DE9412683U1 - Rotationssymmetrischer Hohlkörper aus Metall - Google Patents

Description

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Rotati&ogr;nssymmetriseher Hohlkörper aus Metall

Die Erfindung betrifft einen rotationssymmetrischen Hohlkörper aus Metall insbesondere Rohr, gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

Bei der Förderung und Leitung insbesondere gasförmiger Medien durch einen Hohlkörper entstehen durch Reibung Strömungsverluste. Diese Verluste sind in erster Linie abhängig von der Reibungszahl Lambda und der Reynoldschen Zahl, wobei die Reibungszahl wiederum abhängig ist von der relativen Rauhigkeit d/k (siehe Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau 16. Auflage 1987 B 6.2, Seite B 47 bis B 52). In Worten ausgedrückt: die Strömungsverluste sind umso geringer, je geringer die Rauhheit der Innenoberfläche des eingesetzten Förder- bzw. Leitungsmittels ist. Geringere Strömungsverluste bedeutet mehr Förderung bei gleicher Pump leistung bzw. geringere Pumpen leistung bei gleicher Fördermenge.

Die momentan spezifizierten Werte für die Rauheit der Innenoberfläche liegen bei kleiner Rz 16 I^ m. Um diesen Wert sicher zu erreichen, wird ausgehend von einem warmgefertigten Rohr, das gegebenenfalls zuvor wärmebehandelt und gerichtet ist, die Innenoberfläche zuerst gebohrt und nach Entfernung der Bohrspäne und Reinigung die gebohrte Fläche mit verschiedenen Körnungen beginnend bei 40 geschliffen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen in großen Längen einfach herzustellenden rotationssymmetrischen Hohlkörper aus Metall, insbesondere Rohr anzugeben, mit dem geringere Strömungsverluste erreichbar sind.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Der vorgeschlagene Hohlkörper weist nach einem ziehenden Bohren und einem anschließenden ziehenden Glattwalzen eine Innenoberfläche mit einer Rauhtiefe R von kleiner 10^ m auf. Die ziehende Verfahrensweise hat den Vorteil, daß die insbesondere bei den zähen Werkstoffen entstehenden Langspäne im Hohlkörper verbleiben können, ohne den weiteren Bohrvorgang zu beeinträchtigen. Außerdem kann der Bohrkopf in einfacher Weise den leichten Krümmungen des langen Hohlkörpers folgen, da auch nach einem vorhergehenden Richten der Hohlkörper nur maschinengerichtet gerade ist, aber nicht gerade im geometrischen Sinne.

Nach Entfernung der möglicherweise langen Bohrspäne und der verbliebenen Bohrflüssigkeit wird in einem weiteren Arbeitsgang bei gleicher Aufspannung die Innenoberfläche ziehend glattgewalzt. Das Verfahren

"Glattwalzen" ist an sich bekannt (siehe VDI/VDE 2032, Dezember 1975), wobei die Anwendung schwerpunktartig auf dem Glattwalzen von AußenOberflächen zur Erzeugung von paßgenauen Sitzflächen liegt. Die Anwendung des Glattwalzens für zylindrische Bohrungen beschränkt sich auf kurze Formstücke und Hydraulikzylinder mit Längen bis zu maximal 3

Bei sehr langen Hohlkörpern, d. h. insbesondere aus Stahl und mit mehr als 10 m Länge muß beim Bohren insbesondere bei zähen Werkstoffen berücksichtigt werden, daß das Messer bzw. die Messer des Bohrwerkzeuges während eines Durchganges verschleißen und dadurch bedingt die erzielbaren Toleranzen für die lichte Weite größer sind als bei einem kurzen Zylinderrohr oder Formstück. Diese größere Toleranz hat zur Konsequenz, daß das Glättwerkzeug nicht mit einer fest vorgegebenen Einstellung durch den Hohlkörper gezogen v/erden kann, vielmehr muß die Einstellung variabel sein.

Der angestrebte geringere Strömungsverlust wird dann besonders gut erreicht, wenn das Stahlrohr als Förder- und Leitungsrohr ausgebildet ist und an beiden Enden einen verschraubbaren gasdichten Gewindeabschnitt aufweist. Da die Rohre für die Erdöl- und Erdgasindustrie in große Teufen abgelassen werden, wird die Innenoberfläche sehr stark von den korresiv wirkenden Medien angegriffen. Dies wirkt der gewünschten Förderungssteigerung entgegen. Aus diesem Grunde wird weiterbildend vorgeschlagen, die Rohre aus einem 12% Cr-Stahl zu fertigen mit einer Innenoberfläche von R kleiner 10

Der erfindungsgemäße rotationssymmetrisehe Hohlkörper wird anhand des Herstellverfahrens nachfolgend erläutert.
Es zeigen:

Figur 1 im Längsschnitt ein warmgefertigtes Ausgangsrohr Figur 2 eine Längsansicht des Bohrvorganges auf einer

Tieflochbohrmaschine
Figur 3 eine Längsansicht des Glattwalzens auf der gleichen Tieflochbohrmaschine

In Figur 1 ist in einem Längsschnitt ein warmgefertigtes Ausgangsrohr dargestellt. In diesem Beispiel soll es ein warmgepilgertes Rohr 1 sein mit den Soll-Maßen für den äußeren Durchmesser 2 von 195,1 bis 198,1 mm.

Die Soll-Maße für die Wand 3 betragen 12,95 bis 16,65 mm. Die Ist-Maße liegen alle innerhalb der angegebenen Toleranz. Die Rauhigkeit an der Innenoberfläche 4 liegt im Ausgangszustand bei Rz= 30 h m. Die Länge 5 beträgt 12,5 m. ^

Nach dem Außenschleifen zur Entfernung des Zunders und dem Innenbohren liegt das Soll-Maß für den äußeren Durchmesser bei 194,1 - o+ 1,53 mm und der lichte Durchmesser d. h. Da - 2x Wd. bei 172+_ 0,2 mm.

Die Rauheit an der Innenoberfläche 6 des gebohrten Rohres 1 ist über die Länge 5 unterschiedlich und liegt für dieses Beispiel bei Rz = 3 h m an der Anbohrseite 7 und bei Rz = 17,5 L m an der Auslaufseite 8. Dies hängt mit dem Verschleiß der Messer 9 des Bohrwerkzeuges 10 zusammen. In Figur 2 sind in einer Längsansicht die wesentlichen Maschinenelemente für das Bohren dargestellt. Die dargestellte Bearbeitungsmaschine wird als Tieflochbohrmaschine bezeichnet, da sie in der Lage ist, auch sehr lange Hohlkörper bis zu 14 m Länge zu bohren. Nur skizzenhaft

dargestellt ist der Antriebsteil 11 und das Spannfutter 12, um das Rohr 1 festzuspannen. Am anderen Ende befindet sich der Bohrölzuführapparat 13 und eine weitere Spannvorrichtung 14. Je nach Länge und Gewicht des zu bearbeitenden Hohlkörpers kann es erforderlich sein, im Abstand zu den beiden Spanneinrichtungen 12,13 Abstützungen anzuordnen.

Es wird ziehend gebohrt, wobei über den Antrieb &Pgr; das Rohr 1 gedreht wird {siehe Pfeil 15). Gleichzeitig wird das Bohrwerkzeug 10 mittels einer Stange 16 langsam aus dem Rohr 1 gezogen (siehe Pfeil 17). Diese Bohrtechnik hat den Vorteil,daß die insbesondere bei zähen Werkstoffen anfallenden Langspäne im Rohr 1 verbleiben und das weitere Verfahren des Bohrwerkzeuges 10, in diesem Falle nach rechts, nicht behindern.

In Fig. 3 ist das erfindungsgemäße Glattwalzen dargestellt, wobei bei unveränderter Aufspannung die gleiche Tieflochbohrmaschine verwendet wird, wie für das Bohren. Auch beim Glattwalzen wird ziehend gearbeitet, d. h. das Rohr 1 dreht sich (siehe Pfeil 15) und das Glättwerkzeug 18 wird mittels einer Stange 19 aus dem Rohr 1 gezogen (siehe Pfeil 17). Die Rauheit der Innenoberfläche 20 nach dem Glättwalzen ist geringer als Rz =10 m und erreicht teilweise sogar Werte kleiner als Rz = 2 Ii m. Im Vergleich dazu muß beim üblichen Feinschleifen mit Korn 40 vorgeschliffen und mit Korn 80 nachgeschliffen werden. Danach liegen die Rauheitswerte um 10 L· m herum. Um den Wert von kleiner 10/^m garantieren zu können, ist unter Umständen ein weiterer Sch leifVorgang erforderlich.

Damit das Glättwerkzeug 18 möglichst immer im optimalen Bereich arbeitet, ist es so ausgestaltet, daß es in einer Bandbreite von beispielsweise 1 mm im Durchmesser variabel ist. Dies hat den Vorteil, daß Schwankungen in der lichten Weite des Rohres 1 besser überbrückt werden können und die Anpreßkraft nahezu konstant bleibt. Dazu ist durch

die Stange 19 eine Hydraulikleitung 21 geführt, die für die Zufuhr eines entsprechenden Fluids zur Veränderung des Durchmessers des Glättwerkzeuges 18 sorgt. Der Speicher 22 für das Fluid ist mit einer Druckmeßanzeige 23 ausgestattet, so daß der Anpreßdruck entsprechend eingestellt werden kann. Die das Fluid fördernde Pumpe 24 ist hier nur angedeutet. Vorzugsweise erfolgt die gesamte Regelung automatisch, so daß sichergestellt ist, daß beim Glattwalzen über die Länge des Rohres immer mit dem gleichen vorgegebenen Anpreßdruck gearbeitet wird.

Der Vorteil des beschriebenen Herstellverfahrens ist darin zu sehen, daß bei gleicher Aufspannung auf der gleichen Tieflochbohrmaschine in einem Durchgang des Glättwerkzeuges die geforderten Rauheitswerte sicher erreicht werden. Damit ist das Verfahren auch wirtschaftlich im Vergleich zum üblichen Feinschleifen mit mehreren Durchgängen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß zur Erzielung einer gleichen Rauhtiefe der zeitliche Gesamtaufwand für das Schleifen mindestens doppelt so hoch ist wie der für das Glattwalzen. Die durch das Glattwalzen erzeugten Druckeigenspannungen auf der Innenoberfläche des Hohlkörpers ist ein Nebeneffekt, der sich eher günstig auf die Korrosionseigenschaften auswirkt.

Claims (4)

Schutzansprüche:

1. Rotationssymmetrischer Hohlkörper aus Metall, insbesondere Rohr, der ausgehend von einem warmgefertigten Oberflächenzustand mit gegebenenfalls einer Wärmebehandlung und einem Richten nach einem Bohren und nach einer weiteren mechanischen Bearbeitung eine Innenoberfläche mit einer Rauchtiefe R von größer 16// m aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß nach einem ziehenden Bohren und einem anschließenden ziehenden Glattwalzen der Innenoberfläche diese eine Rauhtiefe von R kleiner lO/im aufweist.

2. Rotationssymmetrischer Hohlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper ein Stahlrohr ist mit einer lichten Weite von größer 50 mm und einer Länge von mehr als 10 m.

3. Rotationssymmetrischer Hohlkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stählrohr als Förder- bzw. Leitungsrohr ausgebildet ist, das an beiden Enden einen verschraubbaren gasdichten Gewindeabschnitt aufweist.

4. Rotationssymmetrischer Hohlkörper nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl eine chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent von 0,18 - 0,22 % C, max. 1,0% Si, max. 1,0% Mn und 12,5 14,0 Cr, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen aufweist.