NO174242B - Anordning og fremgangsm}te for preparering av r!render ogsammensveising av r!r - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning til bruk ved preparering av rørledningsender og sammensveising av rørender omfattende en ringformet klemme som er stasjonær i forhold til røret og som er utstyrt med et antall klemanordninger. Anordningen kan benyttes under alle forhold hvor det er behov for rask reparasjon eller sammenføyning av rørledninger. Særlig ved arbeid utført under hyperbariske forhold på havbunnen er det vesentlig at reparasjon kan utføres på en rask og sikker måte.

For å oppnå akseptable mekaniserte sveisefuger er det vesentlig å få rørendene preparert og justert innen definerte toleranser. Når to rørender skal buttsveises blir de motstående endene av de to rørene kuttet og normalt blir også fugene preparert før sveising. Dette medfører bruk av separat utstyr.

Ved sammensveising av rørseksjoner med stor diameter er det svært vanskelig å plassere og bevare rørdelene i riktig stilling ende mot ende slik at de kan sveises ordentlig til hverandre.

Ved slike operasjoner er det vanlig å omringe en rørdel med en klemme med flere spennelementer som strekker seg.forbi den fri enden av en rørledningsdel og spenne sammen skjøten mellom de to rørdeler som skal sveises sammen. Spennelementene er utstyrt med skruer som er regulerbare radielt på klemmen for å kunne forbinde og støtte den andre rørenden til rørenden hvorpå elementet er montert. Skrujekker kan justeres for å kunne rette inn den andre rørledningsdelen i forhold til den første og i de fleste tilfeller kan skrujekkene justeres slik at de kan forme eller endre fasongen av det andre røret for å tilpasse det til det første røret.

Fra britisk patent nr. 2.074.068 er det kjent en anordning og en fremgangsmåte til bruk ved tilpassing før sveising av to rørledningsdeler enten ende mot ende eller for teleskopisk tilpassing. Anordningen omfatter en fast støtte for den ene av delene som skal sveises og en ringformet klemme som er innrettet til å omringe og fastklemme enden av denne rørledningsdelen til hvilken den andre skal sveises. Anordningen omfatter også en andre ringformet klemme beregnet for å omringe den andre delen som skal sveises til den første. De to klemmedelene er plassert i en avstand fra hverandre tilstrekkelig til at de to motstående ender av delene som skal sammensveises ligger fritt tilgjengelig mellom de to klemmene. Hver av kl emme enhet ene er utstyr med flere trykkenheter for å utøve kraft på røret for å forme eller endre fasongen av rørendene. Trykkenhetene må betjenes manuelt.

Sveisingen utføres vanligvis med en sveisemaskin på et eget spor. En anordning av denne typen er eksempelvis beskrevet i britisk patent nr. 1.534.773. Denne anordningen innbefatter et spor som kan festes til og omringer et av rørene som skal sveises sammen i en på forhånd bestemt avstand fra en ende av røret. En bevegelig del kan raskt kobles til og frakobles sporet. Denne delen bærer et sveisehode og er innrettet for bevegelse langs sporet ved hjelp av et bevegelig drev som er innrettet til å komme i inngrep med tennene i sporet.

Etter sveising er kontroll av sveisen påkrevet. Dette medfører enda en prosess med testutstyr på eget spor.

Å preparere de to rørendene som skal sveises, sveisingen og inspeksjon til slutt involverer mange forskjellige operasjoner, og de fleste av dem inkluderer også manuelt arbeid. På grunn av de mange operasjonstrinn og bruk av forskjellig verktøy vil hele prosessen i tillegg ta lang tid. Særlig ved arbeid under hyperbariske forhold i habitat med maksimal arbeidsdybde 400 meter under havoverflaten er det vesentlig at fysisk arbeid kan

unngås og at arbeid kan gjøres ferdig på ^tort tid.

Formålet med oppfinnelsen er derfor å kunne utvikle en anordning for raskere og enklere sammenføyning av rørledninger.

Et annet formål med oppfinnelsen er å kunne bruke den samme grunnanordning for alle operasjoner involvert slik som opprunding, kutting, preparering av fuger på rørendene, sveising og til slutt ikke-destruktiv testing (NDT).

Anordningen er i hovedsak bygd opp av to delte ringer, en stasjonær klemme og en roterende ring (verktøy-holder) montert på en skinne.

Alternativt kan klemmen ha to roterende ringer, en på hver side av klemmen. En anordning med to roterende ringer brukes fortrinnsvis ved sveising av rørledninger under hyperbariske forhold i et habitat ved bruk av mellomstykke. Det er vesentlig at klemmen kan brukes som et opprundingsverktøy og er stiv nok til å opprettholde rundheten etter at røret er formet. Opprundingsfunksjonen utføres ved hjelp av seks eller flere uavhengige sko som kan opereres ved en skrujekk, skruopererte kiler eller direkte virkende hydrauliske sylindere. Den samme grunnanordning kan benyttes for alle prosesser involvert slik som avkutting, preparering av rørendefuger, sveising og til slutt ikke-destruktiv testing (NDT) ved å feste forskjellig verktøy til den roterende ring (verktøybærer).

Formålet med oppfinnelsen og de spesielle trekk er definert i de medfølgende krav. Andre karakteriserende trekk er beskrevet i det følgende og er også vist i de medfølgende tegninger fig. 1-7, hvor Fig. 1 er sideriss av apparaturen med en del vist i snitt. Fig. 2 viser anordningen med én roterende ring (verktøybærer)

i perspektiv.

Fig. 3 viser rulle-kjede systemet.

Fig. 4 viser et snitt langs linjen A-A i figur 3.

Fig. 5 viser et riss med og uten frontplate av et verktøy med

skrujekker og to roterende ringer.

Fig. 6 viser et tverrsnitt av verktøyet med skrujekker og to

roterende ringer.

Fig. 7 viser frontplaten på den roterende ring med forskjellige

verktøy festet til denne.

Figur 1 viser anordningen 1 med én roterende ring lukket rundt en rørledning 2 i et sveisehabitat 3.

Anordningen er i hovedsak bygd opp av to delte ringer, en stasjonær sentralklemme 4 og en roterende ring (verktøybærer) 5 montert på utsiden av klemmen på en skinne 6.

Den sentrale klemme 4 som er vist i figurene 1-4 er en ring med firkantprofil og delt langs den vertikale senterlinje. På den ene siden er de to halvringene forbundet med et hengsel 7. Klemmen kan åpnes og plasseres rundt en rørledning 2. En løf teramme og en vinsj benyttes for å plassere klemmen rundt røret. Åpne- og lukkeoperasjonen kontrolleres ved en hydraulisk operert sylinder 8. For å sikre at klemmen er helt sirkulær, blir de to halvringene låst til hverandre med kiler når klemmen er installert på rørledningen. To oljehydrauliske sylindere på toppen og to i bunnen kontrollerer låsekilene. Det er viktig å plassere klemmen så vinkelrett på rørledningen som mulig. Når klemmen er låst rundt røret blir klemmen senket inntil de øvre klemskoene 9 (fig. 2) berører overflaten av rørledningen.

En vinkelhake blir benyttet for å kontrollere posisjonen på fire steder. Vinkelhaken måler vinkelen mellom den roterende ring (verktøybærer) 5 og overflaten av rørledningen 2. Maksimum tillatt avvik er 1 mm. På figur 1 er et verktøy 10 for maskinering/saging og et verktøy 11 for sveising/NDT vist festet til den roterende ring 5.

På den ene siden er klemmen utstyrt med en sirkelformet skinne 6 med heksagonal profil som utgjør sporet for den roterende ring. En oljehydraulisk operert snekkedrevmotor er installert på oversiden av klemmen. Systemet kan også utvides til å bære en sirkelformet skinne på hver side av klemmen; en klemme og to roterende ringer.

Den sentrale klemmen 4 kan benyttes som et opprundingsverktøy og skal ha styrke nok til å opprettholde den oppnådde rundhet og eksakte posisjon i løpet av prepareringen og sveisingen. For å runde opp røret og holde klemmen i korrekt stilling på røret blir åtte klemsko 9 (fig. 3) på innsiden av klemmen aktivert og kontrollert ved en rullekjede 12 og to oljehydraulisk operert motorer 13 (fig. 3).

Figur 2 viser anordningen i perspektiv og viser klemskoene på innsiden av ringen. Rullekjeden 12 og klemskoene 9 er vist mer i detalj i figur 3 og 4.

Rullekjeden 12 og kjedehjulene 14 overfører kraften fra motorene til skoene 9 samtidig og bevirker at de beveges radielt inn mot røret.

Figur 4 er et tverrsnitt langs linjen A-A i figur 3 og viser mekanismen i detalj . Hver klemsko 9 beveges ved en kilemekanisme 15 som føres av en venstre- eller høyregjenget spindel 16. Spindelen som opererer klemskoene beveges ved rullekjeden 12 vist i figur 3. Et kjedehjul 17 plassert ved hengselet knytter de to rullekjedesystemene sammen og sørger for at alle spindelene 16 roteres like mye. Enveis ventiler benyttes i drivmotorene for å sikre at klemskoene forblir låst rundt røret i tilfellet et fall i det hydrauliske oljetrykk.

Alternativt kan opprunding av røret utføres ved bruk av skrujekker. Dette systemet foretrekkes spesielt når en klemme med to verktøybærende ringer benyttes. Dette er vist på figur 5 og 6. Figur 5 viser et riss med og uten frontplate 5. Skrujekker 18 av vanlig type med hydrauliske motorer 19 blir benyttet. Åtte skrujekker 18 med klemsko 9 er plassert rundt klemmen. Anordningen er også utstyrt med to løftebraketter 20, og en hydraulisk sylinder 21 for åpning/lukking. Tallet 22 refererer

til et låsekroksystem

Ved denne utførelsen har ikke lenger den sentrale klemmen 4 firkantprofil, men plater er skrudd til begge sider av skrujekkene som så danner klemmen 4. Dette er best vist i figur 6.

Opprunding av røret er basert på lik bevegelse av alle jekker fra en på forhånd beregnet perfekt sirkel. Jekkene kontrolleres ved hjelp av signaler fra tranducere og beveges inntil en på forhånd bestemt maksimal opprundingskraft. Etter den første opprundingen blir eksentrisitet og ovalitet målt. Hvis disse målingene ikke er innen ønsket verdi, kan jekkene beveges enkeltvis manuelt eller automatisk ifølge en utarbeidet algoritme. Alle målesensorer er festet til den roterende verktøybærende ringen. Alle målinger blir registrert av et inklinometer for posisjonering og videre referanse for sveiseparametre.

Denne metoden benyttes også ved opprunding ved rullekjedesystemet. Opprundingsfunksjoner kan også utføres ved å bruke direkte virkende sylindere.

Den verktøybærende ringen 5 er vist både i figurene 1, 2 og 7. Verktøybæreren er en delt ring med L-profil. Frontplaten på den verktøybærende ringen kan være kontinuerlig som vist på figurene eller den kan være delvis kontinuerlig. De to halvdelene holdes sammen med et hengsel. Verktøybæreren er utstyrt med tretti hjul 23 med spor som fastholder den til skinnen på klemmen og sikrer jevn bevegelse og at ringen ikke separeres fra klemmen. Omkretsen av verktøybæreren er tannet for å motta tannhjulsdrev fra motoren montert på klemmen. Når motoren opereres roterer verktøybæreren rundt rørledningen. Den roterende ring har tre plasseringer 24 (fig. 2) for installering av forskjellig verktøy.

Den roterende verktøybærende ring bærer utbyttbare hydrauliske og/eller elektriske motordrevne verktøy som følger:

1. Avskjærings- og fugeprepareringsmodul.

2. Modul for innvendig maskinering

3. Fresemodul for fjerning av defekter eller for overflatebearbeiding. 4. Fjernstyrt sveisehode inkludert observasjonssystem for sveisebadet.

5. Fjernstyrt hode for NDT.

6. Metrologisystem

En verktøyholder 25 er installert ved hjelp av slisker og kiler på klemskoene 26 (fig. 2) på en av de utvalgte plasseringene på den roterende ring. Koblingsplaten for verktøy på den roterende ring 25 kan beveges i to retninger, langs røret og radielt på røret. Bevegelsene kontrolleres ved manuell rotasjon av spindler.

En sag 10 er installert på koblingsplaten for verktøy ved hjelp av slisker og kiler. Sagen er vist i figur 7. En oljehydraulisk operert motor er direkte koblet til sagbladet og gir en kontrollert hastighet av omtrent 40 omdreininger/min. Sageprosessen utføre manuelt ved å presse og rotere sagbladet radielt gjennom rørledningsveggen. Snekkedrevmotoren aktiveres så og sagen roteres rundt og kutter av røret. Når det avkuttede stykke er lite løftes det bort manuelt, ellers hektes det på en kran og fraktes lett bort. Etter at avkuttingen er avsluttet fjernes sagen.

Sveising av rørledningen krever to forskjellige freseoperasjoner, fra utsiden for å lage en L-formet fuge radielt på rørenden og på innsiden for å lage en glatt overflate og nøyaktig nesetykkelse. Fresen installeres etter den samme prosedyren.

Freseverktøyet er i stand til å utføre disse operasjonene. Fresen kontrolleres ved en oljehydraulisk operert motor.

Den utvendige og innvendige freseoperasjonen utføres ved manuell justering av verktøykoblingsplaten inntil korrekt maskineringsstilling oppnås ifølge en valgt utforming på sporet. Snekkedrevmotoren aktiveres og roterer fresen rundt røret. Både sage- og freseprosessen tilføres kjøle- og smørevæske. Smørefunksjonen (kjøing) er særlig viktig ved saging.

Alle forskjellige preparerings- og sveiseoperasjoner blir kontrollert fra et oljehydraulisk operasjonspanel. Panelet har en retningsventil for hver operasjon. Systemet inneholder også enveis ventiler, trykkventiler, trykkmålere etc.

På grunn av utformingen av systemet har retningsventilen for lukking av klemmen ingen effekt før klemmen er lukket og ventilen er i lukket stilling. Da kan låsekilene aktiveres.

For å holde alle sylindere i fast posisjon er de utstyrt med trykk-kontrollerte en-veis ventiler.

Snekkedrevmotoren kan kontrolleres manuelt fra manøverpanelet eller automatisk fra datamaskinen (bare ved sveising). Under den automatiske kontroll er alle andre funksjoner døde. Motoren er beskyttet av en trykkventil i tilfellet av et uhell med bevegelse av verktøyholderen. Klemfunksjonen kontrolleres ved en justerbar trykkventil på låsen.

Sikkerhetssystemet består av to hydraulisk opererte ventiler plassert på hver side av røret tett inntil arbeidsstedet. Når disse håndtakene blir aktivert er hele det hydrauliske system ute av funksjon og alle bevegelser vil stanse umiddelbart. Sikkerhetssystemet tilsidesetter den automatiske kontroll fra overflaten hvis det aktiveres. Systemet for sveising/ikke-destruktiv testing 11 er vist både i figur 1 og 7. Det benyttes et beskyttelsesgass-system og et observasjonssystem basert på to videokameraer 27 for dobbelsidig observasjon av sveisedammen. Sveiseprosessen kan kontrolleres fjernstyrt fra havoverflaten. Til slutt skal sveisene undersøkes samtidig fra begge sider. I figur 7 er 28 braketter for motoren og 29 viser støttebraketter for rør-mellomstykket.

For å oppnå et rundt rør og få informasjon for å sette opp viktige sveiseparametre må flere målinger utføres.

En lineær spenningstransduktor (ikke destruktiv måling) blir benyttet og følgende målinger utføres:

1. Måling av eksentrisitet og ovalitet.

2. Måling av indre diameter før innvendig maskinering.

3. Måling av indre diameter etter innvendig maskinering.

4. Måling av nesetykkelse etter maskinering av fugen.

5 . Måling av kant forskyvning etter oppstilling/installering av rørme 11 oms tykke. 6. Måling av kantforskyvning for sveis II etter utløsing av opprundingskreftene.

Alle målinger blir registrert av et inklinometer for posisjonering og videre referanse for sveiseparametre.

Måling 2 blir brukt for å bestemme maksimal tillatt innvendig maskinering og for å bestemme ønsket indre diameter for å tilpasses indre diameter av rørmellomstykket eller indre diameter av motsatt rørende. Måling 3 er en kontroll av måling 2.

Målingene 4-6 blir brukt til å sette sammen en meny av sveiseparametre basert på data og toleransefelter som funksjon av idealiserte oppstillinger.

Når rørledninger repareres under hyperbariske forhold i habitat benyttes ofte et rørmel loms tykke mellom de to rørendene. Den følgende installasjonsprosedyre blir fulgt ved å bruke anordningen med to verktøybærende ringer.

For å plassere klemmen på røret blir en kran benyttet. Klemmen med verktøybærende ringer blir først plassert på rørende en, sentrert, målt og låst i en fast og siste posisjon. Skrujekker, rullekjeder etc. blir aktivert og røret blir opprundet. Så blir avkutting/fugepreparerings-modulen installert på den roterende ring ved rørende en. Avkutting og preparering av rørenden blir utført, og den avkuttede ringen blir fjernet fra røret ved hjelp av en hj elpeklemme. En modul for innvendig maskinering blir installert på den roterende ring etter å ha fjernet

fugeprepareringsmodulen.

Så blir klemmen flyttet og plassert på rørende to. Åpningen mellom de to rørendene blir målt. Den samme prosedyren med opprunding, avkutting, fugepreparering, innvendig maskinering og måling av indre diameter blir fulgt på rørende to. Så blir rørmellomstykket installert ved hjelp av et håndteringssystem. Det benyttes spennelementer, sentreringsklemmer og støtteklemmer for å rette inn og låse rørmellomstykket til de to rørendene. Så blir sveising utført mellom rørende to og rørmellomstykket og fulgt av NDT-test. Klemmen blir deretter flyttet tilbake til rørende en. Sveiseutstyret er festet til den andre roterende ring. Rørende en blir på ny opprundet eller justert til ovaliteten av mellomstykket hvis nødvendig, og sveising og NDT-testing blir utført. Så blir alt utstyr fjernet.

Ved sveising i habitat ved bruk av mellomstykke er det særlig en fordel å benytte en klemme med to roterende ringer. Dette gjør det mulig kun å flytte klemmen mellom de to rørendene uten å måtte åpne klemmen for å få den verktøybærende ring i riktig stilling. For sveising uten rørmel loms tykke, er kun en verktøybærende ring nødvendig.

Ved dette systemet oppnås en rask og enkel reparasjon spesielt av rørledninger. Bruken av utstyret er ikke begrenset til bruk ved hyperbariske betingelser undervanns.

Det kan også benyttes hvor enn en rask, enkel og nesten automatisk prosess for preparering og sveising av rørender er ønsket. En spesiell fordel med dette systemet er at det har bare et referansepunkt for hele prosessen for preparering og sveising av rørene.

Claims (7)

1. Anordning for preparering av rørender og sammensveising av rør (2), omfattende en ringformet klemme (4) som er stasjonær i forhold til røret og omfattende et antall klemanordninger, karakterisert ved at klemanordningene (9) beveges radielt både for fastklemming og opprunding av røret og at klemmen (4) har en ringformet verktøybærer (5) som er roterbart montert på en skinne (6) på en eller begge sideflater av klemmen (4) , hvilken ring eller ringer (5) er utstyrt med anordninger (24) for montering av forskjellig verktøy.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at ringen (5) er innrettet til å drives av en motor festet til klemmen (4) og hvor ringen er montert til klemmen (4) ved midler som er tilpasset skinnen (6) som er anordnet på sideflatene av klemmen.

3. Anordning ifølge krav 1-2, karakterisert ved at hver klemanordning (9) kan opereres uavhengig av hverandre.

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at innretninger for å operere klemanordningene (9) er i form av skrujekker (18) , en kilemekanisme (15) eller hydrauliske sylindere.

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at innretningene er anordnet for lik bevegelse av klemanordningene (9).

6. Anordning ifølge krav 3-5, karakterisert ved at innretningene for å operere klemanordningene er utstyrt med posisj onssensor.

7. Anordning ifølge krav 1-6, karakterisert ved at klemmen (4) er utstyrt med seks eller fler klemanordninger (9).