管連接的製作方法

2023-11-10 02:33:47

技術領域

本發明涉及一種管連接，尤其地涉及一種氣密的管螺栓連接(在該種管連接的情形下，部件在連接區域中藉助於根據DIN 8593的接合通過壓靠(Anpressen)和壓入(Einpressen)來連接)，其包括內管件和外管件或者兩個帶有外套筒的內管件。

背景技術：

管、至少無縫的管(其可由不同的材料來製成)應用於油田產品和/或氣田產品的垂直且水平地還在較大距離上的運送，並且由於在實際的運用和使用中的連接的高的密封品質需要高的應力。

一種已經長期所使用的管連接(其基本上在幾何形狀的基礎設計方案方面示出了現有技術)如此地來形成，即，內管件和外管件具有平截圓錐體形狀(kegelstumpfförmig)的彼此貼靠的、帶有在內管件的末端方向上朝向彼此的大約1:10的傾斜度的密封面，該密封面與在軸向上相反指向的平截圓錐體形狀的止擋面共同作用。在此，密封效果可通過管端部的互相的軸向上彼此的壓靠(完全地接合)，例如藉助於螺紋擰緊和諸如此類的方式來實現。

為了在現場中給定的作用到管道處的應力情況下改進管連接的密封性或密封的品質，但是同樣為了在管構件拆卸和重新裝配時實現維持管連接的密封品質，已經提出了帶有連接的密封面和止擋面的特別的結構的多種幾何形狀的實施形式。然而，複雜的密封面成型大多數與用於管端部的連接區域的去毛刺(spanabhebende Bearbeitung)的較高的費用和與製造上的降低的經濟性相聯繫。

文件US 7 334 821 B2公開了一種帶有管內部件的桶狀的、截面中為凸狀的密封面和接著該密封面的帶有末端的止擋面的突出的突起(Fortsatz)的管連接。如此，管構件的壓合面應在管連接的完全接合中應獲得增大的錐度，並且產生改進的密封效果。然而，用於構建複雜地成型的密封區域的製造費用顯得較高。

技術實現要素：

基於根據現有技術的管連接的基本的幾何形狀的設計方案，本發明的目的在於，在可製造性的高的經濟性的情形下公開一種新型的管連接，其導致了在實際的現場應用(Feldeinsatz)中的管道的改進的使用特性，並且其有助於管路的拆卸和重新裝配。

改進的管道的使用特性尤其地涉及到既在高的內部壓力的情況下又在高的外部壓力的情況下以及在管線的疊加的拉應力、壓應力及彎曲應力的情況下維持相應的管連接的密封性，其中，應使連接區域中的所謂的卡住現象(Fresserscheinung)降低到最小，並且應改進連接的鬆開和重新完全接合。

所提出的目的根據本發明在之前提到的類型的管連接的情形下由此來解決，即，利用三個區域構建連接，其中，管件或者管件和套筒的連接區域的壓配合部(Presssitz)和止擋部具有合作的、在端部方向上從內管件朝管軸線傾斜的平截圓錐體形狀的壓配合面並且在端側處具有與該壓配合面相反指向的平截圓錐體形狀的止擋面，並且以無接觸的方式利用同軸的間隙或空腔來形成用於部件的處於連接中的部件的壓配合部和止擋部的過渡部。

利用本發明所實現的優點可理解為協同地基本上提高壓配合面處的面壓力且有利地使壓配合面定位成與止擋面隔開。與之相關聯的還有連接區域中的局部的、機械的材料應力的大小的普遍的優化和避免考慮到在材料中出現的彈性變形和裂紋開始(Rissinitiation)而引起的應力集中。

藉助於廣泛的研究已發現，在擠壓超過額定值期間和在疊加的拉應力、壓應力及彎曲應力期間根據本發明的管連接的密封特性完全地得以保持。

根據FE(有限元)方法及彈性確定的計算已經得出，通過在連接區域中的根據本發明的幾何形狀更確切地說利用壓配合面和止擋面之間的空腔的構造來產生多重的優點。

一方面，通過空腔在相對於現有技術具有相同的連接的縱向距離的情況下縮短或減小壓配合面或者密封座面，這導致了較高的密封面擠壓。

無接觸地布置的過渡部在負載動力學上產生了提高的、很大程度上均勻的單位面壓力，並且因此產生了壓配合面處的密封，其中，通過軸向上相對於止擋面隔開在系統彎曲時僅產生局部的面壓力的可接受的差異。如有可能疊加的拉應力和壓應力僅輕微地影響連接的密封性，因為壓配合面具有大約1:10的微小的傾斜度。

有利地，在管件的連接區域中的空腔作為潤滑劑槽(Schmiermitteltasche)來起作用，並且改進了分布，並在現場管道的密封性的組裝情況下降低了潤滑劑的壓力。

當根據本發明的優選的實施形式連接區域的壓配合部和止擋部的在管件之間以無接觸的方式形成的過渡部通過來自外管件的內壁面的同軸的凹進部來形成時，既實現了合適的機械的材料應力，又實現了有利於連接的密封性的應力狀態。

在內管件壓入到外管件中時，在形成連接的完全接合時在壓配合面的區域中構造了高的、基本上徑向上指向的力，該力在該區域中導致了帶有外管壁的材料的切向的、彈性的拉伸的擴大。

通過來自在接著的過渡區域中的外管件的內壁面的同軸的凹進部和因此直到止擋面的區域中的管件的接觸免除(Berührungsfreistellung)，在外管壁的切向方向上不再提供彈性的拉伸，然而在其中軸向上指向的拉力起作用，該拉力通過內管的止擋面壓到外管件的那些止擋面上而形成，並且引起了軸向上的彈性的拉伸。

在連接區域中根據本發明如此地最大程度地降低局部複雜的(komplex)應力狀態，其中，根據本發明過渡區域的構造促成了較大的彈性的拉伸值，並且即使在管線的複雜的應力時也確保了連接的密封性。

以合適的方式，在過渡區域中的凹進部在截面中具有無稜角的輪廓，因為由此最大程度地避免在外管的內表面處的應力集中，並且排除了裂紋開始和疲勞斷裂危險。

當內管件在過渡部的區域中從末端繼續的壓配合面朝向止擋面以倒圓的方式(gerundet)形成，則可消除帶有局部的塑性的材料變形的局部的應力集中，並且可改進止擋面的配合。特別好的結果可利用帶有RC = 0.9至1.5mm的半徑或用於RT = 0.2至0.6mm的TUBING的稜邊倒圓來實現。

有利地，在外管件中同軸的凹進部在截面中從壓配合面至凹進部輪廓利用0.5至1.0mm的過渡半徑來形成，並且直到止擋面以無稜邊的方式來成型。如此在壓配合面和凹進部的邊界區域中可靠地避免壓應力集中。

廣泛的且有針對性的研究已得出，無接觸地布置的過渡部的長度相對於有效的壓配合部的長度的商以合適的方式應具有0.4至1.7的、優選地0.6至1.5的值，以用於實現根據本發明的管連接的最優的密封情況。

從包含所有的通常的管直徑中得出這些明顯寬的值區域。

尺寸相關的評價公布了，對於帶有大於英寸的外徑的管、所謂的套管(Futterrohr)或者CASING，商優化地位於0.4至1.2，優選地位於0.6至1.0。

相反地，對於豎管或者輸送管(其具有小於/等於英寸至大約1.66英寸並且更小的外徑)即在所謂的TUBING的情形下確定無接觸地放置的過渡部的長度相對於壓配合部的長度的優化的商為0.9至1.7，優選地為1.1至1.5。

為了實現帶有提高的密封性的管連接的合適的且高品質的緊湊的實施形式，外管件應相對於直徑朝向止擋面具有大約為1:10的壓配合面的傾斜度，並且止擋面相反指向地相對於軸線法向(Axnormale)具有ß = 10°至20°、優選地ß = 15°的角度Beta。

如從試驗中已得出的那樣，當壓配合面和/或止擋面應具有小於Ra = 3.2μm然而大於Ra = 0.4的表面粗糙度(根據DIN 4777 ISO/DIN4287/1作為平均粗糙度值來測量)，則儘可能在壓配合面沒有所謂的卡住的情況下，可使用高的單位壓力負載，並且儘可能不受限制的管連接的拆卸是可能的。在這方面假設，最優的潤滑劑量可定位在處於上述粗糙度極限中的粗糙的表面輪廓的凹陷部中，以便獲得期望的特性。

在效應技術方面，根據本發明的管連接可通過不同的器件(其軸向上將管件擠壓到一起)而完全地接合。有利地，已知的螺栓連接已證實為有效的。

附圖說明

下面藉助於示意性的圖紙僅示出根據本發明的管連接的一個實施形式。

其中：

圖1在軸向的剖面中顯示了管連接。

具體實施方式

在圖1中在軸向的剖面中顯示了內管I和外管A的管連接。

在管的連接區域中，內管件I具有帶有壓配合面1I的平截圓錐體面，該壓配合面1I相對於管直徑末端上以1:10的值傾斜。接著壓配合面1I末端以朝管縱向軸線x以15°的角度ß相反指向地傾斜的方式成型有止擋面2I，該止擋面2I示出了帶有端側的密封面的止擋部2和內管端部。

外管件A在處於完全接合的管件連接時在連接區域1中以壓配合面A1最接近地貼靠在內管的壓配合面1I處。

在連接區域1(其包括壓配合面1I和1A)和帶有管件的止擋面的區域2之間設置有過渡區域3，在該過渡區域3中存在來自外管A的內壁的凹進部RA，在管件I和A之間成型有空腔R，並且使部件在該區段中以無接觸的方式布置。

在外管件A中，壓配合面1A和凹進部輪廓3A之間的邊界區域以0.8mm的半徑倒圓，其中，之後同軸的凹進部RA的直到止擋面2A的整個內壁面3A以無稜邊倒圓的方式構建。