DE10106614C1 - Vorrichtung und Verfahren zum Durchfahren gerader und gekrümmter Rohre - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Durchfahren gerader und gekrümmter RohreInfo
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Abstract
Eine Vorrichtung (1) zum zentrierten Durchfahren von geraden oder gekrümmten Rohren (2) umfaßt einen bezüglich seiner Längsachse (3) rotationssymmetrischen hantelförmigen Grundkörper (4), dessen zwei miteinander verbundene Hantelkörper (5, 6) jeweils, im Längsquerschnitt gesehen, nach außen gekrümmte Außenoberflächen (7) zur Anlage an eine Rohrinnenwand (8) aufweisen. Vorzugsweise wird die Vorrichtung (1) mittels Flüssigkeit durch das Rohr (2) geschoben.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zentrierten
Durchfahren von geraden und gekrümmten Rohren, mit einem be
züglich seiner Längsachse rotationssymmetrischen hantelför
migen Grundkörper, dessen zwei miteinander verbundene Han
telkörper jeweils, im Längsquerschnitt gesehen, nach außen
gekrümmte Außenoberflächen zur Anlage an eine Rohrinnenwand
aufweisen, sowie ein Verfahren zum Überprüfen und/oder Bear
beiten der Rohrinnenseite eines geraden oder gekrümmten Roh
res mittels einer solchen in das Rohr eingebrachte Vorrich
tung.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise durch die
DE 94 07 228 U1 bekannt geworden.
Zum Durchfahren und Warten von Rohrleitungen werden als
Molche bezeichnete Vorrichtungen eingesetzt, die sich
selbsttätig durch die Rohrleitung bewegen. Dazu werden die
Vorrichtungen entweder durch eigene motorbetriebene Antrieb
selemente oder aber ohne eigenen Antrieb durch eine Flüssig
keit durch das Rohr bewegt. Gerade solche antriebslosen Vor
richtungen sind bisher sehr störanfällig, da einerseits der
zwischen Vorrichtung und Rohrwand verbleibende Spalt für ei
nen wirkungsvollen Vortrieb der Vorrichtung möglichst gering
sein soll und andererseits ein Verkanten der Vorrichtung in
nerhalb des Rohres unbedingt vermieden werden muß.
Aus der DE 94 07 228 U1 ist ein Molch zur Reinigung der
Rohrleitung bekannt. Um dabei sowohl in geraden als auch in
gekrümmten Rohrleitungsabschnitten eine Abdichtung des Mol
ches gegen die Rohrinnenwand sicherzustellen, bestehen die
beiden Hantelkörper vollständig (d. h. massiv) aus einem ela
stomeren Werkstoff, so daß die Außenoberfläche die Rohrin
nenwand flächig abdichtet. Der bekannte Molch dient ledig
lich zur Reinigung der Rohrleitung und enthält einen Perman
entmagneten, um die Lage des Molches in der Rohrleitung von
außen mittels eines Magnetfeldsensors erkennen zu können.
Weiterhin ist aus der DE 197 33 531 A1 ein Molch bekannt,
der ebenfalls zum Reinigen der Rohrleitung dient und dessen
nach außen gekrümmte Außenoberflächen Anlageflächen in Form
von elastisch nachgebenden Ringlippen aufweisen. Durch diese
Ringlippen ist der Molch in der Rohrleitung zentriert und
abgedichtet. In diesem bekannten Molch ist ebenfalls ein
Permanentmagnet zur Lokalisierung des Molches innerhalb der
Rohrleitung vorgesehen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit
der Vorrichtung die durchfahrene Rohrleitung geprüft und/
oder bearbeitet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in
nerhalb des hantelförmigen Grundkörpers eine Prüfeinrichtung
und/oder eine Bearbeitungseinrichtung vorgesehen sind, deren
Prüfköpfe bzw. Bearbeitungsköpfe zwischen den beiden Hantel
körpern ringsum am Umfang des Grundkörpers angeordnet sind,
und daß die nach außen gekrümmten Außenoberflächen beider
Hantelkörper jeweils mit einem elastisch verformbaren Gleitkissen
versehen sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der optischen und/
oder meßtechnischen Untersuchung und/oder der Bearbeitung
von Rohrleitungssystemen, z. B. mittels Ultraschall, Wirbel
strom, Kamerasystem, Laser, artverwandte Techniken oder Kom
binationen davon. Dazu sind am oder innerhalb des hantelför
migen Grundkörpers eine Prüfeinrichtung und/oder eine Bear
beitungseinrichtung und/oder Lokalisierungseinrichtung und/
oder eine Versorgungseinrichtung und/oder eine Datenverar
beitungseinrichtung vorgesehen. Mit der Prüfeinrichtung kann
eine Rohrleitung auf Fehlstellen (Korrosion, Erosion) z. B.
durch Wanddickenmessung geprüft werden. Dazu sind entspre
chende Prüfköpfe im oder am Grundkörper angeordnet, wobei
eine flächendeckende Prüfung der Rohrwand durch entsprechen
de Bestückung in Umfangsrichtung erzielt wird. Die Prüfköpfe
werden über eine geeignete Elektronik gesteuert, die entwe
der im gleichen oder in einem anderen Grundkörper unterge
bracht ist. Bei Ultraschallmessungen wird der Ultraschall
radial nach außen gesendet, und zwar entweder rechtwinklig
zur Rohrwandung bei Wandstärkemessungen (Korrosion, Erosion)
oder unter Winkel bei Rißprüfungen.
Durch die elastisch verformbaren Gleitkissen wird die Rei
bung der Vorrichtung im Rohr minimiert und die Vorrichtung
im Rohr zentriert. Das flächig verformbare Gleitkissen kann
Rohrquerschnittsänderungen, z. B. aufgrund von Fertigungsto
leranzen oder Stellgliedern, dynamisch ausgleichen. Weiter
hin ermöglicht das Gleitkissen (z. B. ein Gelkissen) eine dy
namische Abdichtung der Vorrichtung gegen die Rohrwand über
den gesamten Rohrumfang und so einen mediumunterstützten
Vortrieb der Vorrichtung. D. h., die Vorrichtung läßt sich
mittels eines Mediums durch die Rohrleitung bewegen, wobei
als Vortriebsmedium die Flüssigkeit verwendet werden kann,
die auch im Betriebszustand in der Anlage transportiert
wird.
Vorzugsweise sind ein oder beide Hantelkörper kugelförmig
oder kugelsegmentförmig ausgebildet.
Aufgrund der gekrümmten Außenoberfläche der beiden Hantel
körper liegt der Grundkörper an der Rohrinnenwand auch bei
gekrümmten Rohrabschnitten stets verkantungsfrei an. Der
Querdurchmesser der Hantelkörper ist auf den Innendurchmes
ser des zu durchfahrenden Rohres möglichst spaltfrei abge
stimmt, so daß einerseits der Grundkörper im Rohr zentriert
ist und andererseits die Vorrichtung mittels einer anströ
menden Flüssigkeit durch das Rohr vorangetrieben wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Grundkörper
in sich geschlossen und damit undurchlässig gegenüber dem
jeweiligen sich in dem zu durchfahrenden Rohr befindlichen
Medium.
Eine Messung des im Rohr zurückgelegten Wegs der Vorrichtung
(z. B. mittels Laufrad) dient der exakten Lokalisierung der
aufgenommenen Meßdaten in Längsrichtung im Rohrstrang. Eine
Messung der jeweiligen Drehlage der Vorrichtung (z. B. mit
tels Kreiselkompaß) ermöglicht Längenkorrekturen aufgrund
der Verdrehung der Vorrichtung und dient der exakten Lokali
sierung der aufgenommenen Meßdaten in Umfangsrichtung im
Rohrstrang. Die anfallenden Meßdaten werden in einer Daten
speichereinheit gespeichert und dann nach erfolgter Meßfahrt
außerhalb des Rohres ausgewertet. Zur Energieversorgung der
Prüfeinrichtung und der Datenspeichereinheiten dient eine
z. B. mit Akkus bestückte Versorgungseinheit.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das Gleit
kissen eines der beiden Hantelkörper mit in Längsrichtung
verlaufenden Durchgangsöffnungen oder -schlitzen versehen,
so daß die durch die beiden Hantelkörper und die Rohrwand
definierte ringförmige Kammer mit Medium gefüllt wird. Die
ses in der Kammer befindliche Medium wird als Ankopplungsme
dium für Ultraschallmessungen verwendet.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind mehrere
Grundkörper jeweils über ein Kupplungselement gelenkig und
drehsteif miteinander verbunden, welches gleichzeitig als
Kabeldurchführung zwischen den Grundkörpern dient. Das Kupp
lungselement ermöglicht eine Relativauslenkung der beiden
miteinander verbundenen Grundkörpern, so daß gekrümmte Roh
re auch mit mehreren verbundenen Grundkörpern durchfahren
werden können. Das Kupplungselement ist beispielsweise als
starres Verbindungsrohr oder als Schraubenfeder ausgeführt,
wobei sich Zug- und Schubkräfte durch das Kupplungselement
übertragen lassen.
Mehrere miteinander verbundene Grundkörper ermöglichen einen
modularen Aufbau der Vorrichtung mit z. B. Wartung-/Inspekti
onsmodul, Datenmodul und Versorgungsmodul. Je nach Rohrquer
schnitt können einzelne Module in einem einzigen Modul zu
sammengefaßt und je nach Einsatzfall auch verschiedene Modu
le miteinander kombiniert werden (z. B. zusätzliches Kamera
modul).
Um die Vorrichtung mittels eines Schubmediums im Rohr voran
zutreiben, sind die nach außen gekrümmten Außenoberflächen
des in Vortriebsrichtung der Vorrichtung hintersten Grund
körpers mit einem elastisch verformbaren Gleitkissen verse
hen. Obwohl ein Gleit- bzw. Dichtkissen an nur einem Hantel
körper für den Vortrieb bereits ausreichen würde, hat die
Ausführung mit Dichtkissen an beiden Hantelkörpern den we
sentlichen Vorteil, daß der hinterste Grundkörper vorne und
hinten zentriert ist. Das Gleitkissen ist am hintersten
Grundkörper vorgesehen, da dort der herrschende Flüssig
keitsdruck am größten ist.
Vorzugsweise ist das Gleitkissen des hinteren Hantelkörpers
des in Vortriebsrichtung der Vorrichtung hintersten Grund
körpers mit in Längsrichtung verlaufenden Durchgangsöffnun
gen oder -schlitzen versehen. Dadurch ist sichergestellt,
daß die durch die beiden Hantelkörper und die Rohrwand defi
nierte ringförmige Kammer mit der anströmenden Flüssigkeit
(Schubmedium) als Ankopplungsmedium für Ultraschallmessungen
gefüllt wird.
Die Erfindung betrifft auch das Verfahren, die Rohrinnensei
te eines geraden oder gekrümmten Rohres mittels einer in das
Rohr eingebrachten Vorrichtung, wie sie oben beschrieben
ist, zu überprüfen und/oder zu bearbeiten. Dabei wird die
Vorrichtung vorzugsweise mittels Flüssigkeit durch das Rohr
geschoben.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be
schreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend
genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfin
dungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in be
liebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und
beschriebene Ausführungsformen sind nicht als abschließende
Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften
Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem einzi
gen Grundkörper in einem geraden Rohrabschnitt;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß II-II
in Fig. 1; und
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit drei Grund
körpern in einem gekrümmten Rohrabschnitt.
Die in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient
der optischen und/oder meßtechnischen Untersuchung und/oder
der Bearbeitung eines Rohres 2 mittels Ultraschall, Wirbel
strom, Kamerasystem, Laser und artverwandten Techniken sowie
Kombinationen davon.
Die Vorrichtung 1 umfaßt einen bezüglich seiner Längsachse 3
rotationssymmetrischen hantelförmigen hohlen Grundkörper 4,
dessen zwei miteinander verbundene kugelförmige Hantelkörper
5, 6 jeweils nach außen gekrümmte Außenoberflächen 7 zur An
lage an die Rohrinnenwand 8 aufweisen. Durch einen Verbin
dungssteg 9 sind die beiden Hantelkörper 5, 6 miteinander
starr verbunden. Im Innern des Grundkörpers 4 ist eine Prüf
einrichtung 10 zur optischen und/oder meßtechnischen Unter
suchung der Rohrinnenwand 8 vorgesehen. Wie die Schnittan
sicht in Fig. 2 zeigt, weist die Prüfeinrichtung 10 zur flä
chendeckenden Untersuchung des Rohres 2 mehrere Prüfköpfe 11
auf, die in Umfangsrichtung des Grundkörpers 4 gleichmäßig
verteilt angeordnet sind.
Die nach außen gekrümmten Außenoberflächen 7 beider Hantel
körper 5, 6 sind jeweils mit einem elastisch verformbaren
Dicht- bzw. Gleitkissen 12 (z. B. Gelkissen) versehen, um die
Reibung der Vorrichtung 1 im Rohr 2 zu minimieren, die Vor
richtung 1 im Rohr 2 zu zentrieren und Änderungen des Rohr
querschnitts aufgrund der flächigen Verformbarkeit dynamisch
auszugleichen. Durch dieses elastisch verformbare Gleitkis
sen 12 wird die Vorrichtung 1 außerdem bezüglich einer im
Rohr 2 in Pfeilrichtung 13 anströmenden Flüssigkeit über den
gesamten Rohrumfang gegen die Rohrwand 2 abgedichtet, wo
durch die Vorrichtung 1, von der Flüssigkeit angeschoben, in
Pfeilrichtung 13 durch das Rohr 2 voranbewegt wird.
Im Gleitkissen 12 des in Pfeilrichtung 13 hinteren Hantel
körpers 6 sind in Längsrichtung verlaufende Durchgangsöff
nungen oder -schlitze (nicht dargestellt) vorgesehen, so
daß die durch die beiden Hantelkörper 5, 6 und die Rohrin
nenwand 8 definierte ringförmige Kammer 14 mit der anströ
menden Flüssigkeit gefüllt wird. Die in der Kammer 14 be
findliche Flüssigkeit wird im Fall von Ultraschallmessungen
als Ankopplungsmedium verwendet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der durch die
Gleitkissen 12 definierte Außendurchmesser der Vorrichtung 1
dem Rohrinnendurchmesser D, wobei die Wandstärke des Gleit
kissens 12 ca. 0,04.D beträgt. Der Abstand der Mittelpunkte
der beiden kugelförmigen Hantelkörper 5, 6 beträgt ca. 0,9.D
und der Außendurchmesser des Verbindungsstegs ca. 0,75.D.
Der minimale Biegeradius, der mit dieser Vorrichtung 1
durchfahren werden kann, beträgt 1,5.D.
Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung 20 umfaßt drei hintereinander
angeordnete Grundkörper 21, 22, 23, von denen der in
Anströmrichtung 13 der Flüssigkeit hinterste Grundkörper 21
wie die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1, d. h. mit Gleitkis
sen 12 und Prüfeinrichtung 10, ausgebildet ist. Zwei benach
barte Grundkörper sind jeweils über ein als starres Verbin
dungsrohr ausgebildetes Kupplungselement 24 gelenkig, aber
verdrehsteif miteinander verbunden. Die mit Kugelgelenk in
den Grundkörpern drehbar gelagerten Kupplungselemente 24 er
möglichen ein Durchfahren von Rohren mit einem minimalen
Biegeradius von 1,5.D. Bei den beiden in Anströmrichtung 13
vorderen Grundkörpern 22, 23 sind keine Gleitkissen vorhan
den, gleichwohl ist ihre Außenoberfläche möglichst reibungs
arm ausgebildet.
Im Innern dieser beiden vorderen Grundkörper 23, 24 sind ei
ne Versorgungseinheit 25 und eine Datenverarbeitungseinrich
tung 26 vorgesehen. Die einzelnen Grundkörper sind miteinan
der über Kabel verbunden, die durch Kabeldurchführungen 27
in den Kupplungselementen 24 geführt sind. Anfallende Daten
mengen werden in der Datenverarbeitungseinrichtung 26 ge
speichert, wobei zu den Meßdaten Ultraschall-Meßdaten, Weg
strecken- und Drehlagedaten der Vorrichtung 20 zählen. Die
Auswertung der Meßdaten erfolgt dann nach erfolgter Meßfahrt
außerhalb des Rohres 2. Die Versorgungseinrichtung 25 ist
mit Akkus bestückt und dient der Energieversorgung der Prüf
einrichtung 10 und der Datenverarbeitungseinrichtung 26.
Bei einem Festfahren der Vorrichtung 1, 20 kann durch Umkeh
rung der Strömungsrichtung der Flüssigkeit die Förderrich
tung der Vorrichtung 1 gedreht werden. Die Geschwindigkeit
der Vorrichtung ist abhängig vom Flüssigkeitsdruck, der bei
3"-Leitungen bei ca. 7 bis 10,5 bar liegt.
Claims (12)
1. Vorrichtung (1; 20) zum zentrierten Durchfahren von
geraden und gekrümmten Rohren (2), mit einem bezüglich
seiner Längsachse (3) rotationssymmetrischen hantel
förmigen Grundkörper (4; 21, 22, 23), dessen zwei mit
einander verbundene Hantelkörper (5, 6) jeweils, im
Längsquerschnitt gesehen, nach außen gekrümmte Außen
oberflächen (7) zur Anlage an eine Rohrinnenwand (8)
aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb des hantelförmigen Grundkörpers (4; 21,
22, 23) eine Prüfeinrichtung (10) und/oder eine Bear
beitungseinrichtung vorgesehen sind, deren Prüfköpfe
(11) bzw. Bearbeitungsköpfe zwischen den beiden Han
telkörpern (5, 6) ringsum am Umfang des Grundkörpers
(4) angeordnet sind, und daß die nach außen gekrümmten
Außenoberflächen (7) beider Hantelkörper (5, 6) je
weils mit einem elastisch verformbaren Gleitkissen
(12) versehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Grundkörper (4; 21, 22, 23) in sich geschlos
sen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein oder beide Hantelkörper (5, 6) ku
gelförmig oder kugelsegmentförmig ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des hantelförmi
gen Grundkörpers (4; 21, 22, 23) eine Lokalisierungs
einrichtung und/oder eine Versorgungseinrichtung (25)
und/oder eine Datenverarbeitungseinrichtung (26) vor
gesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitkissen (12) eines
der beiden Hantelkörper (5, 6) mit in Längsrichtung
verlaufenden Durchgangsöffnungen oder -schlitzen ver
sehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Grundkörper (21,
22, 23) jeweils über Kupplungselemente (24) gelenkig
miteinander verbunden sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei benachbarte Grundkörper (21, 22; 22, 23)
durch das Kupplungselement (24) miteinander drehsteif
verbunden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kupplungselemente (24) mit Kabel
durchführungen (27) versehen sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß nur die nach außen gekrümmte Au
ßenoberfläche (7) des in Vortriebsrichtung (13) der
Vorrichtung (20) hintersten Grundkörpers (21) mit ei
nem elastisch verformbaren Gleitkissen (12) versehen
sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gleitkissen (12) des hinteren Hantelkörpers
des in Vortriebsrichtung (13) der Vorrichtung (20)
hintersten Grundkörpers (21) mit in Längsrichtung ver
laufenden Durchgangsöffnungen oder -schlitzen versehen
ist.
11. Verfahren zum Überprüfen und/oder Bearbeiten der Rohr
innenseite eines geraden oder gekrümmten Rohres (2)
mittels einer in das Rohr (2) eingebrachten Vorrich
tung (1; 20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung (1; 20) mittels Flüssigkeit durch
das Rohr (2) geschoben wird.
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