CH638026A5

CH638026A5 - Durch zuendung einer sprengladung betaetigbarer stopfen fuer die ausbesserung von waermetauschern.

Info

Publication number: CH638026A5
Application number: CH21379A
Authority: CH
Inventors: Gordon Clemence Larson
Original assignee: Babcock & Wilcox Co
Priority date: 1978-06-09
Filing date: 1979-01-10
Publication date: 1983-08-31
Also published as: JPS591955B2; IT7909312A0; JPS54162257A; FR2428200A1; IL56056A; GB2022759B; SE438196B; FR2428200B1; CA1086664A; DE2900784C3; DE2900784A1; IL56056A0; AT358082B; ES476620A1; BE873236A; US4158370A; LU80765A1; IT1121123B; ATA2279A; NL7811347A

Description

Die Erfindung vereint mit Erfolg die wirkungsvollen Eigenschaften beider Arten von durch mechanische Einwirkung angetriebene Stopfen, ohne deren Nachteile nach sich zu ziehen.

i5 Gemäss der Erfindung ist ein durch Zündung einer Sprengladung betätigbarer Stopfen für die mechanische Dichtung eines Rohres gekennzeichnet durch eine an einem Ende verschlossene, eine konisch ausgebildete Kammer umschliessende Hülse, eine an deren offenes Ende anschliessende 20 Brennkammer, einen in die Kammer passend eingesetzten konischen Kolben, einen an das Gehäuse der Brennkammer, gegebenenfalls ablösbar angesetzten Verlängerungsteil und durch eine in der Brennkammer untergebrachte, aus der Ferne zündbare Sprengladung, welche bei Zündung den Kol-25 ben in die Kammer treibt und damit die Hülse gegen das zu dichtende Rohr ausdehnt und dieses dicht verschliesst.

Durch gezielte Veränderung der Abmessungen des Stopfens, der inneren Geometrie der Hülse, der Länge der Kolbenstange sowie der Menge der Sprengladung kann die Ausdeh-30 nung der Hülse genau bemessen werden. Durch Anordnung einer Entlüftungsöffnung in der ersten Kammer der Hülse kann das Ausmass der Dehnung der Hülse noch weiter beein-flusst werden.

An Hand der Zeichnung werden nun Ausführungsbei-35 spiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäs-sen Stopfen und

Fig. 2 eine Variante in gleicher Darstellungsweise.

In Fig. 1 ist mit 10 ein erfmdungsgemässer Stopfen allge-40 mein bezeichnet. Der Stopfen 10 besteht aus einem gehärteten rohrförmigen Gehäuse 12, das durch eine Schweissraupe 14, od.dgl. mit dem offenen Ende einer Dehnungshülse 16 verbunden ist. Eine Ladekammer 38 bildet das Innere des Gehäuses 12. In der Hülse 16 befindet sich ein Hohlraum 18. Der 45 Hohlraum 18 ist in drei nebeneinander angeordnete Kammern unterteilt. Die beiden äusseren Kammern 20 und 22 haben verschieden grosse Querschnitte; die dazwischen liegende dritte Kammer hat die Form eines Kegelstumpfes. Die beiden Kammern 20 und 22 mit unterschiedlichen Durchmessern 50 wirken als Stossflnger und als Mittel zur Hervorrufung einer Dehnung der Hülse 16. In die mittlere konische Kammer 24 ist ein ebenfalls kegelstumpfförmiger Kolben 26 eingesetzt. Die äussere Oberfläche der Hülse 16 kann mit mehreren Um-fangsnuten 28 versehen sein. Der mit 56 bezeichnete Winkel 55 ist der Neigungswinkel der Kegelstumpferzeugenden. Weiters sind an der äusseren und inneren Oberfläche der Hülse 16 Umfangskerben 30,32 vorgesehen, deren Zweck sowie der der Nuten 28 später erläutert wird.

60 In die Ladekammer 38 ist vom Ende des Gehäuses 12 her eine mit einem Gewindebolzen 35 ausgestattete Stange 34 eingeschraubt, die für die Anortbringung des Stopfens verwendbar ist. Ein Dichtungsring 40 sorgt für einen dichten Ab-schluss des Gehäuses 12 gegenüber der Stange 34. Am freien 65 Ende des Gewindebolzens 35 befindet sich ebenfalls eine Ladekammer 36.

Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfin-dungsgemässen Stopfens 10, der, bereit zum Zünden, in ein

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Rohr 42 eingesetzt ist. Das Rohr 42 ist zusammen mit anderen in einer Stützwand 44 gehalten.

Fig. 2 zeigt den Kolben 26 mit einer Kolbenstange 46, deren Länge lediglich davon abhängt, dass sie wenigstens teilweise den Laderaum 38 des Gehäuses 12 ausfüllt. Weiters ist der Stopfen 10 mit einer Entlüftungsöffnung 54 versehen, deren Aufgabe ebenfalls später noch dargelegt wird.

In den Laderaum 36 des Gewindebolzens 35 ist eine Zündkapsel 48 eingelegt, deren Zünddrähte 52 aus der Stange 34 heraustreten. In den Laderaum 38 des Gehäuses 12 ist eine Sprengladung 50 eingesetzt.

Der erfindungsgemässe Stopfen wird in folgender Weise angewendet:

Nach Feststellung eines undichten Rohres 42 wird ein scharfgemachter, mit einer Stange 34 beliebiger Länger versehener Stopfen 10 in das Rohr 42 bis in den Bereich der Stützwand 44 eingeschoben. Die Orientierung des Stopfens 10 bezüglich der Stützwand 44 ist gleichgültig, d.h. es ist ohne Bedeutung von welchem Ende des Rohres 42 her der Stopfen 10 eingeführt wird. Die Dichtwirkung des Stopfens gegenüber dem Rohr ist unabhängig von der Orientierung. Um ein beschädigtes Rohr an beiden Enden, also bei beiden endseitigen Stützwänden abzudichten, kann man also zunächst einen ersten Stopfen mit seiner Betätigungsstange 34 von dem einen Ende des Rohres 42 bis zur Stützwand 44 am anderen Ende des Rohres vorschieben und dort zünden. Nach der Zündung dieses ersten Stopfens, wird die Stange 34 von ihm gelöst und aus dem Rohr 42 herausgezogen. Sodann wird mit der gleichen Stange 34 der zweite Stopfen 10 vom gleichen Rohrende her, jedoch nur bis zur näher befindlichen Stützwand 44 eingeführt und schliesslich gezündet. Diese Vorgangsweise kann bei bestimmten Raumverhältnissen sehr nützlich sein. Selbstverständlich können die Stopfen aber auch von beiden Rohrenden her eingeführt werden. Erstere Vorgangsweise eignet sich besonders für senkrecht angeordnete Rohre, doch ist die Rohrneigung in keiner Weise für die Anbringung der Dichtstopfen von Belang. Allerdings muss darauf geachtet werden, dass der Dichtstopfen an der Stelle des zu dichtenden Rohres angeordnet und gezündet werden soll, an der sich eine Stützwand befindet.

Bei ordnungsgemäss eingesetztem Stopfen erfolgt die Fernzündung seiner Sprengladung, und diese treibt sodann den Kolben 26 in die konisch zulaufende mittlere Kammer 24 hinein. Folglich wird die Hülse 16 radial aufgetrieben und sie bildet einen wirksamen Verschluss des sie umschliessenden Rohres 42. Die Stange 34 wird sodann vom Gehäuse 12 abgeschraubt.

Ein erfindungsgemässer Stopfen ist äusserst vielseitig an Rohre anpassbar. Durch Veränderung der Abmessungen des Stopfens und seiner Bestandteile, kann der Grad seiner Dehnung praktisch unbegrenzt eingestellt werden. Ein Benützer des erfindungsgemässen Stopfens kann das Ausmass der Einwirkungen auf ein zu dichtendes Rohr so genau einstellen, dass unerwünschte Beschädigungen benachbarter, unbeschädigter Rohre eines Satzes und der Stützwände desselben sicher vermieden werden.

Die auf den Stopfen durch Zündung seiner Sprengladung einwirkende Kraft kann durch Anbringung der bereits vorstehend erwähnten Umfangskerben 30 und 32 begrenzt werden.

Diese Kerben bewirken, dass die Hülse 16 bei einer vorgegebenen Kraft vom Gehäuse 12 abgesprengt wird. Verschiedene Tiefen dieser Kerben führen dazu, dass von den nach Zündung der Stopfladung frei werdenden Kräften jeweils be-5 stimmte Anteile derselben für den Bruch der Hülse an den Kerben abgezweigt werden. Die Kerben 30 und 32 können wahlweise je für sich allein oder auch gleichzeitig angebracht werden. Als Folge dieser Anordnung kann dann die Stange 34 auch fest mit dem Gehäuse 12 verbunden sein. 10 Wahlweise kann die Stange 34 auch so ausgeführt sein, dass sie sich bei einer bestimmten Krafteinwirkung selbsttätig ablöst und dabei die explosive Kraft an die Umgebung freisetzt und den dort enthaltenen Energieüberschuss entladet.

Die Ausdehnung des Stopfens kann weiters noch durch 15eine Entlüftungsöffnung 54 in der ersten Kammer 20 der Hülse 16, nahe der Schweissnaht 14, eingestellt werden (Fig. 2). Durch Justierung der Kolbenstange 46 kann das Ausmass der Explosionskraft eingestellt werden, der der Kolben 26 durch die Kraft in der Brennkammer 38 ausgesetzt wird. 20Wenn nämlich die Kolbenstange die Kammer 38 verlässt,

wird die Explosionskraft durch die Öffnung 54 ins Freie abgeleitet und vernichtet, wodurch die Dehnung des Stopfens beendet wird. Durch Verwendung längerer oder kürzerer Kolbenstangen kann dieser Zeitpunkt und somit die Wirkung der 25 Explosion der Stopfenladung beeinflusst werden. Kürzere Kolbenstangen führen früher zu einer Freisetzung der Explosionsenergie und damit zu einer Beendigung der Kolbenbewegung. Die Öffnung 54 muss jedoch frei ausmünden, damit sich der Explosionsdruck ins Freie und nicht auf den Kolben 30 auswirkt.

Eine weitere Möglichkeit, die Vielseitigkeit eines erfindungsgemässen Stopfens auszunützen, besteht in der Bemessung der inneren Geometrie des Stopfens bezüglich der durch die Sprengladung 50 verfügbaren Energie. Beispielsweise 35 führt ein grösserer Kegelwinkel 56 zu einer stärkeren Verformung des Stopfens und umgekehrt. Auch die Bemessung des Durchmessers der Kolbenstange 46, des Durchmessers der Brennkammer 38 und der Stärke der Sprengladung beeinflussen die Wirkung des Stopfens. Ohne Kolbenstange 46 (Aus-40 führung gemäss Fig. 1) wird ein grösserer Kolbendruck erzielt. Durch Veränderung des Reibungswertes zwischen Kolben 20 und Hülse 18 kann ebenfalls die Energieübertragung auf den Stopfen verändert werden.

Es ist noch zu bemerken, dass das Weglassen der Kolben-45 Stange 46 die Kennzeichen des Explosionsvorganges insofern verändert, als dass dann die Explosionskraft nicht bloss linear auf den Kolben, sondern auch radial auf die Hülsenwand im Bereich der Kammer 20 einwirkt.

Die Hülse 16 kann Umfangsnuten 28 aufweisen oder, ge-50mäss Fig. 2, je nach den Erfordernissen, glatt ausgebildet sein. Die Nuten 28 neigen zum Eindringen in die Wand des zu dichtenden Rohres 42 und verbessern die Dichtung des Stopfens.

Der Umfang der Erfindung ist durch die Patentansprüche 55 bestimmt. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen keinesfalls einschränkend aufgefasst werden; es sind durchaus verschiedene Abänderungen denkbar, ohne dass der Rahmen der Erfindung überschritten würde.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

638 026 PATENTANSPRÜCHE

1. Durch Zündung einer Sprengladung betätigbarer Stopfen für die mechanische Dichtung eines Rohres, gekennzeichnet durch eine an einem Ende verschlossene, eine konisch ausgebildete Kammer (24) umschliessende Hülse (16), eine an deren offenes Ende anschliessende Brennkammer (38), einen in die Kammer (24) passend eingesetzten konischen Kolben (26), einen an das Gehäuse (12) der Brennkammer (38) angesetzten Verlängerungsteil (34) und durch eine in der Brennkammer (38) untergebrachte, aus der Ferne zündbare Sprengladung (48,50,52), welche bei Zündung den Kolben (26) in die Kammer (24) treibt und damit die Hülse (16) gegen das zu dichtende Rohr (42) ausdehnt und dieses dicht verschliesst.

2. Stopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Kammer (24) zwischen zwei Kammern (20, 22) mit unterschiedlichen Durchmessern angeordnet ist.

3. Stopfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Mantelfläche der Hülse (16) wenigstens eine Umfangsnut (28) aufweist.

4. Stopfen nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) mit einer wenigstens teilweise sich in die Brennkammer (38) erstreckenden Kolbenstange (46) ausgestattet ist.

5. Stopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlängerungsteil (34) am Brennkammergehäuse (12) angeschraubt ist.

6. Stopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülsenwand, nahe der Brennkammer (38), eine Entlüftungsöffnung (54) vorgesehen ist.

7. Stopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der äusseren Oberfläche der Hülse (16) eine Umfangskerbe (30) nahe der Brennkammer (38) vorgesehen ist.

8. Stopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der inneren Oberfläche der Hülse (16) eine Umfangskerbe (32) nahe der Brennkammer (38) vorgesehen ist.

9. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nahe der Brennkammer (38) in der Hülsenwand und in einer einzigen Querschnittsebene je eine äussere und eine innere Umfangskerbe (30,32) vorgesehen ist.

Es ist festgestellt worden, dass manche Rohre von Wärmeaustauschern im Laufe der Betriebszeit undicht werden. Da es unerwünscht ist, dass die einen Wärmeaustauscher durchfliessenden verschiedenen Flüssigkeiten oder Gase miteinander in Berührung kommen bzw. sich vermischen, wurden bereits mehrere Verfahren entwickelt, um solche undichten Rohre wieder zu dichten oder stillzusetzen.

Beispielsweise wurden undichte Rohre durch Einschweis-sen von Stopfen, oder durch Einfügung von durch eine Sprengladung oder durch mechanische Kräfte auseinandergetriebene Stopfen wieder dicht zu bekommen bzw. abzuschalten.

Eingeschweisste Stopfen erfordern einen unmittelbaren Zutritt zu den im Wärmeaustauscher befindlichen Rohren, was häufig nur unter grossen Schwierigkeiten bewerkstelligt werden kann. Im allgemeinen werden in beide Enden eines undicht gewordenen Rohres Stopfen eingesetzt und um ihren Umfang Schweissraupen gezogen, mit denen eine druckfeste Dichtung zwischen den Stopfen und der Rohrwand erzielt wird. Es konnte jedoch festgestellt werden, dass sich zwischen dem Rohr und dem Stopfen die Flüssigkeit (oder das Gas) bis zur Schweissraupe vorarbeitet und diese bis zur Zerstörung zersetzt, so dass diese Art und Weise eine Dichtung zu erzielen, unwirksam ist.

Mechanisch getriebene Stopfen sind meist schwierig anzubringen. Durch Zündung einer Sprengladung angetriebene s Stopfen der gegenwärtig verwendeten Art erzeugen eine metallurgische Bindung zwischen Stopfen und Rohr. Es musste jedoch festgestellt werden, dass die dabei erforderliche, verhältnismässig unkontrollierbare Sprengkraft die geringen Abstände zwischen den Rohren eines Rohrsatzes verändern io kann.