DE4102371A1 - Dichtungshuelse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungshülse zur Dichtung ei­ nes Lecks gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Dich­ tungshülse ist insbesondere geeignet zur Reparatur von Lecks in Rohren oder dergleichen, die nur schwer zugänglich sind und bei denen die Dichtungshülse imstande sein muß, große Temperaturunterschiede zu verkraften, ohne daß der Dich­ tungseffekt verloren geht oder unterbrochen wird. Die Dich­ tungshülse ist insbesondere geeignet zur Verwendung im Kern­ reaktorbereich.

In einem Kernreaktor gibt es zahlreiche Rohre, Rohrsockel und dergleichen, in welchen Risse auftreten können, insbe­ sondere in der Nähe von Schweißstellen, und bei denen wäh­ rend des Reparaturvorgangs ein Ende des Rohres derart gelöst werden kann, daß ein offenes Rohrende für das Überschieben der Dichtungshülse zur Verfügung steht. Es ist eine Vielzahl verschiedener Typen von Dichtungshülsen bekannt, zu denen auch solche aus Memory-Metall gehören (siehe US-PS 47 73 680 und 41 49 911). Diese Hülsen sind nicht geeignet zur Dich­ tung von Rohrverbindungen, zum Beispiel Steuerstabantriebs­ rohren in Kernreaktoren, bei welchen die Rohrabschnitte zu beiden Seiten der Verbindungsstelle exzentrisch sind, d. h. nicht miteinander fluchten. Die bekannten Dichtungshülsen sind ferner nicht geeignet, temperaturbedingten Maßänderun­ gen zu widerstehen, wie sie in Kernreaktoren auftreten, in denen die Temperatur zwischen etwa +40°C und etwa +280°C schwankt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungs­ hülse der eingangs genannten Art zu entwickeln, die auch bei nicht fluchtenden von der Dichtungshülse zu übergreifenden Rohrenden verwendet werden kann und die ihre guten Dich­ tungseigenschaften auch bei starken Temperaturänderungen nicht verliert.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Dichtungshülse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfin­ dungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ge­ nannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei­ teren Ansprüchen 2 bis 7 genannt.

Ein Verfahren zur Anwendung der Dichtungshülse gemäß der Er­ findung ist durch die im Anspruch 8 genannten Merkmale ge­ kennzeichnet.

Wenn die Dichtungshülse über den das Leck aufweisenden Ab­ schnitt des Rohres oder der Rohrverbindung geschoben worden ist, wird die Hülse auf eine Temperatur oberhalb der Umwand­ lungstemperatur erhitzt, so daß das Memory-Metall in der Dichtungshülse versucht, ihre ursprüngliche Gestalt wieder einzunehmen. Dabei wird die gewünschte Dichtung durch An­ pressen der Dichtungshülse gegen das darunterliegende Rohr erreicht.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht die ge­ samte Hülse einschließlich des Balgens aus Memory-Metall, wobei die ringförmigen Enden an der Innenseite mit einer Verdickung oder einer Anzahl von Rillen zur Erzielung einer zuverlässigeren Dichtung versehen ist.

Um die Dichtungseigenschaft, beispielsweise um einen Rohr­ sockel, weiter zu verbessern, können die Verdickungen und Rillen durch Dichtungsringe aus rostfreiem Stahl ersetzt werden, deren radial äußeren Oberfläche sphärisch ausgebil­ det ist und die einen äußeren Durchmesser haben, welcher dem Innendurchmesser der Hülse in dem unterhalb der Umwandlungs­ temperatur herbeigeführten verformten Zustand angepaßt ist. Die Ringe haben einen inneren Durchmesser, der es erlaubt, sie frei und ohne Schwierigkeiten über den Rohrsockel zu schieben. Die äußeren sphärischen Flächen der Ringe erleich­ tern die Anpassung der Dichtungshülse an eventuelle Exzen­ trizitäten zwischen den Rohrabschnitten, über welche die Dichtungshülse geschoben wird, da die Hülse auf den sphäri­ schen Kontaktflächen an der Außenseite der Dichtungsringe gleiten kann. Die Hülse nimmt schließlich eine schräge Lage ein, die mit der Verbindungslinie zwischen sphärischen Zen­ tren der Dichtungsringe zusammenfällt.

Durch die Erfindung wird eine Dichtungshülse aus Memory-Me­ tall gewonnen, die in ihrem verformten Zustand auf Lager ge­ halten werden kann und die Exzentrizitäten zwischen den Rohrabschnitten zu beiden Enden der Hülse bis zu einem be­ stimmten Maximalwert aufnehmen kann, ohne daß eine weitere aufweitende Verformung der Hülse erforderlich ist.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 bis 4 verschiedene Ausführungsformen einer Dich­ tungshülse gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine Dichtungshülse gemäß Fig. 4, die auf einem Rohrsockel und einem an den Rohrsockel exzentrisch angeschweißten Rohr aufgeschrumpft ist,

Fig. 6 den linken oberen Teil der Fig. 5 in vergrößerter Darstellung.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Dichtungshülse. In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Balgen aus rostfreiem Stahl, der an seinen Enden von Ringen 2 aus sogenanntem Memory-Me­ tall umgeben ist. Ein Memory-Metall ist eine Legierung, die oberhalb einer bestimmten Umwandlungstemperatur sich in ei­ nem stabilen austenitischen Zustand und unterhalb dieser Temperatur in einem stabilen martensitischen Zustand befin­ det. Ein Memory-Metall, dem im austenitischen Zustand eine bestimmte erste Form gegeben wurde und welches dann unter die Temperatur für die Umwandlung in den martensitischen Zustand abgekühlt wurde und dann in eine zweite Form umge­ formt wird, hat die Eigenschaft, nach Wiedererhitzung über die genannte Umwandlungstemperatur die erste Form wieder an­ zunehmen, das heißt, sich dieser ersten Form zu erinnern. Bestimmte Memory-Metalle haben die Eigenschaft, ihre Ge­ stalt von der ersten Form in die zweite Form und umgekehrt bei jedem Durchschreiten der Umwandlungstemperatur zu än­ dern. Sie haben ein sogenanntes Zwei-Richtungs-Erinnerungs- Vermögen. In dem hier behandelten Fall ist es jedoch wün­ schenswert, daß das Memory-Metall vom sogenannten Einwegtyp ist.

Das oben Gesagte bedeutet, daß dem aus Memory-Metall beste­ henden Teil der Dichtungshülse die gewünschte erste Form im austenitischen Zustand gegeben wird. Danach wird das Me­ mory-Metall in den martensitischen Zustand abgekühlt und in eine zweite, für die Montage geeignete Form gebracht. Nach Erhitzung auf eine Temperatur oberhalb der Umwandlungstempe­ ratur in den austenitischen Zustand nimmt das Memory-Metall die erste Gestalt wieder an beziehungsweise versucht, dies zu tun, und behält diese Form dann bei, selbst wenn die Tem­ peratur wieder unter die Umwandlungstemperatur sinken sollte. Dies ist eine Bedingung, um die Dichtung als dauer­ haft betrachten zu können.

Es gibt eine Anzahl von Legierungen, die ein Ein-Weg-Ge­ dächtnis-Vermögen haben und die in dem in einem Kernreaktor herrschenden Milieu verwendbar sind. Zu ihnen gehören bei­ spielsweise das auf Ni-Ti basierende NITINOL und eine auf Eisen basierende Fe-Cr-Ni-Mn-Si-Legierung. Diese Legierungen haben eine Umwandlungstemperatur, die bis zu etwa +100°C herunterreicht, jedoch können wahrscheinlich noch niedrigere Umwandlungstemperaturen erreicht werden.

In Fig. 1 hat der Balgen 1 einen inneren Durchmesser, der ein mit Rücksicht auf die plastische Verformung, die sein Material erleidet, geeignetes Montagespiel sicherstellt. Mit Rücksicht darauf, daß rostfreier Stahl im vorliegenden Falle verwendet wird, muß die Verformung wahrscheinlich begrenzt werden, wobei sich ein Montagespiel von einigen Millimetern bei einem Durchmesser von etwa 100 mm ergibt. Die aus Me­ mory-Metall bestehenden Ringe werden dann im austenitischen Zustand mit einem inneren Durchmesser geformt, der zur Er­ zielung einer sicheren Dichtung hinreichend kleiner ist als der äußere Durchmesser des Balgens 1, der dem oben genannten inneren Durchmesser entspricht. Dann werden die Ringe 2 un­ ter die Umwandlungstemperatur abgekühlt und mittels eines geeigneten Werkzeuges derart aufgeweitet, daß die Ringe 2 satt an der Außenseite des Balgens 1 anliegen, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Der Balgen 1 und die Ringe 2 sind so während der Lagerung, des Transportes und der Montage miteinander verbunden. Die Montage über einem Riß oder einem Leck erfolgt normalerweise bei Raumtemperatur, beispielsweise in einem Kernreaktor in abgeschalteten Zustand. Anschließend wird die Hülse durch geeignete lokale Erhitzung über die Umwandlungstemperatur erhitzt. Die Ringe 2 neigen dann dazu, ihre im austeniti­ schen Zustand erlangte Form wiederanzunehmen. Dadurch wird erreicht, daß die Ringe auf den Teil des Balgens 1, der in­ nerhalb der Ringe liegt, einen solchen Druck ausüben, daß das Material in diesem Teil des Balgens 1 plastisch verformt wird und dichtend gegen das Rohr oder den Rohrsockel ange­ preßt wird. Die Kraft, mit der die Ringe aus Memory-Metall den Balgen gegen das Rohr oder den Rohrsockel anpressen, kann sehr groß werden und hängt unter anderem von dem Durch­ messer der Ringe 2 ab, der diesen im austenitischen Zustand gegeben wurde, im Verhältnis zu dem Durchmesser des Rohres, um welche herum die Ringe zusammen mit dem Balgen 1 dichten sollen.

Wenn die Exzentrizität zwischen, beispielsweise, einem Rohr­ sockel und einem darin angeordneten Rohr (mangelndes Fluch­ ten der beiden Teile) groß ist, kann es zweckmäßig sein, ein Ende der Hülse mit einem Dichtungsring 3 zu versehen, der eine exzentrische Form hat (siehe Fig. 1). Der innere Durchmesser des Dichtungsringes wird so gewählt, daß er von Anfang an etwas größer ist, beispielsweise 1 mm, als der Außendurchmesser des Rohres, um welches herum gedichtet wer­ den soll. Der Balgen 1 mit dem umgebenden Ring 2 ist im mar­ tensitischen Zustand, d. h. unterhalb der Umwandlungstempe­ ratur, dem Außendurchmesser des Dichtungsringes 3 angepaßt. Der Dichtungsring 3 muß dann in geeigneter Weise an dem Bal­ gen 1 befestigt werden, zum Beispiel mittels einer Schweiß­ stelle 4. Bei ihrer Verwendung wird die gesamte Dichtungs­ hülse über den zu reparierenden Rohrsockel geschoben und lo­ kal auf eine Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur erhitzt, wobei die Ringe 2 die unter ihnen liegenden Teile des Balgens 1 und den Dichtungsring 3 mit solcher Kraft ge­ gen den Rohrsockel pressen, daß das Material in diesen Tei­ len plastisch verformt wird und eine Dichtung um den Rohr­ sockel herum erzielt wird.

Es ist natürlich möglich, die Dichtungshülse gemäß Fig. 1 mit anderen Arten von Dichtungsringen zu versehen, zum Bei­ spiel von der in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigten Art. Dabei haben die Dichtungsringe eine außen gelegene sphärische Oberfläche und sind in sphärischen Sitzen in dem Balgen 1 angeordnet, wobei große Exzentrizitäten der Rohrabschnitte zu beiden Seiten des Lecks oder des Risses zugelassen werden können, ohne die Funktion der Dichtungshülse zu beeinträch­ tigen.

Der Verwendbarkeit der vorgenannten Ausführungsformen sind jedoch gewisse Grenzen gesetzt, weil rostfreier Stahl nur eine begrenzte Verformung verträgt. Daher kann diese Art von Dichtungshülsen nicht mit einem ausreichend großen Spiel für eine große Anzahl von Rohrsockeln mit stark unterschiedli­ cher Ovalität oder Exzentrizität auf Vorrat gehalten werden.

Um letzteres zu erreichen, ist es zweckmäßig, die gesamte Dichtungshülse aus Memory-Metall herzustellen, wie dies in den Fig. 2 bis 6 gezeigt ist. Das verwendete Memory-Me­ tall verträgt eine Verformung bis etwa 8%, das bedeutet, daß bei einem Hülsendurchmesser von 100 bis 130 mm die Hülse im martensitischen Zustand im Durchmesser um fast 10 mm aufgeweitet werden kann und immer noch ihre frühere Gestalt im austenitischen Zustand wiedererlangt. Dies bedeutet nor­ malerweise für einen Rohrsockel mit einem Durchmesser von 100 mm, daß der Hülse im austenitischen Zustand ein Durch­ messer gegeben wird, der etwa 0,5 mm kleiner ist und im mar­ tensitischen Zustand der Durchmesser auf eine Gesamtweite von 102 mm oder mehr durch Pressen aufgeweitet wird. Die Ab­ messungen im austenitischen Zustand hängen vollständig da­ von ab, welcher Dichtungsdruck die Dichtungshülse um den Rohrsockel ausüben soll. Die Abmessungen im martensitischen Zustand hängen von dem Spiel zwischen der Dichtungshülse und dem Rohr oder dem Rohrsockel ab, welches erforderlich ist, um ohne größere Schwierigkeiten die Dichtungshülse in ihre Montagelage bringen zu können, wobei berücksichtigt werden muß, daß die Rohre an der Rohrverbindungsstelle sowohl schräg stehen können, oval sein können und/oder exzentrisch sein können.

Wenn die Dichtungshülse vollständig aus Memory-Metall herge­ stellt wird, können die ringeförmigen Enden der Hülse auf der Innenseite mit einer Verdickung 5 oder mit Rillen 6 ver­ sehen sein. Auch diese Art einer Dichtungshülse kann mit Dichtungsringen 7 und 8 versehen sein. Die außenseitige Grenzfläche der Dichtungsringe 7 und 8 ist sphärisch, und die innenseitige Grenzfläche ist zylindrisch. Die Dichtungs­ ringe haben einen Innendurchmesser, der etwas größer als der Durchmesser des Rohres ist, gegen das sie dichten sollen. An den ringförmigen Enden hat der Balgen im austenitischen Zu­ stand einen geeigneten Durchmesser, um einen gewünschten An­ preßdruck zu erzeugen. Danach wird er unter die Umwandlungs­ temperatur abgekühlt und derart verformt, daß der innere Durchmesser dem äußeren Durchmesser der Dichtungsringe 7, 8 entspricht.

In Fig. 5 bezeichnet a den Durchmesser einer Hülse an sei­ nem oberen Ende und b den Durchmesser des sphärischen Sit­ zes, der für den Dichtungsring 7 in der Dichtungshülse vor­ gesehen ist. In diesem Falle kann a beispielsweise 145 mm betragen und b 147 mm. Das bedeutet, daß der sphärische Sitz in der Hülse eine Tiefe von 1 mm hat. Die Anordnung ist in der vergrößert dargestellten Fig. 6 deutlicher erkennbar. Der Rohrsockel 9 und das Rohr 10 sind exzentrisch (nicht fluchtend) zueinander angeordnet und c ist ein Maß für diese Exzentrizität.

Damit wird beabsichtigt, daß die Hülse, wie Fig. 5 zeigt, wegen der sphärischen Außenfläche der Dichtungsringe 7 und 8 im Falle einer Exzentrizität zwischen dem Rohrsockel 9 und dem umschlossenen Rohr 10 in der Lage ist, eine schräge Stellung über der Verbindungsstelle während der Montage ein­ zunehmen, die unterhalb der Umwandlungstemperatur des Me­ mory-Metalls stattfindet. Wenn dann die Hülse auf eine Tem­ peratur oberhalb der Umwandlungstemperatur erhitzt worden ist und das Memory-Metall des Balgens 1 seinen austeniti­ schen Zustand wieder annimmt, wird der Ring durch den Bal­ gen 1 mit solcher Kraft gegen den Rohrsockel 9 und das Rohr 10 gepreßt, daß das Material des Ringes plastisch verformt wird und die Dichtungsringe 7, 8 zwischen dem Rohrsockel 9 und dem Rohr 10 gequetscht werden, wie dies Fig. 5 zeigt. Dies ergibt eine gute Dichtung des innerhalb der Dichtungs­ ringe 7, 8 liegenden Abschnittes des Rohrsockels 9 und des Rohres 10.

Dank ihrer balgenartigen Konstruktion ist die Dichtungshülse gemäß der Erfindung sehr anpassungsfähig gegenüber Maßände­ rungen, die infolge großer Temperaturänderungen in einem Kernreaktor auftreten, der bei einer Temperatur von etwa +280°C arbeitet und während eines Abschaltens auf eine Tem­ peratur von etwa 40°C abgekühlt.

Claims (8)

1. Dichtungshülse zur Dichtung eines Lecks, insbesondere für ein Rohr, einen Rohrsockel oder dergleichen in einem Kernre­ aktor, wobei das Rohr oder der Rohrsockel in der Reparatur­ stellung ein freies Ende zum Aufschieben der Dichtungshülse zur Verfügung stellt, welche Dichtungshülse das genannte Rohr oder dergleichen auf beiden Seiten des Lecks dichtend umgeben soll, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungshülse einen balgenartigen Mittelteil (1) mit ringförmigen Enden hat, wobei mindestens diese Enden oder Teile (2) dieser Enden aus Memory-Metall mit einer ge­ eigneten Umwandlungstemperatur bestehen, daß die aus Memory- Metall bestehenden Teile der ringförmigen Enden bei einer Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur mit einem Durchmesser geformt wurden, der geeignet ist, eine Dichtung um die betroffenen Rohrabschnitte auf beiden Seiten des Lecks herbeizuführen, daß der genannte Teil der Enden an­ schließend bei einer Temperatur unter der Umwandlungstempe­ ratur derart verformt wurde, daß die Dichtungshülse ohne Schwierigkeiten über das Rohr geschoben werden kann.

2. Dichtungshülse nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gesamte Hülse einschließ­ lich des Balgens (1) aus Memory-Metall besteht.

3. Dichtungshülse nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ringförmigen Enden der Hülse an ihrer Innenseite mit einer Verdickung (5) oder ei­ ner Vielzahl von Rillen (6) versehen sein können.

4. Dichtungshülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen­ seite der Hülse an den Enden mit Dichtungsringen (7, 8) aus rostfreiem Stahl versehen sind, deren radial äußere Oberflä­ che eine sphärische Form hat und die einen äußeren Durchmes­ ser haben, der dem Innendurchmesser der Hülse in ihrem ver­ formten Zustand unterhalb der Umwandlungstemperatur ent­ spricht, und daß der Innendurchmesser so bemessen ist, daß die Hülse frei und ohne Schwierigkeiten über das Rohr oder den Rohrsockel geschoben werden kann.

5. Dichtungshülse nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hülse einschließlich des Balgens (1) aus rostfreiem Stahl besteht und an ihren Enden mit aufgesetzten Ringen (2) aus Memory-Metall versehen ist, daß die Enden der Hülse einen ersten inneren Durchmesser ha­ ben, der ein geeignetes Montagespiel gegenüber den zu dichtenden Rohren hat sowie einen ersten äußeren Durchmes­ ser, der dem genannten ersten inneren Durchmesser ent­ spricht, und daß die Ringe (2) oberhalb der Umwandlungstem­ peratur für das Memory-Metall mit einem zweiten inneren Durchmesser versehen wurden, welcher kleiner als der ge­ nannte erste äußere Durchmesser ist, und daß die Ringe (2) danach bei einer Temperatur unter der Umwandlungstemperatur auf ein drittes inneres Durchmessermaß aufgeweitet wurden, mit welchem die Ringe (2) auf die Enden der Hülse gepreßt werden können.

6. Dichtungshülse nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite innere Durchmesser so gewählt ist, daß er um soviel kleiner als der genannte erste äußere Durchmesser der Enden der Hülse ist, daß im Falle einer Erhitzung der auf der Hülse angebrachten Ringe (2) auf eine Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur die Hülse in ihrer das Rohr und den Rohrsockel umgebenden Stellung eine Dichtung herbeiführt.

7. Dichtungshülse nach einem der Ansprüche 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hülse an einem Ende auf der Innenseite mit einem exzentrischen Dich­ tungsring (3) aus rostfreiem Stahl versehen ist, die dem er­ sten inneren Durchmesser der Hülse angepaßt ist.

8. Verfahren zur Anwendung einer Dichtungshülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hülse über die zu dichtende Verbin­ dungsstelle auf einem Rohr oder zwischen einem Rohr und ei­ nem Rohrsockel übergeschoben wird und daß anschließend die aus Memory-Metall bestehenden Teile der Enden der Hülse auf eine Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur erhitzt werden, wobei das Memory-Metall seine ursprüngliche, im au­ stenitischen Zustand vorhandene Form wieder einzunehmen versucht und dadurch die dichtende Anlage der Dichtungshülse gegen das Rohr oder den Rohrsockel herbeiführt.