"Vorrichtung zum Verschließen eines von einem Medium durch¬ strömten Rohrendes, insbesondere einer Ölquelle"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen eines von einem Medium durchströmten Rohrendes, insbesondere einer Ölguelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrich¬ tung zu schaffen, die dicht schließt und hohen Drücken stand¬ hält.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß eine über das Rohrende zu setzende, an ihrem Ende verschließbare Manschette in Abstand voneinander mindestens zwei ringförmige Basisteile mit radialen Führungen für Ringsegmente aufweist, die mittels hydraulischer Arbeitszylinder radial vorschiebbar sind, bis sie sich zu einem aus dem Basisteil nach innen herausragenden, mindestens auf seiner einen Seite lückenlos an dem Basisteil anliegenden Ring mit einem an dem Rohrende anliegenden Innenumfang zusammen¬ schließen, daß der Abstand zwischen den ringförmigen Basisteilen durch eine Ringwand überbrückt ist zur Bildung einer geschlossenen Kammer, in die eine verschließbare Zuleitung für eine geschmol¬ zene Legierung führt,

und daß eine Einrichtung zur Druckausübung auf die in die Kammer eingeführte geschmolzene Legierung vorgesehen ist.

Die Vorrichtung arbeitet zunächst, wie sich aus ihrem vorstehe den Aufbau ergibt: Sie wird über das Rohrende gesetzt, auf die wird eine Kammer gebil'det und in diese wird eine niedrig schme zende Legierung im geschmolzenen Zustand eingeführt. Sofort na dem Füllen der Kammer und anhaltend während sie erkaltet und e starrt wird die Legierung unter hohen Druck gesetzt.

Die Legierung erstarrt zuerst an den Wänden der Kammer und ins sondere in den schmalen Spalten zwischen den verschiedenen die Kammer bildenden Teilen, wo sie auf diese Weise dichtet. Durch Aufrechterhaltung des Druckes bis zur vollständigen Erstarrung auch im Inneren wird das, noch verformbare, erstarrte Metall entgegen seiner Neigung zu schrumpfen formbeständig in pressen¬ der Anlage an der Kammerwandung gehalten. Es verbleibt in der Kammer ein die Manschette auf dem Rohr abdichtender und haltender

Pfropfen. Die Teile der Kammer sind aneinander verklemmt. Im übrigen wird man zweckmäßigerweise Verriegelungszylinder verwenden, die nach dem Entfernen der hydraulischen Zuleitun¬ gen mit einer Art Rückschlagventil den Druck halten, so daß sie die Anpressung der Ringsegmente an dem Rohrende aufrecht¬ erhalten.

Zweckmäßigerweise richtet man, insbesondere mit Rücksicht auf die bei hohem Druck des Mediums aufzubringenden Haltekräfte, mehrere solche Kammern in einer Reihe hintereinander ein.

Als die Einrichtung zur Druckausübung auf die in die Kammer ein geführte Legierung dient vorzugsweise ein durch die Ringwand hindurch ^* in die Kammer vorschiebbarer hydraulisch betätigter Kolben mit einer gerundeten Vorderseite.

Der Kolben durchbricht die an der Wand bereits erstarrte Kruste ohne sie abzuscheren, so daß sie sich auch an seiner Einführung um ihn herum dichtend anlegt. In dieser Weise dringt er im Maße der Volumenkontraktion der Legierung fortschreitend vor, und zwar immer bis in den noch flüssigen Kern, der den Druck in allen Richtungen nach außen auf den bereits erstarrten Körper überträgt.

Um durch Entlüftung das Füllen der Kammer zu beschleunigen, fü vorzugsweise aus der Kammer eine sich zum Ende hin verengende Steigleitung heraus. Sie schließt sich dann von selbst durch einen erstarrten Pfropfen, der durch die Verengung sicher fest¬ gehalten wird.

Ein Schmelzgefäß, aus dem die Zuleitung in die Kammer führt, ist vorzugsweise über der Manschette angeordnet. Man könnte es auf verschiedene Weise auf die Schmelztemperatur der Legierung, z.B. Weichkupfer, heizen.

Der hauptsächliche Einsatzzweck der Vorrichtung sind jedoch brennende Ölquellen, in deren Umgebung regelmäßig Temperaturen von 300 bis 800°C herrschen, bei denen die Legierung von selbst schmilzt. Außer Kupferlegierungen kommen auch Aluminiumlegierun sowie andere in Betracht.

Die Vorrichtung muß dann im Gegenteil mit Ausnahme der Schmelz¬ kammer gekühlt werden.

Für einen derartigen Einsatz wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Manschette zusammen mit einer sie mit Abstand umgebenden Gefäßwand sowie zwei ringförmigen Stirnwänden ein mit einem Kühlwasseranschluß und Kühlwasseraus¬ laß versehenes Ringgefäß bildet, das eine wärmeisolierende und Wärmestrahlung reflektierende Ummantelung aufweist.

Alle beweglichen Einrichtungen und Steuerungen, bei denen es möglich ist, liegen dann in dem mit Kühlwasser gefüllten und durchflossenen Ringgefäß.

Über dem Ringgefäß ist jedoch das Schmelzgefäß angeordnet. Es kann aus einem normalen Baustahl bestehen und weist im Gegensat zu dem Ringgefäß keine wärmeisolierende oder Wärmestrahlung re¬ flektierende Ummantelung auf.

Die Oberseite des Schmelzgefäßes verjüngt sich vorzugsweise flach-kegelstumpfförmig nach oben, um von oben und allen Seiten her die Wärmestrahlung möglichst senkrecht auftreffen zu lassen

Die Zuleitung für die geschmolzene Legierung in die Kammer und auch das Schmelzgefäß können auch mehrfach vorhanden sein. Das gilt überhaupt, soweit es sich nicht sachlich anders ergibt.

In der Regel wird sich an das Ende der Manschette ein durch einen Schieber verschließbares Rohr anschließen, das an seinem Ende einen Anschlußflansch aufweist für die spätere Verwendung. Durch dieses Rohr mit Schieber ist die Manschette, wie oben erwähnt, an ihrem Ende verschließbar.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht ferner darin, daß vor der Manschette und g ^' gf. dem Ringgefäß ein ring¬ förmiger Bohrkopf mittels eines Drehkranzes gelagert ist.

Auch dies ist für das Verschließen von Ölquellen gedacht, bei denen das Rohrende, je nach den Verhältnissen, nicht weit genug aus der Erde herausragt, um die erfindungsgemäße Vorrichtung daraufsetzen zu können.

Der oben erwähnte Kühlwasserauslaß aus dem Ringgefäß kann in diesen Bohrkopf münden und aus ihm durch eine Vielzahl von Aus¬ lässen austreten, um das Bohrklein abzufordern und auch, um das Rohr unmittelbar freizulegen. Er kann ferner aus weiter unter¬ erläuterten Gründen, vorzugsweise über dem Schieber, in das Roh münden.

Weitere Maßnahmen, die zur vorteilhaften Ausgestaltung der Er¬ findung dienen können, sind in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels angegeben. Die Zeichnungen geben das Aus¬ führungsbeispiel wieder.

Fig. 1 zeigt einen mittigen Axialschnitt durch eine erfindungs- gemäße Vorrichtung,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1 auszugs¬ weise in größerem Maßstab,

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem anderen mittigen Axial¬ schnitt als Fig. 1 im Maßstab der Fig. 2.

Eine auf ein Quellenrohr 1 bis zu dessen Anstoß an zwei An¬ schlägen 55 aufgeschobene Manschette 2 geht über in ein Rohr 3, auf das ein Schieber 4 gesetzt ist, gefolgt von einem mit einem Flansch 5 endenden Fortsatz 6 des Rohres 3. Die Teile 1 bis 4 und ein erster Abschnitt des Fortsatzes 6 bilden die innere Wand eines Ringgefäßes 7, dessen äußere Gefäßwand 8 durch einen Boden 9 mit dem unteren Ende der Manschette 2 verbunden ist und durch einen Deckel 10 mit dem Fortsatz 6. Der Deckel 10 ist auf einen Flansch des Fortsatzes 6 und einen Innenflansch der Ge¬ fäßwand 8 geschraubt. Die Gefäßwand 8, der Deckel 10 und der über dem Deckel 10 liegende Abschnitt des Fortsatzes 6 sind mit einer wärmeisolierenden Ummantelung 13 versehen, die Gefäßwand ferner darüber mit einer Wärmestrahlung reflektierenden Umman¬ telung 14.

Die Manschette 2 hat folgenden Aufbau:

Vier ringförmige Basisteile 11 für jeweils sechs Ringsegmente 12 sind untereinander verbunden durch Ringwände 15, das untere Basisteil ferner mit dem Boden 9 und das obere Basisteil mit dem Rohr 3.

Wie Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 erkennen läßt, sitzen die Ringsegmente 12 in radialen Führungen 16 des Basisteils, die einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Im wesentlichen den gleichen Querschnitt haben die Ringsegmente 12 auf einem rück¬ wärtigen Abschnitt. Ihr vorderer Abschnitt ist so gestaltet, daß die Ringsegmente, wenn sie bis an das Quellenrohr 1 vorge¬ schoben sind, sich zu einem geschlossenen Ring zusammenfügen, der den Zwischenraum zwischen dem Quellenrohr 1 und dem Innen¬ umfang des ringförmigen Basisteils 11 schließt.

Jedem Ringsegment 12 ist als Vorschubantrieb ein von außen in das Basisteil eingesetzter Arbeitszylinder 17 mit einer Kolben¬ stange 18 zugeordnet.

Fig. 1 und 2 zeigen die Basisteile 11 jeweils nur teilweise. In Fig. 1 ist auf der rechten Seite zur Vereinfachung statt der

Basisteile 11 und der Ringwände 15 eine durchgehende Rohrwan¬ dung gezeichnet; die eigentliche Kontur ist strichpunktiert angedeutet. Die Ringsegmente 12 sind in beiden Figuren teils in rückwärtiger und teils in vorgeschobener Stellung gezeichne

Wie in Fig. 1 an den oberen beiden Basisteilen 11 erkennbar, entsteht zwischen den durch die vorgeschobenen Ringsegmente 12 gebildeten Ringen jeweils eine Kammer 40. D.h., zwischen den vier Basisteilen 11 werden drei Kammern 40 gebildet.

In jede Kammer 40 führt aus einem auf dem Ringgefäß 7 angeord¬ neten Schmelzgefäß 41 eine Zuleitung 42 für eine geschmolzene Legierung. Aus jeder Kammer 40 führt eine Steigleitung 43 zurüc in das Schmelzgefäß 41. Sie ist nur für die oberste Kammer 40 gezeichnet. Beide Leitungen sind jeweils unmittelbar an der Kammer durch ein Ventil 44 bzw. 45 verschließbar. Außerdem ist der Auslaß aus dem Schmelzgefäß 41 durch einen Schieber 46 versch1ießbar.

Das Schmelzgefäß 41 bildet zusammen mit einem zweiten, gleiche Schmelzgefäß 41 einen flach-kegelstu pffδrmigen, auseinander¬ nehmbaren Aufbau, der von dem Fortsatz 6 durchragt wird. Das zweite Schmelzgefäß 41 ist in gleicher Weise mit den Kammern 40 verbunden wie für die erste beschrieben. Davon ist aber nur die in Fig. 1 rechte Steigleitung 43 gezeichnet.

An verschiedenen Stellen (Fig. 3) ihres Umfanges sind an den Ringwänden 15 z.B. je vier mit z.B. 350 bis 400 bar beaufschlag bare Hydraulikzylinder 52 angebracht, deren mit einer gerundete Vorderseite versehener Kolben 53 durch die Ringwand 15 hindurch in die Kammer 40 vorschiebbar ist.

Bei 47 und 48 sind Einführungen für alle Versorgungsleitungen schematisch dargestellt, d.h. Hydraulik, Wasser, elektrische Energie und Steuerungen.

Ein durch einen Schieber 33 verschließbarer Wasserauslaß 34 des Ringgefäßes 7 wird unten noch näher behandelt.

Ein weiterer Kühlwasserauslaß des Ringgefäßes 7 führt durch eine verschließbare Verteilerleitung 49 und Einführungen 50 in den Fortsatz 6.

An der Unterseite des Bodens 9 ist ein Kugeldrehkranz 20 be¬ festigt, mit dem ein Bohrkopf 21 gelagert ist. Der Bohrkopf 21 ist als ein Ringgefäß gestaltet, dessen mit Meißeln 22 besetzte Außenwand 23 an die Gefäßwand 8 anschließt und sich dann ein¬ wölbt bis zur Verbindung mit der Innenwand 24. Die Innenwand 24 ist außerdem oben durch Speichen 25 mit der Außenwand 23 ver¬ bunden; auf diesen ist der Kugeldrehkranz 20 befestigt.

Eine Welle 26 eines in dem Ringgefäß 7 angeordneten Drehantriebs 27 ist in einer Dichtung 28 durch den Boden 9 des Ringgefäßes 7 geführt und unter dem Boden 9 mit einem Antriebsritzel 29 ver¬ sehen, das in einen an dem zum Bohrkopf gehörigen Ring des Kugel drehkranzes 20 angeordneten Zahnkranz greift.

Der Bohrkopf 21 ist auf dem Quellenrohr 1 zentrierbar durch von hydraulischen Arbeitszylinders 30 in Führungen 31 schräg nach vorne und nach innen vorschiebbare Backen 32, deren Vorder¬ flächen eine dem Rohrumfang eingepaßte Einwölbung aufweisen und mit einem Lagermetall belegt sind.

In den Bohrkopf 21 mündet der oben erwähnte ver¬ schließbare Kühlwasserauslaß 34. Das den Bohrkopf füllende Kühlwasser tritt aus diesem aus durch eine Vielzahl von Aus¬ lässen 35 und 36 an seiner Vorderfront. Die Auslässe 36 sind nach innen auf das Quellenrohr 1 gerichtet. Sie münden aus in einer trichterförmigen Erweiterung 37 zur Erleichterung des Auf¬ setzens der Vorrichtung auf das Quellenrohr.

_A uch _d er _B ohrkopf 21 ist mit einer wärmeisolierenden Schicht 38 und darüber mit einer Wärmestrahlung reflektierenden Schicht 39 belegt.

Acht außen an der Gefäßwand 8 flügeiförmig angebrachte, unten mit Spitzen versehene flache Leisten 51 sind als Drehmoment¬ stütze beim Bohren vorgesehen.

Die Vorrichtung ist mit Steuerorganen entsprechend den nach¬ folgend beschriebenen Arbeitsabläufen versehen.

Die Vorrichtung wird von einem Ausleger eines gegen Hitze ge¬ schützten Roboter-Fahrzeuges gegriffen und zu einer brennenden Ölquelle transportiert. Die bei 47 und 48 in die Vorrichtung eingeführten Versorgungs- und Steuerleitungen werden, gebündelt, mitgeschleppt. Alle Arbeitsablaufe werden in einem außerhalb der erhitzten Zone aufgestellten Leitstand überwacht und von hier[aus gesteuert.

Hat die Vorrichtung die Stellung über dem Quellenrohr erreicht, so wird dies an Durchfluß durch die Manschette 2, das Rohr 3, den geöffneten Schieber 4 und den Fortsatz 6 erkennbar. Der Durchfluß wird wahrgenommen beispielsweise durch ein Thermoele¬ ment; das noch nicht brennende, aus der Erde kommende Öl ist kühl.

Die Vorrichtung wird auf das Quellenrohr abgesenkt. Kurz ober¬ halb der trichterförmigen Erweiterung 37 angeordnete Sensoren zeigen es an. Hat das Quellenrohr noch seine volle Länge, so setzt die Vorrichtung schließlich mit den Anschlägen 55 darauf auf. Ist es zu kurz, setzt die Vorrichtung auf dem Boden auf, und kurz unter den Anschlägen 55 angeordnete Sensoren melden, daß hier kein Quellenrohr vorhanden ist.

Dann wird der Bohrkopf 21 in Betrieb gesetzt. Schon vorher, näm¬ lich alsbald nach dem Erfassen des Quellenrohrs durch die erst¬ genannten Sensoren, ist die Vorrichtung durch Vorschieben der Backen 32 auf dem Quellenrohr zentriert worden mit geringfügigem Spiel. Das Kühlwasser, das seit Kühlung benötigt wird durch den

Kühlwasserauslaß 34 in den Bohrkopf 21 übertritt und aus diese durch die Auslässe 35 und 36 ausfließt, dient nun der Abförde- rung des Bohrkleins. Die nach innen gerichteten Auslässe 36 spülen das Quellenrohr 1 vor der Zentrierung frei. Die Leisten graben sich ein und bilden eine Drehmomentstütze. Kommt das Quellenrohr an den kurz unter den Anschlägen 55 angeordneten Sensoren an, wird der Bohrvorgang beendet. Das Kühlwasser strö weiter.

Das Quellenrohr wirkt zusammen mit der etwas weiteren Manschett als Injektorpumpe. Es saugt daher während seines Vordringes in der Manschette 2 den ihn umgebenden Raum weitgehend frei von d überall vorhandenen Öl.

Zunächst wird an dem oberen Basisteil 11 durch die Ringsegment 12 der Ring um das Quellenrohr 1 geschlossen und durch unmittel bar darunter in die Manschette hineinführende, nicht gezeichne Düsen Wasser und schließlich ein inertes Gas eingedrückt, um d Raum darunter gänzlich freizuspülen. Ist das geschehen, wird a dem untersten Basisteil 11 der Ring geschlossen und dann der Rest der Ringe. Nun können die Ventile 44 und 45, die vorher das System vor Verschmutzung geschützt haben, geöffnet werden und es kann ferner durch Öffnen der Schieber 46 geschmolzene Legierung eingelassen werden. Kommt dieser Vorgang nach Füllen der Kammern 40 zum Stillstand, so erstarrt die Legierung in den im Kühlwasser liegenden Zuleitungen 42 und Steigleitungen 43 und schließt damit die Kammern 40 ab. Jetzt wird mit den Hydrau likzylindern 52 durch die Kolben 53 Druck ausgeübt.

Die betreffenden Vorgänge sind weiter oben schon ausführlich beschrieben.

Nach vollständiger Erstarrung der Legierung in den Kammern 40 und damit Abdichtung wird der Schieber 4 geschlossen. Vorher ist der Ölstrom schon durch Einführen von Wasser durch die Ein¬ führungen 50 verdünnt worden. Die Flamme erlischt. Der Fortsatz 6 wird durch weiteres Einleit

von Kühlwasser gänzlich freigespült. Auf den Flansch 5 wird der für den weiteren Betrieb der Ölquelle verwendete Schieber gesetzt.

Die Schmelzgefäße 41 können aufgrund ihrer Teilung entfernt werden. Der Deckel 10 des Ringgefäßes 7 kann abgenommen und das Ringgefäß kann mit Mörtel ausgegossen werden. Die Arbeits¬ zylinder 17 bleiben, wie gesagt, weiter unter Druck, z.B.

700 bar.