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Rohrleckagesuch- und -stopfeinrichtung zum Stopfen undichter
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Rohranschlüsse in Sammelrohren von wärmetechnischen Apparaten Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrleckagesuch-und -stopfeinrichtung zum Stopfen
undichter Rohranschlüsse in Sammelrohren von wärmetechnischen Apparaten nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei wärmetechnischen Apparaten und auch bei Apparaten für die chemische
Verfahrenstechnik mit Rohrbündeln für den Wärmeaustausch und mit Sammlern ist es
üblich, die Rohranschlussstellen an den Rohrsammlern periodisch auf Dichtheit zu
prüfen und lecke Stellen bei eingewalzten Rohren durch Eintreiben eines Stopfens
in das betreffende Rohrende oder, bei an den Sammler angeschweissten Rohren, in
die entsprechende Bohrung des Sammlers abzudichten. Diese Stopfen besitzen einen
zylindrischen Führungsteil und einen konischen Dichtungsteil und werden vom Kolben
eines Hydraulikzylinders, der durch eine Handpumpe unter Druck gesetzt wird, in
die Bohrung hineingepresst. Zum Ausgleich von Unregelmässigkeiten in der Bohrung
des Sammlers kann der Dichtungsteil mit Ringnuten versehen sein. Da sich dieses
Verfahren des Rohrabstopfens betrieblich bewährt hat, sind verschiedene Hersteller
von solchen wärmetechnischen und chemischen Apparaten mit Rohrbündeln, insbesondere
von Hochdruckspeisewasservorwärmern für Dampfkraftwerke, dazu übergegangen, die
Rohre
einzeln an die innenliegenden, von aussen zugänglichen Sammler
stumpf anzuschweissen. Schadhafte Rohre werden durch Einpressen der erwähnten Stopfen
in die entsprechenden Bohrungen der beiden Sammler für die Zu- bzw. Ableitung des
zu erwärmenden Mediums ausser Betrieb gesetzt.
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Die dafür verwendeten bekannten Stopfvorrichtungen weisen einen innerhalb
des Sammlers mit einem Transportwagen verfahrbaren Hydraulikzylinder auf, dessen
Kolben rechtwinklig zur Längsachse des Sammlers steht. Das Ende des Kolbens nimmt
den Verschlussstopfen auf, der, nachdem die Achse des Hydraulikzylinders auf die
Bohrungsachse ausgerichtet worden ist, in die abzuschliessende Bohrung eingetrieben
wird, wobei sich der Hydraulikzylinder auf den der Bohrung gegenüberliegenden Wandteil
des Sammlers abstützt. Zum Verfahren des Transportwagens mit dem Hydraulikzylinder
im Inneren des Sammlers ist am Zylinder eine zur Achse des Sammlers koaxiale Führungs-
und Manipulierstange befestigt, die in einem Führungskreuz mit gewöhnlich drei radialen
Speichen, der am geöffneten Mannloch des Sammler installiert wird, koaxial zur Achse
des Sammlers geführt ist. Mit einem Handgriff am ausserhalb des Sammlers befindlichen
Ende der Führungs- und Manipulierstange kann der Kolben des Hydraulikzylinders in
die richtige Position gegenüber einer zu stopfenden Bohrung im Sammler gebracht
werden.
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Die schwachen Punkte der bekannten Einrichtungen für den gegenständlichen
Zweck bestehen in der Schwierigkeit, lecke Rohre bzw. Rohranschlüsse am Sammler
und damit Fehlstopfungen, d.h., Stopfungen intakter Rohre, mit Sicherheit zu vermeiden.
Die übliche Methode zur Leckagesuche besteht nämlich darin, dass das Gehäuseinnere
mit Wasser oder Luft unter Druck gesetzt wird und, bei Wasser, mittels Augenscheins
oder, bei Luft, durch Federbüschel oder dergleichen festgestellt wird, ob und wo
Undichtheiten vorhanden sind.
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Da aber das Prüfmedium, abhängig von Grösse, Gestalt und
Orientierung
eines Risses, mehr oder weniger regellos ausströmt, ist die genaue Lokalisierung
des Risses hierbei schwierig zu entscheiden. Bei eng beieinanderstehenden Rohren
kann es daher zu Fehlbeurteilungen der Rissstelle und damit zu Fehlstopfungen kommen.
Ein weiterer Nachteil dieser Methode besteht darin, dass es schwierig ist, den Hydraulikzylinder
und damit den Stopfen exakt auf die Achse des zu stopfenden Rohres auszurichten.
Dazu kommt, dass bei in die Sammlerwand eingewalzten Rohren deren Enden, die um
ein kleines Stück in das Innere des Sammlers hineinragen, die Räder des Transportwagens
behindern können und damit sein Positionieren erschweren.
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Mit der vorliegenden, im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 definierten Einrichtung sollen diese Nachteile der bekannten Rohrstopfeinrichtungen
vermieden werden. Insbesondere soll diese Einrichtung eine absolut zuverlässige
Lokalisierung der Leckstellen gewährleisten und eine schnelle und genaue Positionierung
des Hydraulikzylinders unter das zu stopfende Rohr ermöglichen. Schliesslich soll
die Einrichtung die Forderung erfüllen, dass alle diese Operationen von ausserhalb
des Sammlers und von einem einzelnen Mann ausgeführt werden können.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spiels
für die Anwendung bei Hochdruckspeisewasservorwärmern von Dampfkraftwerken wird
die Erfindung im folgenden näher beschrieben.
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In der Zeichnung stellen dar: Fig. 1 im Längsschnitt einen Teil eines
Hochdruckspeisewasservorwärmers eines Dampfkraftwerks, der einen Sammler enthält,
Fig. 2 in grösserem Massstab einen Querschnitt durch denselben gemäss dem in Fig.
1 eingetragenen Schnitt-
verlauf II-II, Fig. 3 die Rohrleckagesuch-
und -stopfeinrichtung in Arbeitsstellung, die Fig. 4 und 5 die Leckagesucheinheit
und die Stopfeinheit mit dem Transportwagen in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht
bzw. in einem Aufriss, Fig. 6 Details der Elemente für die Führung und das Feststellen
der Führungs- und Manipulierstange, Fig. 7 eine Feststelleinheit für die Führungs-
und Manipulierstange, und die Fig. 8 eine Unteransicht des Hydraulikzylinders.
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Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausschnitt aus einem Hochdruckspeisewasservorwärmer
1 befindet sich innerhalb des Kesselmantels 2 ein Rohrbündel 3 für das zu erwärmende
Speisewasser, dessen Rohre 5 radial in einen Speisewasseraustrittssammler 4 einmünden,
und zwar gleichmässig verteilt über einen Teil von dessen Umfang. Ein gleich aufgebauter
Speisewassereintrittssammler, in den das kalte Speisewasser eintritt, befindet sich
im nicht dargestellten Teil des Vorwärmers 1. Die Rohre 5 können mit ihren Anschlussenden
beispielsweise durch Stumpfschweissung mit den beiden Sammlern verbunden sein. Die
Zuführung des Heizdampfes erfolgt durch den Dampfeintrittsstutzen 6. Der Heizdampf
umströmt das Rohrbündel 3 im Gegenstrom und wird nach seiner Abkühlung als Kondensat
aus einem nicht dargestellten Kondensataustrittsstutzen abgezogen.
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Aus Fig. 2, die in grösserem Massstab als Fig. 1 den dort eingetragenen
senkrechten Schnitt II-II durch den Dampfeintrittsstutzen 1 darstellt, geht die
Ausbildung des Auslassammlers 5 hervor.
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Der Sammler 4 ist mit seinem linken Ende mit dem Kesselmantel 2 verschweisst,
während sein anderes Ende frei ausdehnbar in einen Inspektionsstutzen 7 hineinragt,
der mittels eines Inspektionsdeckels 8 und Stiftschrauben 9 mit Muttern verschlossen
ist. Das frei ausdehnbare Ende des Sammlers 4 ist durch einen Sammlerabschlussdeckel
10 verschlossen, der mittels Stiftschrauben 11 mit Muttern befestigt ist. Das linke,
offene Ende des Sammlers 4 ist der Speisewasseraustritt 12.
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Die vorliegende Erfindung wird nun in Anwendung auf den Sammler 4
beschrieben, sie ist aber auch in gleicher Weise bei allen wärmetechnischen und
chemischen Apparaturen verwendbar, bei denen Rohre in nicht begehbare, rohrförmige
Sammelbehälter münden.
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Die Rohrleckagesuch- und Stopfeinrichtung ist in Fig. 3 in ihrer Arbeitsstellung
im Inneren des Sammlers 4 gezeigt.
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Ihre Hauptteile sind ein Transportwagen 13, eine Führungs-und Manipulierstange
14, eine Führungstraverse 15, eine Leckagesucheinheit 16 mit Spiegel 17 und Lampe
18, eine Rohrstopfeinheit 19, ferner ein Schlauch 20 mit einem Wassergefäss 21,
eine Stromquelle 22, die über ein elektrisches Kabel 23 die Lampe 18 speist, ein
über einen Handhebel 24 betätigbarer Kabelzug 25 zum Ein- und Ausfahren eines Suchzapfens
26 der Leckagesucheinheit 16 sowie eine Hochdruckhydraulikpumpe 27 mit Handhebelbetätigung,
die über zwei Hydraulikschläuche 28, 29, die sich in Fig. 3 in der Projektion überdecken,
für die Hin- und Rückleitung der Hydraulikflüssigkeit mit einem Hydraulikzylinder
30 der Rohrstopfeinheit 19 verbunden sind.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen den Transportwagen 13, die Stopfeinheit 19
und die Leckagesucheinheit 16 in Arbeitsstellung, letztere in der Position, in der
der Suchzapfen 26
in die Bohrung 31 des zu überprüfenden Vorwärmerrohres
eingefahren ist. Der Transportwagen 13 weist drei von einer Nabe 32 ausgehende Arme
33 auf, an deren gabelförmig ausgebildeten Enden Rollen 34 mit zwei Spurkränzen
drehbar gelagert sind. Die von den zwei Spurkränzen begrenzte Rille ist breiter
als der Durchmesser der Stopfen oder, bei eingewalzten Rohrenden, die nach innen
in den Sammler hineinragen, als der Rohraussendurchmesser, so dass der Transportwagen
diese vorstehenden Teile ungehindert überfahren kann.
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Der Transportwagen 13 sitzt mit seiner Nabe 32 verschiebbar auf einem
Führungszapfen 35, der koaxial zur Führungs-und Manipulierstange 14 ist und einen
Teil eines Jochs 36 bildet, das an der dem Zapfen 35 gegenüberliegenden Stelle mit
der Stange 14 verbunden ist. Der Verschiebeweg des Transportwagens 13 ist nach hinten
durch einen Bund 37 am Ende des Zapfens 35 begrenzt. In einer Bohrung des Jochs
36 quer zur Längsachse der Stange 14 sitzt eine Büchse 38, die den Hydraulikzylinder
30 aufnimmt. Dessen Zylindermantel ist mit einem Aussengewinde 39 versehen, auf
dem zwei Ringmuttern 40, 41 verschraubbar sind, mit denen sich die Lage des Zylinders
zur Büchse 38 einstellen lässt.
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Eine Schraubendruckfeder 42, die zwischen einer oberen Planfläche
des Jochs 36 und der oberen Ringmutter 41 eingespannt ist, sorgt dafür, dass der
Hydraulikzylinder 30 in einer extremen oberen Stellung gehalten wird, so lange er
keinen Stopfvorgang ausführt, erlaubt aber bei einem Stopfvorgang durch den anfänglichen
Widerstand eines Stopfens 43 gegen das Eintreiben in die Bohrung 31 ein Ausweichen
des Hydraulikzylinders relativ zum Joch 36 nach unten bis zu seiner Auflage an der
Sammlerwand, worauf die weitere Kolbenbewegung den Stopfen 43 in die Bohrung 31
hineinpresst.
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Am oberen Ende des Zylinders 30 ist eine Kolbenstange 45 eines nicht
dargestellten Kolbens in einer Nabe 44 geführt,
in deren Aussenfläche
in einer Schraubrille das untere Ende einer als Schraubenfeder ausgeführten Haltefeder
46 eingeschraubt ist. An ihrem oberen Ende nimmt diese Haltefeder 46 einen ebenfalls
mit einer äusseren Schraubrille versehenen Stopfenaufnehmerring 47 auf, der in zwei
Innennuten O-Ringe 48 enthält. Diese O-Ringe gewährleisten bis zum Eintreiben des
Stopfens 43 seine sichere und doch nachgiebige Fixierung während der ganzen Vorbereitungen.
Die Haltefeder 46 ist weich und ihr freies Ende mit dem Stopfenaufnehmerring 47
daher so weit beweglich, dass es beim Einführen des Stopfens 43 in die zu verschliessende
Bohrung 31 kleinere Versetzungen der Kolbenstangenachse gegenüber der Bohrungsachse
auszugleichen erlaubt.
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Die in Fig. 8 dargestellte Unteransicht des Hydraulikzylinders 30
lässt die beiden in einer Ebene liegenden Hydraulikschläuche 28 und 29 für die Zuführung
und den Rückfluss der Hydraulikflüssigkeit erkennen.
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Am vorderen Ende des Jochs 36 ist eine Grundplatte 49 der Leckagesucheinheit
16 befestigt. An ihr sind der Spiegel 17 und die elektrische Lampe 18 befestigt
und in ihrem oberen Teil ist der Suchzapfen 26 radial verschieblich gelagert, und
zwar radial bezogen auf den Kreisquerschnitt des Sammlers. Der Suchzapfen 26 weist
eine Längsbohrung auf, an deren unteres Ende der Schlauch 20 angeschlossen ist.
Am oberen Ende weist der Suchzapfen einen Bund 50 und einen Zentrierzapfen 51 auf,
der dazu bestimmt ist, in die Bohrung 31 des Sammlers einzurasten, wobei dann die
Bohrung 31 gegen das Sammlerinnere durch einen am Bund 50 anliegenden O-Ring 52
abgedichtet wird. Ein mit einer Schenkelfeder 53 belasteter Winkelhebel 54, dessen
feste Drehachse in der Grundplatte 49 sitzt und dessen oberer Hebelarm über ein
Langloch mit einem Bolzen 55 am Suchzapfen 26 zusammenwirkt, übt auf den Suchzapfen
26 eine nach
innen wirkende Kraft aus, die bei losgelassenem Kabel
des Kabelzugs 25 den Suchzapfen 26 nach innen drückt und somit den Zentrierzapfen
51 aus der Bohrung 31 herauszieht. Durch Betätigen des Handhebels 24 an der Führungs-
und Manipulierstange 14 kann über den am anderen Hebelarm des Winkelhebels 54 angreifenden
Kabel zug 25 der Suchzapfen nach oben gedrückt und damit der O-Ring 52 fest an die
Sammlerwand angedrückt werden, um eine sichere Abdichtung zu erreichen.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen Details der Führungstraverse 1 und der Führungs-
und Manipulierstange 14 sowie von Elementen zur Fixierung und Lokalisierung der
Leckagesucheinheit 16 und der Rohrstopfeinheit 19 im Sammler.
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Um den Vorwärmerkessel zur Prüfung auf Leckage nach Abnahme des Inspektionsdeckels
8 und des Sammlerabschlussdeckels 10, siehe Fig. 2, unter Druck setzen zu können,
muss zunächst der Spalt 56 zwischen dem freien Ende des Sammlers 4 und dem Inspektionsstutzen
7 abgedichtet werden. Dazu dienen ein Dichtring 57 von trapezförmigem Querschnitt
und ein O-Ring 58, wobei der Dichtring mit Hilfe der zur Befestigung des Deckels
10 vorgesehenen Stiftschrauben 11 am Sammler angeschraubt wird. Zwei einander diametral
gegenüberliegende längere Stiftschrauben 59, die zu diesem Zweck anstelle der Stiftschrauben
11 eingesetzt werden, nehmen auch die Führungstraverse 15 auf. Diese besteht aus
einer massiven Nabe 60, deren Umriss in der Ansicht, siehe Fig. 7, von einem bezüglich
der Längsachse der Traverse symmetrischen Achteck gebildet wird und in der die Führungs-
und Manipulierstange 14 längsverschieblich geführt ist, sowie aus zwei an der Nabe
60 angeschweissten Rippen 61, 62 mit T-Profil, die an ihren freien Enden mit den
Bohrungen für die Befestigung mittels der Stiftschrauben 59 versehen sind. An der
rechten Seite, Fig. 7, ist in einer Gewindebohrung der Nabe 60 eine Schraubenspindel
63 mit einem Handrad 64 verschraubbar. Die Spitze der Schrauben-
spindel
63 greift in eine Bohrung eines Hohlkeils 65 ein, mit dem die Führungs- und Manipulierstange
14 festgeklemmt werden kann.
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Vor der Nabe 60 der Führungstraverse 15 befindet sich ein Distanzhalter
66, bestehend aus einer Führungsplatte 67, einem mittels einer Schraube 68 und einer
Scheibe 69 an dieser Führungsplatte 67 befestigten Distanzbolzen 70, einer Schraubenspindel
71 mit Handrad 72 sowie aus einem Hohlkeil 73 mit einer Bohrung, in die die Spitze
der Schraubenspindel 71 eingreift, so dass der Distanzhalter 66 auf der Führungs-
und Manipulierstange 14 festgeklemmt werden kann.
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Der Umriss der Führungsplatte 67 deckt sich in der Ansicht, siehe
Fig. 7, links von der vertikalen Symmetrieachse der Führungstraverse 15 mit dem
entsprechenden Teil des Umrisses der Nabe 60, wogegen er rechts von der genannten
Symmetrieachse gegen dieselbe nach innen verschoben ist.
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Der Distanzbolzen 70 weist in seinem vorderen Teil einen Bund 74 auf,
gegen den die Führungsplatte 67 verspannt ist, und in seinem hinteren Teil eine
als Anschlag wirkende Scheibe 75, die durch eine Schraube 76 befestigt ist. Der
maximal mögliche Verschiebeweg des Distanzbolzens 70 und damit des ganzen Distanzhalters
66 ist mit 77 bezeichnet.
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Er ist gleich gross wie der auch in den Fig. 3 und 4 mit 77 bezeichnete
Abstand der Achsen des Suchzapfens 26 und der Kolbenstange 45 des Hydraulikzylinders
30 voneinander.
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Das vordere Ende der Führungs- und Manipulierstange 14 ist mit einer
Griffstange 78 versehen, an deren einem Ende der Handhebel 24 für den Kabelzug 25
angebracht ist. Aus Fig. 6 geht hervor, dass die Führungs- und Manipulierstange
14 mit einer Längenmassskala 79 versehen ist, die mindestens so lang ist wie der
maximale Abstand der Rohrmitten
der beiden äussersten senkrechten
Rohrbündelebenen. Damit lassen sich die Positionen der Leckstellen eruieren und
in einen Rohrplan eintragen.
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Ein Leckagesuch- und Rohrstopfvorgang wickelt sich im wesentlichen
folgendermassen ab: Zunächst wird der Vorwärmerkessel, nachdem er mit dem 0-Ring
58 und dem Dichtring 57 abgedichtet worden ist, unter Druck gesetzt, zweckmässig
durch Druckluft. Sodann erfolgt eine Groblokalisierung der undichten Rohranschlüsse
bzw.
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Rohre, indem man mit einem an einem Stab angebrachten Wollfadenbüschel
oder dergl. die Reihen der Rohreinmündungen abfährt und die leckageverdächtigen
Stellen des Sammlers auf dem Rohrplan markiert. Sodann wird die Einrichtung mit
dem Transportwagen 13 in den Sammler eingefahren und die Führungstraverse 15 an
der Stirnseite des Sammlers angeschraubt. Nachdem die Hydraulikpumpe 27 an die Hydraulikschläuche
28, 29 und die Batterie 22 zur Speisung der Lampe 18 angeschlossen worden sind,
wird die Leckagesucheinheit unter visueller Beobachtung über den Spiegel 17 und
mit Hilfe der Längenmassskala 79 an eine Bohrung 31 im leckageverdächtigen Bereich
gebracht und der Suchzapfen gegen den Widerstand der Schenkelfeder 53, siehe Fig.
5, durch Anziehen des Handhebels 24 über den Kabelzug 25 dichtend in die Bohrung
31 gedrückt. Falls das betreffende Rohr oder sein Anschluss an den Sammler leck
ist, bläst die Druckluft aus dem Schlauch 20 heraus. Falls wegen zu geringer Leckmengen
Zweifel darüber bestehen, ob die untersuchte Stelle undicht ist, steckt man das
Schlauchende in das Wassergefäss 21, worauf sich eine tatsächlich vorhandene Undichtheit
durch aufsteigende Wasserperlen verrät.
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Bei diesen Operationen ist die Führungs- und Manipulierstange 14 mit
der daran befestigten Leckagesucheinheit 16 und Rohrstopfeinheit 19 durch die beiden
Schraubenspindeln 63 und 71 nicht blockiert, daher frei längsverschieblich und um
ihre Achse frei drehbar.
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Hier wäre anzumerken, dass es zweckmässig sein könnte, an der Stirnseite
der Führungsplatte 67 eine Gradskala und an der Führungs- und Manipulierstange 14
eine Referenzmarke anzubringen, um damit auch die Winkellagen der leckageverdächtigen
Bereiche bzw. überhaupt der einzelnen lecken Rohre müheloser feststellen und in
den Rohrplan eintragen zu können.
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Bei Vorhandensein einer Undichtheit an der untersuchten Bohrung 31
wird nun die Winkellage dieser Bohrung durch Blockieren der Führungs- und Manipulierstange
14 in der Nabe 60 der Führungstraverse 15 mit dem Handrad 64 fixiert.
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Der Distanzhalter 66 wird nun zum Anschlag an der Vorderseite der
Nabe 60 gebracht und durch das Handrad 72 auf der Führungs- und Manipulierstange
14 festgeklemmt. Der Handhebel 24 wird nun losgelassen, wodurch der Suchzapfen 26
durch die Schenkelfeder 53 aus der Bohrung 31 herausgezogen wird, und sodann die
Blockierung der Führungs- und Manipulierstange 14 in der Nabe 60 durch das Handrad
64 gelöst. Die Führungs- und Manipulierstange 14 wird nun an der Griffstange 78
bis zum hinteren Anschlag 75 des Distanzbolzens 70, d.h., um den maximalen Verschiebeweg.
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77, herausgezogen und die Stange 14 sodann wieder durch das Handrad
64 in der Nabe 60 blockiert. Da der Abstand der Suchzapfenachse von der Achse der
Kolbenstange 45 gleich dem maximalen Verschiebeweg 77 ist, befinden sich nun die
Kolbenstangenachse und der Stopfen 43 unter der zu stopfenden Bohrung. Mittels der
Hydraulikpumpe 27 wird nun der Stopfen eingetrieben, wobei sich der Hydraulikzylinder
30 auf der der Bohrung 31 gegenüberliegenden Seite des Sammlers 4 abstützt.
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Auf diese Weise werden alle Rohre in den leckageverdächtigen Bereichen
untersucht und eventuell gestopft. Die gestopften Rohre bzw. Bohrungen sind zur
Ueberwachung des Zustandes des Vorwärmers im Rohrplan zu markieren.
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Die in Fig. 8 gezeigte Unteransicht auf den Hydraulikzylinder 30 zeigt
im Zylinderboden eine zentrale Bohrung 80 und vier Ausfräsungen 81 am Umfang, hergestellt
mit einem Fräser von gleichem Durchmesser wie der Durchmesser der Bohrung 80. Diese
Bohrungen und Ausfräsungen entsprechen in ihrer Grösse und ihrem gegenseitigen Abstand
dem Teilungsmuster der Berohrung des Sammlers und gestatten ein volles Aufliegen
des Zylinderbodens auf der Sammlerwand und damit ein Stopfen auch dann, wenn diametral
gegenüber dem zu stopfenden Bereich ebenfalls Rohranschlüsse mit vorstehenden Stopfen
oder Rohrenden vorhanden sind. Dies gilt z.B.
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bei dem in Fig. 2 dargestellten Sammler 4 für den Bereich zu beiden
Seiten seiner horizontalen Achse.
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