EP0058385B1 - Anlage zur druckdichten Befestigung eines Rohres in einem Rohrboden mit Hilfe einer Druckflüssigkeit - Google Patents
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- EP0058385B1 EP0058385B1 EP82100962A EP82100962A EP0058385B1 EP 0058385 B1 EP0058385 B1 EP 0058385B1 EP 82100962 A EP82100962 A EP 82100962A EP 82100962 A EP82100962 A EP 82100962A EP 0058385 B1 EP0058385 B1 EP 0058385B1
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Definitions
- the invention relates, according to the preamble of claim 1, to a system for the pressure-tight fastening of a tube in a tube sheet with the aid of a pressure fluid, with a pressure build-up mandrel, a pressure fluid filling device and an expansion pressure generator, the expansion pressure generator being connected directly to the pressure build-up mandrel via the expansion pressure generator, wherein the expansion pressure generator has a pressure cylinder, a pressure piston, an expansion pressure seal and a filling connection opening into the pressure cylinder for the hydraulic fluid filling device, and the connection between the filling connection of the expansion pressure generator and the pressure build-up mandrel is open when the expansion pressure generator is passive and is blocked when the expansion pressure generator is active .
- a system has become known from DE-B-26 16 523.
- the invention relates to the "hydraulic expansion of pipes", which has been known for a long time (see, for example, DE-OS 1939 105 and the essay by M. Podhorsky and H. Krips "Hydraulic expansion of pipes” in VGB KRAFTWERKSTECHNIK, issue 1/1979, pages 81 to 87), in which the pipe end of the pipe to be fastened is inserted with play into a bore in the tube sheet, the pressure build-up mandrel is inserted into the pipe end of the pipe to be fastened, the cavity between the pipe end of the fastening pipe and the pressure build-up mandrel at the two ends of an expansion area - with the aid of at least two seals - and via at least one pressure medium supply led through the pressure build-up mandrel and into the cavity between the pipe end of the pipe to be fastened and the pressure build-up mandrel, a pressure fluid is supplied to the cavity becomes.
- a filling pressure generator belonging to the hydraulic fluid filling device and the expansion pressure generator each have a double piston with a pressure piston that acts on the hydraulic fluid, ie the water, and an oil-loaded drive piston.
- the invention is therefore based on the object of designing and developing the system in question for "hydraulic expansion of pipes" in such a way that the self-releasing check valve described and a manually operated residual pressure relief valve are no longer required.
- the system according to the invention for the pressure-tight fastening of a tube in a tube sheet with the aid of a hydraulic fluid, in which the above-described object is achieved is characterized in that the expansion pressure seal is arranged in the inner wall of the pressure cylinder and the filling connection - as seen in the direction of movement of the pressure piston - before the expansion pressure seal opens into the pressure cylinder.
- the expansion pressure generator is designed so that it also takes over the function of the self-releasing check valve that was necessary in the prior art. If the expansion pressure generator is initially passive, i. H. the pressure piston in its retracted, passive end position, the pressure fluid can easily be fed from the pressure fluid filling device via the expansion pressure generator past the expansion pressure seal to the pressure build-up mandrel.
- the expansion pressure generator is then activated to build up the expansion pressure, the connection between the filling connection of the expansion pressure generator and the pressure build-up mandrel is blocked by pushing the pressure piston forward, moving the fill connection over, sliding into the expansion pressure seal and thus decoupling the pressure build-up mandrel from the filling connection, so that the expansion pressure generator the hydraulic fluid cannot push back into the hydraulic fluid filling device. If the expansion pressure generator is passivated again after the expansion, the connection between the pressure build-up mandrel and the filling connection of the expansion pressure generator is opened again, so that the residual pressure can be released into the hydraulic fluid filling device. Of particular importance is the fact that the expansion pressure seal is provided in the inner wall of the pressure cylinder, i.e.
- the expansion pressure seal is provided in the outer wall of the pressure piston, i.e. it is designed as a so-called piston seal is.
- the design of the expansion pressure seal of the expansion pressure generator as a so-called rod seal has a number of advantages over the design as a so-called piston seal.
- the pressure piston for interacting with the expansion pressure seal can be machined better than the pressure cylinder.
- the expansion pressure seal does not have to be embedded in the inner wall of the printing cylinder, but can also project over the inner wall of the printing cylinder, that is to say it can be arranged on the inner wall of the printing cylinder.
- the expansion pressure generator with a filling pressure seal before the filling connection, as seen in the direction of movement of the pressure piston.
- the filling connection between the expanding pressure seal and the filling pressure seal is located on the expanding pressure generator.
- the pressure piston of the expansion pressure generator is generally brought into a passive end position by the explained residual pressure of the pressure fluid. Nevertheless, it may be advisable to provide the expansion pressure generator with a compression spring which ensures a passive end position of the pressure piston. This prevents the connection between the filling connection of the expansion pressure generator and the pressure build-up mandrel from being partially opened or partially blocked by the pressure piston of the expansion pressure generator when the expansion pressure generator is passive.
- FIG. 1 shows a system for the pressure-tight fastening of a tube, not shown, in a tube sheet, not shown, with the aid of a hydraulic fluid, with a pressure build-up mandrel 1, a hydraulic fluid filling device 2 and an expansion pressure generator 3.
- the hydraulic fluid filling device 2 and the expansion pressure generator 3 are connected to the pressure expansion mandrel 1 .
- Water is used as the pressure fluid, while the pressure fluid filling device 2 and the expansion pressure generator 3 operate with oil conveyed by a pump as the drive means; a filling pressure generator 5 belonging to the hydraulic fluid filling device 2 and the expansion pressure generator 3 each have a double piston 6, 7, each with a pressure piston 8, 9 which pressurizes the hydraulic fluid, that is to say the water, and in each case an oil-loaded drive piston 10, 11. 1 shows a plurality of connecting, measuring and control means, which do not need to be described here.
- the expansion pressure generator 3 has a pressure cylinder 12, the double piston 7 with the pressure piston 9 and an expansion pressure seal 13, which is effective between the pressure cylinder 12 and the pressure piston 9.
- the pressure fluid filling device 2 is connected to the pressure build-up mandrel 1 via the expansion pressure generator 3, that is to say the expansion pressure generator 3 has a filling connection 14, and the connection between the filling connection 14 of the expansion pressure generator 3 and the pressure build-up mandrel 1 is opened, on the other hand, when the expansion pressure generator 3 is passive locked when the expansion pressure generator 3 is active.
- the expansion pressure generator 3 is designed so that when it, as it were between the Hydraulic fluid filling device 2 and the pressure build-up mandrel 1 is provided, which also takes over the function of the self-releasing check valve that was necessary in the prior art. If the expansion pressure generator 3 is initially passive, the pressure fluid can be fed from the pressure fluid filling device 2 via the expansion pressure generator 3 to the pressure build-up mandrel 1, because the connection between the filler connection 14 of the expansion pressure generator 3 and the pressure build-up mandrel 1 is then opened.
- the expansion pressure generator is activated, the connection between the filling connection 14 of the expansion pressure generator 3 and the pressure build-up mandrel 1 is blocked, so that the expansion pressure generator 3 cannot press the hydraulic fluid back into the hydraulic fluid filling 2. If the expansion pressure generator 3 is then passivated again after expansion, the connection between the filling connection 14 of the expansion pressure generator 3 and the pressure build-up mandrel 1 is opened again, so that the residual pressure in the hydraulic fluid filling device 2 can be reduced.
- the filling connection 14 - seen in the direction of movement of the pressure piston 9 - is provided in the expansion pressure generator 3 in front of the expansion pressure seal 13 and the expansion pressure generator 3 - viewed in the direction of movement of the pressure piston 9 - has a filling pressure seal 15 in front of the filling connection 14; the filling connection 14 is thus between the expanding pressure seal 13 and the filling pressure seal 15.
- the expanding pressure generator 3 also has a passive end position of the pressure piston 9, pressure spring 16 and the expanding pressure seal 13 is provided in the inner wall of the pressure cylinder 9, that is to say as a so-called rod seal executed.
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Description
- Die Erfindung betrifft gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 eine Anlage zur druckdichten Befestigung eines Rohres in einem Rohrboden mit Hilfe einer Druckflüssigkeit, mit einem Druckaufbaudorn, einer Druckflüssigkeitsfülleinrichtung und einem Aufweitdruckerzeuger, wobei der Aufweitdruckerzeuger direkt und die Druckflüssigkeitsfülleinrichtung über den Aufweitdruckerzeuger mit dem Druckaufbaudorn verbunden ist, wobei der Aufweitdruckerzeuger einen Druckzylinder, einen Druckkolben, eine Aufweitdruckdichtung sowie einen in den Druckzylinder mündenden Füllanschluß für die Druckflüssigkeitsfülleinrichtung aufweist und wobei die Verbindung zwischen dem Füllanschluß des Aufweitdruckerzeugers und dem Druckaufbaudorn geöffnet ist, wenn der Aufweitdruckerzeuger passiv ist und gesperrt ist, wenn der Aufweitdruckerzeuger aktiv ist. Eine solche Anlage ist mit der DE-B-26 16 523 bekanntgeworden.
- Gegenstand der Erfindung ist das »hydraulische Aufweiten von Rohren«, das schon seit langem bekannt ist (vgl. z. B. die DE-OS 1939 105 und den Aufsatz von M. Podhorsky und H. Krips »Hydraulisches Aufweiten von Rohren« in VGB KRAFTWERKSTECHNIK, Heft 1/1979, Seiten 81 bis 87), bei dem das Rohrende des zu befestigenden Rohres mit Spiel in eine Bohrung des Rohrbodens eingesetzt wird, in das Rohrende des zu befestigenden Rohres der Druckaufbaudorn eingebracht wird, der Hohlraum zwischen dem Rohrende des zu befestigenden Rohres und dem Druckaufbaudorn an den beiden Enden eines Aufweitbereiches - mit Hilfe von mindestens zwei Dichtungen - abgedichtet wird und über mindestens eine durch den Druckaufbaudorn geführte und in den Hohlraum zwischen dem Rohrende des zu befestigenden Rohres und dem Druckaufbaudorn mündende Druckmittelzuführung dem Hohlraum eine Druckflüssigkeit zugeführt wird.
- Der druckdichten Befestigung von Rohren in Rohrböden od. dgl., z. B. der Wärmetauscherrohre in den Rohrböden von Wärmetauschern, kommt eine enorme wirtschaftliche Bedeutung zu. Über mehrere Jahrzente hinweg ist als Verfahren dazu das »mechanische Einwalzen« angewendet worden, das jedoch sehr aufwendig ist und nicht zu hinreichend exakt berechenbaren Ergebnissen führt (vgl. M. Podhorsky und H. Krips »Hydraulisches Aufweiten von Rohren«, aa0). Gegenüber dem »mechanischen Einwalzen« ist das »hydraulische Aufweiten« mit einer Vielzahl von Vorteilen verbunden (vgl. M. Podhorsky und H. Krips »Hydraulisches Aufweiten von Rohren«, aa0).
- Bei der bekannten Anlage zum »hydraulischen Aufweiten von Rohren«, von der die Erfindung ausgeht, wird als Druckflüssigkeit Wasser verwendet, während die Druckflüssigkeitsfülleinrichtung und der Aufweitdruckerzeuger mit von einer Pumpe gefördertem Öl als Antriebsmittel arbeiten; ein zu der Druckflüssigkeitsfülleinrichtung gehörender Fülldruckerzeuger und der Aufweitdruckerzeuger weisen jeweils einen Doppelkolben mit einem die Druckflüssigkeit, also das Wasser, beaufschlagenden Druckkolben und einen ölbeaufschlagten Antriebskolben auf.
- Nachteilig ist bei der bekannten Anlage, daß in der Verbindung zwischen der Druckflüssigkeitsfülleinrichtung und dem Druckaufbaudorn mindestens ein selbstentsperrendes Rückschlagventil (Rückschlagventil 19 in der DE-B-26 16 523) vorgesehen sein muß. Dieses selbstentsperrende Rückschlagventil hat zunächst als Rückschlagventil die Aufgabe, dann, wenn mit Hilfe der Druckflüssigkeitsfülleinrichtung Druckflüssigkeit eingefüllt ist, den Aufbau des Aufweitdruckes - mit Hilfe des Aufweitdruckerzeugers - zu ermöglichen, also zu verhindern, daß der Aufweitdruckerzeuger die Druckflüssigkeit in die Druckflüssigkeitsfülleinrichtung zurückdrückt. Das Rückschlagventil muß aber auch selbstentsperrend sein, und zwar aus folgendem Grund:
- Beim Aufbau des Aufweitdruckes - bis ca. 4000 bar - wird die Druckflüssigkeit komprimiert; das Volumen der unter dem Aufweitdruck stehenden Druckflüssigkeit ist um das Kompressionsvolumen kleiner als das Volumen der entspannten Druckflüssigkeit. Nun entsteht zwar beim Aufweiten - durch das Aufweiten des Rohrendes des zu befestigenden Rohres - ein Verdrängungsvolumen, das beim Abbau des Aufweitdruckes für die Druckflüssigkeit zur Verfügung steht. Da jedoch das Kompressionsvolumen in der Regel größer ist als das Verdrängungsvolumen, verbleibt die Druckflüssigkeit nach dem Abbau des Aufweitdruckes, d. h. also dann, wenn der Aufweitdruckerzeuger passiv geworden ist, unter einem Restdruck, der abgebaut werden muß.
- Nun ist es praktisch nicht möglich, ein hinreichend funktionssicheres selbstentsperrendes Rückschlagventil zu bauen, das bis zu ca. 4000 bar Aufweitdruck als Rückschlagventil absolut druckdicht ist, das bei einem Fülldruck von z. B. 400 bar noch nicht selbstentsperrend wirksam wird und das bei einem Restdruck von z. B. 300 bar sicher selbstentsperrend wirksam wird. (Liegt der Restdruck oberhalb des Fülldruckes, so kann ein selbstentsperrendes Rückschlagventil natürlich ohnehin nicht verwendet werden.) Im Ergebnis wird bei der bekannten Anlage, von der die Erfindung ausgeht, mit einem von Hand zu betätigenden Restdruckabbauventil gearbeitet, wenn wirklich sichergestellt werden soll, daß der erläuterte Restdruck tatsächlich abgebaut wird.
- Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, die in Rede stehende Anlage zum »hydraulischen Aufweiten von Rohren« so auszugestalten und weiterzubilden, daß das erläuterte selbstentsperrende Rückschlagventil und ein von Hand zu betätigendes Restdruckabbauventil nicht mehr benötigt werden.
- Die erfindungsgemäße Anlage zur druckdichten Befestigung eines Rohres in einem Rohrboden mit Hilfe einer Druckflüssigkeit, bei der die zuvor dargelegte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitdruckdichtung in der Innenwandung des Druckzylinders angeordnet ist und der Füllanschluß - in Bewegungsrichtung des Druckkolbens gesehen - vor der Aufweitdruckdichtung in den Druckzylinder mündet.
- Erfindungsgemäß ist also der Aufweitdruckerzeuger so ausgeführt, daß er die Funktion des im Stand der Technik notwendig gewesenen selbstentsperrenden Rückschlagventils mit übernimmt. Ist der Aufweitdruckerzeuger zunächst passiv, d. h. der Druckkolben in seiner zurückgezogenen, passiven Endstellung, so kann die Druckflüssigkeit ohne weiteres von der Druckflüssigkeitsfülleinrichtung über den Aufweitdruckerzeuger an der Aufweitdruckdichtung vorbei dem Druckaufbaudorn zugeführt werden. Wird dann zum Aufbau des Aufweitdruckes der Aufweitdruckerzeuger aktiviert, so wird die Verbindung zwischen dem Füllanschluß des Aufweitdruckerzeugers und dem Druckaufbaudorn gesperrt, indem der Druckkolben vorgeschoben wird, den Füllanschluß überfährt, in die Aufweitdruckdichtung hineingleitet und den Druckaufbaudorn damit vom Füllanschluß entkoppelt, so daß der Aufweitdruckerzeuger die Druckflüssigkeit nicht in die Druckflüssigkeitsfülleinrichtung zurückdrücken kann. Wird nach dem Aufweiten der Aufweitdruckerzeuger wieder passiviert, so wird die Verbindung zwischen dem Druckaufbaudorn und dem Füllanschluß des Aufweitdrukkerzeugers wieder geöffnet, so daß sich der Restdruck in die Druckflüssigkeitsfülleinrichtung abbauen kann. Besondere Bedeutung kommt der Tatsache zu, daß die Aufweitdruckdichtung in der Innenwandung des Druckzylinders vorgesehen, also als sogenannte Stangendichtung ausgeführt ist, - während im Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, die Aufweitdruckdichtung in Außenwandung des Druckkolbens vorgesehen, also als sogenannte Kolbendichtung ausgeführt ist. Die Ausführung der Aufweitdruckdichtung des Aufweitdruckerzeugers als sogenannte Stangendichtung hat gegenüber der Ausführung als sogenannte Kolbendichtung eine Mehrzahl von Vorteilen. Insbesondere läßt sich der Druckkolben für das Zusammenwirken mit der Aufweitdruckdichtung besser bearbeiten als der Druckzylinder. Selbstverständlich muß die Aufweitdruckdichtung nicht in die Innenwandung des Druckzylinders eingelassen sein, sondern kann auch gegenüber der Innenwandung des Druckzylinders vorspringen, also gewissermaßen an der Innenwandung des Druckzylinders angeordnet sein.
- Zur Lehre der Erfindung empfiehlt es sich, den Aufweitdruckerzeuger - in Bewegungsrichtung des Druckkolbens gesehen - vor dem Füllanschluß mit einer Fülldruckdichtung zu versehen. Bei dieser Ausführungsform befindet sich also an dem Aufweitdruckerzeuger der Füllanschluß zwischen der Aufweitdruckdichtung und der Fülldruckdichtung.
- Bei der erfindungsgemäßen Anlage zum »hydraulischen Aufweiten von Rohren« wird der Druckkolben des Aufweitdruckerzeugers in der Regel durch den erläuterten Restdruck der Druckflüssigkeit in eine passive Endstellung gebracht. Gleichwohl kann es sich empfehlen, den Aufweitdruckerzeuger mit einer eine passive Endstellung des Druckkolbens sicherstellenden Druckfeder zu versehen. Dadurch wird verhindert, daß die Verbindung zwischen dem Füllanschluß des Aufweitdruckerzeugers und dem Druckaufbaudorn durch den Druckkolben des Aufweitdruckerzeugers teilgeöffnet bzw. teilgesperrt ist, wenn der Aufweitdruckerzeuger passiv ist.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert; es zeigt
- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Anlage zum hydraulischen Aufweiten von Rohren und
- Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich größerer Darstellung, den Aufweitdruckerzeuger der Anlage nach Fig. 1, teilweise im Schnitt.
- Die Fig. 1 zeigt eine Anlage zur druckdichten Befestigung eines nicht dargestellten Rohres in einem nicht dargestellten Rohrboden mit Hilfe einer Druckflüssigkeit, mit einem Druckaufbaudorn 1, einer Druckflüssigkeitsfülleinrichtung 2 und einem Aufweitdruckerzeuger 3. Die Druckflüssigkeitsfülleinrichtung 2 und der Aufweitdruckerzeuger 3 sind mit dem Druckaufbaudorn 1 verbunden. Als Druckflüssigkeit wird Wasser verwendet, während die Druckflüssigkeitsfülleinrichtung 2 und der Aufweitdruckerzeuger 3 mit von einer Pumpe gefördertem Öl als Antriebsmittel arbeiten; ein zu der Druckflüssigkeitsfülleinrichtung 2 gehörender Fülldruckerzeuger 5 und der Aufweitdruckerzeuger 3 weisen jeweils einen Doppelkolben 6, 7 mit jeweils einem die Druckflüssigkeit, also das Wasser beaufschlagenden Druckkolben 8, 9 und jeweils einen ölbeaufschlagten Antriebskolben 10, 11 auf. Im übrigen zeigt die Fig. 1 eine Mehrzahl von Verbindungs-, Meß- und Steuermitteln auf, die hier der Beschreibung nicht bedürfen.
- Wie die Figuren zeigen, weist der Aufweitdruckerzeuger 3 einen Druckzylinder 12, den Doppelkolben 7 mit dem Druckkolben 9 und eine Aufweitdruckdichtung 13 auf, die zwischen dem Druckzylinder 12 und dem Druckkolben 9 wirksam ist. Dabei ist die Druckflüssigkeitsfülleinrichtung 2 über den Aufweitdruckerzeuger 3 mit dem Druckaufbaudorn 1 verbunden, weist also der Aufweitdruckerzeuger 3 einen Füllanschluß 14 auf, und ist die Verbindung zwischen dem Füllanschluß 14 des Aufweitdruckerzeugers 3 und dem Druckaufbaudorn 1 geöffnet, wenn der Aufweitdruckerzeuger 3 passiv ist, dagegen gesperrt, wenn der Aufweitdruckerzeuger 3 aktiv ist.
- Nun ist der Aufweitdruckerzeuger 3 so ausgeführt, daß er, wenn er gleichsam zwischen der Druckflüssigkeitsfülleinrichtung 2 und dem Druckaufbaudorn 1 vorgesehen ist, die Funktion des im Stand der Technik notwendig gewesenen selbstentsperrenden Rückschlagventils mit übernimmt. Ist der Aufweitdruckerzeuger 3 zunächst passiv, so kann die Druckflüssigkeit ohne weiteres von der Druckflüssigkeitsfülleinrichtung 2 über den Aufweitdruckerzeuger 3 dem Druckaufbaudorn 1 zugeführt werden, weil ja dann die Verbindung zwischen dem Füllanschluß 14 des Aufweitdruckerzeugers 3 und dem Druckaufbaudorn 1 geöffnet ist. Wird dann - zum Aufbau des Aufweitdruckes - der Aufweitdruckerzeuger aktiviert, so wird die Verbindung zwischen dem Füllanschluß 14 des Aufweitdruckerzeugers 3 und dem Druckaufbaudorn 1 gesperrt, so daß der Aufweitdruckerzeuger 3 die Druckflüssigkeit nicht in die Druckflüssigkeitsfüllung 2 zurückdrücken kann. Wird dann nach dem Aufweiten der Aufweitdruckerzeuger 3 wieder passiviert, so wird die Verbindung zwischen dem Füllanschluß 14 des Aufweitdruckerzeugers 3 und dem Druckaufbaudorn 1 wieder geöffnet, so daß sich der Restdruck in die Druckflüssigkeitsfülleinrichtung 2 abbauen kann.
- Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist bei dem Aufweitdruckerzeuger 3 der Füllanschluß 14 - in Bewegungsrichtung des Druckkolbens 9 gesehen - vor der Aufweitdruckdichtung 13 vorgesehen und weist der Aufweitdruckerzeuger 3 - in Bewegungsrichtung des Druckkolbens 9 gesehen - vor dem Füllanschluß 14 eine Fülldruckdichtung 15 auf; der Füllanschluß 14 befindet sich also zwischen der Aufweitdruckdichtung 13 und der Fülldruckdichtung 15. Im übrigen weist der Aufweitdruckerzeuger 3 noch eine eine passive Endstellung des Druckkolbens 9 sicherstellende Druckfeder 16 auf und ist die Aufweitdruckdichtung 13 in der Innenwandung des Druckzylinders 9 vorgesehen, also als sogenannte Stangendichtung ausgeführt.
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