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Prüf~druckvorrichtunq insbesondere für Rohre Die Erfindung betrifft
eine Prüfdruckvorrichtung insbesondere für Rohre, welche mittels hydraulischen Drucks
auf ihre Druckfestigkeit und Dichtigkeit insgesamt sowie auf die Druckfestigkeit
und Dichtigkeit ihrer Schweißnähte zu prüfen sind. Diese Prüfdruckvorrichtung ist
vorzugsweise auf die Prüfung von Rundum-Schweißnähten ausgerichtet.
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Bisher erfolgte die Prüfung von Rohren dadurch, daß man das betreffende
Rohrstück an beiden Enden druckdicht abschloß und das Rohr mit Wasser füllte, wonach
das Wasser auf einen Druck von 90 bis 100 kp/cm² gebracht wurde. Hierzu ist erstens
sehr viel Wasser erforderlich - schon ein Rohr mit 50 cm Durchmesser und 20 m Länge
nimmt fast 4000 1 Wasser auf - und zum anderen müssen die Abdichtungen an den Rohrenden
große Kräfte aushalten, im Beispiel zwischen 180 000 und 200 000 kp. Die bisher
bekannte Druckprüfung ist deshalb schon bei kurzen Rohrlängen aufwendig und nimmt
viel Arbeitszeit in Anspruch.
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Noch viel kostspieliger und umständlicher war bisher die Prüfung größerer
Rohrlängen, z.B. die Prüfung einer Pipeline, bei welcher der Abstand zwischen zweier
Ventilstationen mehrere km betragen kann. Hier wachsen bei den bekannten Prüfungsmethoden
die erforderlichen Wassermengen und Energien in Größenordnungen hinein, welche die
Kosten der Errichtung und Überprüfung solcher Anlagen überaus stark ansteigen lassen.
Beispielsweise faßt eine Rohrleitung mit Rohrdurchmesser 100 cm für jeden km rd.
800 t Wasser, das
vor der Prüfung eingepumpt und nachher wieder
ausgepumpt werden muß, ganz abgesehen von der Energie, die gebraucht wird, um diese
Wassermenge auf Hochdruck zu bringen.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Prüfdruckvorrichtung
zu schaffen, bei welcher der Prüfdruckraum begrenzt ist und somit entsprechend weniger
Druckwasser, wenig Energie und wenig Arbeitszeit benötigt. Dieses Erfindungsziel
wird dadurch erreicht, daß die Prüfvorrichtung aus einem Zylinderkörper besteht,
dessen Querschnitt kleiner ist als der Innenquerschnitt des zu prüfenden Rohrstücks,
und der in Rundumöffnungen zwei elastische Dichtringe aufweist, deren zylindrische
Außenflächen in der Ruhestellung etwa mit der Zylinderfläche des Zylinderkörpers
korrespondieren und in der Betriebsstellunq auf der Innenwand des zu prüdruckdicht
aufliegen fenden Rohrstücks/,und der in Rundúmöffnungen zwei elastische Dichtringe
aufweist, deren äußere Zylinderflächen in der Ruhestellung etwa mit der Zylinderfläche
des Zylinderkörpers korrespondieren und in der Betriebsstellung auf der Innenwand
des zu prüfenden Rohrstücks druckdicht auf liegen, wodurch zwischen den Dichtringen
ein von dem übrigen Rohrhohlraum hermetisch abgeschlossener, enger zylindermantelförmiger
Prüfdruckraum gebildet ist, der über im Zylinderkörper verlaufende Prüfdruckleitungen
mit einem Druckerzeuger verbunden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist diese Prüfdruckvorrichtung
um einen Zentraldorn aufgebaut, indem auf diesen je zwei Hydraulikkolben und entsprechende,
die Hydraulikkolben aufnehmende Hydraulikzylinder aufgesteckt sind, die über im
Zentraldorn verlaufende Arbeitsdruckleitungen mit einem Druckerzeuger verbunden
sind, wobei Teile der Hydraulikkolben mit einer Konus fläche an einer entsprechenden
Konusfläche des zugeordneten Dichtrings anliegen und bei Verschiebung des Hydraulikkolbens
den Dichtring aufspannt oder entspannt.
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Dabei kann jeder Hydraulikkolben aus je zwei Kolbenelementen zusammengesetzt
und der zugeordnete Dichtring je zwischen diesen beiden Kolbenelementen angebracht
sein und mit seiner konischen Innenfläche auf der Konus fläche des konisch ausgebildeten
Hydraulikkolbenelements aufliegen.
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Die Bodenseite des Prüfdruckraumes kann über eine Absaugleitung mit
einer Saugpumpe verbunden sein. Zur Sicherung der Prüfposition ist die Prüfdruckvorrichtung
mit einem von der Außenseite des zu prüfenden Rohrstücks her zu betätigenden Magnetschalter
versehen. Schließlich kann die Prüfdruckvorrichtung mit einem eigenen Vortrieb ausgestattet
sein und eine mitfahrende selbständige Druckerzeugereinrichtung aufweisen.
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Anhand der Zeichnungen wird in der Folge ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt und erläutert. Es zeigen Figur 1 ein zu prüfendes Rohrstück
(Längsschnitt) mit einer erfindungsgemäßen Prüfdruckvorrichtung in der Ruhestellung
(Seitenansicht), Figur 2 das Rohrstück Fig. 1 mit der Prüfdruckvorrichtung in der
Betriebsstellung, in welcher der zylindermantelförmige Prüfdruckraum von dem übrigen
Rohrhohlraum abgetrennt ist, Figur 3 die Prüfdruckvorrichtung in der Ruhestellung,
wie Fig. 1, jedoch in einem Längs schnitt, Figur 4 die Prüfdruckvorrichtung in der
Betriebsstellung, wie Fig. 2, jedoch in einem Längsschnitt, Figur 5 eines der beiden
Hydraulikkolbensysteme der Prüfvorrichtung, auseinandergezogen in perspektivischer
Sicht, mit angedeuteter Zentraldorn,
Figur 6 einen Cuerschnitt des
der Entspannung des zugeordneten Dichtringes dienenden Hydraulikkolbenelements,
Figur 7 das Hydraulikzylindersystem der Prüfdruckvorrichtung, bestehend aus zwei
äußeren Einzelzylindern und einem mittleren Doppelzylinder, in perspektivischer
Sicht, Figur 8 ein in einem zu prüfenden Rohrstück (Längsschnitt) selbständig fahrbares
Prüfaggregat, bestehend aus einer Vortriebseinheit, einer erfindungsgemäßen Prüfdruckvorrichtung
und einer Druckerzeugereinheit, in einer Seitenansicht, Figur 9 die Vortriebseinheit
Fig. 8 in einer Frontansicht und Figur 10 die Druckerzeugereinheit Fig. 8 in einer
Heckansicht.
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Die Prüfdruckvorrichtung gemäß der Erfindung ist um einen Zentraldorn
1 aufgebaut, der an jedem Ende je einer mit Schraubengewinde versehenen Verjüngung
2,3 besitzt. Im Inneren des Zentraldorns 1 verlaufen vier achsparallele Bohrungen
4 bis 7, die über Radialbohrungen 8 bis 13 mit dem Umfang des Zentraldorns verbunden
sind. Ferner weist der Zentraldorn eine Anzahl von Ringnuten 14 auf, die der Aufnahme
von 0-Ringen 15 dienen.
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Auf die mit Schraubengewinde ausgerüstete Verjüngung 2 des Zentraldorns
1 ist ein rückwärtiges Hydraulikzylinderelement 16 mit entsprechender Gewindebohrung
161 aufgeschraubt, vgl. Fig. 7. Danach folgt ein ringförmiges, sich nach dem
Außenende
hin verjüngendes Kolbenelement 17, ferner ein Dichtring 18 aus elastischem Material
(Gummi), und schließlich ein zylindrisches, mit einem Kragen versehenes Kolbenelement
19. Die beiden Kolbenelemente 17,19 können aneinander befestigt sein, z.B. durch
eine Verschraubung 171, wie auf Fig.
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3 und 4 angedeutet. Der Kragen 191 des Kolbenelements 19 weist um
die Zylinderbohrung herum eine konische Ausnehmung 192 auf, vgl. Figuren 5 und 6.
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Nach dem Kolbenelement 19 ist ein doppelter Hydraulikzylinder 20,21
auf dem Zentraldorn 1 aufgesteckt, vgl. Fig. 7.
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In dem gemeinsamen Zylinderboden 22 sind Radialbohrungen 23,24 vorgesehen,
die mit den Radialbohrungen 8 bzw. 12 des Zentraldorns 1 korrespondieren. Um die
Übereinstimmung der Radialbohrungen 1o und 11 mit den Radialbohrungen 23 bzw. 24
zu sichern sowie um den Doppelzylinder 20,21 in seiner genauen Mittellage zu fixieren,
ist der letztgenannte mittels zweier in Radialbohrungen 25 eingeführter Radialschrauben
26 am Zentraldorn 1 befestigt, vgl. Fig. 7.
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In dem vorderen Doppelzylinderteil 20 befindet sich ein vorderes zylindrisches
Hydraulikkolbenelement 27 mit Kragen 271 und konischer Ausnehmung 272, analog zum
Kolbenelement 19 im rückwärtigen Teil der Prüfdruckvorrichtung. Das Kolbenelement
27 liegt mit seinem Kragen 271 an einem vorderen Dichtring 28 an, der mit seiner
konisch ausgebildeten Innenseite auf dem konischen Teil eines vorderen konischen
Kolbenelements 29 ruht. Wie die Kolbenelemente 17,19, können auch die Kolbenelemente
27,29 aneinander befestigt sein, z.B.
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über Schraubengewinde 291,vgl.' Figuren3 und 4.
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Das vordere Hydraulikzylinderelement 30 umgreift das vordere Kolbenelement
29. Es ist am Zentraldorn 1 befestigt, indem es zusammen mit einem Haltering 31
mit Dichtungen (nicht gezeichnet) mittels einer Schraubenmutter 32 an der Verjüngung
3 des Zentraldorns verschraubt ist.
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Am rückwärtigen Ende der Prüfdruckvorrichtung befindet sich der Anschlußteil
33, in welchem die Längsbohrungen 4 bis 7 des Zentraldorns 1 über Nippel 401, 501,
601, 701 mit Hydraulikleitungen 402, 502, 602, 702 verbunden sind.
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Wie der Zentraldorn 1 sind sämtliche Kolbenelemente 17,19, 27,29 mit
Ringnuten 14 und 0-Ringe 15 versehen. Es wird vermerkt, daß an Dichtungen nur diese
0-Ringe zeichnerisch dargestellt sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es
unterlassen worden, die sonstigen erforderlichen Dichtungen zu zeichnen.
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Die erfindungsgemäße Prüfdruckvorrichtung wirkt wie folgt: die Prüfdruckvorrichtung
wird in das zu prüfende Rohrstück 34 eingeführt, und zwar so, daß die zu prüfende
Stelle des Rohrstücks - im Ausführungsbeispiel eine Rundum-Schweißnaht 35 - sich
im Mittelhereich zwischen den beiden Dichtringen 18,28 befindet. Daraufhin leitet
man Druckflüssigkeit durch die Hydraulikleitung 602,die Längsbohrung 6 und die Radialbohrungen
8,13 in die Druckräume 36,37, vgl. Fig. 3. Die HydrauliMcolben 17,19 und 27,29 werden
bis zum Anschlag der Kolbenkragen 191,271 an den Zylinderboden 22 des Doppelzylinders
20,21 gegen die Mitte der Prüfdruckvorrichtung hin gedrückt. Im Zuge dieser Bewegung
schieben die konischen Außenflächen der Kolbenelemente 17,29 die Dichtringe 18,28,
die ja seitlich nicht ausweichen können, radial nach auswärts, wobei die elastischen
Dichtringe sich entsprechend aufspannt nen. Die Dichtringe werden druckdicht gegen
die Innenwand des zu prüfenden Rohrstücks 34 gepreßt. Zwischen den beiden Dichtringen
18,28 ist nunmehr ein von dem übrigen Rohrhohlraum hermetisch abgeschlossener, enger
zylindermantelförmiger Prüfdruckraum 38 entstanden, vgl. Fig. 4.
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Durch Druckleitung 402 über Längsbohrung 4 und Radialbohrung 23 leitet
man Druckwasser mit einem Prüfdruck von 100 kp/cm² in den Prüfdruckraum 38 und läßt
den Druck dort
12 bis 15 sek wirken. Dann sperrt man die Druckleitung
402 und öffnet die Ablaufleitung 702; das Wasser kann wieder ablaufen. Wenn es darum
geht, möglichst alles Prüfwasser aus dem Rohrstück 34 herauszubekommen, kann man
das Wasser durch die Bohrungen 7,24 und die Leitung 702 absaugen.
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Nach erfolgter Prüfung leitet man Hydraulikdruck aus der Druckleitung
502 über Längsbohrung 5 und Radialbohrungen 9,13 in die konischen Ausnehmungen 192,272,
von wo aus die Hydraulikkolben 17,19 und 27,29 in Bewegung nach den Enden der Vorrichtung
hin gesetzt werden und die Druckräume 39,40 öffnen (Fig. 3). Die Hydraulikkolben
bewegen sich bis zum Anschlag auf dem Boden des jeweils zugeordneten Hydraulikzylinders
16,30. Im Verhältnis zu den konischen Flächen der Dichtringe 18,28 gehen die entsprechenden
konischen Flächen der Kolbenelemente 17,29 zurück; die elastischen Dichtringe 18,28
ziehen sich zusammen und nehmen wieder ihre auf Fig.3 ersichtliche Ruhestellung
ein. Wegen der Anschaulichkeit sind die Außenflächen der Dichtringe in der Ruhestellung
auf den Zeichnungen als geringfügig über die Zylinderflächen der Zylinderelemente
16,20,21,30 hervorspringend. In der Praxis liegen sie eher geringfügig zurückgezogen,
damit sie bei Verschiebung der Prüfdruckvorrichtung in dem zu prüfenden Rohrstück
keinen Reibungswiderstand verursachen.
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Die erfindungsgemäße Prüfdruckvorrichtung kann mittels einer rohrförmigen
Lanze 41 in das zu prüfende Rohrstück eingeführt werden. Die Lanze 41 enthält die
Druckleitungen 402, 502, 602, 702, welche die Prüfdruckvorrichtung mit der entsprechenden
Druckerzeugeranlage (nicht gezeichnet) verbinden. Wenn es sich darum handelt, die
Rundum-Schweißnähte einer längeren Rohrstrecke, z.B. einer Pipeline, zu überprüfen,
kann man ein fahrbares Prüfaggregat verwenden, das außer der Prüfdruckvorrichtung
selbst eine vorgespannte Vortriebseinheit 42 und eine nachgespannte Druckerzeugereinheit
43
aufweist. Die für den Betrieb des Vortriebs und der Druckerzeugung erforderliche
Energie wird über ein Kabel 44 zugeführt. Die Prüfvorrichtung ist mittels Gelenke
45,46 mit Vortriebseinheit und Druckerzeugereinheit verbunden; diese Gelenke enthalten
die Druckleitungen und die elektrischen Leitungen. Die Gelenke 45,46 sind so gestaltet,
daß sie eine begrenzte seitliche und vertikale Ausschwenkung erlauben, jedoch stets
die Prüfungsvorrichtung "schwebend" über dem Rohrboden halten, und zwar in einem
Abstand, der kleiner ist als die Mantelstärke des zylindermantelförmigen Prüfdruckraums
38. Prüfdruckvorrichtungen größeren Querschnitts kann man auch mit Laufrollen versehen
(nicht gezeichnet).
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Fig. 8 zeigt ein solches selbstfahrendes Prüfaggregat in einem zu
prüfenden Rohrstück 34 (das Rohrstück im Längsschnitt). Die von einem Elektromotor
(nicht gezeichnet) angetriebene Vortriebseinheit 42 weist Vortriebsrad 47, unteres
Laufrad 48 und obere Laufräder 49 auf; die letztgenannten haben die Aufgabe, die
Vortriebseinheit zu stützen und Reibungswiderstände an den Rohrinnenwänden zu vermeiden.
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Ferner besitzt die Vortriebseinheit 42 einen Magnetschalter 50, der
von einem auf dem zu prüfenden Rohrstück 34 lose aufgestellten Steuermagneten geschaltet
wird, wodurch das Prüfaggregat zum Anhalten an einer bestimmten Stelle gebracht
werden kann. Der Steuermagnet 51 wird jeweils im Abstand a (Fig. 8) von der zu prüfenden
Rundum-Schweißnaht 35 angebracht. Auch wenn die Prüfdruckvorrichtung mittels Lanze
41 oder mittels eines anderen, von außen mechanisch betätigtes Steuerorgan bewegt
wird, kann die soeben beschriebene Magneteinrichtung'50,51 sinngemäß in gleicher
Weise als Anzeigegerät verwendet werden, das akustisch oder optisch anzeigt, wann
die Prüfdruckvorrichtung in die gewünschte Prüfposition gelangt ist.
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Die Druckerzeugereinheit 43 weist einen Druckwasserbehälter, einen
Behälter für Hydraulikflüssigkeit und zwei Druckpumpen
auf (alle
nicht gezeichnet). Sie rollt auf zwei unteren Laufrädern 52 und vier oberen Laufrädern
53,54.
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Insbesondere bei Prüfdruckvorrichtungen größeren Querschnitts können
Vortrieb und Druckerzeugung in der Prüfvorrichtung selbst untergebracht sein.
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Die vorliegende Erfindung bringt einen großen und für die Fachwelt
überraschenden technischen Fortschritt. Es ist durch sie erstmals möglich geworden,
Rohre großen Durchmessers mit einem geringen Aufwand an Arbeitszeit, Druckwasser
und Energie unter Verwendung hoher Drücke zu prüfen.
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Das Ausmaß dieses technischen Fortschritts ist in den Daten des folgenden
Zahlenbeispiels erkennbar: bei einem Rohr mit 100 cm Durchmesser und 10 m Länge
brauchte man bisher rd. 8 m3 Druckwasser für eine Druckprüfung. Jede Endabdichtung
am--Rohr hatte die Einwirkung einer Kraft von fast 800 000 kp auszuhalten. Gemäß
der Erfindung benötigt man bei einem Abstand a = 50 cm zwischen den Dichtringen
18,28 und einer Mantelstärke 2 cm des zylindermantelförmigen Prüfdruckraumes 38
lediglich 30 1 Druckwasser; die auf den Dichtringen 18,28 lastende seitliche Kraft
beträgt pro Dichtring 60 000 kp.
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Es ist ferner erstmals möglich geworden, Rohrleitungen jeder Länge
nach der Erstellung - auch turnusmäßig im Sinne von Inspektionen - zu prüfen, indem
die Prüfdruckvorrichtung als selbstfahrendes Prüfaggregat in die Leitung eingelassen,
über ein Kabel gesteuert und mit Energie versorgt und mittels eines Steuermagneten
jeweils an den zu prüfenden Stellen des Rohres angehalten wird.
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Das Erfindungsprinzip kann außer an eigentlichen Rohren auch an zylindrischen
Hohlkörpern Verwendung finden.
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6 Pätentansprüche