DE3320516C2 - Einrichtung und Verfahren zur Reparatur von Leckstellen in Rohren - Google Patents

Abstract

Derartige Reparaturen werden mit einer Hülse ausgeführt, deren Sprengladung unmittelbar auf die Hülsenwand einwirkt und diese an die zu reparierende Rohrinnenwand preßt. Zusätzlich zur Sprengschweißung sind noch andere Bereiche der Hülse durch Hartlötung mit der Rohrinnenwand zu verbinden. Zur Verbesserung der Reparatur wird ein Verfahren vorgeschlagen, das weniger Wärme produziert und allein mit Sprengschweißen auskommt. Dazu ist in einer Hülse (4) ein Einsatz (7) vorgesehen, der den Innenraum der Hülse in zwei Kammern (9) unterteilt. Die Kammern sind mit einer Flüssigkeit gefüllt und an den Hülsenenden mit Scheiben (6) verschlossen. Jede Stirnseite des Einsatzes (7) trägt eine Sprengladung (8). Eine Steuer- und Zündelektronik ist auf den Scheiben (6) angeordnet. Nach der beiderseitigen, gleichzeitigen Zündung der Sprengladung (8) kommt es zu einer starken Druckerhöhung in der Flüssigkeit, die sich darin fortpflanzt, die Hülse (4) von der Sprengseite her fortschreitend aufweitet und mit der Rohrinnenwand kalt verschweißt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Reparatur von Leckstellen in Rohren, insbesondere in Wärmetauscherrohren, durch Einführen einer eine Sprengladung tragenden, die Leckstelle übergreifenden Hülse in das Rohr, wobei nach der Zündung der Sprengladung ein Teil der Außenhaut der Hülse mit der Rohrinnenwand verschweißt ist.
• Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-AS 25 16 685 bekannt. Sie dient zur Abdichtung von Leckstellen in schwer zugänglichen oder nicht demontierbaren Rohren, wie sie z. B. in Wärmetauschern anzutreffen sind. Nach dem vorgenannten Stand der Technik werden zwei örtlich getrennte Sprengladungen in zeitlichem Abstand gezündet. Eine zuerst gezündete stärkere Sprengladung bewirkt über eine kurze Strecke eine Verschweißung mit nachteiliger Wärmeeinwirkung. Eine solche direkte Einkoppelung der Sprengenergie führt zu einer starken Aufheizung des Rohres auf Temperaturen von einigen hundert Grad Celsius, wodurch dessen Festigkeit herabgesetzt wird. Die wesentlich schwächere zweite Sprengladung genügt nicht zur direkten Verschweißung, sondern schafft nur über eine größere Rohrlänge Kontaktierungsverhältnisse zum nachfolgenden Hartverlöten von Hülse und Rohrinnenwand. Zur Sicherstellung einer fluiddichten Hartlötung, muß die Lötzone noch thermisch behandelt werden. Außer dem eigentlichen Sprengschweißen sind noch erhebliche Nacharbeiten durch Vorbereitung und Ausführung der Lötung erforderlich, um eine Abdichtung der Leckstelle zu erreichen.
• Aus der Zeitschrift "Aluminium" Nov. 1962, S. 742 ist das Verbinden von zwei Rohren durch Schweißen unter Explosionsdruck bekannt. Die Sprengladung ist dabei von Wasser umgeben, das zur Druckübertragung dient. Durch Kompression einer bestimmten Gasmenge zwischen den zu verbindenden Metallflächen wird das oberflächliche Schmelzen der Verbindungsflächen erzielt.
• Weiterhin werden in der Zeitschrift "Berg- und Hüttenmännische Monatshefte" 1968, 113. Jahrgang, Heft 11, S. 405 bis 415 allgemein die Wirkungen von Unterwassersprengungen sowie deren Einflüsse auf Formgebung, Plattieren und Härten untersucht.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, die allein mit der Sprengenergie eine Leckabdichtung bei gleichzeitiger Reduzierung der Wärmeentwicklung im Rohr erzielt.
• Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß ein Einsatz den Innenraum der Hülse in zwei Kammern unterteilt, die an den freien Hülsenenden mit Scheiben verschlossen und mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, daß auf jeder Stirnseite des Einsatzes eine Sprengladung angeordnet ist und daß auf der der Flüssigkeit abgewandten Seite jeder Scheibe Behälter zur Aufnahme der Steuer- und Zündelektronik befestigt sind.
• Aufgrund des flüssigen Übertragungsmediums wird das Rohr beim Einschweißen der Hülse nur mäßig erwärmt, so daß auch Lecks in Kunststoffrohren abzudichten sind. Mit der Einrichtung ist das Einbringen der Hülse insgesamt weniger aufwendig und bringt eine schonende Behandlung des Rohrwerkstoffes. Durch die Aufteilung in zwei Kammern wird von der Leckstelle ausgehend in deren Höhe sich immer der Einsatz befindet, nach zwei Seiten gleichzeitig die Verschweißung erfolgen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Einrichtung ist der Einsatz ein hohler zylindrischer Körper und beinhaltet wenigstens einen Teil der Steuer- und Zündelektronik.
• Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die freien Hülsenenden einen nach innen ragenden Wulst aufweisen, an den jeweils eine Scheibe dichtend anliegt und daß die Form und die Stärke des Wulstes derart gewählt ist, daß ein Rest der Sprengenergie die Scheibe ausschiebt und den dem Wulst gegenüberliegenden Bereich der Außenhaut der Hülse mit der Rohrinnenwand verschweißt.
• Dabei wird mit dem Ausschieben der Scheiben noch der Nebeneffekt einer zusätzlichen Verschweißung erzielt.
• Ein Verfahren zur Reparatur von Leckstellen in Rohren mit einer Einrichtung nach der Erfindung sieht vor, daß die Hülse in das Rohr geschossen wird, daß ihre Lage zum Leck detektiert wird, daß bei Erreichen der Leckposition eine von der Detektierung gesteuerte Zündung der Sprengladung erfolgt und daß die Steuer- und Zündmittel aus dem Rohr entfernt werden.
• Mit diesen Maßnahmen wird ein automatischer Reparaturablauf erzielt.
• Damit sich die Sprengkraft und deren Wirkungsrichtung besser steuern läßt, besteht die Sprengladung aus einer oder mehreren Lagen von Sprengstoffen verschiedener Brisanz und Gasvolumenentwicklung.
• Dem gleichen Zweck dient der Vorschlag, die äußere Form der Sprengladung entsprechend der geforderten Druckausbreitung in der Flüssigkeit zu gestalten.
• Anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen Fig. 1-3 wird eine Einrichtung zur Reparatur von Leckstellen in Rohren beschrieben. Dabei zeigt die
• Fig. 1 eine in einem Rohr positionierte Hülse vor dem Zünden der Sprengladung,
• Fig. 2, 2a und 2b schematisch den Ablauf einer Verschweißung und die
• Fig. 3 eine vergrößert dargestellte Einzelheit III der Fig. 2a.
• Die Fig. 1 zeigt einen patronenförmig ausgebildeten Reparaturbausatz 1 zum Verschließen einer in einem Rohr 2 befindlichen Leckstelle 3. Er besteht aus einer Hülse 4, die an beiden Enden einen nach innen gewölbten Wulst 5 trägt, und beidseitig durch innenseitig auf den Wulst aufliegende Scheiben 6 abgeschlossen ist. In der Mitte der Hülse ist ein Einsatz 7 eingepaßt, der den vollen Innendurchmesser der Hülse abdeckt und lösbar mit derselben verbunden ist.
• Dieser Einsatz trägt symmetrisch zur Hülsenmitte auf beiden Seiten Sprengladungen 8. Die Kammern 9 zwischen den Sprengladungen und den Scheiben 6 sind mit Wasser gefüllt, das direkt oder in Plastikbehältern eingefüllt ist. Auf der dem Wasser abgewandten Seite der Scheiben 6 sind Behälter 10, 11 zur Aufnahme der Steuer- und Zündelektronik angeordnet. Der Einsatz 7 ist entweder als Voll- oder Hohlkörper aus Metall oder Kunststoff ausgebildet. Bei einer Ausbildung als Hohlkörper können in ihm Teile der Steuer- und Zündelektronik untergebracht werden. Im Falle einer Fernsteuerung sind der Steuerelektronik noch Detektoren zur Positionsbestimmung des Reparaturbausatzes 1 relativ zur Leckstelle 3 zugeordnet. Die Außenseite der Hülse ist mit einer eine Kaltverschweißung begünstigenden Metallschicht 12, die vorzugsweise aus Indium, Kupfer oder Gold besteht, belegt. Zwischen der Metallschicht 12 und der Rohrinnenwand besteht ein derart bemessenes Spiel, daß der Reparaturbausatz leicht in dem Rohr geführt werden kann und trotzdem eine zuverlässige Kaltverschweißung nach dem Zünden der Sprengladung erfolgt.
• Die Sprengladungen 8 bestehen dem geforderten Einsatzprofil des Zündverlaufes entsprechend aus ein oder mehreren Lagen von Sprengstoffen verschiedener Brisanz und Gasvolumenentwicklung. Die Sprengstoffauflage wird entsprechend der geforderten Druckausbreitung im Wasser gestaltet und kann alle konkaven und konvexen Formgebungen einschließlich der Kegelformen annehmen.
• Anhand der Fig. 2 bis 2b wird schematisch der zeitliche Ablauf beim Verschließen einer Leckstelle beschrieben. Der Reparaturbausatz wird in eine Position gebracht, bei der sich der Einsatz 7 in Höhe der Leckstelle 3 befindet. Bei beiderseitiger, gleichzeitiger Zündung der Sprengladungen 8 wird die Sprengenergie in Pfeilrichtung 13 auf die anliegende Wasserschicht übertragen (Fig. 2). Es kommt unmittelbar darauf im Wasser zu einer starken Druckerhöhung, die sich im Wasser fortpflanzt und die Hülse 4 von der Sprengseite her fortschreitend aufweitet und an die Rohrinnenwand anpreßt (Fig. 2a). Die dabei auftretenden Drücke reichen für eine Kaltverschweißung zwischen Hülse 4 und Rohr 2 unter Einbeziehung der Zwischenschicht aus Indium, Kupfer oder Gold aus.
• Infolge der Energieabgabe bei der Ausweitung der Hülse nimmt die Druckwelle ab. Die frei auslaufende Kaltverschweißung wird korrisionsfest abgeschlossen durch den Wulst von überschüssigem Zwischenschichtmaterial 17, das bei der Kaltverschweißung vor sich hergeschoben wird (Fig. 3).
• Mit der im Wasser befindlichen Restenergie werden die beiden Scheiben 6 ausgeschoben. Dabei wird die Hülse mit dem Wulst 5 nach außen gedrückt und bildet eine zweite, von der ersten unabhängige Kaltverschweißung. Das Profil des Wulstes ist dererlei gestaltet, daß bei der Aufweitung die radiale Kraftkomponente möglichst groß wird. Das Leck wird bereits mit der Kaltverschweißung nach Fig. 2a abgedichtet. Die zusätzliche Verschweißung im Bereich des Wulstes ist eine Nebenwirkung beim Ausschieben der Scheiben 6 und bringt eine zusätzliche Sicherheit. Es entsteht somit je eine Schweißzone 15 aufgrund der vom Ort der Sprengladung in axialer Richtung fortlaufenden Verschweißung und je eine Schweißzone 16 aufgrund der beim Ausschieben der Scheiben 6 entstehenden Verschweißung im Bereich des Wulstes 5. Reicht die Energie der ersten Zündung für das Ausschieben der Scheiben 6 nicht aus, kann eine zweite Lage der Sprengladung mit entsprechend gerichteter Schubwirkung in das Wasser gezündet werden.
• Während diesen Verschweißungsvorgängen werden die Rohre nur mäßig erwärmt, so daß diese Methode auch für Kunststoffrohre zum Einsatz kommen kann.
• Der Einsatz 7, die Scheiben 6 und die Behälter 10, 11 werden nach erfolgter Reparatur in Pfeilrichtung 14 aus dem Rohr abgesaugt.
• Soll die Reparatur einer Leckstelle automatisch ablaufen, so wird der Reparaturbausatz nach Art eines Rohrpost-Transportsystems mit einer nicht dargestellten Vorrichtung durch das zu reparierende Rohr geschossen. Das in den Behältern 10, 11 und/oder in dem Einsatz 7 angeordnete Detektorsystem löst automatisch die Zündung der Sprengladungen aus, sobald der Einsatz 7 sich in Höhe der Leckstelle 3 befindet. Zur Ortung des Lecks können verschiedene fernsteuerbare Detektorsysteme Verwendung finden. Dies können beispielsweise Detektoren sein, die auf Signale ansprechen, die von außen zur Markierung der Leckstellen eingestrahlt werden. Neben akustischen oder optischen Signalen können auch auf Ultraschallwellen oder radioaktive Strahlung basierende Signale eingesetzt werden. Möglich ist auch die Unterbringung von Halbleiter-Bildsensoren im Einsatz 7 und/oder in den Behältern 10, 11, mit denen das Bild der Rohrinnenwand auf einen Bildschirm übertragen werden kann. Das Zündsignal kann manuell eingegeben oder aus der ersten und zweiten Ableitung des Bildsignals abgeleitet werden.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Reparatur von Leckstellen in Rohren, insbesondere in Wärmetauscherrohren, durch Einführen einer eine Sprengladung tragenden die Leckstelle übergreifenden Hülse in das Rohr wobei nach der Zündung der Sprengladung ein Teil der Außenhaut der Hülse mit der Rohrinnenwand verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einsatz (7) den Innenraum der Hülse (4) in zwei Kammern (9) unterteilt, die an den freien Hülsenenden mit Scheiben (6) verschlossen und mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, daß auf jeder Stirnseite des Einsatzes (7) eine Sprengladung (8) angeordnet ist und daß auf der der Flüssigkeit abgewandten Seite jeder Scheibe (6) Behälter (10, 11) zur Aufnahme der Steuer- und Zündelektronik befestigt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (7) ein hohler zylindrischer Körper ist und wenigstens ein Teil der Steuer- und Zündelektronik trägt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Hülsenenden einen nach innen ragenden Wulst (5) aufweisen, an den jeweils eine Scheibe (6) dichtend anliegt und daß die Form und die Stärke des Wulstes derart gewählt ist, daß ein Rest der Sprengenergie die Scheibe (6) ausschiebt und den dem Wulst gegenüberliegende Bereich der Außenhaut der Hülse (4) mit der Rohrinnenwand verschweißt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengladung aus einer oder mehreren Lagen von Sprengstoffen verschiedener Brisanz und Gasvolumenentwicklung besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Sprengladung entsprechend der geforderten Druckausbreitung in der Flüssigkeit gestaltet ist.

6. Verfahren zur Reparatur von Leckstellen in Rohren mit einer Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4) in das Rohr (2) geschossen wird, daß ihre Lage zu einer Leckstelle (3) detektiert wird, daß bei Erreichen der Leckposition eine von der Detektierung gesteuerte Zündung der Sprengladung (8) erfolgt und daß die Steuer- und Zündmittel aus dem Rohr (2) entfernt werden.