DD277954A1

DD277954A1 - Rohrendverschluss fuer druckleitungen aller art

Info

Publication number: DD277954A1
Application number: DD32293688A
Authority: DD
Inventors: Harald Moews; Volker Boehme; Werner Probst; Klaus Reinders; Helmut Sperlich; Dieter Dimper
Original assignee: Energieversorgung Ingbetrieb
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1990-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schnellen Abdichten von Rohrenden. Sie ist insbesondere fuer die abschnittsweise Dichtheitspruefung von Gasdruckleitungen geeignet. Sie kann aber auch an Rohrleitungen der Wasserwirtschaft oder Waermeversorgung eingesetzt werden. Der Erfindung liegt die Aufgaben zugrunde, einen einfachen, funktionssicheren Rohrendverschluss fuer Druckleitungen aller Art zu entwickeln, der mehrfach verwendbar ist und nur einen geringen Material- und Zeitaufwand erfordert. Dies wird erfindungsgemaess dadurch erreicht, dass ein auf einen Kegelstumpf mit geringer Neigung aufgezogener und mit diesem gering verspannter viskoelastischer oder elastisch-plastischer Rundring nach dem Keilprinzip zwischen dem Kegelstumpf und der Rohrinnenwand verspannt wird. Der Kegelstumpf sitzt mittig auf einer Schraube oder einem Rohr geringen Durchmessers. An der Grundflaeche schliesst sich ein kurzer zylindrischer Teil an. Fig. 2

Description

Kegelstumpf und der Rohrinnenwand verspannt wird. Der Kegelstumpf, der auch als Hohlkörper ausgebildet sein kann, sitzt mittig auf einer langen, über das Kopfende hinausragenden Schraube oder auf einem Rohr von wesentlich geringerem Durchmesser. Der Neigungswinkel der Mantelfläche des Konus gegen die Achse beträgt je nach Reibwert der Reibpaarung Rundring/Rohr 5-15°. Um ein Zerstören des Rundringes an der spitzen Kante am Konusende zu verhindern, schließt sich an der Grundfläche ein kurzer zylindrischer Teil gleichen Durchmessers an. Damit ist auch eine zusätzliche Sicherheit gegen Herausschleudern gegeben. Um ein leichtes Hineinschieben des Verschlusses in das Rohr zu ermöglichen, liegt der maximale Konusdurchmesser geringfügig unter dem Rohrinnendurchmesser. Auslegung und Auswahl des viskoelastisch oder elastischplastisch verformbaren Rundringes haben so zu erfolgen, daß die an der Rohrwandung auftretende Reibkraft in Richtung Rohrachse dem maximalen Rohrinnendruck auf den Verschluß mit Sicherheit standhält. Die Verhältnisse von Ringspalt sowie Schnurdurchmesser des Rundringes zum mittleren Durchmesser des Konus bzw. zum Rohrinnendurchmesser werden so klein wie möglich gehalten. Richtwerte für die Wahl des Schnurdurchmessers d„ des Neigungswinkels der Mantelfläche des Konus α und der Konuslänge Ik können ohne Beschränkung der Allgemeinheit folgenden Nährerungsgleichungen entnommen werden:

d, = Vi (d„ - d_K) sin α = μ und

sind

Mit den Größen d_n - Rohrinnendurchmesser

ΰκ - Konusdurchmesser an der Grundfläche

μ - Reibwert der Reibpaarung Konus/Rundring und den Bedingungen dR - dK > 0 und

d_R - d_K = 0

Die Wahl d_H - d_K £> 0 gemäß der in GB 2117863 vorgestellten Lösung ergibt gemäß der Beziehung

Sf== —- (* Standort des Rundringes)

n-dR.-d»

mit der deformierten Kontaktbreite des Rundringes an der Rohrinnenwandung und am Konus d, ι und dj.i mit den Durchmessern dR und d|5,_m, wobei stets gilt d, ι = df,ι, einen sehr großen Formänderungsschlupf

Bei größeren Rohrinnendrücken und/oder größeren Rohrdurchmessern führt das zum Gleiten oder Zerstören des Rundringes an den Wandungen des Konus oder Rohres und damit zum Herausschleudern des Verschlusses. Die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Rohrendverschlusses setzt eine geringe Vorverspannung im Rohr voraus. Das geschieht durch leichtes manuelles Anziehen des Konus über die als Seele vorhandene Schraube bzw. das Rohr in Richtung Rohrende, wobei der Rundring zwischen Konus und Rohrinnenwand vorverspannt wird. Diese Vorspannung it 'ür den gasdichten Verschluß und damit für den Druckaufbau im Rohr notwendig. Mit steigendem Innendruck wälzt sich der Rundring auf den Wandungen von Konus und Rohr relativ zur Bewegung des Konus in Richtung Rohrande ab und wird dabei, dem Innendruck entsprechend, verspannt. Zwischen der Druckkraft auf den Verschluß und der Reibkraft zwischen Gummiring und Rohrwand besteht dabei stets Gleichgewicht. Sowohl Konus als auch Rundring wirken bei diesem Verspann- und Abdichtprinzip als Keile. Durch die Keilwirkung und das Abwälzen im Zusammenspiel mit dem Druckaufbau werden auf den Rundring höhere Kräfte ausgeübt als bei rein axialen oder radialen Druck- und Preßkräften. Mit zunehmenden Drücken empfiehlt sich der Einsatz eines zähen viskoelastischnn Materials für den Rundring.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen schematisiert in Fig. 1 den erfindungsgemäßen Rohrendverschluß währe.id der Einführung in das Rohr und in Fig.2 nach Druckaufbau im Gleichgewichtszustand.

Der Verschlußstopfen besteht aus einem Metallkörper mit einem konischen und einem zylindrischen Teil als Druckkörper 2 sowie einem viskoelastisch oder elastisch-plastisch verformbaren Rundring 3. Zur Vermeidung des Rutschens des Rundringes 3 auf den Wandungen des Stopfens 2 und des Rohres 1 besitzt der Konus einen Neigungswinkel von vorzugsweise 8°-10°. Ein Metalkohr 4 durchdringt mittig den Druckkörper 2 und ist mit diesem durch Schweißung oder Klebung gasdicht sowie dreh-und stoßf jst verbunden. Am freien Ende des Rohres 4 befinden sich ein Manometer und ein Ventil zum Aufbringen des Prüfdruckes in das abzusperrende Rohr 1.

Vor Einführung des Verschlusses 2 in das Rohr 1 wird an der Kopfseite des Konus ein Rundring 3 aufgezogen. Bei Rohrinnendrücken von etwa 10 MPa und Rohrinnendurchmessern von 200 mm besteht dieser Ring aus zähem viskoelastischem Material. Nach Einführung des Verschlusses in das Rohr 1 um die zwei- bis dreifache Druckkörperlänge wird der Rundring 3 durch leichtes manuelles Bewegen und Anziehen des Verschlusses in Richtung Rohrende zwischen dem Konus des Druckkörpers 2 und der Rohrinnenwandung 1 vorverspannt. Über Rohr 4 erfolgt nunmehr das Aufbringen des Prüfdruckes in Rohr 1. Während dieses Vorgangs wälzt sich der Rundring 3 aufgrund des Druckes auf die Grundfläche des Druckkörpers 2 auf den Wandungen des konbchen Teils von Druckkörper 2 und des Rohros 1 relativ zur Bewegung des Stopfen in Richtung Rohrende hin ab und wird dabei so stark gopreßt und gespannt, daß schließlich zwischen Druckkraft auf die Grundfläche des Stopfens und Reibkraft zwischen Rundring und Rohr 1 ein Gleichgewichtszustand eintritt.

Claims

-1- 277 S54 Patentanspruch:

Rohrendverschluß für Druckleitungen aller Art, bestehend aus einem einen konusförmigen Bereich aufweisenden Stopfen, dessen maximaler Durchmesser kleiner als der Rohrinnendurchmesser ist, und einem auf den konusförmigen Bereich des Stopfens aufgebrachten Dichtungsring aus elastomerem Material, der bei Druckbeaufschlagung des Rohres zwischen Stopfen und Rohrwandung zusammengepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen einen kegelstumpfförmigen Bereich mit einem Neigungswinkel von 5-15° und einen an dessen Grundfläche anschließenden zylindrischen Bereich gleichen Durchmessers besitzt, wobei der Durchmesser dieses zylindrischen Bereiches dem 0,96-0,98fachen des Rohrinnendurchmessers entspricht, und der an der Kopfseite des Konus (2) aufgezogene Rundring (3), der sich nach Druckaufbau im Rohr (1) auf den Wandungen des Konus (2) und Rohres (1) abwälzt und als Keil zwischen Rohr (1) und Konus (2) wirkt, einen Schnurdurchmesser aufweist, der das Dreifache der Ringspaltbreite zwischen Rohr (1) und Stopfen (2) beträgt.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schnellen Abdichten von Rohrenden. Sie ist insbesondere für die abschnittsweise Dichtheitsprüfung von Gasdruckleitungen geeignet. Dieser Rohrendverschluß kann aber auch zum Abdichten von Rohren in Leitungssystemen der Wasserwirtschaft oder Wärmeversorgung eingesetzt werden. Auf Baustellen kann er zur Vermeidung von Rohrverunreinigungen als Verschluß Anwendung finden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist üblich, neuverlegte Rohrleitungen abschnittsweise einer Dichtheitsprüfung zu unterziehen. Das hierfür erforderliche Verschließen der Rohrenden erfolgt bei Mittel- und Hochdruckgasleitungen fast ausschließlich durch das material- und zeitaufwendige Anschweißen von Klöpperböden an die Rohrenden. Bei Niederdruckgasleitungen erfolgt das Verschließen durch kraft- und formschlüssige Innenrohrverschlüsse aus Gummi oder viskoelastischem Material. Bekannt sind weiterhin kegelförmige Stopfen, die über ein Zugteil in das Rohr hineingepreßt werden. Diese Lösungen weisen sicherheitstechnische und Dichthditsprobleme auf.

Des weiteren sind sogenannte „explosiv aktivierte Stopfen" bekannt, die insbesondere zum einmaligen Abdichten von Rohren mit höheren Innendrücken zur Anwendung gelangen. Die Herstellung dieser Verschlüsse ist material- und zeitaufwendig. Außerdem führt ihre Demontage stets zu deren Zerstörung.

In der Patentschrift GB 2117863 wird ein Rohrendverschluß auf Basis der an sich bekannten Bauelemente Konus unti Gummirundring vorgestellt. Das Verspannen des Rundringes zwischen den Wandungen des Konus und des Rohres erfolgt nach manuellem Aufbringen einer Vorverspannung allein durch den Innendruck des Rohres. Der Gummirundring wälzt sich dabei bis zum Kräftegleichgewicht zwischen der Druckkraft des Rohrinnendruckes auf die Grundfläche des Verschlusses und der Reibkraft des Ringes an der Rohrwand in Richtung Rohrachse an den Wandungen des Konus und des Rohres relativ zur Keilwirkung des Konus in Richtung Rohrende mit zunehmender Verspannung ab.

Nachteilig für das Verspannen des Rundringes und damit für den Abdichtvorgang und das Abdichten selbst ist die Ausführungsform Konus mit einem durchmessererweiternden Absatz als Verspannbegrenzung des Rundringes an der Grundfläche des Konus. Die durch den Absatz bedingte Durchmesserreduzierung des Konus führt zwangsläufig zu ungünstig großen Verhältnissen zwischen dem Ringspalt zwischen Konus und Rohr und dem Rohrdurchmesser, zwischen dem Schnurdurchmesser des Rundringes und dem mittleren Durchmesser des Konus der Länge des Konus zum Rohrdurchmesser, was sich ungünstig auf den Abdichtvorgang auswi^rkt, längere und steilere Abrollwege des viskoelastischen Rundringes im Ringspalt auf den Oberflächen des Konus und des Rohres erfordert und bei höheren Rohrinnendrücken zu Reib- und Festigkeits-, Elastizitäts- und damit zu Funktionsproblemen beim Abwälzvorgang bis hin zum Gleiten an der Rohrwand und/oder zur Zerstörung führt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen einfachen, universell einsetzbaren Röhrend Verschluß zu entwickeln, der die Mängel der bekannten Rohrendverschlüsse nicht aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen funktionssicheren Rohrendverschluß für Druckleitungen aller Art zu entwickeln, der mehrfach verwendbar ist und nur einen geringen Material- und Zeitaufwand erfordert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein auf einen Kegelstumpf mit geringer Neigung aufgezogener und mit diesem gering verspannter viskoelastischer oder elastisch-plastischer Rundring nach dem Keilprinzip zwischen dem