DE2940020A1

DE2940020A1 - Vorrichtung zum einbau von rohren in rohrboeden

Info

Publication number: DE2940020A1
Application number: DE19792940020
Authority: DE
Inventors: Robert Shaffer; Edward H Smith; Richard L Stiller; Regis R Vollmer
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1978-10-16
Filing date: 1979-10-03
Publication date: 1980-04-30
Also published as: FR2439375B1; ES485077A0; ES8102861A1; FR2439375A1

Description

mo.B. HOLZEB

WBUKB · 8ΤΒΑβ·Β 1*

8000 AUGSBURG

«BtBX »SStOtl

W.1021

29A0020

Augsburg, den 20. September 1979

Meetinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center _Λ Pittsburgh, Pennsylvania 15222 _Λ V.St.A.

Vorrichtung zxm Einbau von Rohren in

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Einbau von Rohren in Rohrboden* beispielsweise von als Rohrbündel-Wärmetauscher ausgebildeten Dampferzeugern von Kernkraftanlagen·

Konisch bzw· ait konischem Ende ausgebildete, lösbar in dem offenen Rohrende eines Wärmetauscherrohres fixierbare Pührungsmechanismen zum Hindurchführen solcher Rohre

Ö3OÖ1S/OS8S

~⁷~ 29A0020

durch die miteinander fluchtenden Bohrungen von mit gegenseitigen Abständen angeordneten Stutzplatten und schließlich zum Einführen der Rohrenden in die Bohrungen eines Rohrbodens sind bereits bekannt* Derartige bekannte, mit konischen Enden versehene Rohrführungsmechanismen werden nach dem genauen Ausrichten des betreffenden Rohrendes mit Bezug auf den Rohrboden wieder aus dem Rohrende herausgenommen, um das sich anschließende Verbinden von Rohrende und Rohrboden zu ermöglichen. Gewöhnlich erfolgt diese Verbindung durch Aufweiten des Rohrendes durch Einwalzen in den Rohrboden oder durch Anschweißen des Rohrendes am Rohrboden. Jedoch findet auch im Falle des Einschweißens des Rohrendes in den Rohrboden häufig zuvor ein Anheften des Rohrendes durch Einwalzen statt, bevor das endgültige Einschweißen erfolgt.

Die Verwendung von mit konischen Enden ausgebildeten RohrfUhrungsmechanismen zum Einbau der Rohre in den Rohrboden von Dampferzeugern ist also bereits bekannt. Die Rohre müssen jedoch nicht nur in die Bohrungen des Rohrbodens eingeführt werden, sondern sie müssen auch zum Einschweißen in der korrekten Lage gehalten werden. Dies erfordert verschiedene Schritte, die jeweils die Anwesenheit von Arbeitspersonal im Verteilerkopf des Dampferzeugers notwendig machen, der nach Inbetriebnahme und folglich auch während

030018/0665

29A002Q

Reparatur arbeiten radioaktiv verstrahlt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einbau von Rohren in Rohrböden zu schaffen» welche nicht nur das Einführen der Rohre in die Rohrbodenbonrungen, sondern daräberainaias auch das automatische Herausziehen des RohrfunrungsmeehanisiBus aus dem betreffenden Rohrende und das Aufweiten des Bohrendes und Anpressen desselben in satte Anlage an die Bohrungswandung der betreffenden Röfarbodenboarung vor der ansehlieSenden Herstellung einer Schweißnaht gestattet«

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Konstruktion gelöst«

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr iffl einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. IA und IB jeweils einen Axialschnitt durch

den Rohrfüarungs- und Aufweiteraechanismus einer Vorrichtung nach der Erfindung im lose in das Rohrende eingeführten und im in dem Rohr-

ende fixierten Zustand,

Fig. 2 eine Abwandlung dieses Rohrführungs

und Aufweitemechanismus,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch den in einem

Rohrende, das in eine Rohrbodenbohrung eingeführt ist, befindlichen Rohrführunge- und Aufweitemechanismus,

Fig. 4A und 4B Axialschnitte durch einen Betätigungsund Ausziehmechanismus zur Betätigung des Führungs- und Aufweitemechanismus beim Aufweiten und zum Ausziehen derselben aus dem Rohrende, und

Fig. 5,6, 7A, die Arbeitsweise der Vorrichtung bei 7B, 7C, 8, 9, der Betätigung des Führungs- und Auf-

1OA, 1OB und 11 Weitemechanismus, dem Aufweiten des

Rohrendes und dem Ausziehen des Führungs- und Aufweitemechanismus.

Die Fig. IA und IB zeigen im Axialschnitt ein Rohr 20, in dessen offenes Ende ein Rohrführungs- und Aufweitemechanismus 22 eingesetzt ist· Dieser Führungs- und Aufweite-

030018/0665

29A0020

mechanisms weist eine Spannmechanik mit zwei Baugruppen 24 und 26 zur axialen Druckerzeugung und axial zwischen diesen angeordnete, radial expandierbare Aufweitemittel wie beispielsweise die dargestellten elastomerischen 0-Ringe 28 auf. Die eine Baugruppe 24 der Spannmechanik besteht aus einem rohrförmigen Druckkörper JO, 4er einen am Rohrende anstoßenden Teil 31 und einen konischen Teil 32 aufweist und an welchem vorzugsweise ein Hülsenteil 34 angeordnet ist, der in das Rohrende 20 hineinragt und als radial innere Abstützung für die 0-Ringe 2 β dient, Durch den Druckkörper 30 und den Hülsenteil 34 verläuft eine axiale Durchgangsbohrung 36 hindurch. Me andere Baugruppe 26 der Spannmechanik besteht aus einem Spannelement 38, einer Zugstange 40 und einer Druckhülse 42. Das Spannelement 38 weist einen konischen Teil 44, einen Schaft 46 und einen Kopf 48 auf. Die Zugstange 40 verläuft dirren die Axialfeohrung 36 der einen Baugruppe 24 hindurch und ist ait seinem einen Ende mit dem Spannelement verbunden und mit seinem anderen finde an der Druckhülse 42 befestigt« Die Außenfläche des konischen Teils 44 ist mit der Außenfläche des konischen Teils 32 des Druekko*rpers 30 bündig, so daß diese beiden Außenflächen glatt ineinander übergehende Bereiche einer sich vom Druckkörper 30 zum Schaft 46 hin im Durehsiesser verringernden Konusfläche bilden« 0er Kopf 48 ist mit mindestens zwei Konusflächen versehen, die unter zwei verschiedenen Winkeln 5<3 «nd 52

03Ö01S/0665

von beispielsweise 15 ° und 45 ° zur Horizontalen verlaufen. Der Winkel 52 der hinteren Konusfläche ist größer als der Winkel 50 der vorderen Konusfläche, um das für den Kopf 48 benötigte Material minimal zu halten und die Führung gegenüber einem mit nur einer Konusfläche versehenen Kopf au verbessern.

Die Druckhülse 42 ist vorzugsweise auf die Zugstange 40 aufgeschraubt, so daß sie durch gegenseitige Relativdrehung dieser beiden Teile axial mit Bezug auf die Zugstange verschiebbar ist. Die reibschlüssige Anlage der Druckhülse 42 mit den 0-Ringen 28 hindert die Druckhülse daran, sich bei einer Drehung des Spannelements 38 und der damit verbundenen Zugstange 40 mit zudrehen und ermöglicht dadurch diese relative Axialverschiebung. Die Aufweitemittel bzw. 0-Ringe 28 werden durch den aufgrund dieser Axialverschiebung erzeugten Druck gemäß Fig. 3 radial in Anlage an die Innenwandung des Rohres 20 expandiert. Ein Anschlag 54 verhindert ein unbeabsichtigtes Herunterschrauben der Druckhülse 42 von der Zugstange 40 und besteht vorzugsweise aus einer auf die Zugstange aufgeschraubten Mutter. Ein durch die Mutter 54 und die Zugstange 40 verlaufender, nicht gezeigter radialer Federstift oder dergl. sichert die Mutter gegen Drehung relativ zur Zugstange. Ein Übergangsbereich 56 der einen Baugruppe 24 der Spannmechanik ragt radial über den Hülsen-

030018/0665

teil 3^ hinaus und bildet eine axiale Stützplatte 5Ö für Dichtungen 60, die ein axiales Herausfließen der elastomerischen O-Ringe 28 verhindern und deren radiale Expansion während der axialen Druckanwendung optimal gestalten, Die radial äußere Umfangsfläche des Übergangsbereichs 56 erweitert sich von der Dichtungsstützplatte 58 nach außen zum Druckkörper 30 hin. Die radial äußere Konusfläche des Übergangsbereiches 56 bildet eine Positionierungsfläche 6i, die vorzugsweise mit einem oder mehreren Radien ausgebildet ist und die koaxiale Anordnung der O-Ringe 28 in dea Bohr sowie die axiale Anlage des Druckkörpers 30 am Rohrende erleichtern.

Pig. IB zeigt den Führungs- und Aufweitemeenanismus in im Rohrende 20 durch radiale Expansion der O-Ringe ZB fixiertem Zustand. Diese Fixierung kommt nach dem Einführen des Führungs- und Aufweitemechanismus 22 in das Rohr 20 durch Drehung des Spanneleaerits 38 relativ zas Bruakkörpsr JO zustande« Diese Relativdrehung erzeugt den axialen Druck auf die O-Binge 28 und deren radiale Expansion in Anlage an die Xnnemfandung des Rohres 20» Der so entstehende fleiösehluS swischen dem Führwigs- wxu Äufweifes^eciiaiiissius 22 und dea Bohr 20 verhindert ein ans eh liegendes ungewolltes Herausziehen des Führungs- und Aufweitemechanismus aus dem Rohr während des anschließenden Hindureh- und Einfahrens des

"¹³~ 29AQ020

Rohres durch die miteinander fluchtenden Bohrungen von Rohrstützplatten und in eine Rohrbodenbohrung. Die Radialexpansions kraft der 0-Ringe 28 läßt sich zum Erreichen der gewünschten Reibkraft zwischen dem Pührungs- und Aufweitemechanismus 22 und dem Rohr 20 einstellen. Diese aus axialem Druck resultierende Expansionskraft muß natürlich kleiner als die zum radialen Aufweiten des Rohres erforderliche Kraft sein, da sonst die vorzeitige Aufweitung des Rohres das Hindurchführen des Rohres durch die Stutzplatten und das Einführen in die Rohrbodenbohrung behindern würde.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des Pührungs- und Aufweitemechanismus 22 in einer Fig. IA entsprechenden Stellung, d.h. er ist in ein Rohr 20 eingeführt, aber noch nicht darin fixiert. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen nach den Fig. IA und 2 liegt darin, daß bei der Variante nach Fig. 2 der Kopf 48 mit Planflächen versehen ist, die den Gebrauch eines Schlüssels zum Drehen ermöglichen. Damit wird die Drehbarkeit zwischen dem freiliegenden Spannelement 38 und der vom Rohrende umschlossenen Druckhülse 42 beim axialen Zusammenpressen und radialen Expandieren der elastomerischen 0-Ringe 28 erleichtert.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines Rohrbodens 64 mit Bohrungen 66. In eine der Rohrboden-

030018/0665

bohrungen 66 ist ein Rohr 20 mit einem in dessen Ende eingesetzten Führungs- und Aufweitemeehanismus 22 von der sekundärmediumseitigen Rohrbodenseite zur primärmediumseitigen Rohrbodenseite TO hin eingeführt. Die Primärseite ist normalerweise mindestens teilweise umschlossen» um das zuströmende Priaäraittel in die von dem Rohrboden ausgehende Rohre zu verteilen. Dazu dient gewöhnlich ein nicht dargestellter, eine Tferteilerkammer bildender Deckel« Die Bohre 20 können U-förmig sein und müssen dann demzufolge mit beiden U-Seheste!enden, in die jeweils ein Fährungsund AufweitetechanisKUS 22 eingesetzt ist, gleichzeitig durch die Rohrstützplatten hindurch und in den Rohrboden eingeführt werden» Bei solchen U-föraigen Rohren ist der Deckel in mindestens zwei Kammern unterteilt, die mit jeweils eines der beiden il-SehenkelendSfi in Verbindung stehen. Beim Einführen eines U-föraigen Rohres mit in dessen Enden eingesetzten Führungs- und Aufweitemeehanismen 22 in den Rohrboden 64 ragt eines der beiden Rohrenden um eine etwas größere und das andere Rohrende um eine etwas geringere Distanz Über die Prisärseite JO des Rohrbodens hinaus.

Eine weitere axiale Kompression der O-Ringe 28 über das zum Erreichen des gewünschten Reibschlusses erforderliehe MaS hinaus bewirkt eine weitere radiale Expansion

Ö30018/0665

dieser ORinge und schließlich eine plastische radiale Aufweitung des Rohres 20 in Anlage an die Wandung der Rohrbodenbohrung 66. Diese weitere axiale Kompression der 0-Ringe 28 kann durch weitere Relativdrehung zwischen dem Spannelement 38 und der DruckhUlse 42 oder durch relative Axialverschiebung der beiden Baugruppe 24 und 26 relativ zuinander erfolgen. Die Betätigung des Führungs- und Aufweitemechanismus 22 findet von der Primärseite 70 des Rohrbodens aus statt, im Falle eines Dampferzeugers einer Kernkraftanlage also gegebenenfalls in einem radioaktiv verstrahlten Bereich. Demzufolge erfolgt die Betätigung, Handhabung und das Herausziehen des Führungs- und Aufweitemechanismus 22 vorzugsweise mit Hilfe eines ferngesteuerten Mechanismus, nämlich mittels eines Betätigungs- und Ausziehmechanismus 72, der in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist. Die Anwendung einer relativen Axialverschiebung zwischen den beiden druckerzeugenden Baugruppen 24 und 26 hat sich dabei als gegenüber der Anwendung einer Relativdrehung zwischen der Druckhülse 42 und dem Spannelement 38 vorteilhafter erwiesen, hauptsächlich wegen der dann einfacheren, zur Herbeiführung der relativen Axialverschiebung erforderlichen Eingriffsmechanik.

Während in den Zeichnungen jeweils ein einzelnes Rohrende und ein darin eingesetzter Rohrführungs- und Aufweite-

030018/0665

294Q020

mechanismus 22 und ein damit zusammenwirkender einzelner Betätigungs- und Ausziehmechanismus dargestellt ist, muß natürlich beim Einbau von U-Rohren jeweils ein Betätigungs- und Ausziehmechanismus 72 in jeder Kammer des Deckels eingesetzt werden, Mit anderen Worten, bei einem Wärmetauseher mit einer im Deckel angeordneten Trennwand und U-Rohren, deren Enden jeweils mit einer der beiden im Deckel gebildeten Kammern in Verbindung stehen* sind zwei Betätigungsund Ausziehmechanismen erforderlich, nämlich jeweils einer auf beiden Seiten der Trennwand* Es ist klar, daß der Betätigungs- und Ausziehmechanismus 72 mit Hilfe einer beweglichen Halte- und Positioniervorrichtung {«»Β* einer sogenannten B8-Maschine) gehalten und positioniert werden muß. Die erforderliche Anzahl von Halte- und Positioniervorrichtungen entspricht natürlich der Anzahl der verwendeten Betätigungs- und Ausziehmechanismen.

Der Betätigungs- und Auszieooeefaanisffius 72 umfaßt ia wesentlichen eine axial verschiebbare AuSenhülse 7^** weiter eine axial verschiebbare Innenhälse 76 und eine Kupplungss^chanik zur wahlweisen Kupplung des Spann-Betätigungselernents 33 des Rohrfunrungs- und Aufweiteffleefaanisaus 22 mit der Innenhülse 76. Die Außenhülse 7 dient dazu, wahlweise den Druckkörper 30 des FCihrungs- und Aufweiteaechanisaus in Anlage mit dem Rohrende 20

" ^1? " 29A0020

zu halten. Mit der Innenhülse 76 ist ein zu deren axialer Verschiebung dienender Hydraulikzylinder 78 verbunden.

Wie in den Fig. 4A und kB gezeigt ist, wird der Betätigungs- und Ausziehmechanismus 72 anfänglich mittels der Halte- und Positioniervorrichtung koaxial mit Bezug auf den Führungs- und Aufweitemechanismus 22 positioniert, bevor er axial zum Rohrboden 64 hin verschoben wird. Die Kupplungsmechanik weist eine Anzahl (beispielsweise vier) radialer Öffnungen in der InnenhUlse 76 und eine mit einer gleichen Anzahl radialer Aussparungen versehene Zwischenhülse 80 auf, welche die Innenhülse 76 mit engem Radialspiel umgibt. In den radialen Offnungen bzw. Aussparungen sind als Sperrköper dienende Kugeln 82 verschiebbar. Wenn die radialen Öffnungen der Innenhülse 76 mit den radialen Aussparungen der Zwischenhülse 80 fluchten, können sich die Sperrkugeln 82 in die in den Fig. 4A und 4B gezeigte radial äußere Stellung verschieben. Befinden sich die Sperrkugeln in dieser dargestellten, nichtsperrenden Stellung, gestatten sie das axiale Einschieben des FUhrungs- und Aufweitemechanismus 22 in die Bohrung 84 der Innenhülse 76. Damit sich die Sperrkugeln 82, wenn die radialen Offnungen und Aussparungen der Innenhülse und der Zwischenhülse axial zur Deckung gebracht werden, sich in ihre nichtsperrenden Stellungen radial nach außen verschieben, erweitern sich

030018/0665

~¹⁸~ 29A0020

die radialen Öffnungen der Innenhülse von deren Innenumfang zu deren Außenumfang hin. Die radialen Aussparungen der Zwischenhülse 80 wirken in der fluchtenden Stellung mit den radialen Öffnungen der Innenhülse 76 derart zusammen, daß sie die radiale Verschiebung der Sperrkugeln 82 so weit nach außen gestatten, daß die Sperrkugeln vorzugsweise vollständig außerhalb der Bohrung 84 der Innenhülse 76 befinden, Um die radialen Öffnungen und Aussparungen axial miteinander zur Deckung zu bringen, ist zur axialen Verschiebung ein Druckluftzylinder 86 in der Innenhülse 76 angeordnet» der zusammen mit dieser verschiebbar ist« Der Kolben 88 des DruckluftZylinders 86 ist axial relativ zur Innenhülse 76 verschiebbar und bildet einen Stößel 90 und trägt außerdem einen radialen Mitnehmerstift 92* der durch in der Innenhülse gebildete Schlitze 9k hindurch und in Schlitze 96 der Zwischenhülse hineinragt. Das axiale Ausrichten der radialen Öffnungen and Aussparungen der Isnenhülse und der Zwischenhülse erfolgt durch axiale Verschiebung des Kolbens 88,» bis ein Anschlagbund 98 der Zsfischenhülse 80 an eine Schulter 100 der AuBenhülse JH anstößt. Der Mitnehmerstift 92 beschränkt die axiale Bewegungsfreiheit der Zwischenhülse 8O unter dem Druck einer Vorspannfeder 102» bis der Anschlagbund 98 an der Schulter 100 anliegt. Die über die, der Anlage zwischen dem Anschlagbund 98 und der Schulter 100 entsprechende Stellung

hinausgehende axiale Verschiebung des Kolbens 88 zum Pührungs- und Aufweitemechanismus 22 hin wird später im Zusammenhang mit dem Auswerfen des Führungs- und Aufweitemechanismus 22 aus dem Betätigungen und Ausziehmechanismus beschrieben.

Fig. 5 zeigt die Außenhülse 74 in Anlage mit dem konischen Teil 32 des Druckkörpers 30. Wenn sich die InnenhUlse 76 in der dargestellten, am weitesten ausgefahrenen Stellung befindet und die Kugeln 82 in ihrer nichteperrenden Lösestellung stehen, kann die Außenhülse 74 den konischen Teil 32 des Führungs- und Aufweitemechanismus 22 aufnehmen, nachdem der Kopf 48 derselben über die radialen öffnungen und die darin befindlichen Sperrkugeln 82 hinaus in die Bohrung 84 der Innenhülse hineingeglitten ist. Eine weitere Verschiebung des Betätigungs- und Ausziehmechanismus zum Rohrboden 64 hin mittels der Halte- und Positioniervorrichtung bewirkt eine gleichzeitige axiale Verschiebung des Führungs- und Aufweitemechanismus 22 und des diesen aufnehmenden Rohres 20. Die gewünschte Relativposition zwischen dem Rohr 20 und dem Rohrboden 64 wird dadurch hergestellt, daß der Betätigungs- und Ausziehmechanismus 72 bis in Anlage an den Rohrboden 64 axial verschoben wird*

030018/0665

Diese Anlage des Betätigungs- und Ausziehmechanismus am Rohrboden 64 tritt vorzugsweise dann auf, wenn die Außenhülse 74 axial am Rand einer zuvor an der Primärseite 70 des Rohrbodens 64 an jeder Rohrbodenbohrung hergestellten Ansenkung 104 anstößt. Die Ansenkung 104 ist nur beispielsweise dargestellt und stellt keine unbedingt erforderliche Vorbereitungsmaßnahme für den Einsatz der beschriebenen, aus den Mechanismen 22 und 72 bestehenden Vorrichtung dar. Da das Rohr 20 sich in einer bekannten, am Druckkörper 30 der Führungs- und Aufweitevorrichtung 22 anstoßenden Stellung und der Führungs- und Aufweitemechanismus 22 seinerseits sich in einer bekannten, am Betätigungs- und Ausziehmechanismus 72 anliegenden Stellung und dieser wiederum sich in einer bekannten, am Rohrboden 64 anliegenden Stellung befindet, kann das Rohr 20 als in der gewünschten Relativstellung mit Bezug auf den Rohrboden 64 stehend betrachtet werden. Die jeweils gewünschte Relativstellung zwischen Rohr und Rohrboden erhält man durch geeignete Anpassung der genannten Komponenten, beispielsweise beim Fehlen der Ansenkung 104 durch entsprechende Verkürzung der Außenhülse 74,

Fig. 6 zeigt den Betätigungs- und Ausziehmechanismus in mit dem Führungs- und Aufweitemechanismus 22 verriegelten

030018/0665

und am Rohrboden 64 anliegenden Zustand. Die Zwischenhülse ου ist axial in Richtung vom Rohrboden 64 weg verschoben, so daß die Sperrkugeln 82 in ihre radial innere, sperrende Stellung mit Bezug auf den Kopf 48 des Spann- bzw. Betätigungselement 38 verdrängt sind, so daß sie ein Wiederherausziehen des Kopfes aus der Bohrung 84 verhindern. Das axiale Zurückziehen der Zwischenhülse 80 erfolgt mit Hilfe des am Kolben 88 angeordneten Mitnehmerstiftes 92, der axial am unteren Ende der Schlitze 96 angreift und den Hülsenbund 9Ö entgegen der Vorspannkraft der Feder 102 von der Schulter wegzieht, wobei die radialen Aussparungen der Zwischenhülse 80 außer Deckung mit den radialen öffnungen der Innenhülse 76 gebracht werden.

Die Fig. 7A bis 7C zeigen die Betätigung des Führungsund Aufweitemechanismus durch den Betätigungs- und Ausziehmechanismus 72 beim Aufweiten des Rohrendes. Gemäß Fig. 7A befindet sich der Hydraulikzylinder 78 und die damit verbundene Innenhülse 76 in ihrer zurückgezogenen Stellung, in welcher das Spannelement 38 und die daran befestigte Zugstange 40 axial mit Bezug auf die eine Baugruppe 24 der Spannmechanik des Führungs- und Aufweitemechanismus 22 verschoben sind. Während des Zurückziehens des Hydraulikzylinders 78 verhindern die Sperrkugeln 82 ein Herausgleiten des Spannelements 38 aus der Bohrung 84 der

030018/0665

29A0020

Innenhülse. Die Zwischenhülse 80 wird gleichzeitig mit der Innenhülse 76 axial verschoben, nämlich durch den Mitnehmerstift 92, welcher den Kolben 88 des DruckluftZylinders 86 mit der Innenhülse 80 kuppelt. Durch das Zurückziehen der Zwischenhülse 80 in Richtung vom Rohrboden 64 weg wird die Vorspannfeder 102 axial zusammengedrückt. Die Fig. 7B und 7C lassen auch erkennen, wie der Führungs- und Aufweitemechanismus durch die radial expandierten O-Ringe 2 S mit dem Rohr 20 verspannt ist. Fig. 7C zeigt die O-Ringe 28 in dem über das zur Fixierung des Mechanismus im Rohr erforderlichen Maße axial zusammengepreßten Zustand, wodurch das Ende des Rohres 20 durch plastische Verformung radial gegen die Wandung der Rohrbodenbohrung 66 aufgeweitet ist.

Fig. 8a zeigt den Führungs- und Aufweitemechanismus mit dem damit zusammenwirkenden Betätigungs- und Ausziehmechanismus 72 in der gleichen gegenseitigen Relativstellung wie Fig. 6* Die Position nach Fig. 8A ergibt sich jedoch aus der Umkehrung der axialen Verschiebung der Innenhülse 76 und der Zwischenhülse 3Q* Alle Elemente der Mechanismen 22 und 72 haben in Fig. 8ä die gleiche Relativstellung zueinander wie in Fig. 6, wobei der einzige unterschied darin besteht^ daß das Rohr 20, wie Fig. BB deutlicher zeigt, plastisch gegen die ¥andung der Rohrbodenbohrung 66 aufgeweitet ist. In Fig. 8B liegt das Spannelement 3Ö

Ö3001Ö/0665

wieder axial am konischen Teil 32 des Pührungs- und Aufweitemechanismus 22 an. Demgemäß haben sich die O-Ringe 28, wie ebenfalls in Fig. 8ß erkennbar ist, wieder radial auf ihre ursprüngliche Größe zusammengezogen, wie sie in den Fig. IA und 3 bis 6 dargestellt ist, so daß sie nun im Gegensatz zu den Fig. 7B und 7C nicht mehr an der Wandung des radial plastisch aufgeweiteten Rohres anliegen.

Fig. 9 zeigt die Mechanismen 22 und 72 nach dem Heraus ziehen des Führungs- und Aufweitemechanismus 22 aus dem aufgeweiteten Rohr 20. Diese Stellung wird erreicht, indem im Anschluß an die in den Fig. 8A und 8B gezeigte Position die zugehörige Halte- und Positioniervorrichtung den gesamten Mechanismus 72 mit dem damit gekuppelten Mechanismus 22 vom Rohrboden 64 wegzieht, wobei die Sperrkugeln 82 in ihrer radial inneren Sperrstellung verbleiben. Da die AußenhUlse 74 und die Innenhülse 76 sich gemeinsam bewegen, werden die 0-Ringe 28 nicht mehr radial gegen die Wandung des Rohres 20 expandiert und der mit dem Mechanismus 72 gekuppelte Mechanismus 22 läßt sich leicht aus dem Rohr 20 herausziehen.

Die Fig. 1OA und 1OB zeigen das Auswerfen des Führungs und Aufweitemechanismus 22 aus dem Betätigungs- und Auszieh mechanismus 72. Nach dem axialen Wegbewegen der miteinander

030018/0665

gekuppelten Mechanismen 72 und 22 vom Rohrboden 64 um eine geeignete Distanz wird der Halte- und Positioniermechanismus vorzugsweise um mindestens 90 ° um eine zur Bohrung 84 senkrechte Achse 106 gedreht. Danach verschiebt der Druckluftzylinder 86 seinen Kolben 88 axial zum Pührungs- und Aufweitemechanismus 22 hin. Nachdem der Bund 98 der Zwischenhülse 80 axial an die Schulter 100 anstößt, decken sich die radialen öffnungen und Aussparungen der Innenhülse 76 und der Zwischenhülse 80 wieder miteinander und gestatten die radiale Verdrängung der Sperrkugeln 82 in ihre nichtsperrende Stellung. Bei der weiteren axialen Kolbenbewegung stößt der Kolben 88 mit seinem Stößelteil 90 axial gegen den Kopf 48 des Führungs- und Aufweitemechanismus 22, wie Pig. 1OA zeigt, und schiebt diesen in Richtung des Pfeiles aus der Bohrung 84 der Innenhülse heraus, bis der Mitnehmerstift 92 an den Enden der Schlitze 94 anstößt. Nach dem Auswerfen des Führungs- und Aufweitemechanismus wird der Betätigungs- und Ausziehmechanismus wieder um die Achse 106 in seine ursprüngliche Stellung zurückgedreht und in dieser verriegelt. Sodann kann der Mechanismus 72 in eine mit einem weiteren Führungs- und Aufweitemechanismus 22 koaxiale Stellung weiter indexiert werden, wie Fig, Il zeigt« Dabei liegt der Bund 98 der Zwischenhülse an der Schulter 100 an und die Sperrkugeln 82 stehen in ihrer radial äußeren, nicht sperrenden Stellung, so daß das Spannelement 38 des Mechanis-

030018/0665

2S4002Q

raus 22 in die Bohrung 84 der Innenhülse hineingleiten kann.

Wenn die Rohre 20 U-förmig sind, kommen vorzugsweise zwei Halte- und Positioniervorrichtungen sowie Betätigungsund Ausziehmechanismen 72 in Verbindung mit den beiden Enden eines U-Rohres zum Einsatz. Es sollte jedoch jeweils nur ein Ende des U-Rohres gleichzeitig genau bezüglich des Rohrbodens 67 ausgerichtet werden, da die beiden Schenkel eines U-Rohres gewöhnlich nicht um genau die gleiche Distanz über die Primärseite 70 des Rohrbodens 64 überstehen. Da es leichter ist, ein Rohrende 20 durch Einschieben von der Primärseite 70 her genau bezüglich des Rohrbodens 64 auszurichten, wird zunächst das um die kürzere Distanz vorstehende Ende des U-Rohres gemäß den in den Fig. 4A bis 1OB gezeigten Schritten in den Rohrboden eingebaut. Indem zunächst das weniger vorstehende Rohrende eingebaut wird, wird verhindert, daß, was beim Einbau zunächst des weiter vorstehenden Rohrendes geschehen würde, beim axialen Ausrichten des einen Rohrendes bezüglich des Rohrbodens 64 gemäß Fig. 6 das andere Rohrende dabei samt dem darin fixierten Führungs- und Aufweitemechanismus 22 in die Rohrbodenbohrung 66 hinein zurückgleitet. Nach dem genauen Ausrichten zunächst des weniger weit vorstehenden Rohrendes und dessen Aufweiten kann dann das weiter vorstehende Rohrende sauber ausgerichtet und aufgeweitet werden, ohne daß

030018/0665

" ²⁶ ' 29A002Q

die Gefahr des Zurückgleitens des anderen Rohrendes besteht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist also einen kombinierten Führungs- und Aufweitemechanismus auf, bei welchem eine axiale Kompression zur radialen Aufweitung eines Rohres 20 in Anlage an die Bohrungswandung einer Rohrbodenbohrung 66 Anwendung findet. Die Betätigung und das anschließende Ausziehen des Führungs- und Aufweitemechanismus erfolgt mit Hilfe eines Betätigungs- und Ausziehmechanismus, der mit dem Führungs- und Aufweitemechanismus kuppelbar ist und zwei Baugruppen des letzteren axial relativ zueinander verschiebt, wodurch die radiale Expansion herbeigeführt wird. Nach der Betätigung des Führungs- und Aufweitemechanismus zum Aufweiten des Rohres zieht der Betätigungs- und Ausziehmechanismus den Führungs- und Aufweitemechanismus aus dem plastisch aufgeweiteten Rohr heraus und wirft ihn anschließend aus. Sodann kann der Betätigungsund Ausziehmechanismus zu einem weiteren Führungs- und Aufweitemechanismus weitergeschaltet und mit diesem gekuppelt werden. Selbstverständlich eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur zum Einbau vertikaler Rohre von nuklearen Dampferzeugern, sondern auch zum Einbau horizontaler Rohre in konventionellen Wärmetauschern. Zur Halterung und Manipulation des öetatigungs- und Ausziehmechanismus 72 findet eine Halte- und Positioniervor-

030018/0665

richtung der weiter oben beschriebenen Art Anwendung, welche die Indexierung mit Bezug auf aus dem Rohrboden herausragende Führungs- und Aufweitemechanismen 22 gestattet. Die er fin dungs gemäße Vorrichtung gestattet die Ausführung verschiedener Arbeitsvorgänge mit Hilfe eines einzigen Werkzeugs, so daß die Notwendigkeit von Werkzeugwechseln, des Eingreifens von Arbeitspersonal und damit des Aussetzens dieses Personals dem verstrahlten Bereich auf der Primärseite 70 des Rohrbodens entfällt.

030018/066S

Claims

Patentansprüche

1.JVorrichtung zum Einbau von Rohren in Rohrböden, mit einem lösbar im Rohrende fixierbaren Rohrführungsmechanismus zum Einführen des Rohrendes in eine Bohrung des Rohrbodens, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der Rohrführungsmechanismus dient gleichzeitig als Aufweitemechanismus zum Aufweiten des Rohrendes in Anlage an die Bohrungswandung der Rohrbodenbohrung,

b) dieser Rohrführungs- und Aufweitemechanismus (22) weist durch Axialdruck radial expandierbare Aufweitemittel (28) und eine aus zwei Baugruppen (24, 26) bestehende Spannmechanik zur Axialdruckerzeugung

auf,

c) die eine Baugruppe (24) der Spannmechanik weist einen mit einer axialen Durchgangsbohrung versehenen Druckkörper (31) auf, der mit einer Schulter, deren Durchmesser etwas größer als der Innendurchmesser des Rohres ist, axial in Anlage an das Rohrende bringbar ist,

030013/0665

d) die andere Baugruppe <26) der iäpannffiechanik ist axial relativ zur einen Baugruppe <24) verschiebbar und weist eine durch die Durehgangsbohrung des Pru«kkörpers hindurehverlaufende Zugstange (4Q) auf, an deren einem, in das Rohr (20) hineinragenden Ende ein Druckelement {kZ} angeordnet und deren anderes Ende mit einem Betätigungselement mit konischem Kopf (48} verbunden ist»

e) die Aufweitemittel {28} sind axial zwischen dem Druckkörper (31) der einen Baugruppe (24) und dem Druckelement (42) der anderen Baugruppe (26 angeordnet, und

f) die Spannmechanik weist einen Hubbegrenzer (34) zur Begrenzung des Maßes der axialen Zusammendrückung der Aufweitemittel (28) auf.

2· Vorrichtung nach Anspruch l_t dadurch gekennzeichnet, daß

fl) der Hubbegrenzer ein die Zugstange (40) umschließender Hülsenteil (34) ist, mit welchem ein Bund des als Druckhülse ausgebildeten und teilweise auf den Hülsenteil aufschiebbaren

030018/0665

29A002Q

Druckelements (42) der anderen Baugruppe zusammenwirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

el) die Aufweitemittel (28) eine Anzahl von die Zugstange (40) umschließenden elastomerischen O-Ringen aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bia 3 t gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:

g) die Vorrichtung weist einen Betätigungs- und Ausziehmechanismus (72) zur Betätigung des Führungs- und Aufweitemechanismus und zu dessen anschließendem Ausziehen aus dem Rohr (20) auf,

h) der Betätigungs- und Ausziehmechanismus weist eine Außenhülse (74) zur Aufnahme des einen konischen Teil (32) aufweisenden Druckkörpers (3D der einen Baugruppe der Spannmechanik und eine relativ zu der AußenhUlse axial verschiebbare Innenhülse zur Aufnahme des Betätigungselements (36) der anderen Baugruppe der Spannmechanik auf,

030018/0668

294002Q

i) die Innenhülse weist eine Anzahl radialer, jeweils eine als Sperrkörper dienende Kugel (82) enthaltender öffnungen auf und ist von einer axial beweglichen Zwischenhülse (80) umschlossen, die radiale, mit den öffnungen der Innenhülse zur Deckung bringbare Aussparungen zur mindestens teilweisen Aufnahme der Sperrkugeiii aufweist und bei axialer Verschiebung in eine Stellung, in denen die Aussparungen sich nicht mit den radialen öffnungen der Innenhülse decken, die Sperrkugeln nach innen drangt und dadurch den Kopf (48) des Betätigungselessents <3B) mit der Innenhülse verriegelt,

5· Vorrichtung nach Anspruch 4₄ dadurch gekennzeichnet,

k) die Zwischenhülse (80) mittels einer Feder (102) in der einen Axialrichtung vorgespannt und mittels eines Hydraulikzylinders wahlweise entgegen der Vorspannkraft der Fe<ier in der «ntgegengesetzten Axialrichtung verschiebbar ist.

6* Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daft

030018/08SS

294002Q

1) in der Innenhülse (76) ein axial verschiebbarer Stößel (90) zum Auswerfen des Führungs- und Aufweit emechanismus (22) angeordnet ist.

030018/0668