DE3117901C2 - Verfahren zum druckdichten Verbinden eines Stahlrohres mit einer Metallhülse sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum druckdichten Verbinden einer mit einem Flansch versehenen Hülse mit einem Rohr, insbesondere für unter Wasser verlegte Gas- und Ölleitungen beschrieben, bei dem das freie Ende des Rohrs in die mit dem Flansch versehenen Hülse unter Einhaltung eines Spiels eingeführt wird, das Rohr in der Hülse mit Hilfe eines federnd nachgiebigen expandierbaren Körpers ausgedehnt wird, der in axialer Richtung zusammengedrückt wird, die axiale Kompression aufgehoben und der expandierbare Körper herausgezogen wird. Die radiale Ausdehnung ist derart, daß das Rohr im plastischen Verformungsbereich und die Hülse im elastischen Verformungsbereich ausgedehnt werden, so daß man zwischen dem Rohr und der Hülse eine Einheit erhält, die unlösbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum druckdichten Verbinden eines Stahlrohres mit einer Metallhülse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 41 32 437 ist es zum Verbinden zweier Rohrstücke einer Auspuffleitung für Kraftfahrzeuge bekannt, das eine Rohrende in einen Spalt zwischen dem anderen Rohrende und einer an diesem befestigten Hülse einzusetzen, worauf durch radiale Verformung mittels eines kugelförmigen, expandierbaren Bauteils diese Anordnung derart plastisch verformt wird, daß sich eine kugelgelenkartige Verbindung ergibt, die eine gewisse Schwenkbewegung der beiden Rohrteile relativ zueinander zuläßt. Gegenüber einer Zugbeanspruchung in Achsrichtung werden die beiden Rohrteile durch die kugelgelenkförmige Verbindung formschlüssig zusammengehalten.

Aus dem DE-GM 73 38 410 ist ferner eine Verbindung eines Rohrendes mit einem Flanschteil bekannt, bei der das Rohrende mittels eines Domes aufgeweitet und gegen die gegenseitig konischen Innenflächen des Flanschteiis gepreßt wird. Bei dieser Verbindung kann auch das äußere Flanschieil zusammengedrückt und gegen das Rohrende gedrückt werden. Hierbei kann eine Verformung im elastischen Bereich stattfinden, die aber für die Verbindung nicht ausschlaggebend ist. Gegen Axialbeanspruchung v/erden die beiden Teile formschlüssig zusammengehalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß in einfacher und kostengünstiger Weise vor allem Pipelines in großen Meerestiefen mit einer Hülse

fest verbunden werden können.

Diese Aufgabe wird dur-.-h die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs I gelöst. Durfh die plastische Aufweitung des Röhrendes und die /urückfedernde, nur im elastischen Bereich aufgeweitete Hülse erhalt man eine im wesentlichen kraftschlüssige Verbindung zwischen Rohrende und Hülse, die auch axialen Beanspruchungen standhält. Die Verbindung wird dabei anstelle einer Schrumpfung durch unterschiedliche Wärmeausdehnung der zu verbindenden Teile durch unterschiedliche Elastizitätsgrenzen der zu verbindenden Teile hergestellt, wobei sich eine zuverlässige Abdichtung zwischen Rohrende und Hülse ergibt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist im Anspruch 2 angegeben.

Der Anspruch 3 gibt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wieder, die im Aufbau einfach und auch durch Fernsteuerung leicht zu bedienen ist. Aus der GB-PS 4 09 815 ist es zwar bekannt, auf dem Innenumfang eines Rohres angeordnete Klemmelemente durch Aufbringen einer Zugbeanspruchung in Achsrichtung aufzuspreizen, jedoch liegen dabei die Klemmelemente in einem Winkelabstand voneinander

.25 auf dem Rohrumfang an, so daß eine gleichmäßige Aufweitung nicht möglich ist.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ' wiro nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeif t

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Rohrende, in das eine Vorrichtung zum Aufweiten eingebracht ist und auf dem eine mit einem Flansch versehene Hülse aufgeschoben ist,

Fig.2 die Anordnung nach Fig. 1 im aufgeweiteten Zustand, und

Fig. 3 die Anordnung nach Entfernen der Aufweitvorrichtung.

Mit 1 ist in F i g. 1 ein hochfestes Stahlrohr für öl- oder Gaspipelines bezeichnet, dessen freies Ende auf druckdichte Weise mit einer zylindrischen Hülse 2 zu verbinden ist, die einen konstanten Querschnitt hat und mit einem Flansch 3 versehen ist.

Die Hülse 2 besteht aus einem metallischen Material, das einen größeren elastischen Verformungsgrad als das Material des Rohrs 1 hat, und insbesondere ist sie aus einem metallischen Material derselben Art wie das Rohr hergestellt, d. h. aus einem hochfesten Stahl, der aber eine Streckgrenze o$ von wenigstens den- Zweifachen der Streckgrenze des Rohrs besitzt, oder sie ist alternativ aus einem metallischen Material einer anderen Sorte als das Material des Rohrs hergestellt, wie z. B. einer Titanlegierung, die einen Elastizitätsmodul E hat, der etwa halb so groß wie derjenige des Rohrmaterials ist, und die eine Streckgrenze σ«, aufweist.

die etwa dreimal so groß wie diejenige des Rohrs ist. Ferner hat die Hülse 2 eine Wandstärke, die größer als diejenige des Rohrs ist. Der Wert der Wandstärke wird mit Hilfe von an sich bekannten mathematischen Formeln derart bestimmt, daß der durch die zurückbleibende Grenzfläche zwischen der Hülse und dem Rohr erzeugte Druck in unmittelbarer Nähe des maximalen Drucks liegt, dem das Rohr ohne zu brechen standhalten kann.

Schließlich ist der Innendurchmesser der Hülse 2 derart gewählt, daß nach dem Aufschieben der Hülse auf das freie Ende des Rohrs 1 ein bestimmter Zwischenraum 4 zu der Außenfläche des Rohrs 1 vorhanden ist, v/odurch das Anbringen der Hülse selbst

bei sehr großen Meeresiiefen erleichten wird.

In du; Anordnung, bestehend aus dem Rohr 1 und der Hülse 2, wird dann ein starrer Kautschukslopfen 5 mit einem kreisringförmigen Querschnitt eingeführt, der lose auf einem Schaft 6 aus hochfestem Stahl angebracht i ist. Der Stopfen 5 hat an jeaem se.tlichen Ende einen Umfangskonus 7 und 8 jeweils, der eine Einführung in V-förmige Umfangsnuten 9 und 10 jeweils ermöglicht, die auf den gegenüberliegenden Stirnflächen von zwei, ein Herauspressen verhindernden Nylonringen 11 und 12 ausgebildet sind, die ebenfalls lose auf dem Schaft 6 angebracht sind und zwischen denen der Stopfen 5 eingeschlossen ist.

Der starre Kiutschukstcpfer. 5 wird dadurch axial zusammengedrückt, daß er durch die Nylonringe 11 und ι ^r> 12 beaufschlagt wird, was bedeutet, daß die Nylonringe 11 und 12 aufeinander zu bewegt werden. Wenn jedoch der Stopfen 5 zusammengedrückt wird, übertragen der Umfangskonus 7 und 8 den geneigten Wandflächen der V-formigen NuU -ι 9 und 10 der Nylonringe 11 und 12. in 2u

. die diese konusförmigen Teile eingeführt sind, eine Ausdehriungskraft, wodurch die Innenlippen 13 und die Außenlippen 14 der Nuten 9 und 10 unter Andrücken an der Innenfläche des Schafts 6 und an der Innenfläche des Rohrs 1 jeweils angreifen. Da jegliches Herauspressen

.des Stopfens verhindert wird, kann daher der Kautschukslopfen 5 sehr stark zusammengedrückt werden, und Probeläufe haben gezeigt, daß ein radialer Aiisdehnungsdruck in der Größenordnung von 1962 bis 2943 bar (2000 bis 3000 Atmosphären) erzeugt werden kann.
Die Beaufschlagung der Nylonringe 11 und 12 zur

' Erzeugung der axialen Kompression des Stopfens 5 kann auf irgendeine geeignete Weise erfolgen. In den Figuren der Zeichnung werden hierzu zwei zusätzliche Schulterringe 15 und 16 aus hochfestem Stahl verwendet. Der ständig fest mit dem Schaft 6 verbundene Ring 15 ist so angeordnet, daß der Nyionring 11 aufliegt, während der Ring 16 lose auf dem Schaft 6 angebracht ist und gegen den Nylonring 12 anliegt. Die axiale Kompression des Stopfens 5 wird dadurch bewirkt, daß sowohl rter lose angebrachte Ring 16 als auch der Schaft 6 in Gegenrichtungen entsprechend den Pfeilen 17 und 18 in Fig 2 beaufschlag! werden.

Durch das axiale Zusammendrücken des. starren Kautschukstopfens 5 wird daher on radialer Ausdehnungsdruck (19 in Fi g. 2) erzeugt, der versuchi. sowohl das Rohr 1 als auch die mit dem Flansch versehene Hülse 2 radial auszudehnen.

Wenn der Stopfen 5 den notwendigen Druck erzeugen kann, wird die radiale Ausdehnung fortgesetzt, bis die Hülse 2 ihre elastische Verformungsgrenze erreicht, die — wie zuvor erwähnt — etwa zweimal so groß wie diejenige des Rohrs 1 ist. Wenn diese Grenze erreicht ist. wird die Anordnung, bestehend aus dem Rohr 1 und der mit dem Flansch versehenen Hülse 2, entsprechend F i g. 2 verformt.

Da jedoch der starre Kau'.schukstopfen 5 aus dem Rohr nach dem Aufheben des axialen Drucks herausgezogen wird, stellt sich die Anordnung, bestehend aus dem Rohr 1 und der mit dem Flansch versehenen Hülse 2, zurück, wobei die Anordnung, ausgehenu von der verformten Form nach Fig.2, die in Ftg,3 mit einer gebrochenen Linie bei 20 eingetragen ist, in die Endlage gebracht wird, die in durchgezogenen Linien in Fig.3 gezeigt ist. Die zurückbleibende Gren/iläche, die zwischen dem Rohr und der Hülse infolge der Tatsache erzeugt wird, daß die mit dem Flansch versehene Hülse 2 sich nur in einem Teil ihrer elastischen Verformung zurückstellen kann, und daß das plastisch verformte Rohr 1 vorhanden ist, wird zwischen dem Rohr 1 und der mit dem Flansch versehene Hülse 2 ein Druck 21 erzeugt, der eine wirksame Dichtung über die gesamte Länge der Hülse 2 hinweg ermöglicht und einen starken Widerstand gegen eine wechselseitige Gleitbewegung zwischen dem Rohr und der Hülse aufbringt.

Die beschriebene Anordnung ist insbesondere zum Reparieren beschädigter Pipelines in Meerestiefen von über600 m bestimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum druckdichten Verbinden eines Rohres aus hochfestem 'jiahl mit einer zylindrischen Metallhülse, insbesondere zur Reparatur von Pipelines in großen Mecrestiefen, durch bleibendes plastisches Verformen des in der Hülse liegenden Rohrabschnittes in dichte Anlage an die Hülseninnenwand, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse aus einem Werkstoff mit einem solchen höheren elastischen Verformungsgrad als der Stahl des Rohres hergestellt wird, daß das Rohr plastisch radial nach außen verformt wird, während die Hülse im wesentlichen nur im elastischen Bereich verformt wird.

2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung radial nach außen durch axiales Stauchen eines in dem Rohr eingescfilossenen, elastisch verformbaren Körpers ausgeübt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Schaft und darauf angeordneter Aufweiteinrichtung, die durch axiales Verschieben des Schaftes relativ zur Aufweiteinrichtung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufweiteinrichtung auf dem Schaft (6) ein zylindrischer Kautschukstopfen (5) lose zwischen auf dem Schaft verschiebbaren Anpreßringen (11, 12) angeordnet ist, die auf den dem Kautschukstopfen (5) zugekehrten Seiten eine V-förmige Umfangsnut aufweisen, in welche die entsprechend geformten Enden des Kautschukstopfens eingreifen.