DE4210418A1 - Verfahren und vorrichtung zum fernbedienten austauschen eines flansches - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum fernbedien­ ten Austauschen eines Flansches, der an mindestens ein Rohr angeschlossen ist. Sie bezieht sich weiterhin auf eine Vor­ richtung für das fernbediente Austauschen eines solchen Flan­ sches. Die Erfindung wird bevorzugt eingesetzt in einer für Menschen unzugänglichen Fertigungs- und Montage-Zelle, in der ein erhöhtes Gefährdungspotential vorliegen kann, insbe­ sondere in einer Wiederaufbereitungsanlage für abgebrannte Kernbrennstoffe.

In Anlagen, die unter unwirtlichen Umgebungsbedingungen ar­ beiten, z. B. bei hoher Strahlenbelastung oder in einer ag­ gressiven chemischen Atmosphäre, werden Rohre und Versor­ gungsleitungen eingesetzt, die mit einem Flansch abschließen. Hier kann es nun vorkommen, daß ein solcher Flansch ausge­ wechselt werden muß, beispielsweise weil seine Dichtungsflä­ che beschädigt ist. Eine solche Beschädigung kann z. B. vor­ kommen, wenn ein Gerät an den Flansch angedockt wird. Be­ sondere Schwierigkeiten entstehen, wenn sich ein solcher Flansch in einem Raum befindet, der von Menschen nicht be­ gehbar ist. In einem solchen Fall muß nach Mitteln gesucht werden, den beschädigten Flansch vom angeschlossenen Rohr oder sogar von mehreren angeschlossenen Rohren abzutrennen und durch einen neuen Flansch zu ersetzen. Dieser muß nach Einbringung in den nicht begehbaren Raum fernbedient an das Rohr oder die Rohre anschweißbar sein.

Mit anderen Worten: Für das fernbediente Trennen und Schweißen von Rohren im Anschluß an einen Flansch sind entsprechende Geräte erforderlich. Besondere Anforderungen werden gestellt, wenn es sich um kleine Rohre, beispielsweise mit einem Durch­ messer von weniger als 20 cm, handelt und/oder wenn die Roh­ re an den Flansch von innen angeschweißt werden sollen. Das Trenngerät und das Schweißgerät müssen gegebenenfalls so ausgelegt werden, daß sie unter den genannten Umgebungsbe­ dingungen, also beispielsweise bei hoher Strahlenbelastung oder in aggressiver chemischer Atmosphäre, auch fernbedien­ bar eingesetzt werden können. Für ein einwandfreies Arbeiten ist eine präzise und reproduzierbare Funktion der einzelnen Arbeitsgeräte von ausschlaggebender Bedeutung. Die einmal ermittelten Funktionsparameter müssen mit äußerster Genauig­ keit eingehalten werden, um die Funktionsfähigkeit der Geräte sicher zu gewährleisten.

Handelt es sich um eine der genannten Fertigungs- und Mon­ tage-Zellen, so sollen die Geräte imstande sein, zwei Rohr­ enden oder ein Rohr mit einem Flansch zueinander zu zentrie­ ren, zu verspannen, zu trennen und zu verschweißen. Die Ge­ räte müssen dabei von Hand oder mit dem Kran oder aber mit einem Manipulator vor Ort gebracht werden können, und sie müssen entsprechend ausgelegt sein. Bei dem Trenngerät soll­ te die erforderliche Spannvorrichtung so ausgelegt sein, daß sie die beim Trennen auftretenden Kräfte aufnehmen kann.

In chemischen Anlagen wurden bisher Rohre von außen getrennt, und neue Flansche wurden auch von außen angeschweißt. Waren bisher im Stande der Technik Innenschweißarbeiten notwendig, so wurden sie mit Geräten durchgeführt, die von Hand vor Ort gebracht werden konnten. Falls infolge von Strahlenbelastung oder infolge einer Beengung des Raumes erforderlich, wurden die einzelnen Arbeitsschritte nach dem Einrichten teilweise fernbedient ausgeführt. Bei solchen Arbeiten war jedoch je­ derzeit eines manuelles Eingreifen möglich. Im folgenden wird davon ausgegangen, daß ein solches Eingreifen nicht möglich ist. Sowohl das Trennen als auch das Schweißen soll "automatisch" durchgeführt werden können, das heißt fernbe­ dienbar. Handelt es sich bei dem Arbeitsraum um eine größere Halle, so ist weiterhin von Bedeutung, daß die Arbeiten au­ tark durchgeführt werden können. Das heißt, daß die Vorrich­ tung für das fernbediente Austauschen des Flansches für sich arbeitet, während eine gewöhnlich ebenfalls in der Halle arbeitende Einrichtung, beispielsweise ein Zentralmastmani­ pulator, inzwischen andere Arbeiten durchführt.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das zu einem fernbedienten Austausch des Flansches führt. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung hierfür anzugeben.

Die genannte Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß am Flansch ein Trenngerät be­ festigt wird, daß der auszutauschende Flansch mit diesem vom Rohr abgetrennt wird, daß danach ein Schweißgerät mit daran befestigtem Austauschflansch in einer Schweißposition am ab­ geschnittenen Rohr positioniert wird, und daß schließlich der Austauschflansch am abgeschnittenen Rohr ferngesteuert verschweißt wird.

Die genannte Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung erfin­ dungsgemäß gelöst durch ein am Flansch befestigbares Trenn­ gerät, mit dem der auszutauschende Flansch vom Rohr fernbe­ dienbar abtrennbar ist, und durch ein Schweißgerät, an dem ein Austauschflansch befestigt ist und das zwecks Einnahme einer Schweißposition am abgeschnittenen Rohr fernbedienbar positionierbar ist.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Trenngerät zum Abtrennen eines Flansches in einer Fertigungs- und Montage-Zelle, die infolge hoher Strahlenbe­ lastung für Menschen nicht zugänglich ist;

Fig. 2 ein Innenschweißgerät zum Anschweißen eines Ersatz- Flansches in einer solchen Zelle;

Fig. 3 bis 7 einzelne Arbeitsschritte beim Austausch eines Flansches und

Fig. 8 bis 14 einzelne Arbeitsschritte in einem Nottrenn­ konzept für den Flanschaustausch in einer Fertigungs- und Montage-Zelle.

Nach Fig. 1 ist ein Trenngerät 2 vorgesehen, mit dem ein Flansch 4 von Rohren 6 und 8 abgetrennt werden kann. Mit den Rohren 6, 8 ist der Flansch 4 an Schweißstellen 10 bzw. 12 verschweißt. Bei den Rohren 6 und 8 kann es sich auch um ein Bündel von Rohren handeln, die in einer größeren Zahl an den­ selben Flansch 4 angeschlossen sind. Das Rohr 6 ist vorlie­ gend als dünneres Rohr und das Rohr 8 ist als dickeres Rohr ausgeführt. Die Abtrennung des Flansches 4 samt kurzen Rohr­ ansatzstücken oder Rohrstummeln erfolgt an Trennstellen 14 bzw. 16.

Das Trenngerät 2 umfaßt vorliegend an der einen Seite zwei Trennköpfe 20 bzw. 22, die an einem Block 24 angeordnet sind. Dieser Block 24 enthält nicht näher dargestellte Ge­ triebe, Motoren, Steuerungs- und Regelungseinrichtungen. An der anderen Seite ist eine Manipuliereinrichtung 26 vorgese­ hen, die zum Andocken des Trenngeräts 2 am Flansch 4 vorge­ sehen ist. Diese Einrichtung 26 kann durch einen (nicht ge­ zeigten) Zentralmastmanipulator bedient werden.

Der dünnere Trennkopf 20 umfaßt eine Zentrierungs- und Spann­ vorrichtung 28, die in das Rohr 6 eingeführt wird und die sich dort fernbedient verspannt. Daran schließt sich eine Schneideinrichtung 30 an, die - wie gezeigt - zwei Schneid­ stellen umfassen kann und von innen das Rohr 6 auftrennt. Die beiden Schneidstellen können dabei auf einem Querschlit­ ten angeordnet sein. Zum Antrieb des Drehstahls ist eine Einrichtung 32 vorgesehen, die vom Block 24 aus gesteuert wird. Eine entsprechende Anordnung ist beim zweiten Trenn­ kopf 22 getroffen. Auch hier ist eine Zentrierungs- und Spanneinrichtung 34 vorgesehen, an die sich eine Schneidein­ richtung 36 mit zwei Schneidstellen auf einem Querschlitten anschließt. Der Antrieb hierfür ist mit 38 bezeichnet. Der jeweilige Kopf 20, 22 kann dabei jeweils hydraulisch betrie­ ben werden. In ihm kann eine Drehrolle mit einer Gegendreh­ rolle vorgesehen sein.

Das Trenngerät 2 nach Fig. 1 wird am Flansch 4 angekoppelt. Es wird zentriert und verspannt sich in den Rohren 6 und 8. Das Trennen erfolgt bevorzugt durch ein spanloses, spanabhe­ bendes oder spanendes Verfahren (Schneidrollenringe, Schei­ benfräser). Zur Aufnahme der Trennkräfte am jeweiligen Trenn­ kopf 20, 22 sind die erwähnten Gegenrollen angeordnet. Die Spannkräfte werden hydraulisch erzeugt, können aber auch elektromotorisch aufgebracht werden. Der Schneidvorschub er­ folgt kontinuierlich mittels einer Hydraulik oder mit einem Vorschubgetriebe, und zwar stufenlos. Das Trenngerät 2 ist so ausgelegt, daß es nach dem Trennen der beiden Rohre 6, 8 das Gewicht des Flansches 4 und der daran noch befindlichen Rohrstummel aufnimmt. Das Gerät 2 ist generell so ausgelegt, daß es mit einem einzigen Kopf oder - wie gezeigt - mit meh­ reren Köpfen 20, 22 in einer Ebene, je nach Anzahl der Rohre 6, 8, arbeitet.

In Fig. 2 ist ein Innenschweißgerät 40 dargestellt, welches dazu dient, einen Ersatzflansch 4A mit angesetzten Rohrstum­ meln an den Rohren 6 und 8 zu befestigen. Der Ersatzflansch 4A ist mittels einer Befestigungsspindel 42 und eines Zen­ tralgewindes 44 am Schweißgerät 40 lösbar befestigt. Für die Befestigungsspindel 42 sind ein Lager 46 und eine Mutter 48 zum Andocken des bereits erwähnten Zentralmastmanipulators vorgesehen. Mittels dieses Manipulators kann später mit Hilfe der Mutter 48 die Befestigungsspindel 42 vom ange­ schweißten Ersatzflansch 4A gelöst werden.

Das Schweißgerät 40 umfaßt zwei Schweißköpfe 50 und 52 für das kleinere bzw. das größere Rohr 6, 8. Jeder Kopf 50, 52 wiederum besitzt eine Verspannungseinrichtung 54, 56 sowie eine Schweißeinrichtung 58, 60. Diese sind axial zueinander ausgerichtet und erstrecken sich in der Arbeitsposition in das Rohr 6 bzw. 8. Die Schweißstellen, die den früheren Trennstellen entsprechen, sind mit 62 und 64 bezeichnet. An der Schweißeinrichtung 58, 60 ist jeweils eine Schweißelek­ trode 59, 61 angedeutet.

Dem Kopf 50 ist zum Antrieb ein Schneckengetriebe 66 samt Motor 68 zugeordnet. Für die Verspannungseinrichtung 54 ist eine Antriebseinrichtung 70 samt Motor 72 vorgesehen. An der Schweißstelle 62 befindet sich weiterhin ein Formier­ gasschutz 74.

Der Kopf 52 ist entsprechend ausgebildet. Die Verspannungs­ einrichtung 56 kann beispielsweise mit zwei Keilen ausge­ stattet sein, die bei Vorschub ein axiales Verspannen inner­ halb des Rohres 8 ermöglichen. Zum Betrieb ist auch hier eine Einrichtung 76 samt Motor 78 vorgesehen. Diese sitzen auf einem Rohr 80. Zum Betrieb des Schweißkopfes 60 ist hier eine Einrichtung 82 samt Motor 84 angeordnet.

Nach Fig. 2 wird die Zentrier- und Spannvorrichtung 54, 56 beim Schweißen ebenfalls am Flansch 4A angekoppelt und dann im betreffenden Rohr 6 bzw. 8 zentriert und verspannt. Die Spanneinrichtung 54, 56 ist dabei generell so ausgelegt, daß die Schweißkanten von Rohren oder Flanschen axial miteinan­ der verspannt werden können. Die Schweißeinrichtung 5B, 60 ist jeweils in der Spanneinrichtung 54 bzw. 56 integriert. Die Versorgungsleitungen für Strom, Gas und Wasser für den jeweiligen Schweißkopf 58, 60 werden durch die Spannvorrich­ tung 54, 56 und die diesen zugeordneten Einrichtungen bis zum jeweiligen Schweißkopf 58, 60 geführt. Das Spannen er­ folgt auch hier wieder hydraulisch oder motorisch.

Das Spannen und Schweißen kann mit einem oder mehreren Köp­ fen 50, 52 erfolgen. Bei einer Mehrfachanordnung wird das Spannen immer gleichzeitig ausgeführt. Der Schweißkopf 58, 60 ist zentrisch im Rohr 6 bzw. 8 angeordnet. Er kann was­ ser- oder gasgekühlt sein. Die Zündung des Lichtbogens er­ folgt beispielsweise mittels Hochfrequenz. Die Positionie­ rung des Schweißkopfes 58, 60 auf Nahtmitte an der Schweiß­ stelle 62, 64 wird mit Kameras vor dem Zusammenfügen der zu verschweißenden Teile oder im Rohr 6, 8 direkt eingestellt.

Das Austauschen eines Flansches 4 kann zum einen so gesche­ hen, wie es bei der Beschreibung von Fig. 1 und 2 bereits angedeutet wurde. Es kann aber auch so durchgeführt werden, wie es im folgenden anhand der Fig. 3 bis 7 und der Fi­ guren 8 bis 14 verdeutlicht ist. Dabei wird das große Rohr 8 von innen geschweißt, und das kleine Rohr 6 wird von außen geschweißt. Abtrenn- und Schweißvorgang werden fernbedient durchgeführt.

Nach Fig. 3 sind mehrere, hier speziell zwei Rohre 6, 8 für Gas, Wasser, Säure oder Lauge an einem Flansch 4 befestigt. Zunächst wird in jedem Rohr 6, 8 ein Stopfen 90, 92 gesetzt. Sodann werden die Anfangsbereiche der Rohre 6, 8 von innen und außen gereinigt. Nun ist die Flansch/Rohr-Anordnung zum Austausch des Flansches 4 bereit.

Nach Fig. 4 wird sodann das Trenngerät 2 positioniert. Im Bereich der Trennstellen 14, 16 wird nun aufgetrennt, wobei herabfallende Späne mittels einer Auffangwanne 96 aufgefan­ gen werden. Im Trenngerät 2 sind die Antriebe für die Schneid­ vorrichtungen als Kästchen eingezeichnet. Sodann wird der bisherige Flansch 4 samt Rohrstummeln mitsamt dem Gerät 2 entfernt. Dies geschieht durch einen (nicht gezeigten) Zen­ tralmastmanipulator. Die Einrichtung 26 wird hierzu als Hil­ fe verwendet. Sie kann auch als Spindel ausgebildet sein und zum Heranziehen des Trenngeräts 2 an den alten Flansch 4 vor der Abtrennung dienen.

In Fig. 5 sind die abgetrennten Rohre 6, 8 dargestellt. Sie werden nun gereinigt.

In Fig. 6 ist eine erste Methode des Verschweißens darge­ stellt. Danach wird ein Ersatzflansch 4A mit angesetzten Rohrstummeln mit Hilfe eines Innenschweißgeräts 40 herange­ bracht. Die Spanneinrichtungen 54, 56 dienen zum Positionie­ ren. Sodann werden die Rohrstummel mit Hilfe der Schweißein­ richtungen 58, 60 an die Rohre 6, 8 von innen angeschweißt.

Nach der zweiten Methode gemäß Fig. 7 wird ebenfalls der neue Flansch 4A mit dem Innenschweißgerät 40 herangebracht. Er wird gleichfalls mittels der Einrichtungen 54, 56 posi­ tioniert. Sodann wird das große Rohr 8 mit Hilfe der Schweißeinrichtung 60 innen geschweißt. Ein Rohr 6 mit ei­ nem relativ kleinen Durchmesser wird dagegen mittels einer Schweißzange 98 von außen geschweißt.

Bei dem Austauschverfahren nach den Fig. 8 bis 14 wird zunächst ein Rohrteil 100 des kleineren Rohres 6 herausge­ trennt, was in Fig. 8 gezeigt ist. Sodann wird gemäß Fig. 9 das untere dickere Rohr 8 getrennt. Der Flansch 4 samt Rohrstummeln fällt dann ab. Nunmehr erfolgt ein Reinigen und Abdichten der Rohrenden, was in Fig. 10 angedeutet ist. Nach Fig. 11 wird mittels einer Schweißeinrichtung 40 ein neuer Flansch 4A herangebracht. Die daran angebrachten Rohr­ stummel werden bezüglich der Rohre 6, 8 zentriert. Auch hier erfolgt wieder ein Verspannen. Gemäß Fig. 12 wird sodann von oben eine Schweißzange 98 in die Lücke, die das Rohr­ stück 100 gelassen hat, eingefahren. Mit dieser Schweißzange 98 wird das untere Rohr 8 mit dem Rohrstummel verschweißt. Schweißzangen sind an sich bekannt, zum Beispiel aus der EP-PS 01 59 649. Die sich ergebende Schweißnaht ist in Fig. 13 mit 102 bezeichnet. Hier ist auch gezeigt, daß nunmehr mittels einer Transportvorrichtung und der Schweißzange 98 ein Ersatz-Rohrstück oder Paßrohr 104 in die Lücke einge­ bracht und dort von außen gemäß Fig. 14 beidseitig ver­ schweißt wird. In Fig. 14 ist die Schweißzange 98 bei Durch­ führung der links gelegenen Schweißnaht gezeigt. Rechts da­ neben ist sie noch einmal gestrichelt bei Durchführung der zweiten Schweißnaht angedeutet. Diese Bewegung von links nach rechts wird ebenfalls mittels einer geeigneten Trans­ portvorrichtung durchgeführt. Nunmehr hat der Ersatzflansch 4A den früher vorhandenen Flansch 4A ersetzt.

Die Geräte 2, 40 sind bevorzugt mit einem verstellbaren Schwerpunkt ausgelegt, so daß sie mit Hilfe von Kränen oder Manipulatoren vor Ort gebracht werden können.

Claims (5)

1. Verfahren zum fernbedienten Austauschen eines Flansches (4), der an mindestens ein Rohr (6, 8) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Flansch (4) ein Trenngerät (2) befestigt wird, daß der aus­ zutauschende Flansch (4) mit diesem ferngesteuert vom Rohr (6, 8) abgetrennt wird, daß danach ein Schweißgerät (40) mit daran befestigtem Austauschflansch (4A) in einer Schweißpo­ sition am abgeschnittenen Rohr (6, 8) positioniert wird, und daß schließlich der Austauschflansch (4A) ferngesteuert am abgeschnittenen Rohr (6, 8) verschweißt wird.

2. Vorrichtung für das fernbediente Austauschen eines Flan­ sches (4), der an mindestens ein Rohr (6, 8) angeschlossen ist, gekennzeichnet durch ein am Flansch (4) befestigbares Trenngerät (2), mit dem der auszutauschen­ de Flansch (4) vom Rohr (6, 8) fernbedienbar abtrennbar ist, und durch ein Schweißgerät (40), an dem ein Austauschflansch (4A) befestigbar ist und das zwecks Einnahme einer Schweiß­ position am abgeschnittenen Rohr (6, 8) fernbedienbar posi­ tionierbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trenngerät (2) und/oder das Schweißgerät (40) mittels einer fernbedienbaren Schraube (42) am Flansch (4) und am Austauschflansch (4A) befestigbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Trenngerät (2) eine Schneideeinrichtung (30, 36) besitzt, mit der das Rohr (6, 8) von außen durchtrennbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Schweiß­ gerät (40) mindestens eine Schweißelektrode (59, 61) besitzt, mit der das abgeschnittene Rohr (6, 8) und der Austausch­ flansch (4A) von innen oder außen verschweißbar sind.