EA006187B1 - Соединение труб с клиновидной резьбой - Google Patents
Соединение труб с клиновидной резьбой Download PDFInfo
- Publication number
- EA006187B1 EA006187B1 EA200401063A EA200401063A EA006187B1 EA 006187 B1 EA006187 B1 EA 006187B1 EA 200401063 A EA200401063 A EA 200401063A EA 200401063 A EA200401063 A EA 200401063A EA 006187 B1 EA006187 B1 EA 006187B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- thread
- axial
- side surfaces
- threaded connection
- mating
- Prior art date
Links
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 61
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 47
- 239000004519 grease Substances 0.000 claims description 24
- 230000004323 axial length Effects 0.000 claims description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 22
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 18
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 230000035876 healing Effects 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims 2
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 5
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- HRANPRDGABOKNQ-ORGXEYTDSA-N (1r,3r,3as,3br,7ar,8as,8bs,8cs,10as)-1-acetyl-5-chloro-3-hydroxy-8b,10a-dimethyl-7-oxo-1,2,3,3a,3b,7,7a,8,8a,8b,8c,9,10,10a-tetradecahydrocyclopenta[a]cyclopropa[g]phenanthren-1-yl acetate Chemical group C1=C(Cl)C2=CC(=O)[C@@H]3C[C@@H]3[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1[C@H](O)C[C@@](C(C)=O)(OC(=O)C)[C@@]1(C)CC2 HRANPRDGABOKNQ-ORGXEYTDSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000124033 Salix Species 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
- F16L15/001—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
- F16L15/06—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints characterised by the shape of the screw-thread
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/042—Threaded
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
- F16L15/001—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads
- F16L15/004—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads with axial sealings having at least one plastically deformable sealing surface
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L25/00—Construction or details of pipe joints not provided for in, or of interest apart from, groups F16L13/00 - F16L23/00
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L7/00—Supporting pipes or cables inside other pipes or sleeves, e.g. for enabling pipes or cables to be inserted or withdrawn from under roads or railways without interruption of traffic
- F16L7/02—Supporting pipes or cables inside other pipes or sleeves, e.g. for enabling pipes or cables to be inserted or withdrawn from under roads or railways without interruption of traffic and sealing the pipes or cables inside the other pipes, cables or sleeves
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)
- Clamps And Clips (AREA)
- Gasket Seals (AREA)
Abstract
Высокопрочное соединение труб с клиновидной резьбой, в котором отношение изменения радиуса к изменению ширины резьбы на виток резьбы является величиной, влияющей на обеспечение поддержания плотности резьбы и ее непроницаемости, даже тогда, когда соединение подвергается нестационарным рабочим нагрузкам, таким как вибрации, удар, изгиб, растяжение, сжатие, скручивание и/или изменения температуры. Форма резьбы может быть открытой или запертой для использования в трубах большого или малого диаметра и выполненной, например, для равнопроходного соединения, соединения с фланцами диаметром больше, чем у трубы, соединения двусторонним стержневым элементом, приспособлений и вспомогательного соединения; или она также может использоваться для реверсивного соединения, такого как прочные конструктивные стойки для неподвижных звеньев конструкций, где присутствуют повторяемые крутящие моменты докрепления, лежащие в широком диапазоне. Предложенная резьба обеспечивает условия для облегчения производства и сборки и минимизации повреждений при эксплуатации. Предложенное соединение способно передавать очень большой крутящий момент без необходимости в наличии буртиков, и оно может быть повторно свинчено и затянуто с помощью крутящего момента, лежащего в широком диапазоне, без значительного изменения положения конечного докрепления. Соединение имеет очень высокую прочность на растяжение, сжатие и изгиб относительно трубы. Соединение может быть представлено в высокопрочном исполнении, таком как соединение, выполненное за одно целое и заподлицо, соединение, выполненное почти заподлицо, муфты и ниппели, и даже как соединение
Description
Область применения изобретения
Использование резьбы для соединения друг с другом труб, применяемых для транспортировки текучей среды, представляет собой очень старый технический приём, совершенствуемый в течение сотен лет в попытках удовлетворить появляющиеся время от времени потребности в более прочных и более плотных соединениях. Требования к эксплуатационным качествам соединений труб до сих пор широко варьируются от таких, как соединения для домашних трубопроводов, работающих при давлении текучей среды менее 552 кПа (80 фунтов на квадратный дюйм) с отсутствующими в действительности механическими нагрузками, до таких, как соединения для трубопроводов в нефтяных скважинах, где они должны выдерживать давление газа до 103 МПа (15000 фунтов на квадратный дюйм) и одновременно противостоять исключительным механическим нагрузкам и широким колебаниям температуры. Таким же старым техническим приёмом является использование труб с резьбой для соединения конструктивных элементов.
Вследствие исторически сложившейся малой прочности резьбовых соединений труб и их склонности к ослаблению, протечкам и/или разрушению, их использование на промышленных и очистительных предприятиях было ограничено Промышленным Кодексом до очень малых размеров труб и низких давлений. Однако, в связи с тем, что для использования в отверстиях скважин, пробуриваемых на месторождениях нефти и газа, с размерами в весьма ограниченных пределах разумной альтернативы трубным соединениям нет, а резьбовые трубные соединения всё ещё используются до настоящего времени на таких месторождениях, большинство исследований и усовершенствований резьбовых трубных соединений было ориентировано на такое применение. В качестве элементов конструкций использование обычных резьбовых соединений труб было ограничено их малой прочностью и склонностью к потере герметичности и/или разрушению во время работы.
Предпосылки изобретения
В патентном документе США № Ве. 30647 на имя В1О5С описана запертая клиновидная резьба, при этом уплотнение резьбы описано в колонке 2, строки 7-11, но не указано, как его получить, а в колонке 3, строки 40-43, фактически упомянуты неопределённые зазоры между основаниями и гребнями резьбы. В патентах США №№ 4600224, 4600225 или 4822081 этого же автора также не написано, как осуществлять уплотнение резьбы.
В патенте США № 4671544 на имя ΟγΙΙοΙΤ также указывается на недостаточную плотность резьбового соединения, полученную в упомянутых выше изобретениях, принадлежащих одному лицу, в самом же патенте предложен эластичный уплотнитель (26) в середине сопряжённой резьбы и уплотнения металл-металл, как указано номерами 22 и 24 позиции на фиг. 1. В колонке 2, строки 18-20, упоминается, что резьбы уплотняют, но не указывается, как. Если такие резьбы создают уплотнение, то эластичные уплотнители и уплотнения металл-металл не были бы нужны. Вариант выполнения, изображённый на фиг. 4, не относится к резьбовому уплотнению, а относится к уплотнению металл-металл, как указанно номером 50 позиции.
В патенте США № 4703959 на имя Вссусх описано соединение с запертой клиновидной резьбой, уплотненное мягким уплотнителем, таким, как политетрафторэтилен, как указано в колонке 2, строки 617. Кроме того, этот патент относится к уплотнению резьбы, но в нем не указано, как достичь этого. Если резьба не пропускает содержащуюся в трубопроводе текучую среду, то мягкие уплотнители не требуются.
В патенте США № 5454605 на имя Мой показана запертая клиновидная резьба, описанная в колонке 2, строки 48-61, и представленная на фиг. 3 и 4. В этом патенте со строки 51 в колонке 1 до строки 2 в колонке 2 справедливо описаны проблемы сборки и разборки и уязвимость клиновидных резьб с профилем в виде ласточкиного хвоста, а в колонке 2, строки 60-65, и со строки 61 в колонке 4 до строки 14 в колонке 5 описано резьбовое уплотнение, но опять не показано, как защититься хотя бы от грязи. Автор утверждает: после докрепления соединения между витками резьбы нет просвета, так что даже между ними нет смазки, но, к сожалению, такие категорические утверждения находятся и всегда будут находиться за пределами технических возможностей, в особенности с учётом стоимости трубных соединений.
В патенте США № 2766998 на имя ^ай§ показано, как создать эластичное уплотнение манжетного типа и сопряженные поверхности для создания соединения, непроницаемого для газа под высоким давлением и работающего в течение многих лет в условиях значительных изменений давления и температуры.
В патенте США № 5427418 на имя \Уай5 описана открытая клиновидная резьба и элементы, которые должны находиться в положении полного докрепления резьбы трубы для герметизации от воздействия высокого давления с уплотняющей резьбу смазкой. Предлагаемая заявка является усовершенствованием упомянутого патента № 5427418, относящимся к практически реализуемым коэффициентам уплотнения, представляющим собой изменение радиуса к изменению ширины резьбы на один виток.
Шесть упомянутых выше патентов, относящихся к клиновидной резьбе, принадлежат одному лицу, а четыре из них принадлежат одному автору, что подтверждает, что долгие, осторожные и продолжительные усилия по усовершенствованию были сфокусированы на клиновидной резьбе в течение более 25
- 1 006187 лет. Экспериментально изучены общие характеристики всех запертых клиновидных резьб других авторов, упомянутых выше, состоящие в том, что нагрузочные боковые поверхности не соприкасаются друг с другом, но удерживают между собой смазку, тогда как опорные боковые поверхности соприкасаются и создают высокий преждевременный фрикционный противодействующий крутящий момент, такой, который вызывается спрессованной смазкой, находящейся в зазоре между нагрузочными боковыми поверхностями перед тем, как будет достигнуто идеальное положение полного докрепления, а также в том, что резьбы не сохраняют герметичность. Такой преждевременный противодействующий докреплению крутящий момент приводит к остановке вращения, не достигнув полного докрепления, что позволяет в дальнейшем смазке, находящейся в зазоре между нагрузочными боковыми поверхностями, вытекать со временем и при воздействии рабочих нагрузок, что ослабляет соединение и, в свою очередь, уменьшает его возможность быть управляемым или возможность служить механической опорой или уплотнением. При первом повороте таких стержневых элементов в таких гнездовых элементах и зазор у гребня (зазор между сопряжёнными основаниями и гребнями), и зазор между нагрузочными боковыми поверхностями являются очень большими, так что избыточная смазка свободно вытекает наружу из соединения. Увеличение крутящего момента начинается во время последующих стадий докрепления, когда ширина всех зазоров между резьбовыми поверхностями сопряжённых деталей уменьшилась настолько существенно, что смазка, выдавливаемая наружу через длинный узкий спиральный зазор, начинает действовать как уплотнение и в связи с этим создавать постепенно нарастающее встречное давление, которое в свою очередь вызывает противодействующий фрикционный крутящий момент между сопряженными витками. Ни один из указанных выше патентов, связанных с клиновидной резьбой, не объясняет или даже не упоминает важность реально достижимого коэффициента изменения (СК - это отношение изменения диаметра резьбы к изменению ширины гребня за один виток), который требуется для достижения контакта всех сопряжённых боковых поверхностей и толщины смазки в зазорах у гребней для того, чтобы: (1) достичь жёсткого, не подверженного ослаблению соединения, (2) достичь уплотнения резьбы и (3) обеспечить одновременно сохранение герметичности и не подверженности ослаблению соединения с течением времени и/или при воздействии рабочих нагрузок.
Когда клиновидные резьбы, изготовленные в соответствии с другими предложениями, устанавливают в положение прилегания, зазоры у гребней равны ΒΤΏ, а один зазор между боковыми поверхностями шире из-за малой величины СК резьбы, и при дальнейшем докреплении смазка, в соответствии с законами гидродинамики, течет в радиальном направлении на расстояние в долю дюйма от зазора у гребня, длинная винтовая дорожка которого при этом начинает уплотняться, в более широкий зазор между боковыми поверхностями и оттуда по винтовой линии наружу из пространства между сопряженными витками, а так как зазор у гребня уменьшается до наименьшей толщины (О). то смазка в резьбе может уплотниться до состояния сплошного тела. По мере постепенного уменьшения ширины более широкого зазора между боковыми поверхностями, благодаря чему расположенная в этом зазоре смазка спрессовывается и, в свою очередь, вызывается постепенное прижатие друг к другу других частей сопряжённых боковых поверхностей, начинает создаваться постепенно увеличивающийся натяг в зоне основаниегребень и связанный с ним противодействующий крутящий момент - всё это дает начало второму постепенно увеличивающемуся противодействующему крутящему моменту, вызванному трением. Когда оба противодействующих крутящих момента вполне развились и вместе сравнялись с приложенным максимальным крутящим моментом докрепления, вращение останавливается, не достигнув требуемого положения полного докрепления, так что смазывающая текучая среда остается в зазоре между боковыми поверхностями вместо того, чтобы все боковые поверхности заклинились друг об друга. Впоследствии осевые рабочие нагрузки, такие как вибрация, изгиб и изменения температуры, приводят к периодическому вытеканию смазки из зазоров между боковыми поверхностями и, в свою очередь, к протечке по винтовой линии и наружу из зазора между боковыми поверхностями, что ослабляет соединение. Последующий крутящий момент докрепления, приложенный к соединению в испытательной лаборатории после обнаружения протечки, может привести к временному восстановлению уплотнения зазора между боковыми поверхностями, но не может устранить протечку по зазору у гребня, так как в этом зазоре нет смазывающей текучей среды. Более важно то, что в полевых условиях обычно нет возможности приложить последующий крутящий момент докрепления. Представленная заявка решает эти проблемы путём определения и использования реального пригодного для работы СК.
Сущность изобретения
Для целей настоящей заявки применяются представленные ниже определения и формулы.
Угол боковой поверхности - это угол в плоскости, совпадающей с осью трубы и измеренный в промежутке между боковой поверхностью витка и плоскостью, расположенной под углом 90° к оси, причем этот угол равен нулю, если боковая поверхность перпендикулярна оси, угол является положительным, если боковая поверхность наклонена по направлению к гребню, и угол является отрицательным, если боковая поверхность наклонена по направлению к основанию.
Угол профиля резьбы - это алгебраическая сумма угла опорной боковой поверхности и угла нагрузочной боковой поверхности.
- 2 006187
Виток резьбы - это часть винтовой резьбы протяжённостью 360°.
Стержневой элемент - это конец трубы с наружной резьбой, причем первый виток резьбы имеет наименьший диаметр.
Гнездовой элемент - это конец трубы с внутренней резьбой, сопрягаемой с резьбой стержневого элемента, причем первый виток резьбы имеет наибольший диаметр.
Зазор у гребня резьбы стержневого элемента - это зазор между гребнем резьбы стержневого элемента и основанием резьбы гнездового элемента, когда оба элемента собраны друг с другом.
Зазор у гребня резьбы гнездового элемента - это зазор между гребнем резьбы гнездового элемента и основанием резьбы стержневого элемента, когда оба элемента собраны друг с другом.
Клиновидная резьба - это вид винтовой резьбы, виток которой имеет гребень, основание, опорную боковую поверхность и нагрузочную боковую поверхность, причем нагрузочная боковая поверхность выполнена под большим углом винтовой поверхности, чем опорная боковая поверхность, так что осевая длина гребня, которая является наименьшей в начале первого витка резьбы, постепенно увеличивается до максимальной осевой длины на конце последнего витка резьбы, при этом гнездовой и стержневой элементы могут быть свинчены друг с другом до необходимого положения полного докрепления, в котором и опорные боковые поверхности, и нагрузочные боковые поверхности контактируют и заклиниваются с соответствующими сопряжёнными с ними боковыми поверхностями, что останавливает докрепление соединения.
Запертая резьба - это резьба, имеющая отрицательный угол профиля по меньшей мере на части ширины её боковой поверхности.
Открытая резьба - это разновидность резьбы, не имеющей отрицательного угла профиля по всей ширине её боковой поверхности.
Уплотнение металл-металл - это поверхность без резьбы, созданная полностью вокруг части гнездового или стержневого элемента и находящаяся в непрерывном контакте с сопряжённой поверхностью другого элемента, с обеспечением создания уплотнения против протечек текучей среды изнутри или снаружи соединения.
ΌΤ - это изменяющаяся ширина зазора и толщина смазки между сопряжёнными витками при заданных условиях.
- это наименьшая толщина смазки, до которой может быть сжата смазка между сопряжёнными витками, когда она может свободно течь наружу из пространства между сопряжёнными поверхностями.
НТО - это залечиваемая толщина, то есть минимальная ширина зазора между собранными сопряжёнными поверхностями резьбы, при которой смазка на мгновение протекает, а затем плотность потёкшего участка восстанавливается.
ВТО - это толщина слоя перекрытия, то есть максимальная ширина зазора между собранными сопряжёнными резьбовыми поверхностями, которую уплотнит используемая смазка резьбы.
Угол трения - это арктангенс коэффициента трения, существующего между двумя твёрдыми телами при их скольжении одного по другому.
ΏΤΡ - это положение сухой плотной пригонки, то есть теоретическое положение полного докрепления гнездового элемента и стержневого элемента, собранных без смазки, для достижения полного расчётного радиального натяга (ОК!) между витками гнездового элемента и стержневого элемента.
ΏΚ1 - это расчётный радиальный натяг между сопряжёнными витками в положении сухой плотной пригонки.
8Ρ - это положение прилегания, то есть положение частичного докрепления, при котором зазор у гребня равен толщине слоя перекрытия и сопряжённые опорные боковые поверхности соприкасаются.
С - это ширина зазора между нагрузочными боковыми поверхностями при нахождении в положении прилегания.
Толщина стенки стержневого элемента - это размер, измеренный в радиальном направлении на середине длины свинченной резьбы от среднего диаметра резьбы стержневого элемента до отверстия этого элемента.
Толщина стенки гнездового элемента - это размер, измеренный в радиальном направлении на середине длины свинченной резьбы от среднего диаметра резьбы гнездового элемента до наружного диаметра этого элемента.
Шаг опорных поверхностей - это осевое расстояние между опорными боковыми поверхностями на протяжении одного витка резьбы.
Шаг нагрузочных поверхностей - это осевое расстояние между нагрузочными боковыми поверхностями на протяжении одного витка резьбы.
Соединение с прочностью, равной прочности основного металла - это соединение труб, которое является плотным и не разрушается при любой комбинации нагрузок, при которых впервые достигнут предел УМЕ текучести металла в любой части стержневого элемента или гнездового элемента.
КСТ - это изменение радиуса гребня стержневого элемента на один виток.
\νί.'Τ - это изменение ширины гребня стержневого элемента на один виток.
СК - это коэффициент изменения, равный КСТ/АСТ.
- 3 006187
Настоящее изобретение может быть объединено с открытой или запертой клиновидной резьбой любого типа или размера, предназначенной для различных применений, включая, но не ограничивая перечисленными ниже: обычные двусторонние муфты в виде двустороннего гнездового элемента большего диаметра, чем у трубы, ниппели с двусторонними стержневыми элементами, соединения, выполненные за одно целое, соединения труб, выполненные заподлицо, высаженные концы, наваренные концы труб, для присоединения трубы к резервуарам с толстыми стенками, для реверсивных соединений, таких как конструктивные детали, и так далее. В ряде практических применений открытая клиновидная резьба может иметь преимущества перед запертой клиновидной резьбой, такие как более простое производство и соблюдение определённых размеров, более предсказуемое положение полного докрепления и минимизация повреждений при обслуживании. В некоторых случаях запертая клиновидная резьба может способствовать обеспечению более плотного соединения благодаря предотвращению радиального разъединения сопряжённых витков, находящихся под экстремальными эксплуатационными нагрузками. Многозаходные резьбы находятся в пределах объема предлагаемого изобретения. Изобретение может быть применено путём избирательного использования многих его свойств в различных сочетаниях, которые могут быть наиболее подходящими к каким-либо особенным или общим применениям, соответствующим пунктам формулы изобретения. Формула изобретения определяет область значений коэффициента изменения, которые приводят к уплотнению между сопряжёнными резьбами при обеспечении того, что в положении полного докрепления все сопряжённые боковые поверхности находятся в плотном контакте, так что резьбовое соединение не ослабевает, зазор у гребня не слишком широк для смазки, используемой для уплотнения, и зазор у гребня не слишком узок для моментального течения смазки, но достаточен для восстановления плотности пути протечки в зазоре у гребня, который может открыться при рабочих нагрузках. Радиальная ширина сопряжённых боковых поверхностей может быть одинаковой, радиальная ширина боковых поверхностей гнездового элемента может быть больше, чем радиальная ширина боковых поверхностей стержневого элемента, или радиальная ширина боковых поверхностей стержневого элемента может быть больше, чем радиальная ширина боковых поверхностей гнездового элемента. Угол профиля резьбы может быть нулевым, положительным или отрицательным. Боковые поверхности могут выступать в радиальном направлении или быть наклонены в любую сторону.
Предлагаемые значения СВ
Во время выполнения последних этапов докрепления последними зазорами, остающимися между сопряжёнными витками соединения, соответствующего предложенному изобретению, являются зазоры у гребней, в которых удерживается и сжимается смазка, так что в положении окончательного докрепления обе группы сопряжённых боковых поверхностей заклинены в плотном контакте. Давление смазки у гребня действует в радиальном направлении на сопряжённые гребни и основания во время завершающих стадий докрепления и стремится раздвинуть их, что уменьшает крутящий момент докрепления.
(1) Когда угол профиля резьбы отрицателен, сила давления смазки, действующая радиально на гребень при достижении положения полного докрепления, умножается на коэффициент заклинивания, равный котангенсу (угол профиля резьбы/2 + угол трения), и прикладывается с направленным вдоль оси вектором в качестве опорного давления между сопряжёнными боковыми поверхностями, достаточного для создания уплотнения с толщиной Р смазки между ними и удержания их вместе без перемещений друг относительно друга, которые могут быть вызваны рабочими нагрузками.
(2) Если угол профиля резьбы положительный, то упомянутое давление смазки в зазоре гребеньоснование действует в радиальном направлении на гребни и основания навстречу силе радиального натяга во время докрепления, стремясь раздвинуть их, что уменьшает крутящий момент докрепления, и в положении полного докрепления сила радиального натяга между гнездовым элементом и стержневым элементом вызывает жёсткий контакт обоих рядов сопряжённых боковых поверхностей вследствие заклинивания, а сила радиального натяга минус сила давления смазки гребня умножается на тот же множитель и прикладывается в качестве осевого уплотнительного и воспринимающего нагрузку давления между сопряжёнными боковыми поверхностями.
(3) Если обе боковые поверхности перпендикулярны оси, то давление смазки у гребня удерживает основания и гребни на некотором расстоянии и уменьшает крутящий момент докрепления до тех пор, пока тангенциальная сила заклинивания между сопряжёнными боковыми поверхностями не остановит вращение и соединит боковые поверхности. В любом случае зазоры у гребней в конечном итоге оказываются уплотнены слоем смазки толщиной не более ΒΤΏ. Приводимые ниже вычисления, поясняющие предложенное изобретение, содержат некоторые очень малые величины, если сравнивать их с бытовыми измерениями, но они в тысячи раз больше размеров, постоянно используемых в вычислениях в нанотехнологии, и в миллиарды раз больше размеров, используемых в квантовой физике. Такие вычисления достоверны, потому что математика - наука точная.
Ниже объясняется, как определять и применять подходящее значение СВ. Когда канавка резьбы гнездового элемента, изображённая в разрезе, теоретически остаётся неподвижной, а резьба стержневого элемента отходит назад по канавке стержневого элемента из положения сухой плотной пригонки (ΌΤΡ) в положение прилегания (8Ρ), то получившееся изменение радиуса гребня стержневого элемента равно сумме расчетного радиального натяга (ΌΒΙ) и величины толщины слоя перекрытия (ΒΤΏ), а осевая длина
- 4 006187 хода боковой поверхности равна С, КСТ - это изменение радиуса на виток, УСТ - это изменение ширины резьбы на виток, так что число оборотов при отвинчивании от РТР до 8Р равно: (РК1 + ВТР)/КСТ = С/УСТ. Далее, СК = КСТ/УСТ, так что при отвинчивании СК = (РК1+ВТР)/С. Далее, после покрытия резьбы смазкой и плотного свинчивания из положения прилегания до положения плотной пригонки, образовавшееся увеличение радиуса стержневого элемента = (РК1 + ВТО - ОТ), а длина хода боковой поверхности = (С - О), так что при докреплении СК = (РК1 + ВТО - РТ)/(С - О), что равно коэффициенту изменения СК при отвинчивании, потому что СК не может изменяться между отвинчиванием и докреплением. Решение для С: С = Р(РК1 + ВРТ)/РТ; подставим О в выражение для СК при докреплении. Тогда СК = РТ/р. Максимальная ОТ = ВТО, минимальная ОТ = НТО, так что максимальное СК = МСК = ВРТ/р, а наименьшее СК = ЬСК = НРТ/р. Таким образом, величина РК1 и допуски радиусов компенсируются и не влияют на величину СК. Разница допусков на КСТ и УСТ между гнездовым элементом и стержневым элементом пренебрежимо мала, потому что точность станков с числовым программным управлением (СЫС) составляет 0,0005 см/см длины. Если необходимо получить глубину резьбы гнездового элемента или стержневого элемента, отличающуюся от другой, путем срезания верхушки размера ТО, то МСК = (ВТР-ТР)/р. Приблизительные значения величин ВТО, НТР и О для известной смазочной композиции могут быть получены так, как это описано ниже, а для неизвестных смазок могут быть определены точно контролируемыми лабораторными испытаниями: ВТО равна размеру наибольших твёрдых частиц определённого класса в смазке, определяемому с помощью сита с соответствующими отверстиями, через которые эти частицы не проходят; НТО = ВТРх(дробь, показывающую объёмную долю всех твёрдых частиц в приготовленной смазке): Р = ВТРх(дробь, показывающую объёмную долю сжимаемых частиц в приготовленной смазке). Пример: свинец, кадмий и медь - сжимаемые, а графит и минеральное масло - нет. Для обычно используемой смазки ЛР15Л2Моб: ВТР = 0,0152 см; НТР = 0,0152 см х 0,27 = 0,0041см; О = 0,0152 см х 0,1 = 0,00152 см.
При выборе величины СК внутри данного интервала может быть полезно для начала выбрать УСТ достаточно малой, так что КСТ не будет излишне высоким для СК в этом интервале. Для того, чтобы направить выбор УСТ, удобно, но не обязательно, чтобы УСТ была установлена на разумном уровне; СК следует выбрать между ЬСК и МСК; тогда КСТ = УСК/СК. Резьбы, значение СК которых немного меньше, чем ЬСК, или немного больше, чем МСК, могут временно обеспечить уплотнение, но скорее всего не будут сохранять герметичность в рабочих условиях. Обычно докрепление соединения останавливается, не достигнув положения идеального докрепления, не доходя части полного оборота, равной 2 х тангенс (угол профиля резьбы/2) х РТ/У СТ.
Докрепление. Этап А
В положении прилегания (8Р) первый зазор между боковыми поверхностями (обычно зазор между опорными боковыми поверхностями) закрыт, потому что относительное скольжение этих поверхностей сдвигает всю смазку на немалой поверхности щели и выдавливает её из первого зазора между боковыми поверхностями в зазор у гребня под очень маленьким давлением. Второй зазор между боковыми поверхностями с шириной, меньшей чем ВТР, таким образом должен начать уплотняться, и поэтому смазка удерживается от вытекания наружу вдоль винтовой линии из второго зазора между боковыми поверхностями по его большой частично уплотнённой длине, но она может легко течь в радиальном направлении на долю дюйма в более широкий зазор у гребня, где присутствует более низкое давление. По мере продвижения докрепления второй зазор между боковыми поверхностями будет уменьшаться до ширины Р, так как смазка и тонко измельчённые твёрдые частицы вытекают наружу между сжимаемыми твёрдыми частицами, спрессованными между поверхностями зазора до толщины Р. Смазка, оставшаяся между сопряжёнными боковыми поверхностями, создаст уплотнение, поскольку она надёжно плотно заклинена между боковыми поверхностями. Однако смазка толщиной Р в зазоре у гребня не может сохранять уплотнение, потому что она не заклинена плотно, но при этом подвергается тепловому, механическому воздействию и давлению текучей среды вследствие изгиба стенок, так что даже короткая случайная вибрация может вызвать относительное перемещение гребня и основания, которое может нарушить тонкий слой твёрдых частиц, создать путь для течи и вызвать протечку из-за отсутствия текучей смазки для восстановления уплотнения (залечивания) на пути протечки по гребню.
Докрепление. Этап Б.
После того, как закроется последний зазор между боковыми поверхностями, уже не будет более широких зазоров, в которые могла бы перетекать смазка из зазора у гребня, ширина которого уменьшается, таким образом для оставшихся твердых частиц смазки создаются препятствия для вытекания их наружу через длинный узкий зазор спиральной формы вследствие увеличения заторов и нарастающего уплотнения крупными частицами. Однако большая часть масла (и/или смазочного вещества) вытекла через упомянутый зазор, в то время как большая часть твёрдых частиц оказывается задержанной позади зажатых больших частиц и удерживается как уплотняющие вещества, что приводит к образованию слоя смазки толщиной между ВТР и НТО, регулируемого реализуемым значением СК, соответствующим настоящему изобретению.
Для лучшей осведомлённости и доверия пожелавших воспользоваться предлагаемым изобретением:
не существует патентов, которые относятся к соединениям с клиновидной резьбой и в которых предло- 5 006187 жены значения СК в пределах, определённых формулами автора настоящего изобретения, и даже если кто-нибудь случайно попадёт в упомянутый интервал, то без осознания особенностей СК и изучения его как преимущества, изобретение нельзя будет реализовать. Все соединения, проданные в виде серии изделий, и/или все соединения, используемые в различных известных трубопроводах, должны быть герметичны и не должны терять прочность в системах, которые должны работать безопасно и надёжно, будут ли они в нефтяной скважине, на химическом заводе, в школьном или в офисном здании, так что если только несколько соединений в системе труб имеют недостатки, то система не имеет практического значения. Например, в нефтяных или газовых скважинах существуют несколько бурильных колонн, которые отличаются диаметром, толщиной стенок и глубиной, они часто имеют разные конструкции и изготовлены из различных металлов. Кроме того, сотни соединений в каждой колонне могут быть соединениями нескольких различных типов, таким образом для комплектования скважины требуется много различных соединений труб, и если хотя бы одно подтекает или ослабло - следствием этого может быть риск повреждения, пожар, взрыв, загрязнение окружающей среды, потеря скважины и/или чрезмерные убытки. Заявитель, принимая в течение пятидесяти лет участие в конструировании изделий, изготовлении и применении соединений труб, наблюдал много ошибочных изменений изделий, вносимых людьми, которые не знали, как это изделие работает, и они непреднамеренно вносили такие изменения, что изделие не могло работать. Поэтому документ, в котором непредумышленно или случайно встречается конкретный признак, не признается порочащим новизну предложенного изобретения, разве только в таком документе этот признак также описан таким образом, что он может быть истолкован и использован специалистами в данной области в соответствии с прецедентным правом в США.
Широкие опорные боковые поверхности и большие радиусы закруглений предпочтительного варианта выполнения стали возможными благодаря относительно крутым коническим формам, предложенным автором изобретения. При опускании в гнездовой элемент стержневого элемента для их сборки опорная боковая поверхность стержневого элемента опирается на сопряжённую опорную боковую поверхность гнездового элемента для поддержания собираемого трубного соединения, и при этом стержневой элемент располагается примерно на половине пути внутри гнездового элемента, как это объяснено в патенте США № 5018771, принадлежащем автору настоящего изобретения, так что центровка соединяемых труб происходит автоматически, а непопадание в резьбу, описанное в патенте США № 5454605, не может иметь места. Значения СК, определённые, как указано выше, влияют на конусность резьбы, и в идеале конусность должна возрастать в пределах диапазона подходящих значений СК, примерно по мере возрастания толщины стенки с предотвращением чрезмерного удлинения резьбы. Диапазон значений СК, предложенный автором, допускает приемлемый выбор величины СК для данной разработки. Для предотвращения конусного заклинивания между гребнями стержневого элемента и гребнями гнездового элемента при введении стержневого элемента в гнездовой элемент предпочтительно, чтобы гребни и основания были расположены параллельно оси трубы, как это хорошо известно из практики. Различия в осевой длине шага нагрузочных боковых поверхностей и осевой длине шага опорных боковых поверхностей для данного диаметра резьбы определяют тангенциальный угол заклинивания между сопряжёнными боковыми поверхностями, и если он слишком велик, то резьбовое соединение может ослабнуть и протекать, а если он слишком мал, то соединение может застопориться слишком далеко от необходимого положения полного докрепления. Пробная величина АС'Т может быть найдена с помощью предложенной автором формулы, приведённой ниже для величины 1, а предварительные значения для осевого шага нагрузочной боковой поверхности и для осевого шага опорной боковой поверхности могут быть найдены по предложенным автором формулам соответственно для ЬР и 8Р, для их приближения к их окончательным значениям в пределах правильного интервала СК.
Ширина сопряжённых боковых поверхностей гнездового элемента и стержневого элемента может быть одинаковой или одна боковая поверхность может иметь большую радиальную ширину, чем другая. Когда ширина сопряженных боковых поверхностей одинакова, получающийся зазор у гребня гнездового элемента равен получающемуся зазору у гребня стержневого элемента. Если ширина сопряжённых боковых поверхностей не одинакова, предпочтительные величины определяют по предложенным автором формулам, приведённым ниже для 8 и В. Для минимизации воздействия местных повреждений гребня, слишком малых, чтобы их можно было заметить визуально при сборке, настоящее изобретение предлагает, чтобы ширина боковой поверхности резьбы была такого размера и имела такие допуски, чтобы ширина боковой поверхности резьбы стержневого элемента была меньше ширины боковой поверхности резьбы гнездового элемента, так что после сборки гребни стержневого элемента, которые наиболее подвержены повреждению, удерживаются на удалении от оснований гнездового элемента с предотвращением появления между ними задиров. В объем предлагаемого изобретения входит предложение, в соответствии с которым ширина боковых поверхностей резьбы гнездового элемента была меньше ширины боковых поверхностей резьбы стержневого элемента, так чтобы основания резьбы стержневого элемента удерживались на некотором расстоянии от гребней резьбы гнездового элемента, но эта характеристика защиты от повреждений будет утрачена с конфигурацией наилучшего уплотнения, что объясняется следующим образом. На конце резьбового соединения, имеющем малый диаметр, осевая длина гребня гнездового элемента клиновидной резьбы должна быть намного больше осевой длины гребня стержневого
- 6 006187 элемента, поэтому предлагаемый автором предпочтительный вариант выполнения предусматривает, что большая длина гребня гнездового элемента определяет меньшую ширину зазора, где давление текучей среды обычно наибольшее, для минимизации склонности к протечке, а также предусматривает, что меньшая длина гребня стержневого элемента определяет более широкий зазор, но не более широкий, чем величина толщины слоя перекрытия.
Для того, чтобы изготовить гнездовой элемент и стержневой элемент, соответствующие друг другу в их периферических частях, рекомендуется заданная величина радиального натяга между витками гнездового элемента и стержневого элемента, достаточного для создания оптимального растягивающего окружного напряжения в гнездовом элементе и оптимального сжимающего окружного напряжения в стержневом элементе. Если при докреплении окружное напряжение окажется чрезмерным, то допустимое значение внутреннего давления текучей среды для гнездового элемента и допустимое значение осевой нагрузки для стержневого элемента могут быть понижены, так как указанные напряжения складываются с окружными и осевыми напряжениями, создаваемыми давлением текучей среды и осевыми нагрузками. Поэтому в качестве необязательной особенности настоящего изобретения предполагается, что предпочтительный диаметральный натяг между сопряжёнными витками гнездового элемента и стержневого элемента должен приблизительно равняться 1/5 от Θ.Ό. трубы, умноженного на значение предела текучести материала трубы и делённого на модуль упругости материала трубы. Для достижения наилучших эксплуатационных характеристик, натяг должен присутствовать по всей длине спиральной линии резьбы между обоими концами соединенной резьбы, а напряжение от натяга следует учитывать при точном определении допусков на диаметр и конусность. Такой регулируемый натяг сделает возможным работу с качественными показателями вблизи максимальных, а также снизит тенденции боковых поверхностей клиновидной резьбы к преждевременному зацеплению.
При крайних эксплуатационных требованиях или в связи с тем, что этого требуют расчёты заказчика, в качестве дополнения к уплотнению, создаваемому резьбой, вблизи любого конца или обоих концов соединенной резьбы может быть предусмотрено уплотнение металл-металл. Такая уплотняющая поверхность, расположенная вблизи конца стержневого элемента и взаимодействующая с сопряжённой уплотняющей поверхностью, образованной внутри гнездового элемента вблизи конца с малым диаметром резьбы, уменьшает диаметр уплотнения от воздействия внутреннего давления текучей среды и поэтому уменьшает нагрузку на соединение как от осевого, так и от окружного давления текучей среды. Может возникнуть необходимость в создании уплотнения металл-металл вблизи конца сопряжённой резьбы с наибольшим диаметром путём создания поверхности на внутреннем диаметре гнездового элемента вблизи его торца, взаимодействующей с сопряжённой уплотняющей поверхностью, образованной вокруг стержневого элемента вблизи конца, на котором диаметр резьбы стержневого элемента является наибольшим. Такое наружное уплотнение обеспечит максимальное сопротивление внешнему давлению текучей среды и также может потребоваться в некоторых случаях для предотвращения наружной коррозии резьбы. Когда такие уплотнения требуются в соединениях, выполненных заподлицо, утрачивается толщина стенки, необходимая для контактной кромки уплотнения и служащая для механического упрочнения соединения, однако при использовании обжима в технологическом процессе, описанном в принадлежащем автору патенте США № 5516158, выполненное почти заподлицо соединение с прочностью, равной прочности основного материала, может быть получено по цене много меньшей, чем цена для получения соединений с высаженными концами или выполненных полностью обжатыми. Другая дополнительная особенность предлагаемого изобретения, относящаяся к увеличению прочности соединения, его способности уплотняться и его стоимости, состоит в возможности практического сведения к минимуму величины осевой протяжённости сопряженной резьбы и длины гребней и в максимизации числа витков резьбы в пределах длины резьбового соединения, что достигается приданием наименьшей осевой длины гребню первого витка резьбы стержневого элемента, которая по существу должна быть равна наименьшей осевой длине гребня первого витка резьбы гнездового элемента. Приведённые ниже формулы для среднего значения осевого шага винтовой линии, обозначенного А, позволят будущим разработчикам определить такие величины для соединений любых размеров. Затем, основываясь на величине А, по приведённым ниже предложенным автором формулам для 8Е и ЬЕ могут быть найдены соответственно длина шага опорных боковых поверхностей и длина шага нагрузочных боковых поверхностей. Таким образом можно избежать изготовления других, технически невыполнимых, расточительных и/или рискованных изделий.
Для создания резьбового уплотнения ширина зазора, присутствующего между гребнями и основаниями после заклинивания сопряженных боковых поверхностей в плотном контакте, не должна превышать величину толщины слоя перекрытия. В предпочтительном варианте выполнения предлагаемого изобретения ширина этого зазора регулируется радиальной шириной опорных боковых поверхностей и радиальной шириной нагрузочных боковых поверхностей и поддержанием упомянутого выше радиального натяга между стержневым и гнездовым элементами. Это легко сказать, что гребни стержневого элемента соприкасаются с основаниями резьбы гнездового элемента точно в тот момент, когда гребни резьбы гнездового элемента соприкасаются с основаниями резьбы стержневого элемента, но допуски при механической обработке препятствуют не только этому, но даже приближению к таким идеализирован- 7 006187 ным условиям, которые были бы чрезвычайно дорогостоящими для изготовления трубных соединений. Поэтому для резьбы, пригодной для создания плотных соединений в том смысле, как это пояснено выше, должна быть определена максимальная ширина зазора, которая не должна превышаться на практике. В согласии с обычной производственной практикой, планируемая ширина зазора предпочтительно, но не обязательно, лежит посередине между ΒΤΌ и ΗΤΌ.
Другая дополнительная особенность предлагаемого изобретения объясняется следующим образом. Когда клиновидная резьба с нулевым углом профиля резьбы на обоих сопряженных элементах плотно заклинена, отсутствует тенденция выталкивания витков из сопряжённых с ними углублений при чрезмерном крутящем моменте. Радиальный натяг в клиновидной резьбе вызывается натягом между основаниями и гребнями до приложения окончательного крутящего момента и независимо от его величины, что может случаться только тогда, когда сопряжённые боковые поверхности заклиниваются. Существуют рабочие применения для открытой клиновидной резьбы, не требующие максимального сопротивления крутящему моменту, которое могут обеспечить предшествующие описанные автором варианты выполнения, и для них следующий предлагаемый на выбор вариант выполнения имеет некоторые преимущества, такие как улучшение геометрии инструмента для нарезания резьбы в некоторых случаях, так что боковые поверхности могут быть выполнены с углом профиля резьбы, превышающим удвоенный угол трения. Осевая заклинивающая сила на боковых поверхностях, вызванная крутящим моментом докрепления, во много раз больше силы натяга между основаниями и гребнями из-за очень малой величины угла профиля резьбы между боковыми поверхностями, проходящими по спирали. Радиальный вектор осевой силы между сопряжёнными боковыми поверхностями равен заклинивающей силе, умноженной на тангенс (угол профиля резьбы /2 - угол трения). Поэтому очевидно, что такая сила отсутствует, если угол профиля резьбы не превосходит удвоенный угол трения между боковыми поверхностями, однако, может случиться преждевременное заклинивание, когда под действием натяга сопряжённые витки, угол профиля резьбы которых меньше удвоенного угла трения, прижаты друг к другу. Если необходимо, чтобы положительный угол профиля резьбы превышал удвоенный угол трения, то до начала применения такого угла профиля резьбы инженерный расчёт должен сначала подтвердить, что стенки гнездового элемента и стержневого элемента достаточно прочны, чтобы выдержать такое усилие без перегрузки. Угол профиля резьбы, равный нулю, предпочтителен в смысле устранения любой связи с такой тенденцией разъединения резьбы, но клиновидная резьба, имеющая положительные или отрицательные углы профиля резьбы, очевидно, входит в объем предлагаемого изобретения. При изготовлении в соответствии с предлагаемым изобретением запертой или открытой клиновидной резьбы предпочтительно, но не обязательно, чтобы угол профиля резьбы по абсолютной величине превышал удвоенный угол трения для используемой смазки для предотвращения преждевременного заклинивания резьбы.
Когда данное резьбовое соединение должно использоваться в соответствии с предлагаемым изобретением, следует иметь в распоряжении подходящую трубную смазку, имеющую как большие, так и маленькие твёрдые частицы, подходящие для уплотнения и смазывания резьбы. Такая смазка должна иметь большие твёрдые деформируемые частицы, ширина которых не меньше самого широкого зазора между основанием и гребнем, который может быть образован между собранными витками и общий объем которого больше 1/200 объема смазки для того, чтобы существенно уплотнить зазор основание-гребень, но меньше 1/20 объема смазки для того, чтобы предотвратить запирание избыточного количества частиц между сопряжёнными боковыми поверхностями и таким образом предотвратить зацепление сопряженных боковых поверхности в плотном контакте, что, в свою очередь, может привести к ослаблению соединения и его протеканию после установки на место работы. Для предупреждения чрезмерного захвата твёрдых частиц любого размера между сопряжёнными витками отношение объёма всех твёрдых частиц к объёму смазки не должно превышать отношения минимального зазора между основанием и гребнем к максимальному зазору между основанием и гребнем, которые могут быть образованы между сопряжёнными витками.
Таким образом теперь ясно, что предлагаемое изобретение показывает, как обеспечить по разумной цене высокопрочное трубное соединение с клиновидной резьбой, которое можно легко и многократно собирать почти до требуемого положения полного докрепления с крутящим моментом, находящимся в широком диапазоне, с тем чтобы создать и поддерживать уплотнение для газа и/или жидкостей, находящихся под высоким давлением, и одновременно предотвращать ослабление соединений в рабочих условиях, которое также может восстанавливать свои уплотнения у гребня, даже когда соединение находится под предельными рабочими нагрузками, такими как случайные вибрации, механические нагрузки, давления текучих сред и/или изменения температуры.
Предпочтительные размеры для предложенной автором клиновидной резьбы, не представленные выше в описании уровня техники, могут быть определены по приведённым ниже формулам, однако при этом имеется в виду, что объем предлагаемого изобретения этим не ограничивается.
Ο.Ό. - наружный диаметр трубы.
Ό - расчётное значение Ο.Ό. трубы, равное среднему значению диаметра в пределах допусков Ο.Ό.
для концов трубы.
Ρ.Ό. - средний диаметр резьбы, какой обычно используют в технике и производстве.
- 8 006187
ВЬ - требуемое значение Ρ.Ό. резьбы гнездового элемента при наибольшем диаметре резьбового соединения.
В 8 - требуемое значение Ρ.Ό. резьбы гнездового элемента при наименьшем диаметре резьбового соединения.
Т - конусность резьбы, то есть изменение диаметра на осевую длину.
Ь - длина резьбового соединения, равная (ВЬ-В8)/Т.
- разность осевого шага нагрузочной боковой поверхности и осевого шага опорной боковой поверхности, равная 0,0063+Ό/2800 см = ΑΝ8Ι ВС5 Готовая, не доходя одного витка до положения полного докрепления.
V - радиальная ширина нагрузочной боковой поверхности резьбы стержневого элемента <ΐ/6< осевой длины гребня первого витка.
А - среднее значение осевого шага = ν+(ν2+ΓΕ)0,5.
ЬГ - осевой шаг нагрузочной боковой поверхности, равный Α+1/2.
8Р - осевой шаг опорной боковой поверхности, равный Α-1/2.
N - число витков резьбы, равное Ь/Α.
- радиальная ширина опорной боковой поверхности стержневого элемента, равная \ν+Α·Τ/2.
В - радиальная ширина нагрузочной боковой поверхности гнездового элемента, равная ν+0,008 см.
С - радиальная ширина опорной боковой поверхности гнездового элемента, равная 8+0,008 см. Υ-удельный предел текучести материала соединения.
Е - модуль упругости материала соединения.
М - предпочтительный натяг в резьбе на диаметре, равный 0,2·Ό·Υ/Ε.
Ρ8 - значение ΡΌ резьбы стержневого элемента на конце резьбового соединения с малым диаметром, равное В8+М.
ΡΕ - значение ΡΌ резьбы стержневого элемента на конце резьбового соединения с большим диаметром, равное ВЬ+М.
РВ - внутренний диаметр гнездового элемента.
ΡΒ - коэффициент Пуассона для материала трубы.
В - отношение толщины стенки гнездового элемента к толщине стенки стержневого элемента. ВС8 - предел напряжения при осевом сжатии гнездового элемента, равный Μ·Ε/[ΡΚ.·Ό·(Κ+1)].
ΡΤ8 - предел напряжения при осевом растяжении стержневого элемента, равный К/ВС8.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 изображает часть поперечного сечения гнездового и стержневого элементов соединения в положении, когда стержневой элемент вставлен в гнездовой элемент;
фиг. 2 - соединение, показанное на фиг. 1, в положении полного докрепления;
фиг. 3 изображает в увеличенном масштабе часть разреза резьбы, показанной на фиг. 1;
фиг. 4 - часть разреза другого варианта выполнения, в котором используется соединение с двусторонним стержневым элементом;
фиг. 5 - часть разреза, где показано изменение углов боковой поверхности;
фиг. 6 - часть разреза, где показано другое изменение углов боковой поверхности;
фиг. 7 - разрез обжатых стержневого и гнездового элементов после сборки;
фиг. 8 - часть разреза соединения, образованного цилиндрической открытой клиновидной резьбой;
фиг. 9 - часть фиг. 2, изображает величину толщины слоя перекрытия по ширине зазора у гребня стержневого элемента;
фиг. 10, представляющая собой часть фиг. 2, изображает величину толщины слоя перекрытия по ширине зазора у гребня гнездового элемента.
Лучший способ выполнения изобретения
Фиг. 1 изображает стержневой элемент (1) в положении, когда он вставлен в гнездовой элемент (2) таким образом, что имеющая геликоидальную форму опорная боковая поверхность (3) резьбы стержневого элемента и вес образованного соединения труб поддерживается опорной боковой поверхностью (4) резьбы гнездового элемента, имеющей геликоидальную форму. Нагрузочная поверхность (5) стержневого элемента и нагрузочная поверхность (6) гнездового элемента при этом не касаются друг друга. Такое положение достигается путем опускания стержневого элемента в гнездовой элемент без вращения, при этом витки резьбы стержневого элемента проходят вниз мимо витков резьбы гнездового элемента до тех пор, пока опорные боковые поверхности всех витков резьбы стержневого элемента не упрутся в опорные боковые поверхности витков резьбы гнездового элемента, диаметр которых слишком мал, чтобы мимо них проходил стержневой элемент, так что опорные боковые поверхности резьбы стержневого элемента опираются на опорные боковые поверхности резьбы гнездового элемента, а гребень (7) резьбы стержневого элемента находится на одной горизонтали с основанием (8) витка резьбы гнездового элемента. И гребни, и основания предпочтительно выполнены параллельно оси соединения для предотвращения заклинивания при введении конца верхней трубы в гнездовой элемент нижней, а также для того, чтобы обеспечить большую ширину опорной боковой поверхности. Осевая длина (9) и диаметр (10) гребня
- 9 006187 резьбы стержневого элемента резьбового соединения являются наименьшими в нижней начальной части и постепенно возрастают до максимальной осевой длины (11) и максимального диаметра (12) на их верхних концах. Во вставленном положении осевая длина (13) основания (14) резьбы гнездового элемента на постоянную величину длиннее осевой длины (9) смежного гребня (7) стержневого элемента резьбового соединения, так что при вращении стержневого элемента для докрепления соединения происходит проскальзывание опорных боковых поверхностей, и гребень резьбы стержневого элемента перемещается по спирали вниз в наружном направлении к основанию резьбы гнездового элемента в положение полного докрепления, проиллюстрированное на фиг. 2, при этом боковые поверхности резьбы стержневого элемента вклиниваются между боковыми поверхностями резьбы гнездового элемента, так как при этом осевая длина (9) гребня резьбы стержневого элемента и осевая длина (13) смежного основания резьбы гнездового элемента становятся, по существу, одинаковыми, и нагрузочная боковая сторона (5) стержневого элемента упирается в нагрузочную боковую поверхность (6) гнездового элемента со слоем смазки толщиной Р между ними, что останавливает вращение в необходимом положении полного докрепления. До того, как произойдёт упомянутое вклинивание, смазка удерживается и спрессовывается между всеми основаниями и гребнями и во втором зазоре между боковыми поверхностями, а между основанием (20) резьбы стержневого элемента и гребнем (21) резьбы гнездового элемента возникает радиальный натяг, постепенно нарастающий благодаря сжатой между ними смазке, и ширина зазора (22), образованного между гребнем (7) стержневого элемента и основанием (8) резьбы гнездового элемента, как изображено на фиг. 9, становится не более ΒΌΤ, при этом ширина обоих зазоров лежит в интервале между ΗΤΌ и ΒΤΌ, так как СВ соответствует предлагаемому изобретению. Радиальной ширине опорных и нагрузочных боковых поверхностей как гнездового элемента, так и стержневого элемента приданы такие размеры и они имеют такие допуски, что ширина зазора (22), изображённого на фиг. 9 в положении полного докрепления, по величине не более толщины слоя перекрытия. Гребень может иметь срезанную верхушку, так что глубина резьбы гнездового элемента или стержневого элемента может быть меньше глубины резьбы сопряжённого элемента.
Как видно на фиг. 2, на середине длины резьбового зацепления (23) толщина гнездового элемента измеряется в радиальном направлении между средним диаметром резьбы и ΘΌ гнездового элемента, как показано номером (24) позиции, а толщина стержневого элемента измеряется в радиальном направлении между средним диаметром резьбы и ΙΌ стержневого элемента, как показано номером (25) позиции. В необходимых местах может быть образован осевой зазор, как показано номерами (26) и (27) позиций, для того, чтобы сделать менее строгими допуски на длину концов с одновременным обеспечением предотвращения упора плечиков друг в друга раньше, чем боковые поверхности плотно заклинятся.
Хотя соединение с клиновидной резьбой, выполненное в соответствии с предлагаемым изобретением, является непроницаемым для газов высокого давления, но если потребитель предъявляет особые требования, или когда необходимо минимизировать нагрузку от давления текучей среды, то могут быть выборочно выполнены сопряжённые поверхности уплотнения металл-металл, как показано номерами (28) и (29) позиций на фиг. 2 или номерами (93) и (97) позиций на фиг. 7, или аналогично варианту выполнения, изображённому на фиг. 4. Такие уплотнения могут иметь цилиндрические или конические поверхности, причем поверхность (93) стержневого элемента на фиг. 7 выполнена с немного большим диаметром, чем сопряжённая с ней уплотняющая поверхность (95) гнездового элемента, с обеспечением создания тугой посадки после сборки. Точно также поверхность (97) стержневого элемента может иметь несколько больший диаметр, чем сопряжённая с ней поверхность (98) гнездового элемента. Радиальные уплотнительные поверхности, как показано номерами (26) и (27) позиций в гнездовом элементе и на стержневом элементе, которые создают уплотнение при их контакте, также входят в объем настоящего изобретения, однако при этом необходимы более строгие допуски.
Фиг. 3 в увеличенном масштабе подробно изображает форму резьбы стержневого элемента в виде вогнутостей (30) больших радиусов, соединяющих основание с боковыми поверхностями, и аналогичные радиусы (31) в гнездовом элементе, которые обычно, но не обязательно, достигают примерно 15% ширины опорной боковой поверхности в радиальном направлении для одновременного снижения концентрации напряжений и значительного уменьшения повреждений при переборке, перевозке, хранении и сборке по сравнению с восприимчивостью к повреждению клиновидной резьбы с острыми углами. Резьбы, изготовленные в соответствии с фиг. 3, при введении конца верхней трубы в гнездовой элемент нижней также обеспечивают надёжную поддержку трубного соединения благодаря контакту опорных боковых поверхностей, как показано под номером (34) позиции, во избежание утомительной ручной работы, требующейся при сборке обычных соединений с клиновидной резьбой, описанных в патенте США № 5454605, а также они обеспечивают осевое выравнивание и центровку соединения при автоматическом совпадении гребней стержневого элемента с более длинными основаниями резьбы гнездового элемента, способствуя правильной сборке, необходимой для обеспечения надёжного соединения. Угол (35) профиля резьбы может быть отрицательным или положительным или может составлять ноль градусов. Если абсолютная величина угла профиля резьбы меньше удвоенного угла трения, но не равна нулю, то боковые поверхности могут застопориться преждевременно, не достигнув требуемого положения полного докрепления. Угол трения для смазки ΑΡΙ5Α2 Модифицированная составляет 1,2°. Для того, чтобы из- 10 006187 бежать проблем, вызываемых высыханием смазки, как при повышении температуры, которое снижает её смазочные свойства, предпочтительно, чтобы угол профиля резьбы не менее чем вчетверо превышал угол трения, способствуя в дальнейшем лёгкой разборке.
Если для повышения точности размеров и снижения стоимости производства и проверки соединения нагрузочные боковые поверхности выполнены параллельно опорным боковым поверхностям, так что угол (35) профиля резьбы на фиг. 3 равен нулю, то создание соединения с клиновидной резьбой по приемлемой цене к настоящему времени недоступно. Для общего применения обе боковые поверхности предпочтительно, но не обязательно, выполнены под углом 90° к оси. Например, когда толщина (24) стенки гнездового элемента и толщина (25) стенки стержневого элемента по своим размерам достаточно близки, тогда при докреплении соединения гнездовой элемент и стержневой элемент одинаково сжимаются и растягиваются, а при приложенной нагрузке нет необходимости в запасе по радиальной удерживающей прочности трубчатых элементов с образованной на них резьбой для предотвращения разъединения сопряжённых витков, что в свою очередь повлечёт возможность протечки и/или выброса.
Если же разница в толщине гнездового и стержневого элементов чрезвычайно велика, а осевая нагрузка так близка к номинальной, что радиальный натяг резьбы в элементе с более тонкой стенкой будет преодолен радиальной силой, вызывающей различную диаметральную деформацию, то опорные боковые поверхности (50), (51) и нагрузочные боковые поверхности (52), (53) могут быть наклонены вверх по отношению к оси, как на фиг. 5, когда силы растяжения имеют наибольшее значение в данном применении, или опорные боковые поверхности (60), (61) и нагрузочные боковые поверхности (62), (63) могут быть наклонены вниз по отношению к оси на фиг. 6, когда сжимающие нагрузки имеют наибольшее значение для другого применения. И в том, и в другом случае они должны быть наклонены на угол, достаточный для противостояния радиальным механическим силам, которые в противном случае приведут к различным деформациям и поэтому помешают разделению сопряжённых витков. В соединениях с различной толщиной стенок гнездового элемента и стержневого элемента при приложении больших растягивающих и сжимающих усилий наилучшим образом служат отрицательные углы обеих боковых поверхностей.
Хотя для общего применения предпочтительная величина угла (35) профиля резьбы равна нулю, положительный угол может наилучшим образом служить в некоторых случаях, таких как улучшение геометрии инструмента для нарезания резьбы или для производства на станках, не обладающих полной гибкостью современных резьбонарезных станков. При положительном угле профиля резьбы тенденция сил, возникающих при заклинивании, к выталкиванию витков из сопряжённых с ними канавок прямо пропорциональна тангенсу (угол профиля резьбы/2 - угол трения). Поэтому в таком случае толщина обеих стенок - и гнездового элемента, и стержневого элемента - должна обязательно обеспечить запас удерживающих сил, больших, чем выталкивающая сила, для того, чтобы предотвратить указанное разделение и противостоять всем другим действующим нагрузкам, когда нет перенапряжений стенок труб, на которых создана резьба.
Фиг. 10 изображает центральную часть показанного на фиг. 2 соединения, но относящегося к варианту выполнения, альтернативному варианту, приведённому на фиг. 9; при этом на фиг. 10 гребни стержневого элемента и основания резьбы гнездового элемента соединены с натягом после докрепления, а между основаниями резьбы стержневого элемента и гребнями резьбы гнездовой детали образован зазор (36), ширина которого не более толщины слоя перекрытия. Этот вариант может использоваться там, где не требуются преимущества предупреждения повреждений, объяснённые применительно к варианту выполнения, изображённому на фиг. 9.
Представленное изобретение указывает на важность и пользу подходящего коэффициента СВ изменения для предотвращения ослабления и протекания соединения с клинообразной резьбой даже после воздействия на него впоследствии рабочих нагрузок, например очень сильных кратковременных вибраций, случайных ударов и изменений температуры.
В приведенном ниже примере используется смазка ΑΡΙ5Α2 Модифицированная, но он может применяться с любой смазкой для резьбы после определения значений ΒΤΌ, ΗΤΌ и О для этой смазки. Максимальное значение СВ = МСВ = ΒΤΩ/Ο = 0,0152см / 0,00152см = 10, а наименьшее значение СВ = ЬСВ = ΗΤΌ/О = 0,00406см / 0,00152см = 2,67, что устанавливает область значений СВ от 2,67 до 10. Используя предлагаемую автором формулу для идеального \νί.'Τ. можно выбрать величину \νί.'Τ. и затем, опираясь на условия применения, конструктор легко может выбрать значение СВ в пределах диапазона и знать, что разработанное им соединение будет плотным, не ослабнет и не потечёт после воздействия на него рабочих нагрузок.
Claims (23)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Резьбовое соединение труб, собираемое с использованием смазки, имеющее гнездовой элемент (2) и стержневой элемент (1), имеющие конусную сопряжённую клиновидную резьбу, в которой витки гнездового элемента имеют гребни (21), основания (8), опорные боковые поверхности (4) и нагрузочные боковые поверхности (6), а витки стержневого элемента имеют гребни (7), основания (20), опорные бо- 11 006187 ковые поверхности (3) и нагрузочные боковые поверхности (5), угол (35) профиля резьбы, измеренный в зазоре между боковыми поверхностями, при этом резьба имеет первую осевую ширину гребня, как показано номером (17) позиции, соответствующую первому радиусу (18), вторую осевую ширину гребня, как показано номером (54) позиции, которая соответствует второму радиусу (55) и которая отнесена от указанной первой ширины на один виток резьбы, величину толщины слоя перекрытия, которая является шириной наибольшего зазора, который может уплотнить смазка между сопряжёнными витками, и наименьшую величину толщины слоя, до которой может быть сжата смазка между сопряжёнными витками, причем разность между первым радиусом гребня и вторым радиусом гребня является первым параметром, разность между первой шириной гребня и второй шириной гребня является вторым параметром, а частное от деления первого параметра на второй параметр является коэффициентом изменения, который не превышает коэффициент, полученный при делении величины толщины слоя перекрытия на указанную наименьшую величину толщины слоя.
- 2. Резьбовое соединение по п.1, в котором наименьшей шириной зазора, при которой смазка может протекать в этом зазоре для залечивания течи, является величина толщины залечивающего слоя, при этом указанный коэффициент изменения больше коэффициента, полученного делением величины толщины залечивающего слоя на указанную наименьшую величину толщины слоя.
- 3. Резьбовое соединение по п.1, в котором угол (35) профиля резьбы является отрицательным.
- 4. Резьбовое соединение по п.1, в котором угол (35) профиля резьбы не меньше нуля градусов.
- 5. Резьбовое соединение по п.1, в котором абсолютная величина угла (35) профиля резьбы превышает удвоенный угол трения, действующего между сопряжёнными боковыми поверхностями.
- 6. Резьбовое соединение по п.1, в котором абсолютная величина угла (35) профиля резьбы не превышает удвоенный угол трения, действующего между сопряжёнными витками резьбы.
- 7. Резьбовое соединение по п.1, в котором угол (35) профиля резьбы является положительным и превышает удвоенный угол трения, действующего между сопряжёнными витками резьбы.
- 8. Резьбовое соединение по п.7, в котором после докрепления соединения сопряжённые боковые поверхности воздействуют друг на друга с заклинивающей силой, имеющей осевую составляющую и радиальную составляющую, при этом стенка (24) гнездового элемента и стенка (25) стержневого элемента обладают значительным запасом прочности сверх прочности, необходимой для того, чтобы выдержать крутящий момент докрепления и все рабочие нагрузки без нагружения этих стенок выше предельного расчётного напряжения, причем запас прочности достаточен для предотвращения отделения сопряжённых витков резьбы, вызываемого заклинивающей силой.
- 9. Резьбовое соединение по п.1, в котором диаметры оснований (8) гнездового элемента и гребней (7) стержневого элемента имеют такие размеры, что перед достижением положения полного докрепления в ходе выполнения докрепления возникает возрастающая радиальная сила, создаваемая остаточной смазкой между основанием (20) стержневого элемента и гребнем (21) гнездового элемента и достаточная для установления такого радиального натяга между гнездовым элементом и стержневым элементом, что в положении полного докрепления между витками гнездового элемента и стержневого элемента существует радиальный натяг требуемой величины с обеспечением поддержания их интерференции друг с другом, так что между гребнем (9) стержневого элемента и основанием (13) гнездового элемента имеется зазор, по величине не превышающий величину толщины слоя перекрытия и при этом заполненный смазкой.
- 10. Резьбовое соединение по п.1, в котором диаметры оснований (20) стержневого элемента и гребней (21) гнездового элемента имеют такие размеры, что перед достижением положения полного докрепления в ходе создания докрепления возникает возрастающая радиальная сила, передаваемая через смазку, зажатую между основанием (8) гнездового элемента и гребнем (7) стержневого элемента, и достаточная для установления такого радиального натяга между гнездовым элементом и стержневым элементом, что в положении полного докрепления между витками гнездового элемента и стержневого элемента существует радиальный натяг требуемой величины с обеспечением поддержания их интерференции друг с другом, так что между гребнем (21) гнездового элемента и основанием (20) стержневого элемента имеется зазор, по величине не превышающий величину толщины слоя перекрытия и при этом заполненный смазкой.
- 11. Резьбовое соединение по п.1, в котором после его докрепления между сопряжёнными витками имеется радиальный натяг требуемой величины, присутствующий по существу по всей длине резьбового зацепления.
- 12. Резьбовое соединение по п.1, которое имеет такие размеры, что в нем может использоваться резьбовая смазка ΑΡΙ5Α2 Модифицированная, так что величина коэффициента изменения больше, чем 2,67 и меньше, чем 10.
- 13. Резьбовое соединение по п.1, в котором сопряжённая клиновидная резьба имеет заданную осевую длину зацепления, витки имеют опорную боковую поверхность с осевой длиной шага и нагрузочную боковую поверхность с осевой длиной шага, при этом наименьшая осевая длина (9) гребня (10) стержневого элемента имеет по существу такую же величину, что и наименьшая осевая длина гребня (16) гнездового элемента с обеспечением максимального количества витков резьбы в пределах требуемой- 12 006187 длины резьбового зацепления для указанной наименьшей осевой длины гребня.
- 14. Резьбовое соединение по п.1, в котором витки имеют опорную боковую поверхность с осевой длиной шага и нагрузочную боковую поверхность с осевой длиной шага, при этом разность осевой длины шага нагрузочной боковой поверхности (5) и осевой длины шага опорной боковой поверхности (3) по существу равна сумме 0,0064 см и произведения, полученного умножением числа 0,00036 на наружный диаметр трубы, измеренный в см.
- 15. Резьбовое соединение по п.1, в котором все гребни и основания расположены параллельно его оси.
- 16. Резьбовое соединение по п.1, в котором радиальная ширина боковых поверхностей гнездового элемента отличается по величине от радиальной ширины сопряжённых боковых поверхностей стержневого элемента на величину, не превышающую величину толщины слоя перекрытия, так что после сборки отсутствуют зазоры у гребня, превышающие величину толщины слоя перекрытия.
- 17. Резьбовое соединение по п.1, в котором осевая длина шага опорных боковых поверхностей (4) является постоянной, осевая длина шага нагрузочных боковых поверхностей (6) является постоянной и превышает по величине осевую длину шага опорной боковой поверхности, при этом средняя осевая длина шага равна математическому среднему значению осевых длин шага опорной боковой поверхности и шага нагрузочной боковой поверхности, наименьшая осевая длина (9) гребня резьбы в начале первого витка (10) резьбы является первой величиной, а разность осевой длины шага нагрузочной боковой поверхности и осевой длины шага опорной боковой поверхности является второй величиной, причем указанная средняя осевая длина шага по существу равна по величине числу, полученному при сложении квадрата указанной первой величины с указанной второй величиной, умноженной на длину резьбового зацепления, возведении полученной суммы в степень 0,5 и сложении результата с указанной первой величиной.
- 18. Резьбовое соединение по п.17, в котором осевая длина шага нагрузочной боковой поверхности по существу равна сумме указанной средней осевой длины шага и половины указанной второй величины, а осевая длина шага опорной боковой поверхности по существу равна разности средней осевой длины шага и половины второй величины.
- 19. Резьбовое соединение по п.1, в котором стержневой элемент имеет наружную уплотняющую поверхность (97), выполненную вокруг его периферии смежно с концом резьбы с малым диаметром с обеспечением ее взаимодействия с сопряжённой уплотняющей поверхностью (98), выполненной в сопряжённом гнездовом элементе смежно с концом резьбы с малым диаметром, с обеспечением создания уплотнения металл-металл от воздействия давления текучей среды изнутри соединения после его сборки.
- 20. Резьбовое соединение по п.1, в котором стержневой элемент имеет наружную уплотняющую поверхность (93), выполненную вокруг его периферии смежно с концом резьбы с большим диаметром с обеспечением ее взаимодействия с сопряжённой уплотняющей поверхностью (95), выполненной в сопряжённом гнездовом элементе смежно с концом резьбы с большим диаметром, с обеспечением создания уплотнения металл-металл от воздействия давления текучей среды снаружи соединения после его сборки.
- 21. Смазка для резьбы, предназначенная для использования в соединении по п.1, состоящая из жироподобного материала, смешанного с твёрдыми частицами, и подходящая для создания уплотнения и смазки между сопряжёнными витками резьбы гнездового элемента и стержневого элемента, причем часть твёрдых частиц является сжимаемыми частицами, ширина которых не меньше величины толщины слоя перекрытия.
- 22. Смазка по п.21, в которой сжимаемые твёрдые частицы составляют не более 1/20 части и не менее 1/200 части от объёма смазки.
- 23. Смазка для резьбы, предназначенная для использования в соединении по п.1, состоящая из жироподобного материала, смешанного с твёрдыми частицами и подходящая для создания уплотнения и смазки между сопряженными витками резьбы гнездового элемента и стержневого элемента, причем частное от деления полного объёма всех твёрдых частиц смазки на полный объём смазки представляет собой объёмный коэффициент, который при умножении на величину толщины слоя перекрытия не превышает наименьшую ширину зазора, до которой может быть сжата смазка между сопряжёнными витками.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US10/092,173 US20020117856A1 (en) | 1999-10-20 | 2002-03-06 | Wedgethread pipe connection |
US10/254,817 US6682101B2 (en) | 2002-03-06 | 2002-09-25 | Wedgethread pipe connection |
PCT/US2003/006443 WO2003076837A2 (en) | 2002-03-06 | 2003-03-03 | Wedgethread pipe connection |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA200401063A1 EA200401063A1 (ru) | 2005-04-28 |
EA006187B1 true EA006187B1 (ru) | 2005-10-27 |
Family
ID=27807225
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA200401063A EA006187B1 (ru) | 2002-03-06 | 2003-03-03 | Соединение труб с клиновидной резьбой |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6682101B2 (ru) |
EP (1) | EP1488153A4 (ru) |
KR (1) | KR20040093105A (ru) |
CN (1) | CN100339634C (ru) |
AP (1) | AP2004003115A0 (ru) |
AU (1) | AU2003219985A1 (ru) |
BR (1) | BR0308131A (ru) |
CA (1) | CA2477335A1 (ru) |
EA (1) | EA006187B1 (ru) |
HK (1) | HK1079838B (ru) |
MX (1) | MXPA04008619A (ru) |
NO (1) | NO20044103L (ru) |
WO (1) | WO2003076837A2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607560C2 (ru) * | 2012-09-13 | 2017-01-10 | ЛОНГЙЕАР ТиЭм, ИНК. | Компоненты бурильной колонны, имеющие многозаходные резьбовые соединения |
RU2796572C1 (ru) * | 2019-12-13 | 2023-05-25 | Валлурек Ойл Энд Гес Франс | Резьбовое соединение и его применение |
US12066130B2 (en) | 2019-12-13 | 2024-08-20 | Vallourec Oil And Gas France | Threaded connection partially in a self-locking engagement with an external shoulder capable to resist elevated torque |
Families Citing this family (51)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB0215668D0 (en) * | 2002-07-06 | 2002-08-14 | Weatherford Lamb | Coupling tubulars |
GB0222321D0 (en) * | 2002-09-25 | 2002-10-30 | Weatherford Lamb | Expandable connection |
US7887103B2 (en) | 2003-05-22 | 2011-02-15 | Watherford/Lamb, Inc. | Energizing seal for expandable connections |
GB0311721D0 (en) * | 2003-05-22 | 2003-06-25 | Weatherford Lamb | Tubing connector |
US7380840B2 (en) * | 2004-10-26 | 2008-06-03 | Hydril Company | Expandable threaded connection |
US7578039B2 (en) * | 2004-11-05 | 2009-08-25 | Hydril Llc | Dope relief method for wedge thread connections |
US7575255B2 (en) | 2004-12-30 | 2009-08-18 | Hydril Llc | Wedge thread with high-angle metal seal |
US7527304B2 (en) * | 2004-12-30 | 2009-05-05 | Hydril Llc | Floating wedge thread for tubular connection |
US7717478B2 (en) * | 2006-08-29 | 2010-05-18 | Hydril Llc | Scalloped wedge threads |
US7458616B2 (en) * | 2004-12-30 | 2008-12-02 | Hydril Company | Threads with perturbations |
US7243957B2 (en) * | 2004-12-30 | 2007-07-17 | Hydril Company Lp | Pseudo two-step connection |
US8668233B2 (en) * | 2004-12-30 | 2014-03-11 | Hydril Company | Threaded connection with perturbed flanks |
EP2006589B1 (en) | 2007-06-22 | 2011-08-31 | Tenaris Connections Aktiengesellschaft | Threaded joint with energizable seal |
FR2917805B1 (fr) † | 2007-06-25 | 2009-09-04 | Vallourec Mannesmann Oil & Gas | Element filete de composant a filetage antagonistes, et joint filete tubulaire correspondant |
EP2009340B1 (en) * | 2007-06-27 | 2010-12-08 | Tenaris Connections Aktiengesellschaft | Threaded joint with pressurizable seal |
EP2017507B1 (en) | 2007-07-16 | 2016-06-01 | Tenaris Connections Limited | Threaded joint with resilient seal ring |
DE602007013892D1 (de) | 2007-08-24 | 2011-05-26 | Tenaris Connections Ag | Gewindeverbindungsstück mit hoher Radiallast und unterschiedlich behandelten Oberflächen |
EP2028402B1 (en) * | 2007-08-24 | 2010-09-01 | Tenaris Connections Aktiengesellschaft | Method for improving fatigue resistance of a threaded joint |
EP2096253B1 (en) * | 2008-02-29 | 2010-06-16 | Tenaris Connections AG | Threaded joint with improved resilient seal rings |
EP2243920A1 (en) | 2009-04-22 | 2010-10-27 | Tenaris Connections Aktiengesellschaft | Threaded joint for tubes, pipes and the like |
FR2945850B1 (fr) * | 2009-05-20 | 2011-06-24 | Vallourec Mannesmann Oil & Gas | Ensemble pour la fabrication d'un joint filete pour le forage et l'exploitation des puits d'hydrocarbures et joint filete resultant |
US8601910B2 (en) * | 2009-08-06 | 2013-12-10 | Frank's Casing Crew And Rental Tools, Inc. | Tubular joining apparatus |
US20110084477A1 (en) * | 2009-10-13 | 2011-04-14 | Hydril Company | Wedge threads with a solid lubricant coating |
EP2325435B2 (en) | 2009-11-24 | 2020-09-30 | Tenaris Connections B.V. | Threaded joint sealed to [ultra high] internal and external pressures |
EP2372211B1 (en) | 2010-03-26 | 2015-06-03 | Tenaris Connections Ltd. | Thin-walled pipe joint and method to couple a first pipe to a second pipe |
US20120074693A1 (en) * | 2010-09-24 | 2012-03-29 | Hydril Company | Step-to-step wedge thread connections and related methods |
US9163296B2 (en) | 2011-01-25 | 2015-10-20 | Tenaris Coiled Tubes, Llc | Coiled tube with varying mechanical properties for superior performance and methods to produce the same by a continuous heat treatment |
US10557316B2 (en) | 2011-01-26 | 2020-02-11 | Bly Ip Inc. | Drill string components having multiple-thread joints |
US9810029B2 (en) * | 2011-01-26 | 2017-11-07 | Bly Ip Inc. | Drill string components resistant to jamming |
US9850723B2 (en) | 2011-01-26 | 2017-12-26 | Bly Ip Inc. | Drill string components having multiple-thread joints |
US20140182732A1 (en) | 2012-12-31 | 2014-07-03 | John M. Coogan | Flush joint pipe |
US9970242B2 (en) | 2013-01-11 | 2018-05-15 | Tenaris Connections B.V. | Galling resistant drill pipe tool joint and corresponding drill pipe |
US9803256B2 (en) | 2013-03-14 | 2017-10-31 | Tenaris Coiled Tubes, Llc | High performance material for coiled tubing applications and the method of producing the same |
EP2789701A1 (en) | 2013-04-08 | 2014-10-15 | DALMINE S.p.A. | High strength medium wall quenched and tempered seamless steel pipes and related method for manufacturing said steel pipes |
EP2789700A1 (en) | 2013-04-08 | 2014-10-15 | DALMINE S.p.A. | Heavy wall quenched and tempered seamless steel pipes and related method for manufacturing said steel pipes |
CN105452515A (zh) | 2013-06-25 | 2016-03-30 | 特纳瑞斯连接有限责任公司 | 高铬耐热钢 |
CN105793630B (zh) * | 2013-12-05 | 2018-07-13 | 新日铁住金株式会社 | 钢管用螺纹接头 |
US20160305192A1 (en) | 2015-04-14 | 2016-10-20 | Tenaris Connections Limited | Ultra-fine grained steels having corrosion-fatigue resistance |
WO2017001668A1 (en) | 2015-07-01 | 2017-01-05 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Low break out safety joint and method for releasably connecting a tubing expansion assembly to a drill string |
KR101584488B1 (ko) * | 2015-07-06 | 2016-01-19 | 주식회사 풍산 | 이중결합구조를 구비한 포 발사식 탄약 |
KR101584487B1 (ko) * | 2015-07-06 | 2016-01-19 | 주식회사 풍산 | 로켓모터 분리방지형 포 발사식 탄약 |
US11124852B2 (en) | 2016-08-12 | 2021-09-21 | Tenaris Coiled Tubes, Llc | Method and system for manufacturing coiled tubing |
EP3338959A1 (de) * | 2016-12-23 | 2018-06-27 | HILTI Aktiengesellschaft | Werkzeuggerät |
US10434554B2 (en) | 2017-01-17 | 2019-10-08 | Forum Us, Inc. | Method of manufacturing a coiled tubing string |
US11199056B2 (en) * | 2019-02-06 | 2021-12-14 | James Jing Yao | Threaded coupling for percussion drill bit |
US11703163B2 (en) | 2019-03-27 | 2023-07-18 | Nippon Steel Corporation | Threaded connection for steel pipe |
FR3098878B1 (fr) * | 2019-07-19 | 2021-07-30 | Vallourec Oil & Gas France | Joint fileté pour colonne de cuvelage de puits de pétrole |
FR3098879B1 (fr) * | 2019-07-19 | 2021-07-30 | Vallourec Oil & Gas France | Joint fileté à profil hélicoïdal dissymétrique |
CN114174708B (zh) * | 2019-09-02 | 2023-03-17 | 日本制铁株式会社 | 钢管用螺纹接头 |
WO2021255494A1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | Epiroc Canada Inc. | Wireline drill rod |
CN114396235B (zh) * | 2021-12-22 | 2024-05-24 | 上海海隆石油管材研究所 | 一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4917409A (en) * | 1983-04-29 | 1990-04-17 | Hydril Company | Tubular connection |
USRE34467E (en) * | 1983-04-29 | 1993-12-07 | The Hydril Company | Tubular connection |
GB8313646D0 (en) * | 1983-05-17 | 1983-06-22 | Boc Nowsco Ltd | Screw-thread protection |
FR2592935B1 (fr) * | 1986-01-15 | 1988-04-15 | Vallourec | Joint filete composite pour tube d'acier |
US5427418A (en) * | 1986-07-18 | 1995-06-27 | Watts; John D. | High strength, low torque threaded tubular connection |
US4692988A (en) * | 1986-08-19 | 1987-09-15 | Nowsco Well Service (U.K.) Limited | Screw thread protection |
CA1322773C (en) * | 1989-07-28 | 1993-10-05 | Erich F. Klementich | Threaded tubular connection |
US5827797A (en) * | 1989-08-28 | 1998-10-27 | Cass; Richard B. | Method for producing refractory filaments |
US5360240A (en) * | 1993-03-05 | 1994-11-01 | Hydril Company | Method of connecting plastic pipe joints to form a liner for an existing pipeline and a plastic pipe joint for forming such liner |
US5431831A (en) * | 1993-09-27 | 1995-07-11 | Vincent; Larry W. | Compressible lubricant with memory combined with anaerobic pipe sealant |
WO1995016161A1 (en) * | 1993-12-10 | 1995-06-15 | John Dawson Watts | High-strength, low-torque threaded tubular connection |
EP0708224B1 (en) * | 1994-10-19 | 2004-01-07 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Thread joint for tubes |
US6050610A (en) * | 1997-05-20 | 2000-04-18 | Hydril Company | Stress reduction groove for tubular connection |
JP2001021072A (ja) * | 1999-07-05 | 2001-01-26 | Nippon Steel Corp | 耐焼き付き性の優れた管継手及びその加工方法 |
WO2001029475A1 (en) * | 1999-10-20 | 2001-04-26 | Beverly Watts Ramos | Open type wedgethread connection |
-
2002
- 2002-09-25 US US10/254,817 patent/US6682101B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-03-03 EA EA200401063A patent/EA006187B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2003-03-03 CA CA002477335A patent/CA2477335A1/en not_active Abandoned
- 2003-03-03 CN CNB038053489A patent/CN100339634C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2003-03-03 AU AU2003219985A patent/AU2003219985A1/en not_active Abandoned
- 2003-03-03 EP EP03716273A patent/EP1488153A4/en not_active Withdrawn
- 2003-03-03 KR KR10-2004-7013966A patent/KR20040093105A/ko not_active Application Discontinuation
- 2003-03-03 WO PCT/US2003/006443 patent/WO2003076837A2/en active Application Filing
- 2003-03-03 MX MXPA04008619A patent/MXPA04008619A/es not_active Application Discontinuation
- 2003-03-03 BR BR0308131-1A patent/BR0308131A/pt not_active IP Right Cessation
- 2003-03-03 AP APAP/P/2004/003115A patent/AP2004003115A0/en unknown
-
2004
- 2004-09-27 NO NO20044103A patent/NO20044103L/no not_active Application Discontinuation
-
2005
- 2005-12-30 HK HK05112198.0A patent/HK1079838B/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607560C2 (ru) * | 2012-09-13 | 2017-01-10 | ЛОНГЙЕАР ТиЭм, ИНК. | Компоненты бурильной колонны, имеющие многозаходные резьбовые соединения |
RU2723056C2 (ru) * | 2012-09-13 | 2020-06-08 | ЛОНГЙЕАР ТиЭм, ИНК. | Компоненты бурильной колонны, имеющие многозаходные резьбовые соединения |
RU2796572C1 (ru) * | 2019-12-13 | 2023-05-25 | Валлурек Ойл Энд Гес Франс | Резьбовое соединение и его применение |
US12066130B2 (en) | 2019-12-13 | 2024-08-20 | Vallourec Oil And Gas France | Threaded connection partially in a self-locking engagement with an external shoulder capable to resist elevated torque |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN100339634C (zh) | 2007-09-26 |
EP1488153A2 (en) | 2004-12-22 |
NO20044103L (no) | 2004-11-26 |
US6682101B2 (en) | 2004-01-27 |
AU2003219985A1 (en) | 2003-09-22 |
AP2004003115A0 (en) | 2004-09-30 |
HK1079838B (zh) | 2007-12-07 |
KR20040093105A (ko) | 2004-11-04 |
HK1079838A1 (en) | 2006-04-13 |
WO2003076837A2 (en) | 2003-09-18 |
US20030168859A1 (en) | 2003-09-11 |
WO2003076837A3 (en) | 2004-05-13 |
CN1639494A (zh) | 2005-07-13 |
EA200401063A1 (ru) | 2005-04-28 |
CA2477335A1 (en) | 2003-09-18 |
BR0308131A (pt) | 2005-03-22 |
EP1488153A4 (en) | 2006-06-21 |
MXPA04008619A (es) | 2005-06-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EA006187B1 (ru) | Соединение труб с клиновидной резьбой | |
US6578880B2 (en) | Wedgethread pipe connection | |
US7331614B2 (en) | Tubular threaded joint with trapezoid threads having convex bulged thread surface | |
JP4162651B2 (ja) | ねじ込み管継手 | |
CA2675894C (en) | Threaded pipe connection | |
JP4406512B2 (ja) | 多面型フランクを有するねじ形状 | |
CA2593318C (en) | Methods and connections for coupled pipe | |
EA004409B1 (ru) | Резьбовое соединение двух труб, выполненное как одно целое с ними | |
AU2017374654A1 (en) | Threaded joint for tubular component | |
US20020117856A1 (en) | Wedgethread pipe connection | |
EP0454148A2 (en) | Pipe joint | |
WO2013101852A1 (en) | High torque threaded pipe connection | |
Galle et al. | Effect of make-up on the structural performance of standard buttress connections subjected to tensile loading | |
ES2368032T3 (es) | Conexión de rosca en cuña de tipo abierto. | |
Watts | Wedgethread pipe connection |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU |