB1439141A

Description

PATENTANWALTS U .0 I ^J

TlEDTKE - BüHLING - KlNNE

TEL. (0611) 539653-56 TELEX: 524845 tlpat CABLE ADDRESS: Germaniapatent München £ 3 H U D 2. U

8000 München 2

Bavarlaring4 Io. August 1973

Postfach 202403 ,

B 5544

Yorkshire Imperial Metals Limited
Stourton, Leeds LSI IRD, Großbritannien

Verfahren zur Befestigung von Rohren
in Rohrboden

Zusatz zu Patent

(Patentanmeldung P 15 52 127.4)

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Befestigung von Rohren in Rohrboden, insbesondere ein Verfahren zur Befestigung rohrförmiger Stopfen in undichten Rohren.

Die britische Patentschrift 1 149 387 beschreibt und beansprucht ein Verfahren zum Einschweißen eines Metallrohres in einen metallischen Rohrboden, das. darin besteht, daß man

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V/lo

D'.-uivhe Qirk (Wünchnn) Klo. 51/51070 Dro-.flner Bank (Münchon) Kto. 3939844 Postscheck (München) Kto. 67043-804

das Rohr in einer Öffnung in dem Rohrboden anordnet, wobei der Abstand zwischen der Außenwandung des Rohres und den Wandungen der Öffnung zum benachbarten freien Rohrende zunimmt, in dem Rohr einen reaktionsträgen, ringförmigen, energieübertragenden Einsatz und innerhalb des Einsatzes eine explosive Ladung anordnet und die Ladung unter Bildung einer metallurgischen Bindung zwischen dem Rohr und dem Rohrboden zur Detonation bringt.

Wie in dem Patent beschrieben wurde, wird das Verfahren zur Befestigung eines Rohres in einem Rohrboden angewandt gewöhnlich bei der Herstellung eines Wärmeaustauschers oder bei dem Ersatz von Rohren in einem Wärmeaustauscher. Im Rahmen einer Abänderung des Verfahrens wurde gefunden, daß diese Technik zur Abdichtung von undichten Rohren angewandt werden kann.

Wenn Wärmeaustauscher unter hohen Drucken und

Temperaturen eingesetzt werden, führt das Auftreten von Undichtigkeiten in Rohren infolge Korrosion oder anderer Gründe zu ernsten Problemen bei dem Wärmeaustauschvorgang, und es ist wesentlich, das undichte Rohr dicht abzuschließen, um eine Verunreinigung des Kondensats zu vermeiden. Wegen der bestehenden Drucke darf dieser Abschluß nicht undicht sein; eine geeignete und zeitsparende Arbeitsweise zur Herstellung dieses Verschlusses besteht darin, ein Rohr mit geschlossenem Ende in die Rohrbodenöffnung oder in ein in der Öffnung befestigtes Wärmetauscherrohr explosiv einzuschweißen.

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Nach der vorliegenden Erfindung besteht das Verfahren zur Abdichtung eines in einem Rohrboden befestigten undichten Rohres darin, daß man in einer Öffnung des Rohrbodens oder in einem in dieser Öffnung befestigten V/ärmeaustauscherrohr einen rohrförmigen, an einem Ende geschlossenen Stopfen von im Vergleich zum Wärmeaustauscherrohr relativ kurzer Länge anordnet, wobei der Abstand zwischen der Stopfenaußenfläche und den Wandungen der Öffnung oder des Wärmeaustauscherrohres zum benachbarten freien Stopfenende hin zunimmt, vor oder nach der Anordnung des Stopfens einen reaktionsträgen, ringförmigen, energieübertragenden Einsatz in den' Stopfen einbringt, vor oder nach der Anordnung des Stopfens eine explosive Ladung in den Einsatz einbringt und die Ladung unter Bildung einer metallurgischen Bindung zwischen dem Stopfen und dem Rohrboden oder dem in dem Rohrboden befestigte! Wärmeaustauscherrohr zur Detonation bringt.

Vorzugsweise wird die explosive Ladung so angeordnet, daß die Energie zunächst auf den Stopfenteil in der Öffnung einwirkt, der den geringsten Abstand von den Wandungen der öffnung hat, so daß die Energie in Wellenform in Richtung des benachbarten freien Stopfenendes fortschreitet.

Bei der Abdichtung eines Rohres in einem Wärmeaustauscher kann der Stopfen je nach Konstruktion des Wärmeaustauschers mit dem Wärmeaustauschrohr oder mit der Öffnung in dem Rohrboden verschweißt werden. Bei gewissen Konstruktionen hat der Rohrboden beträchtliche Dicke und erstreckt sich das Rohr nur ein verhältnismäßig kurzes Stück in die Öffnung und

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nicht vollständig durch die Öffnung hindurch. In einem solchen Fall befindet sich der Stopfen in der Öffnung zwischen dem Ende des in ihr befestigten Rohres und dem offenen Ende der öffnung, und die Verbindung erfolgt zwischen dem Stopfen und dem Rohrboden.

Wenn das Rohr durch die öffnung reicht, befindet sich der Stopfen in dem Rohr, und die Bindung erfolgt zwischen Stopfen und Rohr, oder das Rohr wird alternativ über einen Teil seiner Länge innerhalb der Öffnung ausgebohrt und der Stopfen in die öffnung eingeschweißt.

Der Stopfen kann auf der zu verschweißenden Länge einen konstanten Außendurchmesser aufweisen, während die öffnung, in die er eingebracht wird, auf einem Teil seiner Länge zu seinem offenen Ende hin zunehmenden Durchmesser aufweist, das heißt eine nach außen erweiterte Bohrung ist. Bei Verwendung in einer gleichmäßig gebohrten Öffnung ist der Stopfen auf einem Teil seiner Oberfläche zu seinem offenen Ende hin verjüngt ausgebildet. Diese Verjüngung kann durch maschinelle Bearbeitung der Außenfläche oder durch Anspitzen eines Teiles des Rohrs im Gesenk hergestellt werden.

Das geschlossene Ende des Rohres ist von wesentlicher Dicke, damit es der Explosivkraft standhält. Vorzugsweise ist es zusammen mit dem rohrförmigen Teil aus einem Stück gebildet.

Die explosive Ladung ist von gleicher Art wie die bei dem Verfahren des britischen Hauptpatentes 1 149 38 7 verwendete

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Ladung. Sie hat 'vorzugsweise eine Detonatxonsgeschwxndxgkext von mehr als 120 % der Schallgeschwindigkeit in dem Metall des Rohres oder des Rohrbodens, je nach dem, welches die höhere.. Schallgeschwindigkeit aufweist. Beispielsweise kann der Detonator Nr. 8 Star mit Vorteil bei Marinemessing oder Aluminiummessing verwendet werden. .

Es ist nicht nötig, daß der Stopfen aus dem gleichen Metall wie das Wärmeaustauschrohr oder der Rohrboden besteht. So kann beispielsweise ein Nickelstopfen in einem Rohrboden aus Weichetahl oder einem Aluminiummessingrohr verwendet werden.

Zur Erreichung einer guten Verschweißung ist es not- _; wendig, die Oberfläche des Rohres oder der öffnung an der Schweißstelle zu reinigen, z. B. durch Kratzbürstung.

Ein Stopfen zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren ist in der Weise ausgebildet, daß ein an einem Ende offener, rohrförmiger Körper am anderen Ende durch eine angeformte Stirnwand ausreichender Stärke, um ohne Bruch ■der Detonation einer explosiven Ladung standzuhalten, geschlosser ist, und wenigstens ein Teil des rohrförmigen Körpers an seinem offenen Ende derart geformt ist, daß sich bei seinem Einsetzen \

in die öffnung eines Rohrbodens oder in ein in der öffnung befestigtes Wärmeaustauscherrohr ein Ringraum ergibt, in dem der Abstand zwischen der Außenfläche des rohrförmigen Körpers und der Wandung der Öffnung oder des Wärmeaustauscherohres zum offenen Ende des Körpers hin zunimmt.

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Ein solcher Stopfen kann vorteilhaft aus Nickel hergestellt sein, da dieses Metall stark, formsam und korrosionsbeständig ist. Der Stopfen kann mit Mitteln versehen sein, die in dem Rohr oder dem Rohrboden einen Paßsitz ergeben, so daß der Stopfen in einer Rohrbodenöffnung festgehalten wird, wenn sich dieser in vertikaler Position befindet. Vorzugsweise kann zu diesem Zweck auf dem Außenumfang nahe dem geschlossenen Ende eine Vertiefung vorgesehen sein, in die ein Gummi- oder Kunststoffring eingepaßt ist. In dem rohrförmigen Stopfen kann ein Kunststoffeinsatz mit einer axialen Aussparung oder Bohrung be-

festigt sein, die zur Aufnahme der explosiven Ladung dient. Wenn das Ende des rohrförmigen Stopfen durch Anspitzen verjüngt ist, wird der Einsatz vor Herstellung der Verjüngung des Stopfenendes in die Bohrung eingebracht.

Nachfolgend wird als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben, in denen Schnitt einsieht en rohrförmiger Stopfen dargestellt sind.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen rohrförmigen Stopfen vor und nach der Verformung am offenen Ende.

Fig. 3 zeigt einen rohrförmigen Stopfen nach der Explosiveinschweißung in eine Rohrbodenöffnung.

Fig. 4 zeigt einen rohrförmigen Stopfen nach der Explosiveinschweißung in ein WMrmeaustauscherrohr, das in einem Rohrboden befestigt ist.

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Fig. 5 zeigt eine andere Form eines rohrförmigen Stopfens und

Fig. 6 zeigt einen rohrförmigen Stopfen, der in vertikalen und horizontalen Lagen verwendbar ist.

Ein Stopfen 1 aus einem geeigneten Metall hat zunächst die in Fig. 1 gezeigte Form. Wenn er mit einem Polyathyleneinsatz und einem Detonator versehen ist, ist er zur Verwendung bei der Abdichtung von Rohren oder Rohrbodenöffnungen mit erweitertem Eingangsteil geeignet. Die parallele Form des Stopfens liefert ■· so den erforderlichen Raum zwischen der äußeren Stopfenfläche und der Innenfläche des Rohres oder der. Rohrbodenöffnung. Das geschlossene Ende 2 ist an die Wandungen des Stopfens angeformt. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, den Stopfen aus einem Stück maschinell herzustellen.

Wenn der Stopfen in einer öffnung oder einem Rohr mit

paralleler Geometrie verwendet wird, wird eine, wie in Fig. 2 gezeigte, verjüngte Stopfenform eingesetzt. Diese entsteht, indem der Stopfen 1 der Fig. 1 durch Anspitzen im Gesenk oder ähnlichem Arbeitsgang mit einem konischen Teil 3 versehen wird. Bei einer solchen Stopfenform ist es nötig, vor dem Anspitzen einen aus Polyäthylen bestehenden oder anderen, reaktionsträgen, energieübertragenden Einsatz in die Stopfenbohrung einzusetzen.

Wenn ein Stopfen 1 der in Fig. 2 gezeigten Art mit den Wandungen der öffnung 4 explosiv verschweißt wird, erfolgt diese Verschweißung in dem Bereich des konischen Teils 3 unter Bildung einer metallurgisch gebundenen Grenzfläche 5, die, wie

üblich, durch eine Wellenlinie in Fig. 3 gezeigt ist und sich in einem Band rund um die Wandung der öffnung erstreckt. Dieses Band verschweißter Grenzfläche ist gegenüber thermischer Wechselbeanspruchung beständig, da der Stopfen und das Rohrbodenmaterial an dieser Fläche einen Körper bilden. In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist der Rohrboden 6 von solcher Art, daß das Wärmeaustauscherrohr 7 durch Schmelzschweißung in ein Gegenbohrungsteil 8 der öffnung, k !eingeschweißt ist. Bei dieser Art der Anbringung wird der Stopfen 1 durch Explosivschweißung mit der Rohrbodenöffnung verschweißt, um ein undichtes Rohr abzudichten. ■ ·

Wenn das Wärmeaustauschrohr in einer Rohrbodenöffnung mit nach außen sich erweiterndem Eingangsteil entsprechend Fig. M- befestigt wird, kann ein Stopfen 1 entsprechend Fig. mit paralleler Wandung Anwendung finden. In Fig. U ist das Rohr 7 schon durch die explosiv verschweißte Fläche 9 in dem erweitertem Teil der öffnung befestigt, und der Sto'pfen 1 wird mit dem im erweiterten Teil befindlichen Detonator in Position gebracht, wobei sich ein Ringspalt zwischen dem Rohr und den Wandungen des erweiterten Teils ergibt. Nach der Detonation ist ein Teil des Stopfens 1 innerhalb der Öffnung an der Grenzfläche 5 mit dem Wärmeaustauscherrohr 7 verschweißt. Aus den Figuren 3 und 4 ist zu sehen, daß das Ende 2 das Rohr verschließt und die verschweißte Grenzfläche 5 ein Undichtwerden um den Stopfen herum verhindert und dem Druck in dem Rohr standhält.

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In einer anderen Ausführungsform des Stopfens entsprechend Fig. 5 hat die Wandung 10 größere Dicke als in Fig. Das verjüngte Ende 3 wird durch maschinelle Abschrägung unter Belassung einer parallelen Bohrung hergestellt, in die ein Einsatz für den Detonator eingeschoben werden kann.

Eine in Fig. 6 dargestellte bevorzugte Ausführungsform des 'Stopfens kann sowohl in vertikaler wie in horizontaler Lage angewandt werden. Das geschlossene Ende 2 ist mit einer Aussparung 11 versehen, in die ein über die Stopfenoberfläche vorstehender Gummiring 12 eingepaßt ist. Ein Polyäthyleneinsatz.13' mit auf einem Teil seiner Länge konischer Form und einer axialen Bohrung 1Ί zur Aufnahme eines Detonators 15 ist in den Stopfen eingesetzt, und die Stopfenwandungen sind unter Ausbildung einer Kegelform eingezogen. Bei Einsatz ^n ein vertikales Wärmeaustauscherrohr wird der Gummiring 12 zwischen der Aussparung 11 und der Rohrwandung zusammengedrückt, so daß der Stopfen in seiner Lage gehalten wird. Der Gummiring und die Aussparung

können wunschgemäß auch bei Stopfen mit paralleler Wandung ange-' wandt werden.

Durch Versuche wurde gefunden, daß die metallurgische Bindung zwischen dem Stopfen und der Oberfläche, mit welcher der Stopfen verschweißt ist, keine Unterbrechung aufweist und gegenüber hohen Drucken und hohen Temperaturen beständig ist. Nach Aufschneiden in Längsrichtung, Polieren, Ätzen ist die Grenzfläche nur als ein, Bereich von charakteristischer sinusförmiger Wellenform sichtbar. Es gibt keine Trennungslinie,

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vorausgesetzt, daß die Oberflächen passend vorbereitet
wurden. Nach dem Glühen erhält man eine gleichachsige Kornstruktur und die Grenzfläche verschwindet. Ein Zug-Abscherungsversuch zeigte, daß die Bindung unberührt blieb, während das Muttermetall zu Bruch ging.

Bei Verwendung der Erfindung kann die Abdichtung
undichter Rohre schnell erfolgen, so daß sich eine minimale-'■ Stillstandszeit ergibt und Probleme mit den bisher angewandten Abdichtungsmethoden vermieden werden.

Obwohl die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf öffnungen in Rohrboden mit darin befestigten Wärmeaustauscher rohren beschrieben wurde, kann das Verfahren mit gleichem
Vorteil für andere öffnungen in Rohrboden angewandt werden,
wie Öffnungen für Ablaufzwecke, wenn eine Abdichtung solcher Öffnungen nötig sein sollte.

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Claims

• *» - 11 - Patentansprüche

1. Verfahren zur Abdichtung eines in einem Rohrboden

befestigten undichten Rohres nach latent

(Patentanmeldung P 15 '52 127.4), dadurch gekennzeichnet, ; daß man in einer öffnung des Rohrbodens oder in einem in dieser öffnung befestigten Wärmeaustauscherrohr einen rohrförmigen i' an einem Ende geschlossenen Stopfen von im Vergleich zum Wärmeaustauscherrohr relativ kurzer Länge anordnet, wobei der ' Abstand zwischen der Stopfenaußenfläche und den Wandungen der öffnung oder des Wärmeaustauscherrohres zum benachbarten freien Stopfenende hin zunimmt, vor oder nach der Anordnung des Stopfens einen reaktionsträgen, ringförmigen, energieübertragenden Einsatz in den Stopfen einsetzt, vor oder nach der Anordnung des Stopfens eine explosive Ladung in den Einsatz einbringt und die Ladung unter Bildung einer metallurgischen Bindung zwischen dem Stopfen und dem Rohrboden oder dem in dem Rohrboden befestigten Wärmeaustauscherrohr zur Detonation bringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die explosive Ladung in der Weise angeordnet wird, daß die Energie zuerst auf den Teil des Stopfens in der öffnung einwirkt, der von den Wandungen der öffnung den geringsten Abstand hat, so daß die Energie in Wellenform in Richtung auf das benachbarte freie Stopfenende fortschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stopfen mit über die zu verschweißende Länge· konstantem Außendurchmesser verwendet wird und der Durchmesser

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der öffnung in dem Rohrboden oder des darin befestigten Wärmeaustauscherrohres zum offenen Stopfenende hin zunimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Stopfen mit am offenen Ende kegelförmig erweiterten Teil verwendet wird und der Durchmesser der öffnung in dem Rohrboden oder die Bohrung des in ihr befestigten Wärmeaustauscherrohres konstant ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detonationsgeschwindigkeit der explosiven Ladung größer als 120 % der Schallgeschwindigkeit in dem Metall des Rohres oder des Rohrbodens ist, je nach dem, welches Material die höhere.Schallgeschwindigkeit hat.

6. Stopfen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,,daß ein an einem Ende offener, rohrförmiger Körper am anderen Ende durch eine angeformte Stirnwand ausreichender Stärke, um ohne Bruch der Detonation einer explosiven Ladung standzu- · halten, geschlossen ist und wenigstens ein Teil des rohrförmigen Körpers an seinem offenen Ende derart geformt ist, daß sich bei seinem Einsetzen in die öffnung eines Rohrbodens oder in ein in der Öffnung befestigtes Wärmeaustauscherrohr ein Ringraum ergibt, in dem der Abstand zwischen der Außenfläche des rohrförmigen Körpers und der Wandung der Öffnung oder des Wärmeaustauscherrohres zum offenen Ende des Körpers hin zunimmt.

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7. Stopfen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel für einen Paßsitz zwischen Stopfen und Rohr oder Rohrboden vorgesehen sind.·

8. Stopfen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an seinem geschlossenen Ende eine Umfangsvertiefung.ausgebildet und in die Vertiefung ein über die Stopfenoberflache vorstehender Gummi- oder Kunststoffring eingepaßt ist.

9. Stopfen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser über die Länge des Stopfens konstant ist.

10. Stopfen der einem der Ansprüche 6 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß der dem offenen Ende benachbarte Teil zu diesem Ende hin kegelig zulaufend ausgebildet ist.

11. Stopfen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelig zulaufende Teil durch Anspitzen im Gesenk hergestellt worden ist.

12. Stopfen nach Anspruch.10, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelig zulaufende Teil durch maschinelle Bearbeitung der Fohrwandung hergestellt ist und die Stopfenbohrung einen konstanten Durchmesser aufweist.

13. Stopfen nach einem der Ansprüche 6 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß in die Stopfenbohrung ein Kunststoffeinsatz eingebracht ist, der mit einer axialen Bohrung oder

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einer Aussparung für die Aufnahme einer explosxven Ladung

versehen ist.

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