[RU]

Предложено резьбовое соединение для стальной трубы, которое обеспечивает высокую эффективность уплотнения и снижает щелевую коррозию. Резьбовое соединение включает в себя ниппель (10) и муфту (20). Ниппель (10) включает в себя первую поверхность (11) заплечика, первую наружную резьбу (14), вторую поверхность (18) заплечика и вторую наружную резьбу (17). Муфта (20) включает в себя первую поверхность (21) заплечика, первую внутреннюю резьбу (24), вторую поверхность (28) заплечика и вторую внутреннюю резьбу (27). Предположим, что расстояние между поверхностями заплечиков ниппеля (10) обозначено L _pin , а расстояние между поверхностями заплечиков муфты (20) обозначено L _box , и натяг δ _shld определяется приведенным ниже уравнением (1), тогда резьбовое соединение выполнено так, что приведенные ниже неравенство (2) и уравнения (3) удовлетворяются. В неравенстве (2) и уравнениях (3) P - шаг первой наружной резьбы (14), Δ _min и Δ _max - нижний и верхние пределы соответственно для разности между количествами оборотов при затяжке, и λ - удлинение участка ниппеля (10), расположенного ближе к свободному концу, чем вторая поверхность (18) заплечика

(57) Реферат / Формула:

Предложено резьбовое соединение для стальной трубы, которое обеспечивает высокую эффективность уплотнения и снижает щелевую коррозию. Резьбовое соединение включает в себя ниппель (10) и муфту (20). Ниппель (10) включает в себя первую поверхность (11) заплечика, первую наружную резьбу (14), вторую поверхность (18) заплечика и вторую наружную резьбу (17). Муфта (20) включает в себя первую поверхность (21) заплечика, первую внутреннюю резьбу (24), вторую поверхность (28) заплечика и вторую внутреннюю резьбу (27). Предположим, что расстояние между поверхностями заплечиков ниппеля (10) обозначено L _pin , а расстояние между поверхностями заплечиков муфты (20) обозначено L _box , и натяг δ _shld определяется приведенным ниже уравнением (1), тогда резьбовое соединение выполнено так, что приведенные ниже неравенство (2) и уравнения (3) удовлетворяются. В неравенстве (2) и уравнениях (3) P - шаг первой наружной резьбы (14), Δ _min и Δ _max - нижний и верхние пределы соответственно для разности между количествами оборотов при затяжке, и λ - удлинение участка ниппеля (10), расположенного ближе к свободному концу, чем вторая поверхность (18) заплечика

---

Евразийское (21) 201891174 (13) Al
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. F16L 15/04 (2006.01)
2018.11.30
(22) Дата подачи заявки 2016.11.02
(54) РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ
(31) (32) (33)
(86) (87) (71)
(72)
(74)
2015-244620
2015.12.15
PCT/JP2016/082567
WO 2017/104282 2017.06.22
Заявитель:
НИППОН СТИЛ ЭНД СУМИТОМО МЕТАЛ КОРПОРЕЙШН (JP); ВАЛЛУРЕК ОЙЛ ЭНД ГЭС ФРАНС (FR)
Изобретатель:
Иносе Кеита, Сугино Масааки, Доути Садао (JP)
Представитель: Медведев В.Н. (RU) (57) Предложено резьбовое соединение для стальной трубы, которое обеспечивает высокую эффективность уплотнения и снижает щелевую коррозию. Резьбовое соединение включает в себя ниппель (10) и муфту (20). Ниппель (10) включает в себя первую поверхность (11) заплечика, первую наружную резьбу (14), вторую поверхность (18) заплечика и вторую наружную резьбу (17). Муфта (20) включает в себя первую поверхность (21) за-плечика, первую внутреннюю резьбу (24), вторую поверхность (28) заплечика и вторую внутреннюю резьбу (27). Предположим, что расстояние между поверхностями заплечиков ниппеля (10) обозначено Lpin, а расстояние между поверхностями заплечиков муфты (20) обозначено Lbox, и натяг 5shid определяется приведенным ниже уравнением (1), тогда резьбовое соединение выполнено так, что приведенные ниже неравенство (2) и уравнения (3) удовлетворяются. В неравенстве (2) и уравнениях (3) P - шаг первой наружной резьбы (14), A min и A max - нижний и верхние пределы соответственно для разности между количествами оборотов при затяжке, и X - удлинение участка ниппеля (10), расположенного ближе к свободному концу, чем вторая поверхность (18) заплечика
Sshld=Lhox-Lpin С1) РхЛтЫ + Х < 5shld <Рх Атг & + X (2) 4nin =-9/юо, ^max = 3/100 (3)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2420-548140ЕА/17
РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к резьбовому соединению, используемому для соединения стальных труб. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В нефтяных скважинах, скважинах природного газа и т.д. (далее в общем называемых "нефтяными скважинами") используются трубные изделия нефтепромыслового сортамента, например, обсадные и насосно-компрессорные трубы, для добычи полезных ископаемых. Трубные изделия нефтепромыслового сортамента представляют собой последовательность стальных труб, которые соединены друг с другом, и эти стальные трубы соединены резьбовыми соединениями.
[0003] Такие резьбовые соединения для стальной трубы в общем классифицируются на муфтовые соединения и выполненные за одно целое с трубой соединения. Муфтовое соединение соединяет пару труб, причем одна из труб представляет собой стальную трубу, а другая труба представляет собой муфту. В этом случае на внешней периферии обоих концов стальной трубы обеспечена наружная резьба, тогда как на внутренней периферии обоих концов муфты обеспечена внутренняя резьба. Таким образом, наружная резьба стальной трубы ввинчивается во внутреннюю резьбу муфты, так что они свинчиваются друг с другом и соединяются. Выполненное за одно целое с трубой соединение соединяет пару труб, обе из которых представляют собой стальные трубы, и не использует отдельную муфту. В этом случае на внешней периферии одного конца стальной трубы обеспечена наружная резьба, тогда как на внутренней периферии ее другого конца обеспечена внутренняя резьба. Таким образом, наружная резьба одной стальной трубы ввинчивается во внутреннюю резьбу другой стальной трубы, так что они свинчиваются друг с другом и соединяются.
[0004] В общем концевой участок трубы, который включает в себя наружную резьбу и служит в качестве соединительного участка, называется ниппелем, поскольку он включает в себя
элемент, вставляемый во внутреннюю резьбу. С другой стороны, концевой участок трубы, который включает в себя внутреннюю резьбу и служит в качестве соединительного участка, называется муфтой, поскольку он включает в себя элемент, который принимает наружную резьбу. Так как ниппель и муфта представляют собой концевые участки трубы, они имеют трубчатую форму.
[0005] Фиг.1 представляет собой вертикальный вид в сечении примера типичного традиционного резьбового соединения для стальной трубы. Резьбовое соединение, показанное на Фиг.1, представляет собой муфтовое резьбовое соединение и включает в себя ниппель 110 и муфту 12 0.
[0006] Ниппель 110 включает в себя, начиная от свободного конца в направлении основания, поверхность 111 заплечика, уплотнительную поверхность 113 и наружную резьбу 114. Муфта 120 включает в себя, начиная от основания в направлении свободного конца, поверхность 121 заплечика, уплотнительную поверхность 123 и внутреннюю резьбу 124. Поверхность 121 заплечика, уплотнительная поверхность 123 и внутренняя резьба 124 муфты 120 обеспечены так, чтобы соответствовать поверхности 111 заплечика, уплотнительной поверхности 113 и наружной резьбе 114 ниппеля 110. Наружная резьба 114 ниппеля 110 и внутренняя резьба 124 муфты 12 0 зацепляются друг с другом, и резьбовые участки, имеющие эти резьбы, представляют собой трапецеидальные резьбы, образованные коническими резьбами.
[0007] Наружная резьба 114 и внутренняя резьба 124 могут ввинчиваться друг в друга и находятся в плотном контакте вследствие сопряжения при свинчивании, тем самым обеспечивая посадку с натягом. При ввинчивании ниппеля 110 уплотнительные поверхности 113 и 123 входят в контакт друг с другом и находятся в плотном контакте вследствие сопряжения при свинчивании, тем самым обеспечивая посадку с натягом. Таким образом, уплотнительные поверхности 113 и 123 образуют участок уплотнения с контактом типа металл-металл. При ввинчивании ниппеля 110 поверхности 111 и 121 заплечиков входят в контакт и прижимаются друг к другу и, следовательно, служат в качестве упоров для ограничения ввинчивания ниппеля 110. При свинчивании поверхности
111 и 121 заплечиков служат для переноса так называемого осевого усилия затяжки резьбы на опорную сторону наружной резьбы 114 ниппеля 110.
[0008] В резьбовом соединении, имеющем такую конструкцию, в дополнение к плотному контакту вследствие сопряжения между наружной резьбой 114 и внутренней резьбой 124 плотный контакт вследствие сопряжения между уплотнительными поверхностями 113 и 123 обеспечивает эффективное уплотнение.
[0009] В последние годы континентальные и шельфовые
скважины разрабатываются все глубже, это значит, что окружающие
среды нефтяных скважин становятся все более агрессивными с более
высокими температурами и более высокими давлениями, а также
более высокими уровнями коррозийности. Для работы в таких
агрессивных средах используемые трубные изделия
нефтепромыслового сортамента часто представляют собой толстостенные стальные трубы. Резьбовое соединение для соединения таких стальных труб должно иметь хорошую эффективность уплотнения в отношении внутреннего давления и внешнего давления.
[0010] Традиционные технологии для повышения эффективности уплотнения резьбового соединения включают в себя нижеследующее.
[ООН] Фиг.2 представляет собой вертикальный вид в сечении примера традиционного резьбового соединения для стальной трубы, выполненного с возможностью повышения эффективности уплотнения. Резьбовое соединение, показанное на Фиг.2, включает в себя два участка уплотнения с контактом типа металл-металл. Кроме того, вблизи середины резьбового соединения, определенной вдоль осевого направления трубы, обеспечены поверхности заплечиков (смотри, например, патент США № 4,662,659).
[0012] В частности, как показано на Фиг.2, ниппель 210 включает в себя, начиная от свободного конца в направлении основания, первую уплотнительную поверхность 213, первую наружную резьбу 214, поверхность 211 заплечика, вторую уплотнительную поверхность 216 и вторую наружную резьбу 217. Муфта 22 0 включает в себя, начиная от основания в направлении свободного конца, первую уплотнительную поверхность 223, первую
внутреннюю резьбу 224, поверхность 221 заплечика, вторую уплотнительную поверхность 226 и вторую внутреннюю резьбу 227. Первый резьбовой участок, состоящий из первых наружной и внутренней резьб 214 и 224, и второй резьбовой участок, состоящий из вторых наружной и внутренней резьб 217 и 227, представляют собой трапецеидальные резьбы, образованные коническими резьбами.
[0013] Коническая поверхность, образованная первым резьбовым участком, находится ближе к оси CL трубы, чем коническая поверхность, образованная вторым резьбовым участком, так как поверхности 211 и 221 заплечиков обеспечены между первым и вторым резьбовыми участками.
[0014] Первые наружная и внутренняя резьбы 214 и 22 4 могут ввинчиваться друг в друга и находятся в плотном контакте вследствие сопряжения при свинчивании, тем самым обеспечивая посадку с натягом. Вторые наружная и внутренняя резьбы 217 и 227 также обеспечивают посадку с натягом. При ввинчивании ниппеля 210 первые уплотнительные поверхности 213 и 223 входят в контакт, и вторые уплотнительные поверхности 216 и 226 входят в контакт, и первые уплотнительные поверхности 213 и 223 и вторые уплотнительные поверхности 216 и 22 6 находятся в плотном контакте вследствие сопряжения друг с другом при свинчивании, тем самым обеспечивая посадку с натягом. При ввинчивании ниппеля 210 поверхности 211 и 221 заплечиков входят в контакт и прижимаются друг к другу.
[0015] В резьбовом соединении, имеющем такую конструкцию, плотный контакт вследствие посадки с натягом между первыми уплотнительными поверхностями 213 и 223 обеспечивает эффективность уплотнения главным образом в отношении внутреннего давления. Кроме того, плотный контакт вследствие посадки с натягом между вторыми уплотнительными поверхностями 216 и 22 6 обеспечивает эффективность уплотнения главным образом в отношении внешнего давления.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] В резьбовом соединении, показанном на Фиг.2, при свинчивании поверхность 211 заплечика ниппеля 210 и поверхность
221 заплечика муфты 22 0 находятся в контакте с друг с другом. Свободный конец ниппеля 210 не контактирует с муфтой 22 0 даже после завершения свинчивания. К сожалению, если при свинчивании между свободным концом ниппеля 210 и муфтой 22 0 имеется зазор, может возникать щелевая коррозия.
[0017] Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении резьбового соединения для стальной трубы, которое обеспечивает высокую эффективность уплотнения и снижает щелевую коррозию.
[0018] Резьбовое соединение для стальной трубы в соответствии с настоящим изобретением включает в себя трубный ниппель и трубную муфту. Ниппель и муфта свинчиваются друг с другом при ввинчивании ниппеля в муфту. Ниппель включает в себя по порядку от его свободного конца первую поверхность заплечика, первую уплотнительную поверхность, первую наружную резьбу, образованную конической резьбой, вторую поверхность заплечика, вторую уплотнительную поверхность и вторую наружную резьбу, образованную конической резьбой. Муфта включает в себя первую поверхность заплечика, первую уплотнительную поверхность, первую внутреннюю резьбу, образованную конической резьбой, вторую поверхность заплечика, вторую уплотнительную поверхность и вторую внутреннюю резьбу, образованную конической резьбой, соответствующие первой поверхности заплечика, первой уплотнительной поверхности, первой наружной резьбе, второй поверхности заплечика, второй уплотнительной поверхности и второй наружной резьбе ниппеля. Ниппель включает в себя носик, расположенный между первой поверхностью заплечика и первой уплотнительной поверхностью и примыкающий к первой уплотнительной поверхности. Ниппель включает в себя безрезьбовое удлинение, расположенное между второй поверхностью заплечика и второй уплотнительной поверхностью и примыкающее ко второй уплотнительной поверхности. Муфта включает в себя углубление, соответствующее носику ниппеля. Муфта включает в себя безрезьбовое удлинение, соответствующее безрезьбовому удлинению ниппеля. При свинчивании первые поверхности заплечиков входят в контакт, первые уплотнительные поверхности входят в контакт,
вторые уплотнительные поверхности входят в контакт, между носиком ниппеля и углублением муфты образуется зазор, между безрезьбовым удлинением ниппеля и безрезьбовым удлинением муфты образуется зазор, первая наружная резьба и первая внутренняя резьба зацепляются друг с другом, и вторая наружная резьба и вторая внутренняя резьба зацепляются друг с другом. Предположим, что расстояние, измеренное в осевом направлении трубы, между первой и второй поверхностями заплечиков ниппеля до свинчивания обозначено Lpin, расстояние, измеренное в осевом направлении трубы, между первой и второй поверхностями заплечиков муфты до свинчивания обозначено Lbox, и натяг 5shid между второй поверхностью заплечика ниппеля и второй поверхностью заплечика муфты определяется приведенным ниже уравнением (1), тогда приведенные ниже неравенство (2) и уравнения (3) удовлетворяются.
[0019] [Формула 1]
^shld = Lbox ~ Lpin (1) PxAmin+Z [0020] Здесь Р - шаг первой наружной резьбы, Amin - нижний предел количества оборотов при затяжке после входа в контакт первых поверхностей заплечиков или входа в контакт вторых поверхностей заплечиков во время свинчивания, Атах - верхний
предел количества оборотов при затяжке, и X - удлинение участка ниппеля, расположенного ближе к свободному концу, чем вторая поверхность заплечика, во время свинчивания.
[0021] Предположим, что внутренний диаметр ниппеля обозначен ID, самый внутренний диаметр второй поверхности заплечика ниппеля обозначен Dms, самый наружный диаметр первой поверхности заплечика ниппеля обозначен Dis, и натяг между первыми наружной и внутренней резьбами обозначен 5thr тогда X определяется приведенными ниже уравнениями (4) и (5).
[0022] [Формула 2] Dint=(Dms+Dis)/2 (4)
\{Dint+ID-2Sth) \ рт
[0023] Резьбовое соединение для стальной трубы в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает высокую эффективность уплотнения и снижает щелевую коррозию. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0024] Фиг.1 представляет собой вертикальный вид в сечении примера типичного традиционного резьбового соединения для стальной трубы.
Фиг.2 представляет собой вертикальный вид в сечении примера традиционного резьбового соединения для стальной трубы с улучшенной эффективностью уплотнения.
Фиг. 3 представляет собой схематический вертикальный вид в сечении ниппеля и муфты, используемых для получения резьбового соединения для стальной трубы в соответствии с вариантом выполнения.
Фиг. 4 показывает упрощенную модель ниппеля и муфты, показанных на Фиг.3.
Фиг. 5 представляет собой график, показывающий зависимость между разностью А количества оборотов при затяжке и натягом 8shid между промежуточными заплечиками.
Фиг. б представляет собой вертикальный вид в сечении резьбового соединения для стальной трубы в соответствии с вариантом выполнения.
Фиг. 7 представляет собой увеличенный вертикальный вид в сечении участка резьбового соединения, показанного на Фиг.б, расположенного вблизи внутреннего конца, определенного вдоль осевого направления трубы.
Фиг. 8 представляет собой увеличенный вертикальный вид в сечении участка резьбового соединения, показанного на Фиг.б, расположенного вблизи средины, определенной вдоль осевого
направления трубы.
Фиг.9 представляет собой упрощенный вертикальный вид в сечении ниппеля и муфты резьбового соединения, показанного на Фиг.б.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0025] Резьбовое соединение, имеющее поверхности заплечиков, расположенные вблизи середины, определенной вдоль осевого направления трубы, обычно выполнено так, что свободный конец ниппеля не контактирует с муфтой при свинчивании, так как регулировка положения в конце свинчивания будет затруднена, если поверхности заплечиков будут контактировать друг с другом, а свободный конец ниппеля будет контактировать с муфтой при свинчивании.
[0026] К сожалению, если между свободным концом ниппеля и муфтой при свинчивании имеется зазор, может возникать щелевая коррозия. В связи с этим авторы настоящего изобретения попытались разработать резьбовое соединение, имеющее поверхности заплечиков на внутреннем конце, определенном вдоль осевого направления трубы, в дополнение к поверхностям заплечиков вблизи середины, определенной вдоль осевого направления трубы. Поверхность заплечика на внутреннем конце, определенном вдоль осевого направления трубы, далее будет называться внутренней поверхностью заплечика или первой поверхностью заплечика, а поверхность заплечика вблизи середины, определенной вдоль осевого направления трубы, далее будет называться промежуточной поверхностью заплечика или второй поверхностью заплечика.
[0027] Если каждый из ниппеля и муфты включает в себя внутреннюю поверхность заплечика и промежуточную поверхность заплечика, предпочтительно, чтобы контакт между внутренними поверхностями заплечиков и контакт между промежуточными поверхностями заплечиков возникал одновременно во время свинчивания для исключения воздействия чрезмерного контактного давления на каждую поверхность заплечика. Однако в действительности из-за производственных допусков и других факторов сложно добиться начала контакта внутренних поверхностей заплечиков друг с другом одновременно с началом контакта
промежуточных поверхностей заплечиков с друг с другом. В некоторых случаях после завершения свинчивания либо внутренние поверхности заплечиков, либо промежуточные поверхности заплечиков находятся в контакте с друг с другом.
[0028] Синхронизация контакта между внутренними
поверхностями заплечиков и контакта между промежуточными поверхностями заплечиков будет описана ниже.
[0029] В ниппеле первая наружная резьба обеспечена между внутренней поверхностью заплечика и промежуточной поверхностью заплечика, а вторая наружная резьба обеспечена ближе к основанию, чем промежуточная поверхность заплечика. В муфте первая и вторая внутренние резьбы обеспечены в соответствие с первой и второй наружными резьбами. При свинчивании ниппеля и муфты друг с другом участки ниппеля, расположенные ближе к свободному концу, чем промежуточная поверхность заплечика, уменьшаются в диаметре за счет удлинения соединения с натягом первых наружной и внутренней резьб в осевом направлении трубы.
[0030] В ниппеле и муфте до свинчивания расстояниях между внутренними поверхностями заплечиков и соответствующими промежуточными поверхностями заплечиков, измеренные в осевом направлении трубы, обозначены Lpin [мм] и Lbox [мм] соответственно, и натяг 5Shid [мм] промежуточных заплечиков определяется как Lbox минус Lpin.
[0031] Если 5Shid больше удлинения ниппеля во время свинчивания, промежуточные поверхности заплечиков входят в контакт до того, как внутренние поверхности заплечиков войдут в контакт. Если 8Shid слишком большой, промежуточные поверхности заплечиков и резьбы пластически деформируются до того, как внутренние поверхности заплечиков войдут в контакт, что снижает эффективность уплотнения.
[0032] Положение при завершении свинчивания регулируется на основе зависимости между создаваемым крутящим моментом и количеством оборотов при затяжке (т.е. на основе таблицы моментов затяжки). Соответствующая таблица моментов затяжки не может быть получена, если 5shid является слишком большим, и,
следовательно, происходит пластическая деформация промежуточных поверхностей заплечиков и/или резьб до того, как внутренние поверхности заплечиков начнут контактировать с друг с другом во время свинчивания. В этом случае положение при завершении свинчивания не может быть определено.
[0033] Если 5shid является слишком большим, внутренние поверхности заплечиков могут не контактировать друг с другом, даже при затяжке соединения до тех пор, пока в промежуточных поверхностях заплечиков и/или резьбах не возникнет пластическая деформация. В этом случае между свободным концом ниппеля и муфтой образуется зазор, как и в случае традиционных резьбовых соединений, что может легко привести к возникновению щелевой коррозии.
[0 034] Если 5shid меньше удлинения ниппеля во время свинчивания, внутренние поверхности заплечиков входят в контакт до того, как промежуточные поверхности заплечиков войдут в контакт. В этом случае свободный конец ниппеля определенно контактирует с муфтой, это значит, что рассмотренная выше проблема щелевой коррозии не возникает. Однако, если 5Shid является слишком маленьким, внутренние поверхности заплечиков и/или резьбы пластически деформируются до того, как промежуточные поверхности заплечиков войдут в контакт, что снижает эффективность уплотнения. Кроме того, если во внутренних поверхностях заплечиков и резьбах возникает пластическая деформация, соответствующая таблица моментов затяжки не может быть получена, это значит, что положение при завершении свинчивания не может быть определено.
[0035] Авторы настоящего изобретения рассмотрели эти проблемы и попытались найти соответствующий диапазон натяга 5shid промежуточных заплечиков.
[0036] Фиг.3 представляет собой схематический вертикальный вид в сечении ниппеля и муфты, используемых для этой попытки. Фиг. 3 показывает ниппель и муфту до свинчивания. В ниппеле, показанном на Фиг.З, ID - внутренний диаметр трубы [мм], Dms -самый внутренний диаметр промежуточной поверхности заплечика
[мм] , и Dis - самый наружный диаметр внутренней поверхности заплечика [мм].
[0 037] Фиг.4 показывает упрощенную модель ниппеля и муфты, показанных на Фиг.З. На Фиг.4 ниппельный участок упрощенной модели представлен ступенчатым цилиндром, состоящим из участка малого диаметра и участка большого диаметра. Участок малого диаметра соответствует участку ниппеля, который расположен ближе к свободному концу, чем промежуточная поверхность заплечика, и на котором обеспечена первая наружная резьба. Наружный диаметр Dint [мм] участка малого диаметра определяется следующим уравнением (4):
[0038] [Формула 3]
D-mt={Dms+Dis)l2 (4)
[0039] Предположим, что соединение с натягом 8th между первой наружной резьбой ниппеля и первой внутренней резьбой муфты приводит к удлинению участка малого диаметра на X [мм] в осевом направлении трубы во время свинчивания, тогда устанавливаются уравнения (б)-(8), где V - объем [мм3] участка малого диаметра до деформации, а V - его объем [мм3] после деформации, и предполагается, что объем и толщина стенки остаются неизменными до и после деформации.
[0040] [Формула 4]
V = ^{plt-ID2)Lpin-~{вы-ю\вы^ю\рЫ (6)
V "f font-Sth)2-(IDSth)2\Lpin +Л) = ^(D.mt-т]ры +ID-25th\bpin+x) (7) У = Г (8)
[0041] Уравнения (б)-(8) задают удлинение X, выраженное следующим уравнением (5): [0042] [Формула 5]
f (ры+т) 1 (5)
[0043] Если удлинение X ниппеля равно натягу 5shid промежуточных заплечиков, тогда в процессе свинчивания ниппеля и муфты внутренние поверхности заплечиков начинают контактировать с друг с другом в то же время, когда промежуточные поверхности заплечиков начинают контактировать друг с другом. Если X больше 5Shicu тогда в процессе свинчивания внутренние поверхности заплечиков входят в контакт до того, как промежуточные поверхности заплечиков войдут в контакт. Если X меньше 5snicu тогда в процессе свинчивания промежуточные поверхности заплечиков входят в контакт до того, как внутренние поверхности заплечиков войдут в контакт.
[0044] Как рассмотрено выше, если Хф 5snicu момент времени, в который внутренние поверхности заплечиков входят в контакт, отличается от момента времени, в который промежуточные поверхности заплечиков входят в контакт. Количество оборотов при затяжке между моментом, в который одна пара поверхностей заплечиков входит в контакт, и моментом, который другая пара поверхностей заплечиков входит в контакт, т.е. разность А [обороты] между количеством оборотов при затяжке с начала свинчивания до тех пор, пока одна пара поверхностей заплечиков не войдет в контакт, и количеством оборотов при затяжке с начала свинчивания до тех пор, пока другая пара поверхностей заплечиков не войдет в контакт, представлена следующим уравнением (9):
[0045] [Формула б]
А=^Ш~Я (9) Р
где Р - шаг [мм] первой наружной резьбы.
[0046] В уравнении (9), если А является положительной, промежуточные поверхности заплечиков входят в контакт первыми; если А является отрицательной, внутренние поверхности заплечиков
входят в контакт первыми.
[0047] Нижний и верхний пределы количества оборотов при затяжке для обеспечения достаточной эффективности уплотнения будут обозначены Amin и Атах соответственно. Таким образом, для обеспечения высокой эффективности уплотнения после входа в контакт одной пары поверхностей заплечиков, свинчивание должно быть завершено посредством количества оборотов при затяжке, которое не меньше Amin и не больше Атах. То есть разность А между количеством оборотов при затяжке должна соответствовать следующему неравенству (10):
[0048] [Формула 7]
Amin ^ А ^ Лтах (Щ
[0049] Фиг.5 представляет собой график, показывающий зависимость между разностью А между количеством оборотов при затяжке, представленной уравнением (9), и натягом 5shid промежуточных заплечиков. Если А удовлетворяет неравенству (10), 5Shid находится в заштрихованных участках на Фиг. 5. Авторы настоящего изобретения провели обширные исследования и обнаружили предпочтительные значения Amin и Атах и соответствующий
диапазон 8snid и пришли к конструкции резьбового соединения для стальной трубы в соответствии с вариантом выполнения.
[0050] Резьбовое соединение для стальной трубы в соответствии с вариантом выполнения включает в себя трубный ниппель и трубную муфту. Ниппель и муфта свинчиваются друг с другом при ввинчивании ниппеля в муфту. Ниппель включает в себя по порядку от его свободного конца первую поверхность заплечика, первую уплотнительную поверхность, первую наружную резьбу, образованную конической резьбой, вторую поверхность заплечика, вторую уплотнительную поверхность и вторую наружную резьбу, образованную конической резьбой. Муфта включает в себя первую поверхность заплечика, первую уплотнительную поверхность, первую внутреннюю резьбу, образованную конической резьбой, вторую поверхность заплечика, вторую уплотнительную поверхность и
вторую внутреннюю резьбу, образованную конической резьбой, соответствующие первой поверхности заплечика, первой уплотнительной поверхности, первой наружной резьбе, второй поверхности заплечика, второй уплотнительной поверхности и второй наружной резьбе ниппеля. Ниппель включает в себя носик, расположенный между первой поверхностью заплечика и первой уплотнительной поверхностью и примыкающий к первой уплотнительной поверхности. Ниппель включает в себя безрезьбовое удлинение, расположенное между второй поверхностью заплечика и второй уплотнительной поверхностью и примыкающее ко второй уплотнительной поверхности. Муфта включает в себя углубление, соответствующее носику ниппеля. Муфта включает в себя безрезьбовое удлинение, соответствующее безрезьбовому удлинению ниппеля. При свинчивании первые поверхности заплечиков входят в контакт, первые уплотнительные поверхности входят в контакт, вторые уплотнительные поверхности входят в контакт, между носиком ниппеля и углублением муфты образуется зазор, между безрезьбовым удлинением ниппеля и безрезьбовым удлинением муфты образуется зазор, первая наружная резьба и первая внутренняя резьба зацепляются друг с другом, и вторая наружная резьба и вторая внутренняя резьба зацепляются друг с другом. Предположим, что расстояние, измеренное в осевом направлении трубы, между первой и второй поверхностями заплечиков ниппеля до свинчивания обозначено Lpin, расстояние, измеренное в осевом направлении трубы, между первой и второй поверхностями заплечиков муфты до свинчивания обозначено Lbox, и натяг 5snid между второй поверхностью заплечика ниппеля и второй поверхностью заплечика муфты определяется приведенным ниже уравнением (1), тогда приведенные ниже неравенство (2) и уравнения (3) удовлетворяются.
[0051][Формула 8]
^shld ~ Lbox Lpjn (1) PxAmb+X [0 052] Здесь P - шаг первой наружной резьбы, Amin - нижний предел количества оборотов при затяжке после входа в контакт первых поверхностей заплечиков или входа в контакт вторых поверхностей заплечиков во время свинчивания, Атах - верхний
предел количества оборотов при затяжке, и X - удлинение участка ниппеля, расположенного ближе к свободному концу, чем вторая поверхность заплечика, во время свинчивания.
[0053] Предположим, что внутренний диаметр ниппеля обозначен ID, самый внутренний диаметр второй поверхности заплечика ниппеля обозначен Dms, самый наружный диаметр первой поверхности заплечика ниппеля обозначен Dis, и натяг между первыми наружной и внутренней резьбами обозначен 5thr тогда X определяется приведенными ниже уравнениями (4) и (5).
[0054] [Формула 9]
Ant=(A(tm)+A*)/2 (4)
X-l <Я*+Ю1 (5) \(Dint+ID-2Sth) J рт
[0055] В резьбовом соединении, которое удовлетворяет неравенству (2) и уравнениям (3), даже если вторые поверхности заплечиков входят в контакт первыми, первые поверхности заплечиков входят в контакт посредством количества оборотов при затяжке, которое не меньше Amin и не больше Атах, после того, как вторые поверхности заплечиков вошли в контакт, тем самым завершая свинчивание. Это обеспечивает высокую эффективность уплотнения и предотвращает образование зазора между свободным концом ниппеля и муфтой, что снижает щелевую коррозию,
обусловленную этим зазором.
[0056] Если натяг 8snid промежуточных заплечиков установлен на значение, которое удовлетворяет неравенству (2) и уравнениям (3), в процессе свинчивания момент времени, в который первые поверхности заплечиков входят в контакт, незначительно отличается от момента времени, в который вторые поверхности заплечиков входят в контакт. Это предотвращает чрезмерную пластическую деформацию в поверхностях заплечиков, которые вошли в контакт первыми, тем самым обеспечивая высокую эффективность уплотнения.
[0057] Даже если первые поверхности заплечиков находятся в контакте с друг с другом, а вторые поверхности заплечиков не контактируют друг с другом после завершения свинчивания, между вторыми поверхностями заплечиков не образуется большой зазор, если натяг 5shid промежуточных заплечиков установлен на значение, которое удовлетворяет неравенству (2) и уравнениям (3) . Таким образом, при воздействие чрезмерной нагрузки при сжатии вторые поверхности заплечиков также контактируют друг с другом, тем самым уменьшая снижение сопротивления при сжатии и снижение эффективности уплотнения.
[0 058] Далее варианты выполнения будут описаны более подробно со ссылкой на чертежи. Одинаковые или соответствующие компоненты на чертежах обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и их описание не повторяется. Для удобства объяснения на чертежах компоненты могут быть показаны упрощенным или схематическим образом, или некоторые компоненты могут быть не показаны.
[0059] Конструкция резьбового соединения для стальной трубы Фиг. 6 представляет собой вертикальный вид в сечении резьбового соединения для стальной трубы в соответствии с вариантом выполнения. Резьбовое соединение представляет собой муфтовое резьбовое соединение и состоит из ниппеля 10 и муфты 20. Фиг.7 представляет собой увеличенный вертикальный вид в сечении участка резьбового соединения, показанного на Фиг.6, расположенного вблизи свободного конца ниппеля 10. Фиг.8
представляет собой увеличенный вертикальную вид в сечении участка резьбового соединения, показанного на Фиг.б, расположенного вблизи середины, определенной вдоль осевого направления трубы. Как определено вдоль осевого направления трубы, направление к свободному концу ниппеля 10 и направление к основанию муфты 2 0 далее могут называться направлением "внутрь" или "вперед", а направление к основанию ниппеля 10 и направление к свободному концу муфты 2 0 далее могут называться направлением "наружу" или "назад".
[0060] Ниппель 10 включает в себя, начиная от свободного конца в направлении основания, первую поверхность 11 заплечика, носик 12, первую уплотнительную поверхность 13, первую наружную резьбу 14, вторую поверхность 18 заплечика, первое безрезьбовое удлинение 15а, вторую уплотнительную поверхность 16, второе безрезьбовое удлинение 15Ь и вторую наружную резьбу 17. Первая и вторая уплотнительные поверхности 13 и 16 имеют коническую форму. В частности, каждая из первой и второй уплотнительных поверхностей 13 и 16 имеет форму поверхности, соответствующую периферии усеченного конуса, уменьшающегося в диаметре в направлении свободного конца, или форму, полученную объединением периферии такого усеченного конуса и поверхности, соответствующей периферии тела вращения, полученного вращением кривой, например, дуги, вокруг оси CL трубы.
[00 61] Носик 12 имеет цилиндрическую форму, примыкает к первой уплотнительной поверхности 13, расположенной в направлении внутрь, и продолжается в осевом направлении трубы. Наружная периферия носика 12 может представлять собой коническую поверхность с наклоном, равным наклону сужения первой уплотнительной поверхности 13, или меньшим (т.е. пологим) или большим (т.е. крутым) наклоном. Если наружная периферия носика 12 представляет собой коническую поверхность, эта наружная периферия имеет, в частности, форму поверхности, соответствующей периферии усеченного конуса, уменьшающегося в диаметр в направлении свободного конца, или форму, полученную объединением периферии такого усеченного конуса и поверхности, соответствующей периферии тела вращения, полученного вращением
кривой, например, дуги, вокруг оси CL трубы.
[0062] Первая поверхность 11 заплечика обеспечена на свободном конце носика 12. Первая поверхность 11 заплечика представляет собой тороидальную поверхность, которая по существу перпендикулярна оси CL трубы. В частности, первая поверхность 11 заплечика слегка наклонена, так что ее наружная периферия находится ближе к свободному концу ниппеля 10.
[0063] Вторая поверхность 18 заплечика расположена между первой наружной резьбой 14, расположенной в направлении внутрь, и первым безрезьбовым удлинением 15а. Вторая поверхность 18 заплечика примыкает к первому безрезьбовому удлинению 15а. В настоящем варианте выполнения вторая поверхность 18 заплечика представляет собой тороидальную поверхность, перпендикулярную оси CL трубы. Альтернативно, подобно первой поверхности 11 заплечика на свободном конце ниппеля 10, вторая поверхность 18 заплечика может быть слегка наклонена, так что ее наружная периферия находится ближе к свободному концу ниппеля 10.
[0064] Первое безрезьбовое удлинение 15а примыкает в направлении вперед ко второй уплотнительной поверхности 16, расположенной в направлении наружу, и продолжается в осевом направлении трубы. Первая наружная резьба 14, расположенная в направлению внутрь, примыкает к первому безрезьбовому удлинению 15а. Второе безрезьбовое удлинение 15Ь примыкает в направлении назад ко второй уплотнительной поверхности 16, расположенной в направлению наружу, и продолжается в осевом направлении трубы. Вторая наружная резьба 17, расположенная в направлении наружу, примыкает ко второму безрезьбовому удлинению 15Ь. Наружная периферия первого безрезьбового удлинения 15а может иметь любую форму, которая обеспечивает достаточную жесткость, и может представлять собой цилиндрическую поверхность, например, или может иметь сужение, которое меньше (или более пологое), чем сужение резьбового участка с первой резьбой 14, или может представлять собой криволинейную поверхность. То же самое относится к наружной периферии второго безрезьбового удлинения 15Ь.
[0065] Муфта 20 включает в себя, начиная от основания в
направлении свободного конца, первую поверхность 21 заплечика, углубление 22, первую уплотнительную поверхность 23, первую внутреннюю резьбу 24, вторую поверхность 28 заплечика, первое безрезьбовое удлинение 25а, вторую уплотнительную поверхность 2 6, второе безрезьбовое удлинение 25Ь и вторую внутреннюю резьбу 27. Первая поверхность 21 заплечика, углубление 22, первая уплотнительная поверхность 23, первая внутренняя резьба 24, вторая поверхность 28 заплечика, первое безрезьбовое удлинение 25а, вторая уплотнительная поверхность 26, второе безрезьбовое удлинение 25Ь и вторая внутренняя резьба 27 муфты 20 обеспечены в соответствии с первой поверхностью 11 заплечика, носиком 12, первой уплотнительной поверхностью 13, первой наружной резьбой 14, второй поверхностью 18 заплечика, первым безрезьбовым удлинением 15а, второй уплотнительной поверхностью 16, вторым безрезьбовым удлинением 15Ь и второй наружной резьбой 17 ниппеля 10.
[00 66] Фиг.6 и 7 показывают реализацию, в которой первая уплотнительная поверхность 2 3 муфты 2 0 выступает в направлении первой уплотнительной поверхности 13 ниппеля 10. Альтернативно, первая уплотнительная поверхность 2 3 муфты 2 0 может не выступать. В таком варианте выполнения первая уплотнительная поверхность 13 ниппеля 10 выступает в направлении первой уплотнительной поверхности 23 муфты 20.
[0067] Первая наружная резьба 14 ниппеля 10 и первая внутренняя резьба 24 муфты 20 представляют собой трапецеидальные резьбы, образованные коническими резьбами, которые зацепляются друг с другом, и образуют первый резьбовой участок, расположенный в направлении внутрь. Вторая наружная резьба 17 ниппеля 10 и вторая внутренняя резьба 27 муфты 20 также представляют собой трапецеидальные резьбы, образованные коническими резьбами, которые зацепляются друг с другом, и образуют второй резьбовой участок, расположенный в направлении наружу.
[0068] Коническая поверхность, образованная первым резьбовым участком, расположена ближе к оси CL трубы, чем коническая поверхность второго резьбового участка, так как
вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков обеспечены между первым резьбовым участком (т.е. первыми наружной и внутренней резьбами 14 и 24) и вторым резьбовым участком (т.е. вторыми наружной и внутренней резьбами 17 и 27) . Таким образом, те участки ниппеля 10, которые имеют первую наружную резьбу 14 и первую уплотнительную поверхность 13, расположенные в направлении внутрь, имеют небольшие наружные диаметры, и эти участки имеют небольшую толщину стенок. С другой стороны, те участки ниппеля 10, которые имеют вторую уплотнительную поверхность 16 и вторую наружную резьбу 17, расположенные в направлении наружу, имеют большие наружные диаметры, и эти участки имеют большую толщину стенок.
[00 69] Первые наружная и внутренняя резьбы 14 и 2 4 могут ввинчиваться друг в друга и находятся в плотном контакте вследствие сопряжения при свинчивании, тем самым обеспечивая посадку с натягом. Вторые наружная и внутренняя резьбы 17 и 27 также обеспечивают посадку с натягом.
[0070] При ввинчивании ниппеля 10 первые уплотнительные поверхности 13 и 2 3 входят в контакт, и вторые уплотнительные поверхности 16 и 2 6 входят в контакт, и находятся в плотном контакте вследствие сопряжения при свинчивании, тем самым обеспечивая посадку с натягом. Таким образом, первые уплотнительные поверхности 13 и 2 3 образуют первый участок уплотнения за счет контакта типа металл-металл, а вторые уплотнительные поверхности 16 и 2 6 образуют второй участок уплотнения за счет контакта типа металл-металл.
[0071] При свинчивании между носиком 12 ниппеля 10 и углублением 22 муфты 2 0 образуется зазор, между первым безрезьбовым удлинением 15а ниппеля 10 и первым безрезьбовым удлинением 2 5а муфты 2 0 образуется зазор, и между вторым безрезьбовым удлинением 15Ь ниппеля 10 и вторым безрезьбовым удлинением 2 5Ь муфты 2 0 образуется зазор.
[0 072] При свинчивании первые поверхности 11 и 21 заплечиков прижимаются друг к другу для входа в контакт. Прижимной контакт между первыми поверхностями 11 и 21 заплечиков оказывает осевое усилие затяжки резьбы главным образом на
опорную сторону первой наружной резьбы 14 ниппеля 10. В некоторых реализациях вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков могут контактировать друг с другом при свинчивании; в других реализациях они могут не контактировать друг с другом после завершения свинчивания и могут быть обращены друг к другу с зазором, находящимся между ними. Если вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков находятся в прижимном контакте, осевое усилие затяжки резьбы главным образом воздействует на опорную сторону второй наружной резьбы 17 ниппеля 10.
[0073] Далее будет описана конструкция, способствующая контакту первых поверхностей 11 и 21 заплечиков друг с другом и контакту вторых поверхностей 18 и 2 8 заплечиков друг с другом или достаточно близкому нахождению друг к другу при свинчивании.
[0074] Фиг.9 представляет собой схематический вертикальный вид в сечении ниппеля 10 и муфты 2 0 до свинчивания. Как показано на Фиг.9, расстояние, измеренное в осевом направлении трубы, между первой и второй поверхностями 11 и 18 заплечиков ниппеля 10 до свинчивания будет обозначено Lpin [мм] . Расстояние, измеренное в осевом направлении трубы, между первой и второй поверхностями 21 и 2 8 заплечиков муфты 2 0 до свинчивания будет обозначено Lbox [мм] .
[0075] Первые поверхности 11 и 12 заплечиков и вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков представляют собой тороидальные поверхности, которые пересекают осевое направление трубы. Первые поверхности 11 и 21 заплечиков и вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков могут быть перпендикулярны оси CL трубы или могут быть расположены под углом относительно плоскости, перпендикулярной оси CL трубы. Lpin представляет собой расстояние между самой внутренней точкой первой поверхности 11 заплечика и самой внутренней точкой второй поверхности 18 заплечика, измеренное в осевом направлении трубы, как может быть видно на сечении, содержащем ось CL трубы, ниппеля 10 до свинчивания. Lbox представляет собой расстояние между самой внутренней точкой первой поверхности 21 заплечика и самой внутренней точкой второй поверхности 2 8 заплечика, измеренное в осевом направлении трубы, как может быть видно на сечении, содержащем ось CL трубы, муфты
2 0 до свинчивания.
[0076] Как показано в приведенном ниже уравнении (1), натяг 8Shid [мм] промежуточных заплечиков определяется с использованием Lpin и Lbox. 5shid представляет собой натяг между вторыми поверхностями 18 и 2 0 заплечиков, определенный без учета деформации вследствие свинчивания.
[0077] [Формула 10]
&shld = ^Ъох ~ Lpjn (1)
[0078] Во время фактического свинчивания посадка с натягом первого резьбового участка удлиняет участок ниппеля 10, который расположен ближе к свободному концу, чем вторая поверхность 18 заплечика, на X [мм]. В связи с этим взаимное расположение между первыми поверхностями 11 и 21 заплечиков и вторыми поверхностями 18 и 2 8 заплечиков должно быть определено с учетом удлинения X ниппеля 10. В настоящем варианте выполнения натяг 5shid промежуточных заплечиков определяется так, чтобы следующие неравенство (2) и уравнения (3) удовлетворялись.
[0079] [Формула 11]
PxAmin + X [008 0] Здесь Р - шаг первой наружной резьбы 14 (Фиг. 6) . Amin и Лтах ~ нижний и верхние пределы соответственно разности между количеством оборотов при затяжке, зарегистрированным при входе в контакт одной пары первых поверхностей 11 и 21 заплечиков и вторых поверхностей 18 и 2 8 заплечиков, и количеством оборотов при затяжке, зарегистрированным при входе в контакт другой пары поверхностей заплечиков в процессе свинчивания. Если разность А между количеством оборотов при затяжке не меньше Amin и не больше Атах/ определенных в уравнениях (3), соединение имеет достаточную
эффективность уплотнения.
[0081] Удлинения X ниппеля 10 может быть вычислено с помощью следующих уравнений (4) и (5):
[0082] [Формула 12]
Dint=(Dms+Dis)/2 (4)
\(D-mt+ID-2Sth) J рт
[0083] В уравнениях (4) и (5) до свинчивания внутренний диаметр ниппеля обозначен ID, наружный диаметр первой поверхности 11 заплечика обозначен Dis, и самый внутренний диаметр второй поверхности 18 заплечика обозначен Dms. 8th представляет собой натяг первого резьбового участка.
[0084] Здесь натяг 8th первого резьбового участка представляет собой значение, полученное вычитанием диаметра вершины первой внутренней резьбы 24, измеренного в том месте на сечении, содержащем ось CL трубы, муфты 2 0 до свинчивания, которое расположено в направлении назад от самой внутренней точки первой поверхности 21 заплечика на Lpin/2, из диаметра впадины первой наружной резьбы 14 в том месте на сечении, содержащем ось CL трубы, ниппеля 10 до свинчивания, которое расположено в направлении назад от самой внутренней точки первой поверхности 11 заплечика на Lpin/2.
[0085] В процессе свинчивания первые поверхности 11 и 21 заплечиков могут контактировать друг с другом одновременно со вторыми поверхностями 18 и 2 8 заплечиков, или одна из этих пар может входить в контакт первой. Предпочтительно, вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков, которые имеют большие площади, контактируют друг с другом раньше или одновременно с первыми поверхностями 11 и 21 заплечиков. Вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков могут приводиться в контакт друг с другом с приоритетом путем установки натяга Ssnid промежуточных заплечиков на значение, равное или превышающее удлинение X ниппеля 10.
Альтернативно, как рассмотрено выше, при свинчивании вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков могут не контактировать друг с другом, и только первые поверхности 11 и 21 заплечиков могут контактировать друг с другом. [008 6] Эффекты
В резьбовом соединении в соответствии с настоящим вариантом выполнения первые поверхности 11 и 21 заплечиков обеспечены на внутреннем конце, определенном вдоль осевого направления трубы, тогда как вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков обеспечены вблизи середины, определенной вдоль осевого направления трубы. В соответствии с настоящим вариантом выполнения натяг 5shid промежуточных заплечиков устанавливается на значение, которое удовлетворяет приведенным выше неравенству (2) и уравнениям (3). В этой конструкции, даже если вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков контактируют друг с другом первыми, первые поверхности 11 и 21 заплечиков могут быть приведены в контакт посредством количества последующих оборотов при затяжке, которое не будет снижать эффективность уплотнения, т.е. не меньше Amin и не больше Атах, тем самым завершая свинчивание. Это обеспечивает высокую эффективность уплотнения и предотвращает образование зазора между свободным концом ниппеля 10 и муфтой 20, тем самым предотвращая щелевую коррозию.
[0087] В соответствии с настоящим вариантом выполнения
натяг 8Shid промежуточных заплечиков устанавливается на значение, которое удовлетворяет приведенным выше неравенству (2) и уравнениям (3), и первые поверхности 11 и 21 заплечиков и вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков позиционируются в соответствующем взаимном расположении. Таким образом, в процессе свинчивания момент времени, в который первые поверхности 11 и 21 заплечиков входят в контакт, незначительно отличается от момента времени, который вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков входят в контакт. Это предотвращает чрезмерную пластическую деформацию в поверхностях заплечиков, которые начинают контактировать первыми, и резьбах, тем самым обеспечивая высокую эффективность уплотнения.
[008 8] Даже если первые поверхности 11 и 21 заплечиков находятся в контакте друг с другом, а вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков не контактируют друг с другом после завершения свинчивания, между вторыми поверхностями 18 и 2 8 заплечиков не образуется большой зазор, если натяг 5shid промежуточных заплечиков установлен на значение, которое удовлетворяет приведенным выше неравенству (2) и уравнениям (3) . Таким образом, при воздействие чрезмерной нагрузки при сжатии вторые поверхности заплечиков также входят в контакт. Это уменьшает снижение сопротивления при сжатии и/или снижение эффективности уплотнения.
[0089] Резьбовое соединение в соответствии с настоящим вариантом выполнения включает в себя первые поверхности 11 и 21 заплечиков и вторые поверхности 18 и 2 8 заплечиков. В этой конструкции большая площадь принимает нагрузку при сжатии, чем в традиционном резьбовом соединении, в котором поверхности заплечиков обеспечены только в одном месте. Это обеспечивает высокое сопротивление при сжатии.
[0090] В резьбовом соединении в соответствии с настоящим вариантом выполнения плотный контакт вследствие сопряжения между первыми уплотнительными поверхностями 13 и 23, расположенными в направлении внутрь, обеспечивает эффективность уплотнения главным образом в отношении внутреннего давления. Кроме того, плотный контакт вследствие сопряжения между вторыми уплотнительными поверхностями 16 и 2 6, расположенными в направлении наружу, обеспечивает эффективность уплотнения главным образом в отношении внешнего давления.
[0091] В частности, поскольку ниппель 10 включает в себя первое безрезьбовое удлинение 15а, примыкающее в направлении вперед ко второй уплотнительной поверхности 16, расположенной в направлении наружу, жесткость первого безрезьбового удлинения 15а увеличивает сопротивление уменьшению диаметра участка ниппеля 10, который имеет вторую уплотнительную поверхность 16. Таким образом, даже при воздействии внешнего давления на резьбовое соединение уменьшающая диаметр деформация ниппеля 10
сокращается, и уменьшение контактного давления между вторыми уплотнительными поверхностями 16 и 2 6 сокращается. Это повышает эффективность уплотнения в отношении внешнего давления. Кроме того, муфта 20 включает в себя первое безрезьбовое удлинение 25а, соответствующее участку ниппеля 10, который имеет первое безрезьбовое удлинение 15а, и между первыми безрезьбовыми удлинениями 15а и 2 5а при свинчивании образуется зазор. Это позволяет использовать дополнительную смазку для соединения, содержащуюся в зазоре при свинчивании. Это предотвращает непреднамеренное уменьшение контактного давления между вторыми уплотнительными поверхностями 16 и 2 6, что может быть обусловлено увеличением давления смазки.
[0092] Ниппель 10 и муфта 2 0 включают в себя вторые безрезьбовые удлинения 15Ь и 2 5Ь, примыкающие в направлении назад ко вторым уплотнительным поверхностям 16, расположенным в направлении наружу, и между вторыми безрезьбовыми удлинениями 15Ь и 2 5Ь при свинчивании образуется зазор. Это уменьшает снижение контактного давления из-за уменьшения фактического натяга между вторыми уплотнительными поверхностями 16 и 2 6, создаваемого эффектом сопряжения с натягом второго резьбового участка. Это повышает эффективность уплотнения в отношении внешнего давления.
[0093] Кроме того, ниппель 10 включает в себя носик 12, примыкающий к первой уплотнительной поверхности 13, расположенной в направлении внутрь. Муфта 2 0 включает в себя углубление 22, соответствующее участку ниппеля 10, который имеет носик 12. Между носиком 12 и углублением 22 при свинчивании образуется зазор. Например, при воздействии чрезмерной растягивающей нагрузки на резьбовое соединение первая поверхность 11 заплечика ниппеля 10 отделяется от первой поверхности 21 заплечика муфты 20, уменьшая фактический натяг между первыми уплотнительными поверхностями 13 и 23, что ослабляет контакт. Даже в таких случаях упругое восстановление носика 12 обеспечивает эффект усиления контактного давления между первыми уплотнительными поверхностями 13 и 23. Таким образом, снижение контактного давления в целом уменьшается, что
обеспечивает высокую эффективность уплотнения в отношении внутреннего давления даже при воздействии чрезмерной растягивающей нагрузки.
[0094] В резьбовом соединении в соответствии с настоящим вариантом выполнения обеспечение вторых поверхностей 18 и 2 8 заплечиков уменьшает толщину стенок участков ниппеля 10, которые имеют первую наружную резьбу 14 и первую уплотнительную поверхность 13, расположенные в направлении внутрь. Таким образом, при воздействии внутреннего давления на резьбовое соединение участки с уменьшенной толщиной стенки эффективно деформируются, так что их диаметр увеличивается. Это усиливает контактное давление между первыми уплотнительными поверхностями 13 и 23.
[0095] Обеспечение вторых поверхностей 18 и 28 заплечиков увеличивает толщину стенок участков ниппеля 10, которые имеют вторую уплотнительную поверхность 16 и вторую наружную резьбу 17, расположенные в направлении наружу, так что их жесткость становится относительно высокой. Таким образом, при воздействии внешнего давления на резьбовое соединение уменьшающая диаметр деформация этих участков сокращается, тем самым поддерживая контактное давление между вторыми уплотнительными поверхностями 16 и 2 6 на высоких уровнях.
[0096] Подходящие реализации резьбового соединения в соответствии с настоящим вариантом выполнения будут приведены ниже в качестве дополнений.
[0097] Предположим, что в ниппеле 10 площадь поперечного сечения корпуса стальной трубы перпендикулярно оси CL трубы обозначена А0, а общая величина выступающих площадей первой и второй поверхностей 11 и 18 заплечиков в плоскости, перпендикулярной оси CL трубы, обозначена А2, тогда предпочтительно, чтобы отношение между этими площадями (далее называемое "отношением общей площади заплечиков к площади корпуса стальной трубы") А2/А0 составляло 30% или более. Более предпочтительно, А2/А0 составляет 35% или более. Для этого имеются следующие причины: А2/А0 по существу зависит от площадей первой и второй поверхностей 11 и 18 заплечиков. Если А2/А0
является небольшим, это значит, что площади первой и второй поверхностей 11 и 18 заплечиков являются небольшими, так что при воздействии чрезмерной нагрузки при сжатии на резьбовое соединение первая и вторая поверхности 11 и 18 заплечиков не могут противостоять этой нагрузке при сжатии. Таким образом, первая поверхность 11 заплечика, а также носик 12, примыкающий к ней, и первая уплотнительная поверхность 13 пластически деформируются, так что контакт между первыми уплотнительными поверхностями 13 и 23 становится нестабильным. В то же время вторая поверхность 18 заплечика, а также первое безрезьбовое удлинение 15а, примыкающее к ней, и вторая уплотнительная поверхность 16 пластически деформируются, так что контакт между вторыми уплотнительными поверхностями 16 и 2 6 становится нестабильным. В результате контактное давление между первыми уплотнительными поверхностями 13 и 23 и контактное давление между вторыми уплотнительными поверхностями 16 и 2 6 могут уменьшаться. В связи с этим предпочтительно, чтобы отношение общей площади заплечиков к площади корпуса стальной трубы А2/А0 было относительно большим.
[0098] Верхний предел отношения общей площади заплечиков к площади корпуса стальной трубы А2/А0 не определен. Однако, если А2/А0 является слишком большим, эту фактически означает, что площади первой и второй поверхностей 11 и 18 заплечиков являются слишком большими, это значит, что наружные диаметры первой и второй поверхностей 11 и 18 заплечиков ниппеля 10 являются слишком большими. В результате внутренние диаметры участков муфты 20, которые имеют первую резьбу 2 4 и первую уплотнительную поверхность 23, должны быть слишком большими. Для обеспечения достаточной площади опасного сечения муфты 2 0 наружный диаметр муфты должен быть большим. Кроме того, сложно обеспечивать достаточные длины зацепления первого и второго резьбовых участков. В связи с этим по практическим соображениям отношение общей площади заплечиков к площади корпуса стальной трубы А2/А0 предпочтительно составляет 60% или менее.
[0099] Предположим, что в ниппеле 10 общая величина выступающих площадей первой и второй поверхностей 11 и 18
заплечиков в плоскости, перпендикулярной оси CL трубы, обозначена А2, а выступающая площадь первой поверхности 11 заплечика в плоскости, перпендикулярной ось CL трубы, обозначена Ai, тогда отношение этих площадей (далее называемое "отношением площади первой поверхности заплечика к общей площади заплечиков") А1/А2 предпочтительно составляет 35% или более. Более предпочтительно, А1/А2 составляет 40% или более. Для этого имеются следующие причины: А1/А2 по существу зависит от площади первой поверхности 11 заплечика относительно второй поверхности 18 заплечика. Если А1/А2 является небольшим, это значит, что площадь первой поверхности 11 заплечика является небольшой, так что при воздействии чрезмерной нагрузки при сжатии на резьбовое соединение первая поверхность 11 заплечика не может противостоять этой нагрузке при сжатии. Таким образом, первая поверхность 11 заплечика, а также носик 12, примыкающий к ней, и первая уплотнительная поверхность 13 пластически деформируются, так что контакт между первыми уплотнительными поверхностями 13 и 23 становится нестабильным. В результате контактное давление между первыми уплотнительными поверхностями 13 и 2 3 может уменьшаться. В связи с этим предпочтительно, чтобы отношение площади первой поверхности заплечика к общей площади заплечиков Аг/А2 было относительно большим.
[0100] Верхний предел отношения площади первой поверхности заплечика к общей площади заплечиков Аг/А2 не определен. Однако, если Аг/А2 является слишком большим, это фактически означает, что площадь первой поверхности 11 заплечика является слишком большой относительно второй поверхности 18 заплечика, это значит, что толщина стенки носика 12, примыкающего к первой поверхности 11 заплечика ниппеля 10, а также толщина участков ниппеля, которые имеют первую наружную резьбу 14 и первую уплотнительную поверхность 13, являются слишком большими. В результате при воздействии внутреннего давления на резьбовое соединение эти участки фактически не деформируются для увеличения своего диаметра, и, следовательно, эффект усиления контактного давления между первыми уплотнительными поверхностями 13 и 2 3 не может быть достигнут. В таких случаях контактное давление между
первыми уплотнительными поверхностями 13 и 23 может уменьшаться. В связи с этим по практическим соображениям предпочтительно, чтобы отношение площадей первой поверхности заплечика к общей площади заплечиков А1/А2, составляло 55% или менее.
[0101] Как показано на Фиг.8, предпочтительно, чтобы минимальный наружный диаметр первого безрезьбового удлинения 15а ниппеля 10 был больше диаметра стандартной конической поверхности 19Ь. Стандартная коническая поверхность 19Ь представляет собой коническую поверхность с наружным диаметром меньшим, чем наружный диаметр удлинения 19а сужения поверхностей впадин второй наружной резьбы 17, на двукратную высоту второй наружной резьбы 17. Для этого имеются следующие причины: Наружный диаметр первого безрезьбового удлинения 15а по существу зависит от толщины стенки первого безрезьбового удлинения 15а. Если наружный диаметр первого безрезьбового удлинения 15а является небольшим, это значит, что толщина стенки первого безрезьбового удлинения 15а является небольшой, так что при воздействии внешнего давления на резьбовое соединение сопротивление уменьшению диаметра участка, имеющего вторую уплотнительную поверхность 16, достигаемое за счет жесткости первого безрезьбового удлинения 15а, является недостаточным. Таким образом, контактное давление между вторыми уплотнительными поверхностями 16 и 2 6 может уменьшаться. В связи с этим предпочтительно, чтобы наружный диаметр первого безрезьбового удлинения 15а был относительно большим.
[0102] Верхний предел наружного диаметра первого безрезьбового удлинения 15а не определен. Однако, наружный диаметр первого безрезьбового удлинения 15а должен быть таким, чтобы первое безрезьбовое удлинение 15а не мешало второй уплотнительной поверхности 2 6 муфты 2 0 во время свинчивания.
[0103] Предпочтительно, чтобы длина первого безрезьбового удлинения 15а ниппеля 10, измеренная вдоль оси трубы, начиная с переднего конца второй уплотнительной поверхности 16, составляла по меньшей мере один шаг второй наружной резьбы 17. Если длина первого безрезьбового удлинения 15а является небольшой, при воздействии внешнего давления на резьбовое соединение контактное
давление между вторыми уплотнительными поверхностями 16 и 2 6 может уменьшаться по тем же причинам, что и в реализациях, в которых толщина стенки первого безрезьбового удлинения 15а является небольшой.
[0104] Верхний предел длины первого безрезьбового удлинения 15а не определен. Однако, если длина первого безрезьбового удлинения 15а является слишком большой, это значит, что общая длина соединения является большой, что увеличивает временные или материальные издержки, увеличивая производственные издержки. Кроме того, если длина первого безрезьбового удлинения 15а больше определенного уровня, достигается близкое к предельному значение в отношении улучшения эффективности уплотнения. Таким образом, по практическим соображениям предпочтительно, чтобы длина первого безрезьбового удлинения 15а не превышала пятикратного шага второй наружной резьбы 17.
[0105] Предпочтительно, чтобы длина второго безрезьбового удлинения 15Ь ниппеля 10, измеренная вдоль оси трубы, начиная с заднего конца второй уплотнительной поверхности 16, составляла по меньшей мере один шаг второй наружной резьбы 17. Если длина второго безрезьбового удлинения 15Ь является небольшой, фактический натяг между вторыми уплотнительными поверхностями 16 и 2 6, полученный за счет посадки с натягом второго резьбового узла, может уменьшаться, что может уменьшать контактное давление между вторыми уплотнительными поверхностями 16 и 26.
[0106] Верхний предел длины второго безрезьбового удлинения 15Ь не определен. Однако, если длина второго безрезьбового удлинения 15Ь является слишком большой, это значит, что общая длина соединения является большой, что увеличивает временные или материальные издержки, увеличивая производственные издержки. Кроме того, если длина второго безрезьбового удлинения 15Ь превышает определенный уровень, достигается близкое к предельному значение в отношении улучшения эффективности уплотнения. Таким образом, по практическим соображениям предпочтительно, чтобы длина второго безрезьбового удлинения 15Ь не превышала пятикратного шага второй наружной резьбы 17.
[0107] Предпочтительно, чтобы длина носика 12 ниппеля 10,
измеренная вдоль оси CL трубы, составляла не менее 5 мм. Для
этого имеются следующие причины: Если длина носика 12 является
небольшой, при воздействии чрезмерной растягивающей нагрузки на
резьбовое соединение упругое восстановление первой
уплотнительной поверхности 13 за счет носика 12 является недостаточным. Таким образом, контактное давление между первыми уплотнительными поверхностями 13 и 23 может уменьшаться. Таким образом, предпочтительно, чтобы длина носика 12 была относительно большой.
[0108] Верхний предел длины носика 12 не определен. Однако, если длина носика 12 является слишком большой, это значит, что общая длина соединения является большой, что увеличивает временные или материальные издержки, увеличивая производственные издержки. Кроме того, если длина носика 12 превышает определенный уровень, достигается близкое к предельному значение в отношении улучшения эффективности уплотнения. Таким образом, по практическим соображениям предпочтительно, чтобы длина носика
12 не превышала пятикратного шага первой наружной резьбы 14.
[0109] Другими словами, настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами выполнения, и возможны различные модификации без отклонения от замысла настоящего изобретения. Например, при воздействии внутреннего давления на резьбовое соединение может быть добавлено средство ослабления плотного контакта путем сопряжения между первыми резьбами, расположенными в направлении внутрь, только в области вблизи первого участка уплотнения. Таким образом, участок ниппеля 10, который имеет первую уплотнительную поверхность 13, расположенную в направлении внутрь, может деформироваться для увеличения его диаметра более эффективно, тем самым усиливая контактное давление между первыми уплотнительными поверхностями
13 и 23. Средство может представлять собой участок неполной
резьбы в первых наружной и внутренней резьбах 14 и 24,
расположенный в области первых резьб вблизи первого участка
уплотнения, причем участок неполной резьбы имеет форму неполной
резьбы. В одном варианте выполнения этой конструкции участок
неполной резьбы имеет высоту резьбы меньше нормальной высоты
резьбы, причем поверхности вершин первой внутренней резьбы 24 муфты 2 0 представляют собой цилиндрическую поверхность, параллельную оси CL трубы. Таким образом, между поверхностями вершин первой внутренней резьбы 24 и поверхностями впадин первой наружной резьбы 14 обеспечен зазор только в области с участком неполной резьбы. В этой реализации длина участка неполной резьбы составляет от трех до девяти шагов первой внутренней резьбы 24 (около 15-45 мм).
[ОНО] Конструкция резьбового соединения в соответствии с вышеописанным вариантом выполнения может быть применена в отношении выполненного за одно целое с трубой или муфтового резьбового соединения.
[0111] Примеры
Для определения эффектов резьбового соединения для стальной трубы в соответствии с настоящим изобретением был проведен анализ численного моделирования с использованием метода упругопластических конечных элементов. [0112] Условия испытаний
Для сравнения эффективности множества образцов с разными натягами 5snid промежуточных заплечиков был проведен анализ методом конечных элементов. Каждый образец представлял собой муфтовое резьбовое соединение, имеющее базовую конструкцию, показанную на Фиг.6-8. Общие условия испытаний приведены ниже.
(1) Размеры стальной трубы
7-5/8 [дюймов] х 1,06 [дюймов] (с наружным диаметром 193,68 [мм] и толщиной стенки 27,0 [мм]), или 8-5/8 [дюймов] х 1,15 [дюймов] (с наружным диаметром 219,1 [мм] и толщиной стенки 29,2 [мм] ) .
(2) Марка стальной трубы
Сталь Р110 в соответствии со стандартами API (т.е. углеродистая сталь с номинальным пределом текучести 110 [ksi]).
(3) Размеры резьбы (общие для всех резьб)
Шаг резьбы: 5, 08 [мм], угол наклона опорной стороны: -3°, угол наклона закладной стороны: 10°, зазор на закладной стороне: 0,15 [мм] .
[0113] В анализе методом конечных элементов были смоделированы различные образцы, в которых материал представлял собой упругопластический материал с изотропным упрочнением, модуль упругости составлял 210 [ГПа], напряжение текучести составляло 0,2%, и предел текучести составлял 110 [ksi] (=758,3 [МПа]).
[0114] Метод оценки
Первый анализ
В первом анализе анализировалась затяжка резьбы каждого образца. В первом анализе после того, как поверхности заплечиков одной пары вошли в контакт, выполнялась затяжка до тех пор, пока поверхности заплечиков другой пары не вошли в контакт. Однако, если после того, как поверхности заплечиков одной пары вошли в контакт, поверхности заплечиков другой пары не вошли в контакт даже после 15/100 оборотов при затяжке, в этот момент затяжка прекращалась.
[0115] В первом анализе разность между моментом времени, в который внутренние поверхности (11, 21) заплечиков вошли в контакт, и моментом времени, в который промежуточные поверхности (18, 28) заплечиков вошли в контакт, была оценена с использованием следующих четырех уровней:
отличный; промежуточные поверхности заплечиков вошли в контакт, и затем внутренние поверхности заплечиков вошли в контакт, причем абсолютное значение разности А между количествами оборотов при затяжке не превышало 3 [xl/100 оборотов];
хороший; внутренние поверхности заплечиков вошли в контакт, и затем промежуточные поверхности заплечиков вошли в контакт, причем абсолютное значение разности А между количествами оборотов при затяжке не превышало 3 [xl/100 оборотов];
приемлемый; внутренние поверхности заплечиков вошли в контакт первыми, причем абсолютное значение разности А между количествами оборотов при затяжке было больше 3 [xl/100 оборотов]; и
плохой; промежуточные поверхности заплечиков вошли в
контакт первыми, причем абсолютное значение разности А между количествами оборотов при затяжке было больше 3 [xl/100 оборотов].
[0116] Второй анализ
Во втором анализе для каждого образца была применена история нагрузки, моделирующая серию испытаний А в соответствии с IS013679, в отношении модели при свинчивании. Во втором анализе после того, как либо внутренние поверхности заплечиков, либо промежуточные поверхности заплечиков вошли в контакт, выполнялись 3/100 оборотов при затяжке, и этот момент рассматривался как завершение свинчивания.
[0117] Во втором анализе оценивалась эффективность уплотнения в отношении внешнего и внутреннего давлений. Эффективность уплотнения в отношении внешнего и внутреннего давлений была оценена путем сравнения контактного усилия на единицу периферийной длины первого участка (13, 23) уплотнения в цикле внутреннего давления истории нагрузки (т.е. первый и второй квадранты) и контактного усилия на единицу периферийной длины второго участка (16, 2 6) уплотнения в цикле внешнего давления (т.е. третий и четвертый квадранты) истории нагрузки. Большие контактные усилия означают лучшую эффективность уплотнения. Эффективность уплотнения была оценена с использованием следующих четырех уровней с использованием относительных значений, причем контактное усилие образца с натягом промежуточных заплечиков 8snid =0 составляет 1.
отличный; контактные усилия обоих из первого и второго участков уплотнения не меньше 0,9;
хороший; контактные усилия обоих из первого и второго участков уплотнения не меньше 0,8, и контактное усилие по меньшей мере одного участка меньше 0,9;
приемлемый; контактные усилия обоих из первого и второго участков уплотнения не меньше 0,7, и контактное усилие по меньшей мере одного участка меньше 0,8; и
плохой; контактное усилие одного из первого и второго участков уплотнения меньше 0,7.
[0118] Таблица испытаний образцов.
1 показывает обзор условий
[0119] Таблица 1
Диапазон
§shld
Первый анализ
Второй анализ
Наружный
диметр стальной трубы [мм]
X [мм]
Нижний предел [мм]
Верхний предел [мм]
§shld
[мм]
[xl /100 обор от]
Контакт (первый)
Контакт (второй)
Оценка
Цикл внутрен
него давлени я
(первое уплотне ние)
Цикл внешнего давления (второе уплотнен ие)
Оценка
Примечани я
-1,00
внутренн ий
заплечик
приемле
0,90
0, 66
плохо
Сравн. пример
-0,50
11,9
внутренн ий
заплечик
промежут
очный заплечик
приемле
0,90
0, 66
плохо
Сравн. пример
-0,30
-8,0
внутренн ий
заплечик
промежут
очный заплечик
приемле
0, 95
0,88
хорошо
Изобр. пример
193,68
0, 072
-0,39
0,22
-0, 15
-5,0
внутренн ий
заплечик
промежут
очный заплечик
приемле
0,98
1, 02
отличн о
Изобр. пример
0,00
-1,9
внутренн ий
заплечик
промежут
очный заплечик
хорошо
1,00
1,00
отличн о
Изобр. пример
0, 15
1,2
промежут
очный заплечик
внутренн ий
заплечик
отлично
1, 02
0,88
хорошо
Изобр. пример
0,30
4,4
промежут очный
внутренн ий
плохо
1, 05
0,56
плохо
Сравн. пример
заплечик
заплечик
-1,00
внутренн ий
заплечик
приемле
0,91
0, 69
плохо
Сравн. пример
219,08
0, 063
-0,39
0,22
-0,50
12, 1
внутренн ий
заплечик
промежут
очный заплечик
приемле
0,91
0, 69
плохо
Сравн. пример
-0,30
-8,1
внутренн ий
заплечик
промежут
очный заплечик
приемле
0,96
0,89
хорошо
Изобр. пример
-0, 15
-5,1
внутренн ий
заплечик
промежут
очный заплечик
приемле
0,98
1, 02
отличн о
Изобр. пример
0,00
-2,0
внутренн ий
заплечик
промежут
очный заплечик
хорошо
1,00
1,00
отличн о
Изобр. пример
0,08
-0,5
внутренн ий
заплечик
промежут
очный заплечик
хорошо
1,00
0,98
отличн о
Изобр. пример
0, 15
1,3
промежут
очный заплечик
внутренн ий
заплечик
отлично
1,01
0,88
хорошо
Изобр. пример
0,20
2,5
промежут
очный заплечик
внутренн ий
заплечик
отлично
1,01
0,80
приемл емо
Изобр. пример
0,30
4,5
промежут
очный заплечик
внутренн ий
заплечик
плохо
1,01
0, 55
плохо
Сравн. пример
*После того, как внутренние поверхности заплечиков вошли в контакт оборотов, и промежуточные поверхности заплечиков все равно не вошли в
, была выполнена дальнейшая контакт.
затяжка на 15/100
[0120] Таблица 1 показывает значения натяга 5snid промежуточных заплечиков, вычисленные для образцов на основе приведенного выше уравнения (1) . Кроме того, таблица 1 показывает значения удлинения X ниппеля, нижний предел 5shid (=Рх
Amin +^) и верхний предел 5shld (=РхАтах+Л) , вычисленные на основе приведенных выше уравнений и неравенств (2)-(5). Набор образцов № 1-7 и набор образцов № 8-18 взяты из стальных труб разных размеров, что привело к разным удлинениям X ниппеля; однако в результате обеспечения значений в 2 значащих цифрах, нижние и верхние пределы 8shid равны.
[0121] Для образцов № 1, 2, 7-9 и 16 8snid был ниже нижнего предела или выше верхнего предела, это значит, что неравенство (2) не было удовлетворено. С другой стороны, для образцов № 3-6
и 10-15 8Shid был не ниже нижнего предела и не выше верхнего предела, и, следовательно, неравенство (2) было удовлетворено. [0122] Результаты испытаний Первый анализ
Для образцов № 3-5 и 10-13 внутренние поверхности заплечиков вошли в контакт первыми, это означает отсутствие зазора между свободным концом ниппеля и муфтой. Кроме того, поскольку 8shid был не ниже нижнего предела и не выше верхнего предела, абсолютное значение разности А между количествами оборотов при затяжке было относительно небольшим. То есть количество оборотов при затяжке, зарегистрированное между моментом времени, в который внутренние поверхности заплечиков вошли в контакт, и моментом времени, в который промежуточные поверхности заплечиков вошли в контакт, было небольшим, что предотвращает пластическую деформацию внутренних поверхностей заплечиков.
[0123] В частности, для образцов № 5, 12 и 13 абсолютное значение А было не больше 3/100 оборотов. Таким образом, в нормальном процессе затяжки, в котором после контакта заплечиков момент около 3/100 оборотов при затяжке рассматривался как завершение, как внутренние поверхности заплечиков, так и
промежуточные поверхности заплечиков вошли в контакт, обеспечивая высокое сопротивление при сжатии.
[0124] Для образцов № 1, 2, 8 и 9 также внутренние поверхности заплечиков вошли в контакт первыми, это означает отсутствие зазора между свободным концом ниппеля и муфтой. Однако, для образцов № 1, 2, 8 и 9 8shid был ниже нижнего предела, и абсолютное значение А было больше, чем для образцов № 3-5 и 10-13. Таким образом, количество оборотов при затяжке, зарегистрированное между моментом времени, в который внутренние поверхности заплечиков вошли в контакт, и моментом времени, в который промежуточные поверхности заплечиков вошли в контакт, было большим, что привело к чрезмерной пластической деформации внутренних поверхностей заплечиков.
[0125] Для образцов № б, 14 и 15 промежуточные поверхности заплечиков вошли в контакт первыми. Однако, для образцов № б, 14
и 15 8Shid был не ниже нижнего предела и не выше верхнего предела, и, следовательно, после того, как промежуточные поверхности заплечиков вошли в контакт, внутренние поверхности заплечиков вошли в контакт посредством небольшого количества оборотов при затяжке. Таким образом, возникновение пластической деформации промежуточных поверхностей заплечиков в таких соединениях маловероятно.
[0126] Для образцов № б, 14 и 15 абсолютное значение А было не больше 3/100 оборотов. Таким образом, в нормальном процессе свинчивания такие соединения гарантируют, что как внутренние поверхности заплечиков, так и промежуточные поверхности заплечиков войдут в контакт, обеспечивая высокое сопротивление при сжатии. Кроме того, такие соединения особенно предпочтительны для предотвращения пластической деформации, поскольку промежуточные поверхности заплечиков, которые имеют большие площади, входят в контакт первыми.
[0127] Для образцов № 7 и 16 также промежуточные поверхности заплечиков вошли в контакт первыми. Однако, для образцов № 7 и 16 8shid был выше верхнего предела, и абсолютное значение А было больше, чем для образцов № б, 14 и 15. Таким
образом, количество оборотов при затяжке между моментом времени, в который промежуточные поверхности заплечиков вошли в контакт, и моментом времени, в который внутренние поверхности заплечиков вошли в контакт, было большим, что привело к чрезмерной пластической деформации промежуточной поверхности заплечиков.
[0128] Для образцов № 7 и 16 абсолютное значение А было больше 3/100 оборотов. Таким образом, нормальный процесс свинчивания не может приводить внутренние поверхности заплечиков таких соединений в контакт друг с другом, что приводит к наличию зазора между свободным концом ниппеля и муфтой. Таким образом, существует высокая вероятность появления щелевой коррозии.
[0129] Второй анализ
Для образцов № 5, б и 12-15 8shid был не ниже нижнего предела
и не выше верхнего предела, и абсолютное значение А было не больше 3/100 оборотов. Таким образом, после того, как поверхности заплечиков одной пары вошли в контакт, как внутренние поверхности заплечиков, так и промежуточные поверхности заплечиков вошли в контакт. Образцы № 5, б и 12-15 имели высокую эффективность уплотнения в отношении как внешнего, так и внутреннего давлений.
[0130] Для образцов №3, 4, 10 и 11 внутренние поверхности заплечиков вошли в контакт первыми. Для образцов №3, 4, 10 и 11 абсолютное значение А было больше 3/100 оборотов, и, следовательно, промежуточные поверхности заплечиков не вошли в контакт. Однако, для образцов № 3, 4, 10 и 11 8shid был не ниже нижнего предела и не выше верхнего предела, что означает высокую эффективность уплотнения в отношении как внешнего, так и внутреннего давлений.
[0131] Для образцов № 1, 2, 8 и 9 8shid был ниже нижнего
предела. Для образцов № 7 и 16 8shld был выше верхнего предела. Таким образом, образцы № 1, 2, 7-9 и 16 имели существенно сниженную эффективность уплотнения, в частности, в отношении внешнего давления.
[0132] Результаты первого и второго анализов показывают, что установка 5snid на такое значение, которое удовлетворяет
неравенству (2) и уравнениям (3), будет обеспечивать контакт внутренних поверхностей заплечиков друг с другом, что предотвращает щелевую коррозию и в то же время обеспечивает высокую эффективность уплотнения. Кроме того, установка 5shid на такое значение, которое удовлетворяет неравенству (2) и уравнениям (3), будет предотвращать чрезмерную пластическую деформацию поверхностей заплечиков.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Резьбовое соединение для стальной трубы, включающее в себя трубный ниппель и трубную муфту, причем ниппель и муфта свинчиваются друг с другом при ввинчивании ниппеля в муфту,
при этом ниппель включает в себя по порядку от его свободного конца первую поверхность заплечика, первую уплотнительную поверхность, первую наружную резьбу, образованную конической резьбой, вторую поверхность заплечика, вторую уплотнительную поверхность и вторую наружную резьбу, образованную конической резьбой,
муфта включает в себя первую поверхность заплечика, первую уплотнительную поверхность, первую внутреннюю резьбу, образованную конической резьбой, вторую поверхность заплечика, вторую уплотнительную поверхность и вторую внутреннюю резьбу, образованную конической резьбой, соответствующие первой поверхности заплечика, первой уплотнительной поверхности, первой наружной резьбе, второй поверхности заплечика, второй уплотнительной поверхности и второй наружной резьбе ниппеля,
ниппель включает в себя носик, расположенный между первой поверхностью заплечика и первой уплотнительной поверхностью и примыкающий к первой уплотнительной поверхности, и дополнительно включает в себя безрезьбовое удлинение, расположенное между второй поверхностью заплечика и второй уплотнительной поверхностью и примыкающее ко второй уплотнительной поверхности,
муфта включает в себя углубление, соответствующее носику ниппеля, и дополнительно включает в себя безрезьбовое удлинение, соответствующее безрезьбовому удлинению ниппеля,
при свинчивании первые поверхности заплечиков входят в контакт, первые уплотнительные поверхности входят в контакт, вторые уплотнительные поверхности входят в контакт, между носиком ниппеля и углублением муфты образуется зазор, между безрезьбовым удлинением ниппеля и безрезьбовым удлинением муфты образуется зазор, первая наружная резьба и первая внутренняя резьба зацепляются друг с другом, и вторая наружная резьба и вторая внутренняя резьба зацепляются друг с другом,
предположим, что расстояние, измеренное в осевом
направлении трубы, между первой и второй поверхностями заплечиков ниппеля до свинчивания обозначено Lpin, расстояние, измеренное в осевом направлении трубы, между первой и второй поверхностями заплечиков муфты до свинчивания обозначено Lbox, и натяг 8shid между второй поверхностью заплечика ниппеля и второй поверхностью заплечика муфты определяется приведенным ниже уравнением (1), тогда приведенные ниже неравенство (2) и уравнения (3) удовлетворяются: [Формула 1]
&shld = ^Ьох ~ Lpin (1) Px4min+X где Р - шаг первой наружной резьбы, Amin - нижний предел количества оборотов при затяжке после входа в контакт первых поверхностей заплечиков или входа в контакт вторых поверхностей
заплечиков во время свинчивания, Атах - верхний предел количества
оборотов при затяжке, и X удлинение участка ниппеля,
расположенного ближе к свободному концу, чем вторая поверхность заплечика, во время свинчивания, и
предположим, что внутренний диаметр ниппеля обозначен ID, самый внутренний диаметр второй поверхности заплечика ниппеля обозначен Dms, самый наружный диаметр первой поверхности заплечика ниппеля обозначен Dis, и натяг между первыми наружной и внутренней резьбами обозначен 5thr тогда X определяется приведенными ниже уравнениями (4) и (5):
[Формула 2]
Dint=(Dms+Dis)/2 (4)
Г (Dint+ID) | (5)
\(Dint+iD-2Sth) J рт
По доверенности
1/9
548140
7/9
ФИГ. 8