管連接部的製作方法

2023-05-30 08:10:11

管連接部的製作方法
【專利摘要】一種管線包括具有由螺紋連接在一起的端部(20,22)的一對管區段，管端具有位於螺紋的端部遠處的軸向和徑向抵接部。抵接部定位成使尖頭密封布置穩定，並且提高抗彎曲能力，同時使用較短的螺紋長度。較短的螺紋(24,28)實現使用較小壁厚的管端。在抵接部處，各個管端具有尖頭(40A,40B)，其在管端匹配時偏轉成進入凹槽。
【專利說明】管連接部

【背景技術】
[0001]管線通常通過將均具有大約40英尺長度的管區段連接在一起，通過轉動一個管區段以將其錐形螺紋連接於另一個管區段的錐形螺紋來構造。螺紋設計中公知的是，施加於螺紋的大部分負載施加於最初的幾個螺紋上面。除螺紋的相對端以外，管區段通過抵接來密封在一起，其中管區段的軸向面對的表面或徑向面對的表面抵接彼此以有助於密封管接頭。進一步密封通過形成具有尖頭的各個管端來獲得，該尖頭突出超過軸向面對的抵接部，並且突出到形成在另一個管區段中的凹槽中。為了獲得良好密封，尖頭必須非常緊密地配合到凹槽中。具有小壁厚的匹配管區段和具有管區段端處的良好密封的強管線將具有價值。


【發明內容】

[0002]根據本發明的一個實施例，管區段提供了可螺紋連接，其具有小壁厚，具有高軸向阻力和抗彎曲力，並且提供良好流體密封。管區段均具有小軸向長度的螺紋，其中長間隙在螺紋端之間，並且抵接部在管區段的端部處。
[0003]管區段通過尖頭密封在一起，該尖頭均形成在一個管區段的端部處，並且位於形成在匹配管區段的端部處的凹槽中。各個尖頭關於圓延伸360°，並且各個凹槽按圓圍繞管軸線延伸。為了良好密封，尖頭以過盈配合來配合到凹槽中。各個尖頭通過通向徑向抵接表面的錐形管內壁按順序偏轉成與凹槽對準，以便管區段變為完全匹配，徑向過盈抵接使尖頭和凹槽偏轉成準確對準。
[0004]本發明的新穎特徵在所附權利要求中具體闡釋。當連同附圖閱讀時，將從以下描述最佳地理解本發明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1為管線的管區段的匹配的端部的截面側視圖，僅示出了沿管線軸線截取的截面的一側。
[0006]圖2-5為圖1的管線的一部分的截面視圖，示出了尖頭在管區段匹配期間如何與凹槽對準。

【具體實施方式】
[0007]圖1示出了管線10，其包括兩個管區段12，14，它們具有完全匹配在管連接部51中的管端20，22。管端包括沿管線軸線16串聯連接的徑向外(相對於管軸線16)管端或盒20和徑向內管端或銷22。管區段具有圓錐形(錐形)形狀的短管螺紋24，26。公共NPT (國標錐形螺紋)螺紋具有大約3° (1.6°到4° )的錐角A。
[0008]各個管區段的匹配端具有抵接部，其中，兩個管端的徑向表面和軸向表面抵接。圖1示出了管區段的外側附近的軸向面對或軸向抵接部32，36，以及內側附近的軸向抵接部34，30。成對的管端通過迫使一個管區段的螺紋將該管區段的螺紋加載到其它匹配管區段的螺紋中來匹配，如通過轉動一個管區段，所以在抵接部32，36和30，34處的軸向面被迫抵接彼此。管連接部51具有軸向面對的抵接部諸如32，36處的相對端53，55。
[0009]各個管區段還具有尖頭40A，40B (包括表面68的小管凸起)，其具有配合到凹槽42中的端部，以對流體洩漏密封。尖頭40A位於圖1的右側處，其中管線的徑向外側具有最小厚度R。尖頭40B位於圖1的左側處，其中管線的徑向內側具有最小厚度W。各個尖頭圍繞軸線16按圓延伸360°，並且抵靠凹槽的360°的壁密封。位於凹槽中的尖頭附近的徑向面對的徑向過盈肩部諸如68，69和66和67兩者使這些過盈尖頭表面對準和穩定，並且還有助於管區段的各端承受管線的彎曲負載，以增大彎曲中的強度，而沒有螺紋的顯著軸向負載。徑向面對的肩部66-67，68-69均為圓柱形，並且圍繞管軸線延伸360°。
[0010]軸向面對的抵接部諸如32，36和30，34之間的長軸向距離M是合乎需要的，以抵抗管線的彎曲，並且改進軸向抵接。較長距離M改進抗彎曲力，因為其向管區段12，14中的徑向抵接部(68，69和66，67)提供了較長的力矩臂，這提高了管的抗彎曲力。由於較長距離M增大了螺紋的端部與軸向抵接部之間的距離E和F，故改進了軸向抵接。該較長距離允許了管端的大小E，F的輕微不完美，以最小化對期望的軸向抵接負載的變化的影響。由於銷和盒中的相對的E和F大小在實現軸向抵接負載時張緊和壓縮，故該軸向抵接負載變化由較長的E和F大小改進。E和F區段為由它們的截面面積、彈性模量和長度限定的類似彈簧。長度越長，這些"彈簧"調整它們的長度大小中的任何軸向不完美就越好。通過具有較長的長度，因此較容易獲得具有合理加工公差的至少一些最小的期望過盈。
[0011]連接管區段端的螺紋24，26均具有相比於軸向抵接表面之間的長度M的短長度L。長度E和F的軸向長形空間50，52留在螺紋的各端與連接端處的相鄰抵接部之間。各個軸向長形空間E和F包括內管區段與外管區段之間的寬間隙部分62，64，並且還包括形成徑向面對的抵接部的以66，67和68，69表示的過盈肩部。長度E和F均為連接的相對端處的抵接部之間的長度M的至少25%。
[0012]短長度(在平行於管線軸線16的方向上)的連接螺紋24，26的使用具有的優點在於其導致小徑向厚度的管區段壁。沿著錐形螺紋長度L，厚度從以B表示的厚度增長至以C表示的厚度。厚度的增大(C-B)等於螺紋錐角A諸如3°的正弦值乘以螺紋長度L。在一個實例中，最小外管壁厚度B為0.5英寸，並且螺紋長度L為6英寸。3°的正弦值(0.05)乘以6英寸為0.3英寸。因此，管壁厚沿著螺紋長度L增長0.3英寸。如果螺紋24，26均延伸距離M的全長，該全長為短螺紋長度L的2.6倍，則壁厚將增大0.8英寸而非0.3英寸。0.5英寸的最大壁厚減小(從1.3英寸到0.8英寸)通過減小待使用的鋼量和待支承的管的重量而節省相當大的成本。
[0013] 申請人:優選使用不大於距離M的60%並且優選不大於50%的距離L的螺紋24，26。距離M為管連接部51的軸向抵接部諸如30，34和32，36之間的距離。
[0014]圖2-5示出了 申請人:如何將一個管區段端的尖頭40A安裝到另一個管區段端的凹槽42中。在安裝之後，存在尖頭與凹槽壁之間的徑向過盈配合，其優選為0.002到0.008英寸(50到200微米)，在各個尖頭諸如40A的未壓縮厚度D與凹槽諸如42的徑向寬度G之間。過盈配合導致金屬與金屬的流體密封。
[0015]這些管區段的組成取決於使用的螺紋的類型。在第一程序中，以24表示的錐形螺線螺紋(圖1)在一個管端轉動至另一個時可螺紋地接合以26表示的另一個螺紋。在第二程序中，存在錐形的同心螺紋，其通過沿軸向迫使螺紋在彼此上預定配合來接合。Gallagher等人的美國專利5，954，374和Sinclair的5，964，486示出了此類同心螺紋。當使用錐形螺線螺紋時，區段聚在一起，使一端沿方向J移動(圖2)，直到螺紋24，26接合。在該布置中，尖頭40A定位成跳過過盈表面69。如圖3中所示，螺紋的轉動迫使錐形73相對於錐形72開始使尖頭壁偏轉。這引起過盈表面68，69和68，67(圖1)在管區段的端部處在彼此上滑動。此外，尖頭沿方向J的滑動(圖4)使尖頭40A沿過盈錐形75移動。該過盈引起管端22沿徑向向內移動(朝管線軸線)，並且管端20沿徑向擴張，從而使相對側處的尖頭40A和凹槽42對準用於適當進入。轉動繼續並且迫使尖頭進入凹槽42，直到軸向抵接部32，36 (圖4)和34，30 (圖1)抵接彼此。
[0016]當使用涉及使用〃同心螺紋〃的第二程序時，管區段插入彼此中，使一端沿方向J前移(圖2)。錐形同心對螺線連接器的組成大部分是相同的，然而，在同心螺紋的情況下，徑向螺紋高度小於螺線螺紋，並且因此螺紋不是銷22與盒20之間的第一過盈接觸。銷22與盒20之間的第一過盈接觸將在表面69的以72 (圖3)表示的錐形與錐形73之間。表面68和69通過施加外部軸向力壓到彼此上。區段現在進一步滑動到彼此上，並且圓錐形螺紋開始進行接觸。
[0017]圓錐形螺紋具有寬螺紋和窄螺紋的獨特布置，該寬螺紋和窄螺紋並未接合，直到它們位於它們的組成位置(它們的完全匹配位置)處。將需要相當大的力來使以24，26表示的螺紋前移，並且使在區段的兩端處的過盈表面諸如68，69在彼此上面前移。此外，尖頭必須被壓入它們的凹槽中，同時圓錐形螺紋移動至它們的最終鎖定接合。當螺紋最終匹配時，軸向抵接表面將相對於相對的螺紋斜率來預載。當使用同心螺紋布置時，一旦表面68，69之間的過盈允許加壓，則有可能通過將加壓流體注入在內管區段與外管區段之間來顯著地減小克服螺紋之間的徑向過盈所需的軸向力。當尖頭40最終開始進入凹槽42時，該壓力可增大以有效地將螺紋壓在彼此上面。
[0018]當通過使其沿方向J(圖2)滑動來安裝尖頭時，合乎需要的是，尖頭以它們之間的良好對準來進入凹槽。尖頭與匹配凹槽的徑向大小加工成使得它們將在組成期間在由過盈表面諸如68，69(圖1)偏轉時變為對準的。因此，盒20的尖頭將在組成期間向外偏轉，同時銷22的尖頭將向內偏轉。 申請人:構造了具有以72和75表示的錐形的引導壁69 (圖2)，其使尖頭表面68沿徑向向外偏轉，直到尖頭40A進入偏轉凹槽42 (圖5)。當尖頭進入凹槽時，凹槽的壁和尖頭偏轉並且壓縮尖頭，直到尖頭壓靠凹槽的徑向內側80和徑向外側82兩者。
[0019]第一尖頭40A(圖1)和以68(圖1)表示的對應的管端定位成比管的內側更接近外側14a。在右側凹槽42的內側，部分90的管端厚度為T，其中T為距離R的至少1.5倍，並且通常為兩倍。R為右側凹槽42外的部分92的管端厚度。管端的尖頭端總是比凹槽端更薄。當它們通過徑向過盈區段68，69，67，66而被迫過盈時，變形或應變將總是在薄端上更大，並且因此，尖頭總是比凹槽壁變形更大。由於此，故凹槽壁的偏轉比尖頭的徑向偏轉的一半小得多。
[0020]在圖2中所示的初始尖頭位置，在尖頭40A沿徑向向外偏轉並且凹槽壁(82)向內偏轉之前，尖頭40A的軸向移動將移動尖頭，以使其外表面84將不穩固地接觸凹槽外表面82。只有在尖頭40A沿徑向向外偏轉並且凹槽向內時，通過傾斜表面72，75，尖頭40A將接觸凹槽外表面82。
[0021]在管連接部51的第二端55處的尖頭40B和凹槽42實際上為第一端53處的構造的鏡像。即，在第二端53處，尖頭40B位於內管端22上，內管端22具有小於外管端20的徑向厚度。尖頭沿徑向向內偏轉到凹槽中。
[0022]因此，本發明提供了具有可螺紋連接的端部的管線，這避免了額外的管壁厚度，並且允許管端以良好的不透流體密封來連結。管端具有連結兩個管端的管螺紋，管端具有接合的徑向和軸向抵接部，並且管端具有尖頭，該尖頭在達到完全組裝時進入凹槽。連結管端的錐形螺紋具有短長度，這通過在軸向相對端處的徑向和軸向抵接表面而成為可能，從而釋放相當大彎曲負載的螺紋。通過最小化螺紋錐形長度， 申請人:使最大管壁厚度最小化。取決於管區段的哪一端，各個尖頭和凹槽具有比它們的最終組成直徑更大或更小的初始直徑(自管線軸線)。尖頭從其突出的管端具有引導壁，該引導壁使尖頭偏轉，以使其以輕微偏轉進入凹槽。
[0023]儘管本文描述和示出了本發明的特定實施例，但認識的是，本領域的技術人員可容易想到改型和變型，並且因此，意圖是權利要求理解為覆蓋此類改型和等同物。
【權利要求】
1.一種管組件，其包括沿管線軸線(16)串聯連接的第一管區段(12)和第二管區段(14)，所述管區段具有管端(20，22)，其中各個管端具有一對軸向和徑向面對的抵接部(30，34和32，36; 66，67和68，89)，其中各個管區段的一個抵接部與另一個管區段的抵接部接合，並且各個管端具有與所述另一個管區段的螺紋接合的螺紋(24，26)，其中所述螺紋均位於一對抵接部之間，並且其中存在所述管區段之間的一對空間(50，52)，其中各個空間位於所述螺紋的端部與相同管區段的抵接部之間，其中: 所述螺紋中的各個的軸向長度(L)小於相同管區段的兩個軸向面對的抵接部(30，32)之間的距離(M)的60%。
2.根據權利要求1所述的管組件，其特徵在於: 所述螺紋中的各個的軸向長度(L)小於所述相同管區段的兩個抵接部之間的軸向距離(M)的 50%ο
3.根據權利要求1所述的管組件，其特徵在於: 各個空間(50，52)的所述軸向長度(E，F)為所述相同管區段的兩個軸向面對的抵接部之間的所述距離(M)的至少25%。
4.根據權利要求1所述的管組件，其特徵在於: 所述管端中的第一個(12)形成位於所述抵接部中的一個(36)旁邊的尖頭(40A)，而所述管端中的第二個(14)形成位於其抵接部中的一個(32)旁邊的凹槽(42)； 所述第一管區段具有引導表面(69)，所述引導表面￠9)主要沿軸向延伸，並且具有沿徑向傾斜的表面部分(75)，其從軸向方向傾斜以將所述尖頭偏轉至與所述凹槽緊密對準。
5.一種管組件，其包括在具有第一連接端(53)的管連接部(51)處連接在一起的管端(20，22)的第一管區段和第二管區段，其中所述第一管區段具有厚度R的徑向外管部分(92)和較大厚度T的內管部分(90)，其中: 在所述管的第一連接端(53)處，所述外管端具有尖頭(40A)，並且所述內管具有凹槽(42)，用於在所述管端在連接期間沿管組件軸線(16) —起移動時，以過盈配合收納所述尖頭; 所述內管端具有至少一個傾斜壁(72，75)，其定位成在所述管區段端在連接期間沿所述軸線一起移動時，使所述尖頭沿徑向向外偏轉成與所述凹槽對準。
6.根據權利要求5所述的管組件，其特徵在於: 所述管連接部(51)具有第二連接端(55)，其中所述外管端(20)具有大於所述內管端(22)的厚度； 在所述管的第二連接端處，所述內管端(22)具有尖頭(40B)，並且所述外管端具有凹槽(40)，用於以過盈配合收納所述尖頭，並且所述外管端形成傾斜壁(72，75)，所述傾斜壁(72，75)定位成使所述尖頭沿徑向向內偏轉成與所示外管端的所述凹槽對準。
7.根據權利要求5所述的管組件，其特徵在於: 所述管連接部具有第二連接端(55)，其中所述外管端(20)具有大於所述內管端的厚度； 所述管連接部具有沿距離(L)連結所述管端的錐形螺紋(24，26)，並且所述管連接部具有在所述螺紋的各端與所述連接端之間的長度E，F的空間； 長度E，F的所述空間均大於所述距離L加所述長度E加F的總長度(M)的25%。
8.—種管組件，其包括沿管線軸線(16)通過連接件(51)串聯連接的第一管區段(12)和第二管區段(14)，所述連接件(51)具有相對的連接端(53，55)，在所述相對的連接端(53，55)處，所述管區段具有軸向面對的相鄰的抵接部(30，34和32，36)，並且其中各個管端具有沿軸向長度L與另一個管區段的螺紋接合的螺紋(24，26)，並且其中所述管區段形成所述螺紋的端部與所述連接件的對應端(53，55)之間的所述螺紋的任一側上的長度E和F的空間(50，52)，其中: 所述距離E和F均為各個管區段的軸向抵接部(32，36和30，34)之間的所述距離M的至少25%。
9.一種管組件，其包括沿管軸線(16)延伸並且具有管端的第一管區段和第二管區段，所述管端包括包繞第二管端(22)的第一管端(20)，並且其中所述第二管端具有第一沿軸向延伸的凹槽(42)，並且所述第一管端具有第一尖頭(40A)，所述第一尖頭(40A)沿軸向突出到所述凹槽中，其中所述凹槽與所述第二管端(20)的徑向外表面(14a)間隔開距離R，並且所述凹槽與所述第一管端的徑向內表面間隔開距離T，其中所述距離T大於所述距離R;其中: 所述第一管端和所述第二管端具有傾斜壁(72，73，75)，其構造成在所述管區段在所述管組件的組裝期間一起移動時使所述尖頭沿徑向向外偏轉成與所述凹槽對準，從而最小化所述管區段中的應變。
10.根據權利要求9所述的管組件，其特徵在於: 所述第一凹槽具有徑向外凹槽壁(82)，所述徑向外凹槽壁(82)的徑向偏轉小於由所述傾斜壁(72，73，75)產生的所述尖頭的徑向向外偏轉的一半。
【文檔編號】F16L15/04GK104520627SQ201380026737
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年4月30日 優先權日:2012年5月22日
【發明者】傑克·波拉克 申請人:單一浮標系泊設施公司