DE3341488A1

DE3341488A1 - Vorrichtung zum aufweiten eines rohres

Info

Publication number: DE3341488A1
Application number: DE19833341488
Authority: DE
Inventors: Joseph W. 07066 Clark N.J. Schroeder
Original assignee: Foster Wheeler Energy Corp
Current assignee: Foster Wheeler Energy Corp
Priority date: 1982-11-19
Filing date: 1983-11-17
Publication date: 1984-05-24
Also published as: SE8306352L; IT8323777A0; IT1167588B; IT8323777A1; GB2133863A; ES527399A0; GB8330836D0; FR2536315A1; ES8500574A1; US4494392A; JPS6116539B2; CA1213205A; SE8306352D0; JPS59141336A

Description

10514 Foster Wheeler Energy Corporation,Livingston,V.St.A

Vorrichtung zum Aufweiten eines Rohres .

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufweiten eines Rohres in einer Bohrung innerhalb einer Rohrhülse.

Dabei handelt es sich um ein Gerät zur Ausbildung einer Rohr- Rohrhüllenverbindung mittels eines Explosionsdruckes und insbesondere um ein Gerät zum Anwenden eines explosiven Ausreitens innerhalb des Rohres, das gedehnt werden soll.

Herkömmliche Ausführungsformen von Wärmetauschern verwenden eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren , die innerhalb einer Rohrhülle angeordnet sind und ein Primärfluid aufnehmen, das durch die Rohre in Wärmeaustausch mit einem Sekundärfluid hindurchläuft, das über die Röhre strömt.

Verschiedene Techniken wurden entwickelt, um die Rohre innerhalb der Rohrumhüllung zu sichern. Beispielsweise werden die Rohre in den Rohrhüllen mechanisch unter Verwendung eines Aufweitdorns oder dergleichen Werkzeuge aufgeweitet oder durch Walzen,d.h. durch Anwendung einer äußeren Radialkraft gegen die gesamte Oberfläche der Rohre. Jedoch bringen diese Techniken verschiedene Nachteile mit sich , wie beispielsweise eine lokale Metalldeformation , eine allgemeine Verlängerung der Rohre und das Aufbringen von Axialkräften auf die Rohrschweißung und Druckspannungen in der Rohrwand.

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Um diese Nachteile zu überwinden, wurde eine Explosionstechnik zum Formen der Rohre innerhalb der Rohrhülle entwickelt. Nach dieser Technik wird eine Explosionsladung innerhalb der Uberlappungsflache zwisehen den Rohren und der Rohrumhüllung angeordnet und von einem kraftübertragenden Teil umgeben , das nach Detonation der Explosionsladung das Rohr gleichförmig gegen die Innenwand der Rohrhülle ausdehnt.

Eines der am meisten bekannten Explosionsmittel für die Anwendung dieser Art von Technik ist allgemein als Zündschnur bekannt und besteht aus einem hochexplosiven Zünder, der ein Gebiet des Rohrs,verstärkt durch Umwicklungen aus Faser- und Kunststoff oder Metall umfaßt, mit Asphalt und Wachs imprägniert ist und mit einem Kern aus hochexplosivem Stoff , wie beispielsweise Pentaerythrityl Tetranitrat (PETN) gefüllt ist. Dieser Explosionszünder reicht aus, um die Rohre innerhalb der Rohrhülle bei dieser Anwendungsart aufzuweiten, besitzt jedoch den Nachteil,daß ein relativ großer Anteil an Explosionsrückständen und Gasen erzeugt wird. Da es allgemeine Praxis ist, daß sich der Explosionszünder außerhalb der Rohre erstreckt und zu einer außerhalb angeordneten Zündkapsel o.dgl. hinführt, sind bei vielen industriellen Anwendungen die zuvor erwähnten Explosionsrückstände und Explosionsgase nicht akzeptabel, insbesondere nicht diejenigen, die in Verbindung mit Explosionsaufweitungsar bei ten bei Nuklearwärmeaustauschern stehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Befestigen eines Rohres innerhalb einer Rohrumhüllung und zum Explosionsaufweiten des Rohres in der Rohrhülle unter Vermeidung von Explosionsrückständen und -Gasen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

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Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der übrigen Patentansprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein primärer Explosionszünder innerhalb des Rohres angeordnet und mit einer Zündkapsel durch eine Enerpieübertragungsschnur verbunden, die eine relativ niedrige Anzahl von Sprengstoffkörnern pro Längeneinheit enthält und durch eine Umhüllung umgeben ist, welche die Explosionsprodukte aufnimmt und enthält.

Des weiteren ist ein Explosionsverstärker zwischen dem primären Explosionszünder in den Rohren und der Eneugieübertragerschnur angeordnet .

Der primäre ExpIosionszünder enthält eine relativ hohe Anzahl von Sprengstoffkörnern pro Längeneinheit und erstreckt sich innerhalb jeden Rohres gleich weit mit demjenigen Teil des Rohres, der aufgeweitet werden soll. Die Energieübertragerschnur verbindet die Sprengkapsel mit der primären Zündkapsel und enthält, wie schon voranstehend erwähnt wurde, eine relativ kleine Anzahl von Sprengstoffkörnern pro Längeneinheit. Eine Umhüllung deckt die Sprengstoffkörper ab und ist so aufgebaut und angeordnet, daß sie die Explosionsrückstände und -Gase aufnimmt, die bei der Explosion der Sprengstoffkörner entstehen. Da der mit der Energieübertragerschnur verbundene Sprengstoff nicht ausreicht, um die erste Zündkapsel detonieren zu lassen, ist ein Explosionsverstärker zwischen der Energieübertragerschnur und der ersten Zündkapsel angeordnet und enthält Zündstoff, der durch die in der Energieübertragerschnur freigesetzten Explosionsenergie detoniert und dessen Explosionskraft ausreicht, die Detonation der ersten Zündkapsel auszulösen.

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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs formen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Rohr-Rohrumhüllungsverbindung zusammen mit einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig· 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Teilansicht , ähnlich zu Fig. 1, einer anderen Ausführungεform der Erfindung , und

Fig. A eine ähnliche Ansicht zu Fig. 1 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist mit der Bezugszahl 10 eine Rohrumhüllung bezeichnet, die einen Teil eines Wärmetauschers bildet, der eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren besitzt, von denen eines dargestellt und mit der Bezugszahl 12 belegt ist. Jedes Rohr 12 erstreckt sich innerhalb einer korrespondierenden Bohrung, die innerhalb der Rohrumhüllung 1 O ausgebildet ist, wobei ein Ende jedes dieser Rohre mit dem Ende der Rohrumhüllung bündig abschließt und das andere Ende sich über das andere Ende der Rohrumhüllung 10 hinauserstreckt.

Der Außendurchmesser des Rohres 12 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Rohrumhüllungsbohrung und das Rohr wird an der Rohrumhüllung 10 durch eine ringförmige Schweißung 14 befestigt, die das bündige Ende des Rohres mit dem entsprechenden Endteil der Rohrumhüllunjf verschweißt. Zum Zwecke der besseren Übersicht ist nur ein Teil des Rohres 12 dargestellt , und es ist selbstverständlich, daß der Wärmetauscher einen Kessel aufweist, der die Rohrumhüllunp; einschließt und geeignete Einlasse

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und Auslässe für ein primäres Wärmetauscherfluid und ein sekundäres Wärmetauscherfluid enthält. Bei einer charakteristischen Anordnung dieser Art sind beispielsweise die Rohre 12 U-förmig ausgebildet , wobei sich die beiden Enden jedes Rohres durch die Rohrumhüllung 10 erstrecken und der Wärmetauscher eine Trennwand oder dergl. enthält. Das primäre Wärmetauscherfluid tritt in die Rohre durch ein Ende von einer Fläche links von der Rohrumhüllung 10 , wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ein und passiert die Rohre in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Sekundärfluid, das durch den Kessel hindurchströmt, der die Rohrumhüllung umgibt, und tritt durch die anderen Enden der Rohre in Richtung der Fläche unterhalb der Rohrumhüllung aus.

Das Rohr 12 in Fig. 1 ist innerhalb der Rohrum hüllung 10 vor seiner explosiven Aufweitung in der Rohrumhüllung dargestellt , zusammen mit der Vorrichtung nach der Erfindung zum Explosionsaufweiten des Rohres. Die Vorrichtung enthält einen Einschub 18, der sich innerhalb des Rohres 12 erstreckt und aus einem rohrförmigen energieübertragenden Teil 20 und einem zentralen Explosionsteil 22 besteht, der sich innerhalb des rohrförmigen Teils 20 erstreckt . Der rohrförmige Teil 20 hat einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Rohres 12 ist^und eine Schulter 23 an einem Ende des rohrförmigen Teils steht in Eingriff mit der Schweißung 14 , um das rohrförmige Teil 20 und somit den gesamten Einschub 18 innerhalb des Rohres 12 präzise anzuordnen . Die Längen der Teile 20 und 22 sind derart, daß bei ihrer Positionierung innerhalb des Rohres , wie gezeigt, sie im wesentlichen mit dem Uberlappungsbereich zwischen dem Rohr 12 und der Rohrumhüllung 10 bündig abschließen.

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Der Explosionsteil 22 erstreckt sich entlang der Länge des Rohres 23 und die darin enthaltenen Sprengstoffkörner sind gleichmäßig entlang seiner Achse angeordnet .

Eine Sprengkapsel 24 ist außerhalb der Rohrumhüllung 10 und der Rohre 12 vorhanden und enthält einen sehr empfindlichen ersten Explosionsstoff, der sofort detoniert, wenn er in herkömmlicher Weise durch eine Sprengkapsel, eine elektrische Explosionskapsel oder dergl. ausgelöst wird.

Eine Energieübertragerschnur 26 verbindet die Sprangkapsel 24 mit dem Einschub 18. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, enthält die Energieübertragerschnur einen zentralen Kern 28, der eine relativ niedrige Anzahl von Sprengstoffkörnern aufweist, die durch eine Schutzumhüllung 30 , bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial, umgeben sind. Die relative Größe der Umhüllung im Vergleich zu dem Explosionspotential des Sprengstoffes in dem Kern 28 ist derart gewählt, daß die Umhüllung den Explosionsrückstand und die -Gase, resultierend von der Explosion, enthält, wie im einzelnen noch später beschrieben werden wird.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, 1st eine gesenkte Kopfbohrung 32 in dem Teil 20 ausgebildet , die einen Explosionsverstärker 34 aufnimmt, dessen Außenfläche sich bündig mit dem Teil 20 erstreckt und mit dem anderen Ende der Energieübertragerschnur 26 verbunden ist.

In dem anderen Ende des Verstärkers 34 ist in nicht dargestellter Weise eine relativ kleine Aushöhlung ausgebildet, in der sich Sprengstoff befindet, wobei v> dor Verstärker so angeordnet ist, daß der Sprengstoff

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nicht aus der Axialanordnung der Rohrumhüllung 10 herausfallen kann. Das korrespondierende Ende des Explosionsteils 22 ist sehr geringfügig getrennt von diesem Endteil des Verstärkers 34.

Der Verstärker 34 wird durch d,ie Energieübertragerschnur 26 zur Explosion gebracht, und bringt seinerseits den Explosionsteil 22 zur Detonation , um die Aufweitung des Rohres 12 in der voranstehend beschriebenen Art und Weise zu bewirken. Der Explosionsverstärker 34 ist erforderlich, da wegen der sicheren Aufnahme des Explosionsrückstandes und der Gase, die von der Detonation des Sprengstoffes in der Energieübertragerschnur 26 resultieren, der Anteil an Explosionsstoff in der Energieübertragerschnur unterhalb demjenigen gehalten werden muß, der notwendig ist, um den Explosionsteil 22 direkt, d»h. ohne Verstärker, detonieren zu lassen.

Diese Anordnung ergibt einen wesentlichen Vorteil gegenüber bekannten Anordnungen im Stand der Technik, in der eine erste Explosionskapsel sich außerhalb des Rohres erstreckt und direkt mit der Sprengkapsel verbunden ist, da die Detonation der Explosionskapsel einen Rückstand und Explosionsgase bewirkt, die bei vielen industriellen Anwendungen nicht akzeptiert werden können.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß durch die Anwendung der Energieübertragerschnur 26, die eine relativ kleine Anzahl von Sprengstoffkörnern enthält, der Rückstand und die Explosionsgase innerhalb der Umhüllung 30 verbleiben, wodurch das voranstehend beschriebene Problem vollständig eliminiert wird.

Die Ausführungsformen nach den Figuren 3 und 4

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sind ähnlich zu derjenigen nach Fig 1 und übereinstimmende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszahlen belegt. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich ein Teil des Verstärkers 34 innerhalb der abgesenkten Kopfbohrung 32 und der übrige Teil erstreckt sich aus der Bohrung 32 heraus, wie dies ersichtlich ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Explosionsteil 22 geringfügig räumlich beabstandet von dem korrespondierenden Ende des Verstärkers 34.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 wird für Spezialanifendungen eingesetzt, bei denen eine Selektivausdehnung des Rohres 12 erforderlich ist. Bei dieser besonderen Ausführungsform wird angenommen, daß es nicht erwünscht istj denjenigen Teil des Rohres 12 aufzuweiten, der sich von dem Ende der Rohrumhüllung in entsprechend signifikanter¹ Distanz in die Rohrumhüllung erstreckt. Gemäß dieser Ausführungsform erstreckt sich die abgesenkte Kopfbohrung 32 um einen Abstand entsprechend demjenigen Teil des Rohres in das Innere, der nicht aufgeweitet werden soll und der Verstärker 34 wird in der Kopfbohrung 32 in der dargestellten Weise angeordnet. Der Explosionsteil 22 erstreckt sich in einem geringfügig räumlichen Abstand zu dem entsprechenden Ende des" Verstärkers 34 in der gleichen Weise wie bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen und im übrigen sind die sonstigen Komponenten identisch mit diesen Ausführungsformen O

Selbstverständlich können verschiedene Veränderungen in den beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgenommen werdenj ohne daß von dem Erfindungsgedanken abgewichen v/ird. Beispielsweise können die verwendeten Materialien, einschließlich der Anzahl und der Art des Sprengstoffes in den verschiedenen Bauteilen innerhalb des Erfindungsgedankens variiert itferden„

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Es besteht ein Spielraum für eine Modifikation, Änderung und den Ersatz von Komponenten in der voranstehenden Offenbarung der Erfindung und in einigen Fällen können mehrere Merkmale der Erfindung ohne eine entsprechende Anwendung von anderen Merkmalen eingesetzt v/erden.

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Claims

" Ί /, 1 /. Γ: Ά Foster Wheeler Energy Corporation, Livingston,V.St.A. Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Aufweiten eines Rohres in einer ^Bohrung innerhalb einer Rohrhülse, dadurch gekennzeichnet, daf3 ein erstes Explosionsteil (22) eine hohe Anzahl von Sprengstoffkörnern pro Längeneinheit enthält und sich innerhalb des Rohres (12) gleichweit mit dem Teil des Rohres (12) erstreckt, der aufgeweitet werden soll, daß außerhalb des Rohres (12) eine Sprengkapsel (24) angeordnet ist, die über eine Energieübertragerschnur (26) mit dem ersten Explosionsteil(22) verbunden ist, daß die Energieübertragerschnur (26) eine geringe Anzahl von Sprengstoffkörnern pro Längeneinheit einschließt,

1-5 die nicht ausreichen, den ersten Explosionsteil zu zünden und die von einer Umhüllung (30) eingeschlossen sind, die derart aufgebaut und angeordnet ist, daß sie den Explosionsrückstand und die Explosionsgase aufnimmt,die bei der Explosion der Sprengstoffkörner innerhalb der Energieübertragerschnur entstehen, und daß ein Explosionsverstärker (34) zwischen der Energieübertragerschnur (26) und dem ersten Explosionsteil (22) angeordnet ist und Zündstoff enthält, der durch die in der Energieübertragerschnur (26) freigesetzte Explosionsenergie detoniert und dessen Explosionskraft ausreicht, die Detonation des ersten Explosionsteils (22) auszulösen.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiges, Energie übertragendes Teil (20) sich zwischen dem ersten Explosionsteil(22) und dem Rohr (12) erstreckt und zu letzterem die Explosionsenergie des ersten Explosionsteils (22) überträgt.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine gesenkte Kopfbohrung (32) nahe der einen Stirnfläche des Energie übertragenden Teils (20) ausgebildet ist und daß der Explosionsverstärker (34) zumindest teilweise in die Kopfbohrung (32) eingeschoben ist und durch Reibungspassung mit der Wand des Energie übertragenden Teils (20) und dessen Kopfbohrung (32) in Eingriff steht.

k. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Explosionsteil (34) sich vollständig innerhalt der Kopfbohrung (32) erstreckt und mit der Stirnfläche des Energie übertragenden Teils (20) bündig abschließt.

5· Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Explosionsverstärkers (3A-) sich innerhalb und ein Teil aus der Kopfbohrung (32) heraus er streckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3*

dadurch gekennzeichnet, daß sich der Explosionsverstärker (34) zur Gänze innerhalb der Kopfbohrung (32) und in vorgegebener räumlicher Beziehung zu einer der Stirnflächen des Energie übertragenden Teils (20) befindet.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Explosionsverstärker (3^0 mit einem Ende mit

der Energieübertragerschnur (26) verbunden ist und mit dem anderen Ende sich in enger räumlicher Anordnung zu dem ersten Explosionsteil (22) erstreckt.

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