Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrleckagesuch
und -stopfeinrichtung zum Stopfen undichter Rohranschlüsse
in Sammelrohren von wärmetechnischen Apparaten nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei wärmetechnischen Apparaten und auch bei Apparaten für
die chemische Verfahrenstechnik mit Rohrbündeln für den
Wärmeaustausch und mit Sammlern ist es üblich die Rohran
schlußstellen 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 entspre
chende Bohrung des Sammlers abzudichten. Diese Stopfen besit
zen 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 Unregelmäßigkei
ten in der Bohrung des Sammlers kann der Dichtungsteil mit
Ringnuten versehen sein. Da sich dieses Verfahren des Rohr
abstopfens betrieblich bewährt hat, sind verschiedene Her
steller von solchen wärmetechnischen und chemischen Appara
ten mit Rohrbündeln, insbesondere von Hochdruckspeisewasser
vorwärmern 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 entsprechen
den Bohrungen der beiden Sammler für die Zu- bzw. Ableitung
des zu erwärmenden Mediums außer Betrieb gesetzt.
Die dafür verwendeten bekannten Stopfvorrichtungen weisen
einen innerhalb des Sammlers mit einem Transportwagen ver
fahrbaren 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 be
festigt, die in einem Führungskreuz mit gewöhnlich drei
radialen Speichen, der am geöffneten Mannloch des Sammlers
installiert wird, koaxial zur Achse des Sammlers geführt
ist. Mit einem Handgriff am außerhalb des Sammlers be
findlichen Ende der Führungs- und Manipulierstange kann
der Kolben des Hydraulikzylinders in die richtige Position
gegenüber einer zu stopfenden Bohrung im Sammler gebracht
werden.
Die schwachen Punkte der bekannten Einrichtungen für den
gegenständlichen Zweck bestehen in der Schwierigkeit, lecke
Rohre bzw. Rohranschlüsse am Sammler und damit Fehlstopfun
gen, 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 Augen
scheins oder, bei Luft, durch Federbüschel oder dergleichen
festgestellt wird, ob und wo Undichtheiten vorhanden sind.
Da aber das Prüfmedium, abhängig von Größe, Gestalt und
Orientierung eines Risses, mehr oder weniger regellos aus
strömt, ist die genaue Lokalisierung des Risses hierbei
schwierig zu entscheiden. Bei eng beieinanderstehenden Roh
ren kann es daher zu Fehlbeurteilungen der Rißstelle und
damit zu Fehlstopfungen kommen. Ein weiterer Nachteil dieser
Methode besteht darin, daß es schwierig ist, den Hydraulik
zylinder 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.
Mit der im Patentan
spruch 1 definierten Einrichtung sollen diese Nachteile
der bekannten Rohrstopfeinrichtungen vermieden werden. Insbe
sondere 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 Einrich
tung die Forderung erfüllen, daß alle diese Operationen
von außerhalb des Sammlers und von einem einzelnen Mann
ausgeführt werden können.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei
spiels für die Anwendung bei Hochdruckspeisewasservorwärmern
von Dampfkraftwerken wird die Erfindung im folgenden näher
beschrieben.
In der Zeichnung stellen dar:
Fig. 1 im Längsschnitt einen Teil eines Hochdruckspeise
wasservorwärmers eines Dampfkraftwerks, der einen
Sammler enthält,
Fig. 2 in größerem Maßstab einen Querschnitt durch den
selben gemäß dem in Fig. 1 eingetragenen Schnitt
verlauf II-II,
Fig 3 die Rohrleckagesuch- und -stopfeinrichtung in Ar
beitsstellung, 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 Fest
stellen der Führungs- und Manipulierstange,
Fig. 7 eine Feststelleinheit für die Führungs- und Manipu
lierstange, und die
Fig. 8 eine Unteransicht des Hydraulikzylinders.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausschnitt aus
einem Hochdruckspeisewasservorwärmer 1 befindet sich inner
halb des Kesselmantels 2 ein Rohrbündel 3 für das zu erwär
mende Speisewasser, dessen Rohre 5 radial in einen Speise
wasseraustrittssammler 4 einmünden, und zwar gleichmäßig
verteilt über einen Teil von dessen Umfang. Ein gleich auf
gebauter Speisewassereintrittssammler, in den das kalte Spei
sewasser eintritt, befindet sich im nicht dargestellten
Teil des Vorwärmers 1. Die Rohre 5 können mit ihren Anschluß
enden beispielsweise durch Stumpfschweißung mit den beiden
Sammlern verbunden sein. Die Zuführung des Heizdampfes er
folgt durch den Dampfeintrittsstutzen 6. Der Heizdampf um
strömt das Rohrbündel 3 im Gegenstrom und wird nach seiner
Abkühlung als Kondensat aus einem nicht dargestellten Kon
densataustrittsstutzen abgezogen.
Aus Fig. 2, die in größerem Maßstab als Fig. 1 den dort
eingetragenen senkrechten Schnitt II-II durch den Dampf
eintrittsstutzen 1 darstellt, geht die Ausbildung des Aus
laßsammlers 5 hervor.
Der Sammler 4 ist mit seinem linken Ende mit dem Kessel
mantel 2 verschweißt, während sein anderes Ende frei aus
dehnbar in einen Inspektionsstutzen 7 hineinragt, der mit
tels eines Inspektionsdeckels 8 und Stiftschrauben 9 mit
Muttern verschlossen ist. Das frei ausdehnbare Ende des
Sammlers 4 ist durch einen Sammlerabschlußdeckel 10 ver
schlossen, der mittels Stiftschrauben 11 mit Muttern be
festigt ist. Das linke, offene Ende des Sammlers 4 ist
der Speisewasseraustritt 12.
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 ver
wendbar, bei denen Rohre in nicht begehbare, rohrförmige
Sammelbehälter münden.
Die Rohrleckagesuch- und Stopfeinrichtung ist in Fig. 3
in ihrer Arbeitsstellung im Inneren des Sammlers 4 gezeigt.
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 Was
sergefäß 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 Hoch
druckhydraulikpumpe 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.
Die Fig. 4 und 5 zeigen den Transportwagen 13, die Stopf
einheit 19 und die Leckagesucheinheit 16 in Arbeitsstel
lung, 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 ausge
bildeten Enden Rollen 34 mit zwei Spurkränzen drehbar ge
lagert sind. Die von den zwei Spurkränzen begrenzte Rille
ist breiter als der Durchmesser der Stopfen oder, bei einge
walzten Rohrenden, die nach innen in den Sammler hineinra
gen, als der Rohraußendurchmesser, so daß der Transportwa
gen diese vorstehenden Teile ungehindert überfahren kann.
Der Transportwagen 13 sitzt mit seiner Nabe 32 verschieb
bar 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 Zylinder
mantel 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.
Eine Schraubendruckfeder 42, die zwischen einer oberen
Planfläche des Jochs 36 und der oberen Ringmutter 41 einge
spannt 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 Stop
fens 43 gegen das Eintreiben in die Bohrung 31 ein Auswei
chen 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.
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 Halte
feder 46 einen ebenfalls mit einer äußeren Schraubrille
versehenen Stopfenaufnehmerring 47 auf, der in zwei Innen
nuten O-Ringe 48 enthält. Diese O-Ringe gewährleisten bis
zum Eintreiben des Stopfens 43 seine sichere und doch nach
giebige Fixierung während der ganzen Vorbereitungen. Die
Haltefeder 46 ist weich und ihr freies Ende mit dem Stopfen
aufnehmerring 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.
Die in Fig. 8 dargestellte Unteransicht des Hydraulikzy
linders 30 läßt die beiden in einer Ebene liegenden Hy
draulikschläuche 28 und 29 für die Zuführung und den Rück
fluß der Hydraulikflüssigkeit erkennen.
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 Suchzap
fen 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 Manipulier
stange 14 kann über den am anderen Hebelarm des Winkelhe
bels 54 angreifenden Kabelzug 25 der Suchzapfen nach oben
gedrückt und damit der O-Ring 52 fest an die Sammlerwand
angedrückt werden, um eine sichere Abdichtung zu erreichen.
Die Fig. 6 und 7 zeigen Details der Führungstraverse 1
und der Führungs- und Manipulierstange 14 sowie von Ele
menten zur Fixierung und Lokalisierung der Leckagesucheinheit
16 und der Rohrstopfeinheit 19 im Sammler.
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 zu
nächst 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 ge
genüberliegende 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 Tra
verse 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 Boh
rungen 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.
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 Schrau
benspindel 71 eingreift, so daß der Distanzhalter 66 auf
der Führungs- und Manipulierstange 14 festgeklemmt werden
kann.
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 Umris
ses der Nabe 60, wogegen er rechts von der genannten Symme
trieachse gegen dieselbe nach innen verschoben ist.
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.
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.
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 minde
stens 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.
Ein Leckagesuch- und Rohrstopfvorgang wickelt sich im we
sentlichen folgendermaßen ab:
Zunächst wird der Vorwärmerkessel, nachdem er mit dem
O-Ring 58 und dem Dichtring 57 abgedichtet worden ist, unter
Druck gesetzt, zweckmäßig durch Druckluft. Sodann erfolgt
eine Groblokalisierung der undichten Rohranschlüsse bzw.
Rohre, indem man mit einem an einem Stab angebrachten Woll
fadenbüschel 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 Hydrau
likschläuche 28, 29 und die Batterie 22 zur Speisung der
Lampe 18 angeschlossen worden sind, wird die Leckagesuch
einheit 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 dich
tend 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 unter
suchte Stelle undicht ist, steckt man das Schlauchende
in das Wassergefäß 21, worauf sich eine tatsächlich vor
handene Undichtheit durch aufsteigende Wasserperlen verrät.
Bei diesen Operationen ist die Führungs- und Manipulierstan
ge 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.
Hier wäre anzumerken, daß es zweckmäßig sein könnte,
an der Stirnseite der Führungsplatte 67 eine Gradskala
und an der Führungs- und Manipulierstange 14 eine Referenz
marke anzubringen, um damit auch die Winkellagen der leckage
verdächtigen Bereiche bzw. überhaupt der einzelnen lecken
Rohre müheloser feststellen und in den Rohrplan eintragen
zu können.
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.
Der Distanzhalter 66 wird nun zum Anschlag an der Vorder
seite 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 herausge
zogen 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.
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 stop
fenden 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.
Auf diese Weise werden alle Rohre in den leckageverdäch
tigen Bereichen untersucht und eventuell gestopft. Die
gestopften Rohre bzw. Bohrungen sind zur Überwachung des
Zustandes des Vorwärmers im Rohrplan zu markieren.
Die in Fig. 8 gezeigte Unteransicht auf den Hydraulikzylin
der 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 Teilungs
muster 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 vorstehen
den Stopfen oder Rohrenden vorhanden sind. Dies gilt z. B.
bei dem in Fig. 2 dargestellten Sammler 4 für den Bereich
zu beiden Seiten seiner horizontalen Achse.