DE4008252A1

DE4008252A1 - Metal sleeve for pipe leakage point - consists of ring around sleeve ends, recess, with coated spirals

Info

Publication number: DE4008252A1
Application number: DE19904008252
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Phys Dr Baero; Jakob Dipl Ing Russ
Original assignee: Brown Boveri Reaktor GmbH; ABB Reaktor GmbH
Current assignee: ABB Reaktor GmbH
Priority date: 1990-03-15
Filing date: 1990-03-15
Publication date: 1991-09-19
Also published as: DE4008252C2

Abstract

The metal sleeve (6) for bridging a leakage-point in a pipe (2) is placed against the inner wall of the pipe. The ends (8), of the sleeve have a ring around their periphery, which, when a set temp. is reached, forms a seal between the sleeve and the pipe. The ring is set in a recess (9) in the sleeve and has an outer dia. matching that of the sleeve. The sleeve's outer surface between the threads of the spiral part of the ring is coated with a coating (11). USE/ADVANTAGE - The metal sleeve is joined to a pipe, and without welding, forms a tight seal against leakages.

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Hülse zur Über brückung einer Leckagestelle eines Rohres, die mit Hilfe der Aufweittechnik an die Innenwandfläche des Rohres anlegbar ist.The invention relates to a metallic sleeve for over bridging a leakage point of a pipe using the expansion technique on the inner wall surface of the pipe can be created.

Eine derartige Hülse ist aus der EP-A-00 47 407 bekannt. Dort weist die Hülse in der Nähe ihres oberen und unte ren Endes einen mit einer Zahnung versehenen Teilbereich auf. Nachdem in einem ersten Schritt durch hydraulische Aufweitung dieser Bereiche die Zahnung in die Rohrwand eingedrungen ist, wird in einem zweiten Schritt der zwi schen den Zahnungen liegende Bereich ebenfalls hydrau lisch aufgeweitet. Der dabei in axialer Richtung auftre tende Schrumpfvorgang soll die Verbindung zwischen dem Rohr und der Hülse im Bereich der Verzahnung unterstüt zen. Such a sleeve is known from EP-A-00 47 407. There the sleeve faces near its top and bottom Ren a section with teeth on. After in a first step by hydraulic Widening these areas the serration in the pipe wall has penetrated, in a second step the two area lying between the serrations is also hydraulic widened. Which occurs in the axial direction The shrinking process is said to be the connection between the Supported tube and sleeve in the area of the teeth Zen.

Bei dem Aufweitvorgang entsteht aufgrund der unter schiedlichen elastischen Rückfederung der verformten Materialien, die unter anderem auf den unterschiedlichen Verformungswegen von Rohr und Hülse beruht, ein Spalt von ca. 5 bis 10 µm zwischen dem Rohr und der Hülse. Eine Leckage muß daher in geringen Mengen in Kauf genom men werden. Soll die Leckage vollständig unterbunden werden, ist seither die Verschweißung der Hülsenenden mit dem Rohr erforderlich.The expansion process arises due to the under different elastic springback of the deformed Materials, among other things, on the different The path of deformation of the tube and sleeve is based on a gap 5 to 10 µm between the tube and the sleeve. A leak must therefore be genome in small quantities men. Should the leakage be completely prevented has been welding the sleeve ends ever since with the pipe required.

Die Schweißung stellt eine Wärmebehandlung dar, die zu unerwünschten Spannungen führen kann und außerdem den Zeitaufwand der Rohrreparatur erhöht. Ferner sind Korro sionserscheinungen im Spalt nicht abzusehen.The weld represents a heat treatment that too can lead to undesirable tensions and also the Pipe repair time increased. Furthermore there are Korro signs of ion in the gap cannot be foreseen.

Es stellt sich die Aufgabe, eine metallische Hülse der eingangs genannten Art anzugeben, die ohne Verschweißung eine leckagedichte Verbindung mit dem Rohr ermöglicht.The task is to create a metallic sleeve Specify the type mentioned above, without welding enables a leak-tight connection to the pipe.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Hülse an ihren Endbereichen umfangseitig wenigstens einen Bauteil aus einer Formgedächtnislegierung trägt, der beim Erreichen einer vorgebbaren Temperatur eine Dichtung zwischen der Hülse und dem Rohr darstellt.This object is achieved in that at least the sleeve at its end regions on the circumference carries a component made of a shape memory alloy, the one when a predetermined temperature is reached Represents seal between the sleeve and the tube.

Der Bauteil aus einer Formgedächtnislegierung führt die Aufweitbewegung der Hülse mit aus, so daß nach Beendi gung des Aufweitvorganges und der erfolgten Rückfederung ein Spalt zwischen der Hülse bzw. dem Bauteil aus der Formgedächtnislegierung und dem Rohr vorhanden ist. Bei Erwärmen des Rohres auf eine vorgegebene Temperatur deutlich unterhalb der Betriebstemperatur wird die auf diese Betriebstemperatur eingestellte Formgedächtnisle gierung aufgrund des Formgedächtniseffektes aufgeweitet, um eine Dichtung zwischen Hülse und Rohr herzustellen. The component made of a shape memory alloy leads the Widening movement of the sleeve with, so that after Exit expansion and recovery a gap between the sleeve or the component from the Shape memory alloy and the tube is present. At Heating the pipe to a predetermined temperature which is significantly below the operating temperature this operating temperature set shape memory alloy expanded due to the shape memory effect, to create a seal between the sleeve and tube.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Bauteil als geschlossener Ring ausgebildet.According to a preferred embodiment, the component is as closed ring formed.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß der Bauteil in einer Vertiefung der Hülse angeordnet ist und in seinem Außendurchmesser dem Außendurchmesser der Hülse ent spricht.Another embodiment provides that the component in a recess of the sleeve is arranged and in its Outside diameter ent the outside diameter of the sleeve speaks.

Diese Ausgestaltung wird bei etwa gleichen Dehnungswer ten von Hülse und Formgedächtnislegierung eingesetzt.This configuration is at approximately the same elongation of sleeve and shape memory alloy.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Bauteil spi ralförmig ausgebildet, wobei der Außendurchmesser der Spirale größer als der Außendurchmesser der Hülse ausge führt ist. Dabei ist der Hülsenmantel zwischen den Spi ralwindungen des Bauteils mit einer den Überstand aus gleichenden Schicht versehen.According to a further embodiment, the component is spi raliform, the outer diameter of the Spiral larger than the outer diameter of the sleeve leads is. The sleeve jacket is between the spi with the protrusion same layer.

Dadurch wird vermieden, daß durch den in Form eines Ge windeganges verlaufenden Zwischenraum Leckage fließt. Der Zeitaufwand für das Ausfüllen des Zwischenraumes wird durch das gegenüber einem geschlossenen Ring ver einfachte Aufbringen der Spirale mehr als kompensiert.This avoids that in the form of a Ge Leakage flows between the gaps. The time required to fill in the space is compared to a closed ring easy application of the spiral more than compensated.

Vorzugsweise ist die Schicht des Zwischenraumes über den spiralförmigen Bauteil erstreckt.The layer of the intermediate space is preferably over the extends spiral component.

Diese Maßnahme dient zur vereinfachten Herstellung der Hülse, wobei sich über den gesamten mit einer Spirale versehenen Hülsenbereich die Schicht erstreckt.This measure serves to simplify the manufacture of Sleeve, covering the whole with a spiral provided sleeve region extends the layer.

Der Bauteil kann sowohl als Draht, als auch als Blech band ausgeführt sein. The component can be used as wire or sheet metal band.

Nach einer anderen Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, daß die Hülse an ihren Endbereichen umfangseitig einen Bauteil aus einer Formgedächtnislegierung trägt, der beim Erreichen einer vorgebbaren Temperaur eine Dichtung zwischen der Hülse und dem Rohr darstellt, daß die Hülse an ihrem dem Bauteil abgewandten Ende einen Aufweitbe reich besitzt, der aus einem Teil mit einer geringeren Oberflächenhärte und einem Teil mit einer größeren Ober flächenhärte als der des Rohres besteht und wobei der Teil mit der größeren Oberflächenhärte mit einer Profi lierung versehen ist.According to another solution to the problem, that the sleeve circumferentially at its end regions Component made of a shape memory alloy that a seal when a predeterminable temperature is reached between the sleeve and the tube represents that sleeve at its end facing away from the component a widening owns rich that consists of a part with a lesser Surface hardness and a part with a larger upper surface hardness than that of the pipe and where the Part with the greater surface hardness with a professional is provided.

Diese Lösung findet dann Verwendung, wenn die Hülse an ihrem einen Ende in ein außerhalb eines Rohrbodens rei chendes Rohrteil und mit seinem anderen Ende in ein in einen Rohrboden eines Wärmetauschers reichendes Rohrteil eingebracht werden muß. Die Unterschiede der Rückfede rung im Bereich des Rohrbodens sind vernachlässigbar, so daß dort der Einsatz eines Bauteiles aus einer Formge dächtnislegierung nicht erforderlich ist.This solution is used when the sleeve is on one end into an outside of a tube sheet pipe part and with its other end into an in a tube part reaching a tube sheet of a heat exchanger must be introduced. The differences in the feedback tion in the area of the tube sheet are negligible, so that there the use of a component from a molding memory alloy is not required.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele wird die erfindungs gemäße Hülse und deren vorteilhafter Einsatz beschrie ben.Based on some embodiments, the Invention described appropriate sleeve and their advantageous use ben.

Dabei zeigen dieThe show

Fig. 1 eine in den Rohrbereich oberhalb des Rohrbo dens eines Wärmetauschers eingesetzte Hülse, Fig. 1 is a sleeve inserted into the tube area above the Rohrbo dens of a heat exchanger,

Fig. 2 eine im Bereich des Rohrbodens und oberhalb des Rohrbodens eingesetzte Hülse, Fig. 2 shows a sleeve used in the area of the tube plate and above the tube plate,

Fig. 3 die Einzelheiten "X" der Fig. 1 und 2 vor dem Aufweitvorgang in einem größeren Maßstab, Fig. 3, the details "X" of FIGS. 1 and 2 before the expanding operation in a larger scale,

Fig. 4 eine andere Ausbildung der Ausführung nach Fig. 3 und Fig. 4 shows another embodiment of the embodiment of Fig. 3 and

Fig. 5 die Einzelheit "Y" der Fig. 2 in einem größe ren Maßstab. Fig. 5 shows the detail "Y" of FIG. 2 on a larger scale.

Die Fig. 1 zeigt den Teilbereich eines Rohrbodens 1 eines nicht weiter dargestellten Wärmetauschers. In dem Rohrboden endet eine Vielzahl von Rohren 2, wovon nur eines dargestellt ist. Das Rohr 2 ist über eine Schweiß naht 3 mit einer Plattierung 4 des Rohrbodens 1 verbun den. Zur Überbrückung einer Leckagestelle 5 des Rohres 2 ist eine Hülse 6 in das Rohr 2 eingebracht und an ihren Endbereichen 7, 8 durch Aufweiten mit einem oberhalb des Rohrbodens 1 befindlichen Bereich des Rohres 2 verbun den. Insbesondere wenn die Hülse 6 in einem Bereich au ßerhalb des Rohrbodens 1 zum Beispiel hydraulisch aufge weitet wird, tritt eine unterschiedliche Rückfederung von Rohr 2 und Hülse 6 auf, die sich in einem Spalt von ca. 5 bis 10 µm ausdrückt, der sich an den aufgeweiteten Endbereichen 7, 8 zwischen dem Rohr 2 und der Hülse 6 nach der Beendigung des Aufweitvorganges einstellt. Fig. 1 shows the portion of a tube sheet 1 of a heat exchanger, not shown. A multiplicity of tubes 2 ends in the tube sheet, only one of which is shown. The tube 2 is a weld 3 with a plating 4 of the tube sheet 1 verbun the. To bridge a leakage point 5 of the tube 2 , a sleeve 6 is introduced into the tube 2 and at its end regions 7 , 8 by widening with an area of the tube 2 located above the tube sheet 1 . In particular, if the sleeve 6 is expanded hydraulically in an area outside the tube sheet 1, for example, a different springback of tube 2 and sleeve 6 occurs, which is expressed in a gap of approximately 5 to 10 μm, which is reflected in the widened end regions 7 , 8 between the tube 2 and the sleeve 6 after the expansion process has ended.

Nach der Fig. 2 ist die Hülse 6 mit ihrem einen Endbe reich 7 im Bereich des Rohrbodens 1 und mit ihrem ande ren Endbereich 8 im Bereich außerhalb des Rohrbodens aufgeweitet.According to FIG. 2, the sleeve 6 is expanded with its one Endbe rich 7 in the region of the tube plate 1 and with its walls ren end portion 8 in the area outside of the tubesheet.

Die in einem größeren Maßstab dargestellte Fig. 3 zeigt die Ausbildung der Endbereiche 7 und 8 nach der Fig. 1 und des Endbereiches 8 nach der Fig. 2 (Einzelheit "X") der Hülse 6 vor ihrer Aufweitung. Der Aufweitbereich 8a (7a in Fig. 1) weist eine ca. 0,2 mm tiefe Freidrehung 9 auf, in die ein als Blechband 10 ausgebildetes Bauteil aus einer Formgedächtnislegierung spiralförmig eingelegt ist. Eine ca. 0,2 mm dicke Schicht 11 überdeckt den spi ralförmigen Bauteil. Der Spalt zwischen dem Rohr 2 und der Schichtaußenseite beträgt vor dem Aufweiten ca. 0,3 mm. Nach dem Aufweitvorgang, der in der Fig. 3 nicht dargestellt ist, erfolgt die vorgehend erläuterte Rück federung, die zu einer Spaltbreite von ca. 5 bis 10 µm zwischen dem Rohr 2 und der Hülse 6 führt. Die Eigen schaft der Formgedächtnislegierung ist so gewählt, daß sie sich bei Erreichen der Betriebstemperatur des Wärme tauschers derart ausgedehnt hat, daß unter Zwischenlage der Schicht 11 eine den Spalt überbrückende und dichten de Verbindung mit dem Rohr 2 entsteht. Die Schicht 11 bewirkt bei einem als Blechband 10 ausgebildeten Bauteil aus der Formgedächtnislegierung neben dessen korrosions schützende Abdeckung ein Verschluß eines Raumes 12 zwi schen den Spindelwindungen gegen Leckageeintritt. Ein Leckagemedium könnte zum Beispiel in den Raum 12 an ei nem Ende eindringen und dann entlang der spiralförmigen Windungen, die den Raum 12 begrenzen, den Aufweitbereich in Achsrichtung der Hülse durchsetzen. Kann auf den kor rosionsschützenden Überzug verzichtet werden, so reicht das Einbringen der Schicht 11 lediglich in den Raum 12 zur Vermeidung eines Leckagedurchtrittes aus. Die Schicht 11 übergreift dabei also nicht das Blechband 10. Figures shown in a larger scale. Figure 3 shows the formation of the end portions 7 and 8 of FIG. 1 and the end portion 8 of FIG. 2 (detail "X") of the sleeve 6 before its expansion. The expansion area 8 a ( 7 a in FIG. 1) has an approximately 0.2 mm deep free rotation 9 , into which a component made of a shape memory alloy formed as a sheet metal strip 10 is inserted in a spiral. An approximately 0.2 mm thick layer 11 covers the spiral component. The gap between tube 2 and the layer outside is approximately 0.3 mm before expansion. After the expansion process, which is not shown in Fig. 3, the above-described back suspension takes place, which leads to a gap width of about 5 to 10 microns between the tube 2 and the sleeve 6 . The property of the shape memory alloy is chosen so that it has expanded when the operating temperature of the heat exchanger is reached so that a gap bridging and sealing de connection with the tube 2 is formed with the interposition of the layer 11 . The layer 11 causes in a formed as a sheet metal strip 10 component made of the shape memory alloy in addition to its corrosion-protecting cover, a closure of a space 12 between the spindle turns rule against leakage. A leakage medium could, for example, penetrate the space 12 at one end and then penetrate the expansion area in the axial direction of the sleeve along the spiral windings that delimit the space 12 . If the corrosion-resistant coating can be dispensed with, the introduction of the layer 11 into the space 12 is sufficient to avoid leakage. The layer 11 thus does not overlap the metal strip 10 .

Nach der Ausbildung gemäß der Fig. 4 weist der dem End bereich 8 zugeordnete Aufweitbereich 8a wenigstens einen geschlossenen Ring 13 aus einer Formgedächtnislegierung auf. Der hinsichtlich der spiralförmigen Ausbildung nach Fig. 3 beschriebene Leckagedurchtritt kann hier nicht erfolgen. Eine Schicht 11 wäre daher beim Ausführungs beispiel nach Fig. 4 bestenfalls zu Korrosionsschutz zwecken erforderlich. Die Ringe 13 können sowohl draht förmig als auch als Blechband ausgebildet werden. Von Bedeutung ist lediglich, daß ihre durch den Formgedächt niseffekt induzierte Dickenänderung ausreichend groß be messen ist, um bei Erreichen der vorgegebenen Temperatur den aufgrund der Rückfederung entstandenen Spalt zuver lässig zu überbrücken. After the formation of FIG. 4, the said end region 8 associated expansion region 8 a at least one closed ring 13 of a shape memory alloy. The leakage passage described with regard to the spiral configuration according to FIG. 3 cannot take place here. A layer 11 would therefore be required at best for corrosion protection purposes in the embodiment according to FIG. 4. The rings 13 can be wire-shaped as well as a sheet metal strip. It is only important that their thickness effect induced by the shape memory effect is sufficiently large to be able to reliably bridge the gap resulting from the springback when the predetermined temperature is reached.

Die Ausbildungen nach den Fig. 3 und 4 sind für die Einzelheiten "X" nach den Fig. 1 und 2 (Aufweitung außerhalb des Rohrbodens 1) einsetzbar. Erstreckt sich die Hülse 6 mit ihrem einen Ende in den Rohrboden 1, so ist sie in ihrem Aufweitbereich 7a entsprechend der Fig. 5 ausgebildet. Ein Halbschnitt zeigt nach dieser Fig. 5 in einem größeren Maßstab die Hülse 6 mit ihrem Aufweitbereich 7a vor dem Aufweitvorgang. Innerhalb des Aufweitbereiches 7a ist die Hülse 6 mit einem Bund 14 versehen, der den Teil mit der geringeren Oberfläche als der des Rohres 2 darstellt. Unterhalb des Bundes 14 ist eine Schicht 15 aufgetragen. Sie weist eine Profilierung auf und stellt den Teil mit der größeren Oberfläche als der des Rohres dar. Um die Mantelflächenausbildung des Aufweitbereiches 7a besser darstellen zu können, sind der Bund 14 und die Schicht 15 überdimensioniert ge zeichnet. In Wirklichkeit ragt der Bund 14 etwa 0,05- 0,1 mm über die restliche Mantelfläche der Hülse 6 hin aus und weist eine Breite von ca. 10 mm auf. Auch die vorzugsweise aufgespritzte Schicht 15 ragt ebenso wie der Bund 14 0,05 bis 0,1 mm über die restliche Mantel fläche der Hülse 6 hinaus und weist eine Breite von ca. 7 mm auf. Die Profiltiefe der Profilierung der Schicht 15 beträgt ca. 0,01 bis 0,05 mm. Beim Aufweitvorgang wird die Materialmasse des Bundes 14 derart gestaucht, daß er praktisch nicht mehr vorhanden ist. Die durch Stauchung enstandene Streckgrenzenänderung im Werkstoff des hohlzylindrischen Teiles bewirkt gleichzeitig eine Erhöhung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Hülse 6 und dem Rohr 2. Beim Aufweitvorgang dringt die eine größere Härte als die Innenwand 2 aufweisende Pro filierung der Schicht 15 so weit (nämlich 0,01 bis 0,05 mm in die Innenwand des Rohres ein, wie es durch den Verformungsvorgang des Bundes 14 vorgegeben ist und bewirkt somit einen Formschluß zwischen Hülse und Rohr.The embodiments according to FIGS. 3 and 4 are used for the details "X" of FIGS. 1 and 2 (spreading outside the tube plate 1). If the sleeve 6 extends with one end into the tube sheet 1 , then it is designed in its widening area 7 a in accordance with FIG. 5. A half section according to this FIG. 5 shows the sleeve 6 with its expansion area 7 a on a larger scale before the expansion process. Within the expansion area 7 a, the sleeve 6 is provided with a collar 14 , which represents the part with the smaller surface than that of the tube 2 . A layer 15 is applied below the collar 14 . It has a profiling and provides the part with the larger surface area than that of the tube. In order to be able to represent the envelope surface forming the Aufweitbereiches 7 a better, the collar 14 and the layer are ge oversized 15 records. In reality, the collar 14 protrudes approximately 0.05-0.1 mm beyond the remaining outer surface of the sleeve 6 and has a width of approximately 10 mm. Also, the preferably sprayed-on layer 15 , like the collar 14, projects 0.05 to 0.1 mm beyond the remaining jacket surface of the sleeve 6 and has a width of approximately 7 mm. The profile depth of the profiling of layer 15 is approximately 0.01 to 0.05 mm. During the expansion process, the material mass of the collar 14 is compressed in such a way that it is practically no longer present. The change in yield strength in the material of the hollow cylindrical part caused by compression simultaneously causes an increase in the non-positive connection between the sleeve 6 and the tube 2 . In the expansion process penetrates the greater hardness than the inner wall 2 having the filing 15 so far (namely 0.01 to 0.05 mm into the inner wall of the tube, as is predetermined by the deformation process of the collar 14 and thus causes a Form fit between sleeve and tube.

Claims

1. Metallic sleeve ( 6 ) for bridging a leakage point ( 5 ) of a tube ( 2 ), which can be applied to the inner wall surface of the tube ( 2 ) using the expansion technique, characterized in that the sleeve ( 6 ) at its end regions ( 7 , 8 ) carries a component made of a shape memory alloy on the circumference, which represents a seal between the sleeve ( 6 ) and the tube ( 2 ) when a predetermined temperature is reached.

2. Metallic sleeve according to claim 1, characterized in that the component is designed as a closed ring ( 13 ).

3. Metallic sleeve according to claim 1 or 2, characterized in that the component in a Freidre hung ( 9 ) of the sleeve ( 6 ) is arranged and in its outer diameter the outer diameter of the sleeve ( 6 ) speaks ent.

4. Metallic sleeve according to claim 1 or 3, characterized in that the component is formed spirally, that the outer diameter of the spiral is larger than the outer diameter of the sleeve ( 6 ) and that the sleeve shell between the spiral turns of the construction part with the supernatant-compensating layer ( 11 ) is provided.

5. Metallic sleeve according to claim 4, characterized in that the layer ( 11 ) of the intermediate space ( 12 ) extends over the spiral component.

6. Metallic sleeve according to one of claims 1 to 5, characterized in that the component is a wire is.

7. Metallic sleeve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the component is a sheet metal strip ( 10 ).

8. Metallic sleeve (6) for bridging a leakage point (5) of a tube (2) which can be applied with the aid of Aufweittechnik to the inner wall surface of the tube (2), characterized in that the sleeve (6) at their end regions (7 , 8 ) on the circumference carries a component made of a shape memory alloy, which, when reaching a predeterminable temperature, represents a seal between the sleeve ( 6 ) and the tube ( 2 ), that the sleeve ( 6 ) has an expansion area at its end facing away from the component ( 7 a), which consists of a part with a lower surface hardness and a part with a larger surface hardness than that of the tube ( 2 ) and the part with the greater surface hardness is provided with a profile.