專利名稱:輸油管的螺紋套帽接頭的制作方法
本發明涉及輸油管的螺紋套帽接頭。
由于輸油管上的螺紋套帽接頭要用在高壓、高負荷和其它條件下，對各種不同種類的接頭結構已進行了許多研究。
那些已知的螺紋接頭都是所謂的金屬密封系統。這種金屬密封是由一個在外螺紋的末端(外圓周平滑部分)加工成錐形的密封部分和一個在內螺紋的內部(內圓周平滑部分)加工成錐形的密封部分來備制的，并且這種金屬密封是通過連接外螺紋的末端和在內螺紋內壁上的限位槽的末端來提供的;或者外螺紋上的所述的密封部分是沿軸線方向上的凸圓體構成的。
但這種接頭不是總能取得令人滿意的密封性，因此就造成了應力腐蝕裂紋。尤其，根據這種接頭的結構，為了改進它的密封性能，在外螺紋的端部和限位槽的端部配置了一個確定了的傾斜角，由此對外螺紋加壓以使外螺紋的密封部分向內螺紋的密封部分推進。但由于強大的力都作用在限位槽上，所以在限位槽的根部周圍有彎矩和楔入效應的作用。這一部分就容易受到應力腐蝕的影響。
本發明是著眼于解決先有技術中存在的上述這些問題。
本發明的目的是要提供一種用于輸油管上的套帽接頭結構，它的強度大以及密封性能好，而又不會引起例如應力腐蝕裂紋和其它的問題。
本發明的另一目的是提供一種用于輸油管上的套帽接頭結構，它具有極好的密封性能而又不需在外螺紋的端部和在套帽接頭內壁上的限位槽端部設計一個傾斜角，因此，很容易避免由所述的傾斜角引起的應力腐蝕。
本發明進一步之目的是提供一種用于輸油管上的套帽接頭結構，無論怎樣來回地擰上和擰下接頭螺紋它都保持高度的密封性能。
為實現上述的目的，本發明采用了這樣一種套帽接頭結構，其中備有一個主要密封部分，該主要密封部分帶有一個設在外螺紋端部并在其軸線方向上形成凸圓狀的密封部分(外圓周)以及一個設在內螺紋內壁的錐形的密封部分(內圓周)。并且這一主要密封部分是通過連接外螺紋的端部和在內螺紋的內壁上形成的限位槽的端部提供的，套帽接頭的各個組成部分是在以下條件下設計制作的。
1.一個螺紋部分配有一個收縮邊△d(＝d1-d2)，該螺紋部分的負荷側面(a)測定為0至1.1°;
2.一個在外螺紋的密封部分沿軸線方向形成的凸圓體(弧面)的曲率半徑大于100mm，一個內螺紋的密封部分的錐形角(θ)是1.0至4.7°，最好是1.0至2.0°;
3.外螺紋的密封部分的外徑D1和內螺紋的密封部分的內徑D2確定為D1＞D2，由此確定密封部分的一個收縮邊△D(＝D1-D2)，此處該密封收縮邊△D是這樣形成的，即密封部分的壓力P是(螺紋接頭承受的內壓)＜P＜(螺紋套帽接頭組件的屈服強度);以及4.密封收縮邊△D和螺紋收縮邊△d之間的關系被設定為△D≥△d。
這樣，本發明的結構分別由下列部分組成由密封收縮邊△D構成的主要密封部分;由螺紋收縮邊△d構成的密封部分和把外螺紋的端點和限位槽的端點緊靠在一起構成的密封部分。由于限定了主要密封部分的錐形角θ和凸圓體曲率，限定了密封收縮邊△D和密封面壓力P之間的關系以及密封收縮邊△D和螺紋收縮邊△d之間的關系，使得主要密封部分具有高度的密封性能，并且無論怎樣反復擰上和擰下該接頭都能有效地保持它的這一特性。而且，由于螺紋負荷側面角的限定，完全避免了接頭圓周的應力現象，這種應力現象能造成應力腐蝕裂紋。既然該接頭避免了上述問題，有極好的密封性，就沒有必要在外螺紋的端部和限位槽的端部設制傾斜角。所以，由于該傾斜角的功能引起的關于應力腐蝕的問題就能有效地免除。
本發明的這種接頭結構可以應用于套筒的接頭部件或者將輸油管直接連接在一起的情況下。
圖1是表明本發明的一種套帽接頭結構的說明圖。
下面根據附圖做詳細說明。
圖1是通過一個套帽接頭件B(套筒接頭)表明的本發明的一種接頭結構的實例。該套帽接頭件B的兩側稱為內螺紋2，與2連接的管體A1和A2(輸油管)的端部被稱為外螺紋1。用這種方式構成了一個接頭。
在接頭件B的每個接頭結構中，外螺紋部分1的外圓周的端部有一沒有螺紋的平滑面，其形狀為凸圓體，密封部分3在一側構成。內螺紋部分2的內圓周上有一沒有螺紋的平滑部分，其形狀為錐形，密封部分4在另一側構成。這兩個密封部分3和4組成了一個主要密封部分S。另一方面，密封部分4帶有一個限位槽5，外螺紋的端部同該限位槽5的端部51相接觸。
在上述的結構中，本發明規定了螺紋的結構和主要密封S的結構以及它們之間的相互關系。
同時，為了給螺紋提供密封，確定了這樣一種關系，即(外螺紋的基本直徑d1)＞(內螺紋的基本直徑d2)，由此產生了一個螺紋的收縮邊△d(＝d1-d2)，并且使螺紋具備一個負荷側面角θ在0°和1.1°之間。如果該負荷側面角θ大的話，當擰緊螺紋或者張力負荷受到影響時就會在圓周方向產生大的耦合應力，而這就將造成應力腐蝕裂紋。
根據發明人的試驗，這點已經很清楚即當張力沿軸向產生時和如果在螺紋部分的摩擦系數超過0.02時，在圓周方向便產生不合適的應力。因此，該負荷側面角的最大角度被限定為1.1°，并被設定在0°至1.1°的范圍之間以便使摩擦系數不超過0.02。
在主要密封部分S中，“D1＞D2”的關系的制定是針對在外螺紋1上形成的凸圓表面的密封3的外徑D1(密封部分中央的外徑)和在內螺紋2上形成的錐形的密封4的內徑D2(密封部分中央的內徑)而論的。因此，外螺紋部分配有一個密封部分的收縮部分△D，該收縮部分的形成使得密封面上的壓力P要滿足以下條件P＜(螺紋接頭材料的屈服強度)P＞(螺紋接頭材料內部承受的壓力)。
由于用于輸油管的這種套帽接頭要經過數次的擰上和擰下螺紋，就要求它始終保持其密封性能，而不因來回擰上和擰下所述螺紋而改變密封面的壓力。因此，密封面的壓力P應該制做得小于輸油管體A和套帽接頭件B的屈服強度。密封面是通過機械加工而構成的，在微觀下它并不是完全平滑的而是不平的。為了保持不透氣性，密封面的壓力P應該高于螺紋接頭里面所承受的流體壓力。本發明中，密封部分的收縮邊△D的限定就是為了提供這種密封部分的壓力以滿足以上的兩個條件。
考慮到構成主要密封部分S的兩個密封結構，內螺紋的密封部分4是以1.0至4.7°的錐形角形成的。輸油管不僅受到內壓也受到由于管子自身重量引起的強大張力的影響。該張力有時增高到與管體的屈服強度相同的程度。根據發明人的研究，已經發現當張力進入管體時，便導致內螺紋的密封部分4的拉伸，也就引起了外螺紋的密封部分3和內螺紋的密封部分4之間位置的誤差，以致于密封面的壓力被降低。為了保持接觸表面的適當壓力P，內螺紋的密封部分4的錐形角θ越小，密封性能就越有效。不同的試驗已經證實如果該錐形角小于4.7°，密封即有效，而如果錐形角小于2.0°時，密封會更加有效。為使這部分成為一個密封，有必要使錐形角θ大于某個度數，其最低限度是1.0°。如果通過把錐形角θ做小來使套帽接頭的內部承受壓力，外螺紋密封就會被加強，以致于密封部分的接觸面的壓力增大(自密封效果)，不透氣性進一步得到提高。
就外螺紋的密封部分3而論，該凸圓表面是沿軸線方向以大于100mm的曲率半徑制成的。如果密封收縮邊△D被確定了，形成密封的凸圓表面的曲率半徑越小，密封的接觸面也就越小。由于接觸面的壓力的增大，不透氣性看來也被提高。然而，發明人的調查弄清了這一點，當套帽接頭的內部承受壓力時，接觸面的壓力由于自密封效果而突然增高，以致于密封部分容易變形。因此在本發明中，密封部分3的凸圓上形成的曲率半徑制做得比確定的長度大以便保持一個密封接觸面比確定的更大。在發明人的試驗中，當曲率半徑大于100mm時，其結果幾乎是令人滿意的，輸油管的外徑在60.3φ和114.3φmm之間，最佳的半徑(R)是150至250mm。在這種情況下的本發明，密封部分3的凸圓被做成曲率半徑大于100mm。
除了上述螺紋和主要密封部分的各項結構規定外，本發明規定了在外內螺紋部件上形成的密封的相互間的關系。也就是說就主要密封部分S的密封收縮邊△D和螺紋部分的螺紋收縮邊△d而論，兩者的關系被制訂為△D≥△d。假如螺紋收縮邊△d大于密封收縮邊△D，密封面的壓力P就會由于螺紋部分的干擾而被減到低于設計值。常規的套帽接頭還從未有過任何一個結構，其中對密封部分和螺紋部分做過結構上的考慮。主要密封部分的密封效果不總是令人滿意，考慮到這一事實要歸于螺紋部分的所述的干擾。本發明注意到了按常規從未加以考慮過的結構成分并且對它們做了規定。
圖1說明內螺紋是接頭部件B。上面提到的這種結構當然會被應用在不使用接頭部件而將輸油管的端部直接地連接起來的一種套帽接頭上。
在根據本發明的這種用于輸油管的螺紋套帽接頭中，保持不透氣性是通過主要密封部分S，其結構有密封部分3、4上的收縮邊△D，由螺紋收縮邊△d形成的密封部分和連接外螺紋的端部和限位槽的端部所形成的密封部分。這種空氣密封結構規定了內螺紋的密封部分4的錐形角θ，規定了外螺紋的密封部分3的凸圓的曲率半徑，還規定了在密封面壓力P和對建筑材料及螺紋接頭的屈服強度的內壓之間的關系的密封收縮邊△D。而且，由于這種結構規定了密封收縮邊△D和螺紋收縮邊△d是△D≥△d的關系，主要密封部分S將可能提供高度的密封性能，這種接構可在不管怎樣來回地擰上和擰下螺紋的情況下使用而不改變其密封性能。此外，本發明的套帽接頭規定了螺紋部分的負荷側面角，從而能適當地檢查在接頭圓周應力的出現，這種應力出現會引起應力腐蝕裂紋。除了這種檢查之外，再也不必提供高度的密封性能而像常規那樣在外螺紋1的端部和限位槽5的端部備置一個傾斜角。由于這些端部的角可做成90°，因為所述傾斜角的功能而產生的應力腐蝕將完全被避免。
權利要求
1.一種用于輸油管的螺紋套帽接頭，其中備有一個主要的密封部分，帶有一個在外螺紋的端部沿軸線方向形成為凸圓的密封部分和一個在內螺紋的內壁上形成為錐形的密封部分，主要密封部分是通過連接外螺紋端部和在內螺紋的內壁形成的一個限位槽的端部來設置的，該螺紋接頭的各組成部分在以下條件下設計制成Ⅰ)一個配有一收縮邊Δd的螺紋部分，以及它的一個負荷側面角被確定為0至1.1°；Ⅱ)一個在外螺紋的密封部分沿軸線方向形成的凸圓的曲率半徑大于100mm，一個內螺紋的密封部分的錐形角是1.0至4.7°；Ⅲ)外螺紋密封部分的外徑D1和內螺紋密封部分的內徑D2被制定為D1＞D2，由此確定密封部分的一個收縮邊ΔD，在這里該密封收縮邊ΔD是這樣被構成的，即密封部分的壓力P是(螺紋套帽接頭所承受的內壓)＜P＜(螺紋套帽接頭的組成部件的屈服強度)；以及Ⅳ)密封收縮邊ΔD和螺紋收縮邊Δd之間的關系被設定為ΔD≥Δd。
2.一種如同權利要求
1所述的用于輸油管的螺紋套帽接頭，其中外螺紋部分在一根輸油管的一端上形成，一節內螺紋部分在另一輸油管的一端形成。
3.一種如同權利要求
1所述的用于輸油管的螺紋套帽接頭，其中外螺紋部分在一根輸油管的一端上形成，內螺紋部分在加工成套筒形狀的一種接頭部件的一端形成。
4.一種如同權利要求
1至3所述的用于輸油管的螺紋套帽接頭，其中內螺紋的一個密封部分的一個錐形角θ是1.0至2.0°。
5.一種如同權利要求
1至4所述的用于輸油管的螺紋套帽接頭，其中外徑是60.3φmm至114.3φmm的輸油管在外螺紋的密封部分沿軸線方向形成的凸圓表面上有一個在150mm和250mm之間的曲率半徑。
專利摘要
本發明的一種用于輸油管的螺紋套帽接頭的主要密封部分是在外螺紋和內螺紋處都備制密封部。所述主要密封部分有一個密封部的收縮邊△D，該收縮邊的大小是按照螺紋的收縮邊△d和密封部的壓力之間的關系而規定的。對負荷側面角，外螺紋密封部的凸圓的曲率半徑以及內螺紋密封部的錐形角各自相應的尺寸也做了規定。
文檔編號F16L19/00GK85104254SQ85104254
公開日1986年12月10日 申請日期1985年6月4日
發明者半田昌男, 德屋友彥, 植木干雄, 堀光昭, 安岡秀∴, 市原卓三, 佐藤俊雄, 山健一 申請人:(412)日本鋼管株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan