DE2900784A1

DE2900784A1 - Explosiv aktivierter stopfen

Info

Publication number: DE2900784A1
Application number: DE19792900784
Authority: DE
Inventors: Gordon C Larson
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1978-06-09
Filing date: 1979-01-10
Publication date: 1979-12-13
Also published as: IT1121123B; AT358082B; JPS54162257A; FR2428200B1; CH638026A5; LU80765A1; DE2900784B2; IT7909312A0; ES476620A1; BE873236A; JPS591955B2; FR2428200A1; IL56056A; DE2900784C3; ATA2279A; IL56056A0; GB2022759B; NL7811347A; US4158370A; CA1086664A

Description

THE BABCOCK & WILCOX COMPANY 10. Januar T979 161 East 42nd Street B 1276 Al/Kr

New York, New York 10017 USA

Beschreibung

Explosiv aktivierter Stopfen

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Reparatur von Wärmetauschern und insbesondere auf einen Explosivrohrstopfen, der geeignet ist, defekte Wärmetauscherrohre

wirksam abzudichten bzw. zu verschließen. 25

Man hat festgestellt, daß über die ausgedehnte Lebenszeit eines Wärmetauschers eine kleine Anzahl von Wärmetauscherrohren Risse und Lecks entwickeln können. Da es unerwünscht ist, daß die normalerweise getrennten Strömungsmittel, welche durch den Wärmetauscher strömen, in direkten Kontakt miteinander kommen, sind zahlreiche Techniken entwickelt worden, um leckende Rohre abzudichten bzw. zu verschließen.

Solche defekten Rohre können z.B. durch geschweißte Stopfen, explosiv ausgedehnte Stopfen oder mechanisch angetriebene Stopfen abgedichtet werden. Diese Methoden bringen jedoch unglücklicherweise Schwierigkeiten mit

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sich, welche ihre Wirksamkeit negativ beeinflussen können.

Geschweißte Rohrstopfen erfordern einen direkten Zugang zu den Rohrplatten, die innerhalb des Wärmetauschers angeordnet sind. Häufig ist ein solcher Zugang äußerst schwierig. Allgemein wird ein massiver Stopfen in jedes Ende des defekten Rohres eingeführt. Anschließend wird eine Schweißnaht um den Umfang des Rohrstopfen eingebracht, um eine drucksichere Dichtung zwischen dem Stopfen und der Rohrwand zu gewährleisten. Man hat jedoch aus Erfahrung festgestellt, daß Strömungsmittel die Rohr-Stopfen-Grenzfläche durchdringen kann und die Schweißnaht korrodiert, wodurch sich ein Leck ergibt und der gesamte Vorgang nutzlos wird.

Mechanisch angetriebene Stopfen sind schwierig konsistent einzubauen.
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Die zur Zeit in Benutzung befindlichen Explosivstopfen bilden eine metallurgische Verbindung zwischen dem Rohr und dem Stopfen. Es wird jedoch befürchtet, daß die relativ unkontrollierte Explosivkraft, die für diese Methode erforderlich ist, die dünnen zwischen benachbarten Rohren in den Rohrplatten angeordneten Bänder verformen kann.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die ünzu-

länglichkeiten der bekannten Stopfen zu vermeiden. Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen Stopfen mit den Merkmalen des Schutzbegehrens erzielt. Die vorliegende Erfindung kombiniert erfolgreich die vorteilhaften Eigenschaften sowohl der mechanisch angetriebenen

Stopfen wie auch der Explosivstopfen ohne die diesen

bekannten Stopfen innewohnenden schwächenden Faktoren. Der Rohrstopfen besteht aus einem gehärteten, rohrförmigen

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Explosionsgehäuse, das mit einer Expansionsmuffe verbunden ist« Die Expansionsmuffe besteht aus einer ersten und zweiten Kammer mit ungleichem kreisförmigen Querschnitt und einer zwischen diesen angeordneten kegelförmigen Zwischenkammer» Darüber hinaus ist in die Muffe ein kegelstumpf förmiger Kolben eingepaßt, der fakulativ mit einer Stange ausgerüstet sein kann. An dem Explosionsgehäuse ist ein mit Schraubgewinde versehenes Verlängerungsbauteil befestigt , um den Stopfeneinbau zu beschleunigen. Innerhalb des Gehäuses ist eine geeignete Sprengladung angeordnet, welche ferngezündet wird, um den Kolben weiter in die Muffe zu treiben, wodurch die Muffe gegen die umgebende Rohroberfläche ausgedehnt wird.

Durch Veränderung der Größe des Stopfens, der inneren Abmessungen der Muffe, der Länge der Kolbenstange und der Sprengladung kann der Grad der Muffenausdehnung wahlweise gesteuert werden. Darüber hinaus kann durch Verwendung eines Abzugs in der ersten Kammer der Muffe der Grad der Muffenausdehnung weiter verändert werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ^ ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Rohrstopfens gemäß der

vorliegenden Erfindung, und
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Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Rohrstopfens.

In Fig. 1 ist ein Explosivstopfen 10 dargestellt. Der Stopfen 10 besteht aus einem gehärteten, rohrförmigen

Explosionsgehäuse 12, das an der Verbindungsstelle 14 mit dem offenen Endabschnitt einer Expansionsmuffe 16 verschweißt oder in anderer Weise verbunden ist. Innerhalb des Gehäuses 12 ist ein Laderaum 38 angeordnet. Innerhalb

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der Muffe 16 ist ein Muffenhohlraum 18 vorgesehen. Der Hohlraum 18 ist in drei Kammern unterteilt. Eine erste Kammer 20 und eine zweite Kammer 22 weisen einen ungleichen kreisförmigen Querschnitt auf, wohingegen eine Zwischenkammer 24 einen kegeistumpfförmigen Querschnitt hat. Die zweite Kammer 22, welche kleiner als die erste Kammer 20 ist, wirkt sowohl als Stoßdämpfer als auch als

]0 eine Einrichtung zur weiteren Beschleunigung der Muffenausdehnung. Ein kegeistumpfförmiger Kolben 26 ist so angeordnet, daß er bündig mit der Innenwand der Zwischenkammer 24 abschließt. Die Außenseite der Muffe 16 kann von einer Anzahl von Nuten 28 umschrieben sein. Der Winkel 56 stellt den Neigungswinkel der Zwischenkammer 24 dar. Darüber hinaus können Umfangskerben 30 und 32 verwendet werden. Die Verwendung und Streckung der Nuten 28 und der Kerben 30 und 32 wird leicht aus der nachfolgenden Erörterung verständlich.

Ein für die Beschleunigung der Stopfenanordnung nützliches Verlängerungsbauteil 34 steht in Schraubverbindung mit dem Stopfen 10. Um einen abgedichteten Sitz zwischen dem Verlängerungsbauteil 34 und dem Gehäuse 12 zu bewirken, kann ein Dichtungsring 40 verwendet werden. In der mit Schraubgewinde versehenen Spitze 35 des Verlängerungsbauteils 34 ist ein Zündhohlraum 36 angeordnet.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform des Stopfens 10 dargestellt, der in ein Rohr 42 eingeführt ist und gebrauchsfertig für die Zündung ist. Das Rohr 42 ist innerhalb einer Rohrplatte 44 positioniert.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kolben mit einer fakultativen Stange 46 ausgerüstet. Die Länge der Stange 46 muß nicht festgelegt sein. Vielmehr kann in Abhängigkeit von den Umständen irgendeine Stangenlänge ausgewählt werden, wenn sich die Stange nur

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mindestens teilweise in das Gehäuse 12 erstreckt. Darüber hinaus ist der Stopfen 10 mit einem fakultativen Abzug 54 ausgebildet. Die Funktion des Abzugs 54 wird sich in verständlicher Weise aus der nachfolgenden Erörterung ergeben.

Innerhalb des Zündhohlraumes 36 ist eine Sprengkapsel 48 angeordnet. Wie gezeigt, dringen in das Verlängerungsbauteil 34 Zündungsschnüre 52 ein. Innerhalb des Laderaums 38 ist eine geeignete Sprengladung 50 angeordnet.

Der Stopfen 10 wird in der nachfolgenden Art und Weise verwendet. Nachdem man ein defektes Rohr lokalisiert hat, wird ein zündfertiger, lösbar mit einem Verlängerungsbauteil 34 verbundener Stopfen geeigneter Länge in die Bohrung des Rohres an der Rohrplatte plaziert. Die Richtungsorientierung des Stopfens spielt keine Rolle, da der Stopfen entweder zur Rohrplattenstirnseite oder zum Rohrbündel ausgerichtet sein kann. Es spielt keine Rolle, in welcher Weise der Stopfen 10 schließlich ausgerichtet ist, da die Ausbildung der lecksicheren Dichtung zwischen dem Stopfen und der Rohrwand unabhängig von der Orientierung des Stopfens ist. Demzufolge kann ein unterer Rohrverschluß dadurch bewirkt werden, daß zunächst der Stopfen in das Rohr an der oberen Rohrplatte eingeführt und dann durch das Rohr nach unten gestoßen wird. Nachdem der Stopfen gezündet worden ist, wird das Verlängerungsbauteil 34 von dem Stopfen gelöst und aus der Bohrung des Rohres entfernt. Anschließend wird der obere Stopfen in ähnlicher Weise eingeführt, woraus sich ergibt, daß beide Stopfen in der gleichen nach unten ausgerichteten Richtung orientiert sind. Wie unmittelbar klar ist, kann der Vorgang umgekehrt

*" werden oder können die Stopfen von entgegengesetzten Richtungen eingeführt werden.

Bei der vorhergehenden Ausführungsform ist ein vertikales

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Rohr nur zu Illustrationszwecken ausgewählt worden. Es wird angemerkt, daß die Orientierung des Rohres für den Zweck der Befestigung eines lecksicheren Verschlusses innerhalb des Rohres unerheblich ist. Es wird jedoch angemerkt, daß unabhängig von der Orientierung des Rohres der Stopfen in das Rohr in demjenigen Bereich eingeführt werden sollte, in welchem die Rohrplatte das Rohr umgibt.

Nachdem der Stopfen eingeführt und an der richtigen Stelle angeordnet ist, wird die Sprengladung ferngezündet, wodurch der Kolben gegen die konische bzw. kegelförmige Innenwand der Zwischenkammer 24 gedrückt wird. Demzufolge wird die Muffe 16 radial nach außen verformt, wodurch der Stopfen 10 eine wirksame mechanische lecksichere Dichtung mit der Innenwand des Rohres bildet. Das Verlängerungsbauteil 34 wird dann vom Gehäuse abgeschraubt und aus dem Rohr entfernt.

Der Stopfen 10 ist äußerst vielseitig in Bezug auf das Verschließen von defekten Rohren. Durch Veränderung der inneren Geometrie des Stopfens und seiner Komponenten kann eine beinahe unbegrenzte Anzahl von Steuervariationen verwendet werden, um den Grad der Stopfenausdehnung zu verändern.

Wie im vorhergehenden angemerkt worden ist, verursachen bekannte Explosivstopfen eine unerwünschte Beanspruchung der Bänder der Rohrplatte. Durch den vorliegenden Stopfen wird dieses Problem abgeschwächt, indem dem Techniker ermöglicht wird, den Grad der Stopfenausdehnung zu steuern, wodurch eine überschüssige Deformation der Rohrplatte verhindert wird, während gleichzeitig die Risiken möglichst klein gehalten werden, die von dem allgemein spröden Verhalten der Rohr- und Rohrplattenmaterialien hervorgerufen werden, welche während des Einbaus des Stopfens offenbar werden können.

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So kann z.B. die Explosivkraft auf den Kolben dadurch begrenzt werden, daß entweder eine innere ümfangskerbe 32 oder eine äußere Umfangskerbe 30 in die Muffe 16 eingeführt wird. Hierdurch wird die Trennung der Muffe 16 vom Gehäuse 12 bei einer vorbestimmten Kraft gestartet. Durch Veränderung der Tiefe der verwendeten Kerbe, kann der Grad der Stopfenausdehnung gesteuert werden, da ein Teil der Explosionsenergie zum Bruch der Kerbe verbraucht wird. Darüber hinaus kann die Muffe 16 gleichzeitig mit Kerben 30 und 32 ausgebildet sein. Als Folge dieses Aufbaus kann das Verlängerungsbauteil 34 dann entfernt werden, ohne daß ein Abschrauben vom Gehäuse 12 erforderlich ist.

Alternativ hierzu kann das Verlängerungsbauteil 34 so ausgebildet sein, daß es bei einer gewünschten Kraft abgetrennt wird, wodurch die Explosionskraft der Umgebung ausgesetzt und die in ihr enthaltene überschüssige Energie abgegeben wird.

Die Ausdehnung des Stopfens kann darüber hinaus durch Einführung eines Abzuges 54 in der ersten Kammer 20 der Muffe 16 in unmittelbarer Nachbarschaft der Verbindungsstelle 14 gesteuert werden. Vergleiche hierzu Fig. 2. Durch gezielte Auswahl der Länge der Stange 46 ist es möglich, den Umfang zu verändern, in welchem der Kolben 26 der vom Laderaum 38 abgegebenen Explosivkraft ausgesetzt ist. Es wird angemerkt, daß zu dem Zeitpunkt, in welchem die Stange 46 den Laderaum 38 verläßt ("Erschöpf ungs punk t "), die verbleibende Explosionsenergie über den Abzug 54 zur Atmosphäre abgegeben wird. Demzufolge wird natürlich die Kolben- und Muffenverschiebung beendet. Durch Verwendung einer längeren Stange wird der Beginn des Erschöpfungspunktes verzögert, wodurch eine größere Kolben-(und Muffen-) verschiebung ermöglicht wird. Im Gegensatz hierzu wird eine kürzere Stange den

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Beginn des Erschöpfungspunktes beschleunigen, wodurch sich eine kleinere Kolben-(und Muffen-) verschiebung ergibt. Wenn die Abzugsoption gewählt wird, ist klar, daß der Teil der Muffe 16, welcher mit dem Abzug 54 ausgebildet ist, mit der Umgebung in Verbindung stehen muß, so daß die überschüssige Energie nach außen abgegeben werden kann und nicht auf die Stange 46. 10

Als weitere Bestätigung der Vielseitigkeit des vorliegenden Stopfens kann das Verhältnis zwischen der aus der Sprengladung 50 zur Verfügung stehenden Energie und der inneren Geometrie des Stopfens 10 verändert werden, um den gewünschten Ausdehnungsgrad zu bewirken. Wenn z.B. ein relativ großer Verjüngungswinkel 56 gewählt wird, ergibt sich eine größere Muffenverformung. Im Gegensatz hierzu ergibt sich eine geringere Muffenverformung, wenn ein relativ kleiner Verjüngungswinkel 56 gewählt wird.

Andere Variable können verwendet werden. So kann z.B. der Durchmesser der Stange 46, der Durchmesser des Laderaums 38 und die Stärke der Sprengladung verändert werden. Durch vollständiges Weglassen der Stange 46 (die in Fig. 1 gezeigt ist) wird eine größere Kraft auf den Kolben 26 ausgeübt. Darüber hinaus kann der Reibungskoeffizient zwischen dem Kolben 26 und der Innenwand des Muffenhohlraums 18 verändert werden, wodurch sich das Verhältnis

Energie-Verschiebung des Stopfens 10 verändert. 30

Es wird angemerkt, daß durch Weglassen der Stange 46 und die Möglichkeit, daß ein Teil der Sprengladung in die erste Kammer 20 eintritt, die Eigenschaften des Ausdehnungsvorganges übertragen werden können von einer ° direkten Ausdehnung, welche ausschließlich durch die lineare Verschiebung der Stangen-Kolben-Kombination veranlaßt wird, zu einer kombinierten Ausdehnungswirkung, welche sich sowohl aus der radialen Verschiebung der

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Muffe 16, welche durch das in der Kammer 20 enthaltene Explosionsmittel veranlaßt wird, als auch aus der lineac re Verschiebung, welche durch den stangenlosen Kolben bewirkt wird, ergibt.

Die Muffe 16 kann ümfangsnuten 28, wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthalten oder glatt ausgebildet sein, wie in Fig. Q 2 gezeigt ist, abhängig von den Beanspruchungsbedingungen, Materialien und Rohrzuständen. Die Nuten 28 werden in die Wand des zu verschließenden Rohres gepreßt und bilden einen lecksicheren, geriffelten Verschluß zwischen diesen.

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Claims

Patentansprüche

1. Explosiv aktivierter Stopfen zum mechanischen Verschließen eines Rohres, gekennz eichnet durch eine Expansionsmuffe (16), die an einem Ende offen und am anderen Ende geschlossen ist und einen teilweise kegelförmigen inneren Querschnitt aufweist, ein gehärtetes, rohrförmiges Explosionsgehäuse (12), das mit dem offenen Endteil der Muffe verbunden ist, einen kegelstumpfförmigen Kolben (26), der innerhalb der Muffe angeordnet ist und in berührendem Kontakt mit der Innenwand der Muffe steht, ein VerlängerungsbauteiL (34), das lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist, und Sprengeinrichtungen (48, 50), die innerhalb des Gehäuses angeordnet und von außen bedienbar sind, um den Kolben zu veranlassen, die Muffe gegen die umgebende Rohrfläche auszudehnen, wodurch ein lecksicherer Verschluß mit dieser bewirkt wird.

2. Stopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (16) eine erste und zweite Kammer (20, 22) von

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ungleichem kreisförmigen Querschnitt und eine zwischen diesen angeordnete kegelstumpfförmige Kammer (24) auf— c weist.

3. Stopfen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens eine Nut (28), welche die äußere Oberfläche der Muffe (6) umschreibt.

4. Stopfen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kolben (26) eine Stange (46) befestigt ist, die sich mindestens teilweise in das Gehäuse (12) erstreckt.

5. Stopfen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verlängerungsbauteil (34) in Schraubverbindung mit dem Gehäuse (12) steht.

6. Stopfen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Muffe (16) in der Nähe des Gehäuses (12) ein Abzug (54) ausgebildet ist.

7. Stopfen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kerbe (3 0) die äußere Wand der Muffe (16) in der Nähe des Gehäuses (12) umschreibt.

8. Stopfen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kerbe (32) die innere Wand der Muffe (16) in der Nähe des Gehäuses (12) umschreibt.

9. Stopfen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Kerben (30, 32) jeweils die äußere und innere Wand der Muffe (16) in der Nähe des Gehäuses (12) umschreiben.

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