對過扭矩和壓力有高抵抗能力的螺紋管接頭的製作方法

2023-06-23 03:19:16 2

專利名稱：對過扭矩和壓力有高抵抗能力的螺紋管接頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對連接管形構件的管接頭中的過扭矩和壓力有極強抵抗能力的螺紋管接頭。本發明尤其是但不局限於此地涉及用於傳輸液體或高壓氣體如蒸汽、天然氣或石油的管接頭以及用於鑽探杆或天然氣、石油的生產中或用於輸送液體或氣體的管道的管接頭。
在目前用於上述目的的主要管接頭類型中包括一個在其內圓周表面上制有螺紋的承接件和一個在其外圓周表面上也制有對應於內螺紋的螺紋的插接件，其中插接件通過螺旋接合過程被插裝在承接件中。被稱為管口的其中一個構件(通常是插接件)的自由邊緣具有一個沿軸向取向的環形表面，這個表面被壓在另一個構件的對應表面(扭矩肩)上。在這些類型的管接頭中，可能存在或不存在在其中一個構件的自由末端徑向取向且在將其壓在一個徑向指向另一個構件的對應表面上時起密封面作用的另一個表面。軸向取向的環形表面因管接頭的裝配而保持處於受壓的狀態下。管接頭能承受的最大扭矩受第一構件的自由末端和扭矩肩區域的形狀及尺寸的限制。目前，管接頭在插接件自由末端的軸向取向的表面與承接件的對應表面的尺寸之間有相似性並且在管口的抵抗面積和肩部的抵抗面積之間也有相似性。但是，當在裝配時或在隨後用裝配好的鑽探杆進行工作時增大作用在目前的管接頭上的扭矩的情況下，在扭矩肩中產生的拉應力的組合促進了剪切材料並迫使肩部破裂的應力的發展，由此因扭轉應力而在管接頭中產生了一個薄弱點或臨界區。為了改善有這種應力的管接頭的性能，通常的作法是增大管口的厚度和扭矩肩的厚度，從而增大過扭矩的承載能力。但是，這也更容易使密封因管口剛度的增大以及因而增大的接觸壓力而失靈。另外，增大管口的厚度要求在旋擰接合之前調整管子的自由末端。這影響了材料的性能並使加工過程複雜化。
本發明的主要目的是提供一種改進的管接頭，它消除或減少了上述現有技術中的缺陷如扭矩肩過早失效並同時提高了管接頭承受扭轉應力的能力。
本發明的目的還在於提供密封面的接觸壓力可保持有限大小並由此減小產生失靈危險的管接頭。
本發明的另一個目的是提供一種能夠不造成明顯改變就使在內部循環的流體的流線形狀保持穩定的管接頭。
為了實現上述目的，本發明的管接頭包括一個其內圓周表面上制有螺紋的承接件和一個其外圓周表面上也制有對應於承接件的螺紋的螺紋的插接件。插接件通過螺旋接合被插裝在承接件中，由此將這兩個構件連接起來。一個基本上沿軸向取向且位於其中一個被稱為管口的構件的自由末端上的環形表面緊密地接觸一個基本上沿軸向朝另一個構件取向並被稱為扭矩肩的相對的環形表面。第一構件的軸向取向的環形表面以其最小半徑與管的內表面相交。或者，它與一個平行於管子軸線的圓柱形表面相交。或者，它與一個同時和管子內表面相交的截頭圓錐形表面相交，而第二構件的軸向取向的環形表面在其最小半徑處和一個與管子軸線形成一個在5°和25°之間的角B的截頭圓錐形徑向取向的表面相交。該表面同時與一個平行於管子軸線的內圓柱形表面相交。或者，它與該圓柱形表面形成一個小於5°的角。
根據本發明，扭矩肩的構造允許通過在產生主要的剪切應力(這造成傳統管接頭中的機械結構失效)的平面內增大扭矩肩的抵抗部分而使管接頭具有更大的抗過扭矩的能力。因此，明顯地提高了常用接頭中薄弱區的抵抗力。這種抵抗力的增強是在沒有增大管口厚度並且沒有在管口具有金屬-金屬接觸的密封面時更易造成咬死的情況下實現的。
根據這種設計結構，第一構件對應於插接件，它具有一個基本上沿軸向取向且與插接件中的管子軸線的垂直面形成角A的表面，它在壓力下接觸一個基本上沿軸向定向且與承接件中的垂直於管子軸線的表面形成角A的對應表面。
結合附圖將會更好地理解本發明，其中

圖1是按照本發明的管接頭結構的軸向剖視圖；圖2和3是圖1所示管接頭局部的放大的軸向剖視圖；圖4示出了當管接頭處於裝配狀態時圖2和3所示的部分；以及圖5示出了本發明管接頭的另一個可行結構的軸向剖視圖。
圖1示出了一個管接頭，它包括一個插接件1和一個承接件2。在這個設計方案中，承接件部分地設有連接節3，它也設有一個第二承接件2a，以便連接第二插接件1a。每一個插接件1、1a在末端設有一個管段4、4a，如圖所示，它們可以一體地連接到管段上或可以單獨地製造並被焊接在管段上或通過其它方式進行固定。
如圖所示，每個插接件1、1a具有一個制有螺紋的截頭圓錐形外圓周表面5、5a。每個承接件2、2a對應地具有一個也制有螺紋的截頭圓錐形內圓周表面6、6a，以便容納並連接對應的插接件。所述構件可以按常規地形成螺紋。圓周表面上的螺紋在插接件的自由末端7、7a和對應的承接件表面6、6a的內端附近結束，當將構件完全連接起來時，一個基本上沿軸向指向各插接件7、7a的自由末端(管口)的表面被引導成與一個對置的且基本上沿軸向定位在承接件的肩部(扭矩肩)8上的對應表面密封地對接，如在圖2、3中更具體地表示的那樣，其中在圖2和3中只示出了插接件1的自由末端7和肩部8的對應部分以及承接件2的內鄰接表面。
如圖2所示，插接件1的自由末端7(被稱之為管口)設有一個徑向取向的第一外環形表面9和一個軸向取向的第二環形表面10，所述第二環形表面與管子軸線的垂直平面形成角A。表面9可以包括或不包括一個被設計用來在其接觸承接件的對應表面時產生管接頭的密封效果的環形區或表面。第二表面10可以結束於部位11處，部位11在插接件的內表面上具有預定直徑。或者，第二表面可以結束於一個第三內圓柱形表面12處，或者按另一方案，它可以結束於用虛線表示的一個截頭圓錐形表面13處。該表面13結束於插接件的內表面上。表面9和10通過具有曲率半徑R1的環形表面14相連。被稱為管口的該插接件的一個特點在於管口的厚度或定義Tn，它是表面9、10的實際交點與點11之間的距離，其中點11是表面10的終點，所述距離是沿管子軸線的垂直平面測得的。
如圖3所示，承接件2設有對應於插接件的表面9、10的表面15、16，它們通過曲率半徑為R2的環形表面17相連，出於裝配的原因，這個曲率半徑應大於曲率半徑R1。表面16在點18處與截頭錐面19相連，所述截頭錐面與管子軸線形成其值在5°和25°之間的角B。表面19同時在點20處與內圓柱形表面21相連。或者，表面21可以與管子軸線形成一個小於5°的角。由表面16、19和21構成的承接件部分構成了必須承受由在裝配或工作中的扭轉力產生的壓負荷的「扭矩肩」。Th或「肩厚度」被定義為表面15、16的實際交點與表面19、21的交點20之間的距離。按另一種方案，在表面16和19的交點18處，可以包括一個斜邊或一致半徑。
作為本發明的一個條件，可以在管口的厚度Tn和肩部的厚度Th之間建立以下關係1.1≤Th/Tn≤1.4。
由本發明規定了表面19的角度值5°≤B≤25°。
圖4具體地示出了圖2所示插接件在其處於與圖3所示承接件的最終裝配位置時的自由末端。對應表面10、16在壓力下緊密接觸。表面9、15可能接觸或者可能沒有接觸，這取決於管接頭是否具有任何形式的金屬-金屬密封面。當表面10和16之間的壓力由於增大的扭力引起更高的應力或由於管接頭中的壓力而增大時，由表面16、19和21限定出的區域(稱之為扭矩肩)將以比傳統管接頭更大的能力來承受所產生的拉應力。
另外，表面12、19和21為在管內的液體流動或氣體流動提供了光滑的過渡區。
儘管針對其中的承接件設有連接節的管接頭描述了本發明，但是本發明同樣可用於一個如圖5所示的鐘口接頭，在這種情況下，插接件和承接件22、23與管段4、4a的末端一體地相符，並且一個與圖2中所示的那個表面一樣地大致沿軸向定位於插接件的自由邊部24中的表面接觸一個基本上沿軸向取向並對應於前述表面的表面，與圖3所示的表面一樣，該表面在扭矩肩25中配置了承接件23。
權利要求
1．一種對過扭矩和壓力有高抵抗能力的螺紋管接頭，包括一個其內圓周表面上制有螺紋的承接件和一個具有一對應於承接件的內圓周表面的外圓周表面並要被裝入承接件中的插接件，所述插接件制有螺紋，以便與承接件的螺紋配合，其中一個上述構件在其自由末端上設有一個基本上沿軸向取向的環形表面，而另一個構件設有一個基本上沿軸向取向並且與上述環形表面彼此相互對應且在最終裝配位置上接觸第一構件的表面的環形表面，該表面必須傳遞來自扭矩的作用力並對管接頭施加壓力，其特徵在於，基本上沿軸向取向的承接件的環形表面以其最小半徑與和管子軸線形成角為B的截頭圓錐形第二表面相交，該表面同時與一個平行於管子軸線的圓柱形表面相交，並且承接件的上述三個表面是扭矩肩的一部分，它們具有滿足以下公式的尺寸和傾斜角的組合1.1≤Th/Tn≤1.45°≤B≤25°其中Th對應於在基本上沿軸向取向的承接件環形表面的外半徑與下述交點之間所測的肩部厚度，該交點是與管子軸線成角B的表面與平行於管子軸線的圓柱形表面的交點，而Tn對應於在從插接件的自由末端起基本上沿軸向取向的環形表面的外半徑和該表面同管子的內圓周表面或同與管子內表面相交的截頭圓錐形表面的交點之間所測的管口厚度。
2．如權利要求1所述的螺紋管接頭，其特徵在於，所述插接件的自由末端具有徑向定向於其外半徑上的一個表面或表面組合，該表面緊密接觸承接件中的一個表面或一系列對應表面，以便給管接頭提供密封。
3．如權利要求1所述的螺紋管接頭，其特徵在於，所述承接件設有一個帶有兩個對置的承接件的連接節，所述插接件的一體地設置在管子的一個末端上。
4．如權利要求1所述的螺紋管接頭，其特徵在於，所述承接件一體地設置在管子的一個末端上，且所述插接件一體地設置在管子的一個末端上。
全文摘要
一種對過扭矩和壓力有高抵抗能力的螺紋管接頭包括一個帶內螺紋的承接件和一個帶外螺紋的插接件。通過螺紋面在插接件末端和承接件之間形成管連。當構件完全裝配好時,構件之一的自由末端中軸向取向的表面壓在另一個構件的對應的扭矩肩上。該扭矩肩由與第一構件的對應管口重合地取向的第一表面和管子軸線成角B的截頭圓錐形第二表面構成。這種幾何形狀提高了管接頭對過扭力矩的抵抗力,而不必增大管口的軸向環形面與扭矩肩的對應表面之間的淨接觸面。
文檔編號E21B17/042GK1289019SQ0012686
公開日2001年3月28日 申請日期2000年9月7日 優先權日1999年9月21日
發明者加夫列爾·卡卡格尼奧 申請人:西德爾卡有限公司