AT17396U1 - Tight metal pipe thread connection - Google Patents
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Abstract
Dichte Metallrohrgewindeverbindung, gebildet durch Gewindeendbereiche, die jeweils ein Innenstützkegelgewinde und ein Außenstützkegelgewinde von zwei achsgleich liegenden Röhren, nämlich einem Außenrohr (5) und einem Innenrohr (6) aufweisen, und durch Dicht- und Anschlagberührungsflächen, wobei eine Dichtfläche (7) des Außenrohres (5) kegelförmig ausgeführt ist, wobei eine Dichtfläche (8) des Innenrohres (6) torusförmig ausgeführt ist, wobei die Anschlagflächen (9, 10) des Außen- und Innenrohres (5, 6) kegelförmig und mit einem negativen Kegelwinkel, γ, zu der zur Verbindungslängsachse (X) senkrechten Ebene ausgeführt sind, wobei das Innenrohr (6) mit einer zusätzlichen Zylinderfläche (13) ausgestattet ist, die einerseits mit der der torusförmigen Dichtfläche (8) und andererseits mit dem Gewindeendbereich (2) gekoppelt ist, wobei die torusförmige Dichtfläche (7) in dem Außenrohr (5) der Röhre mit einem Außendurchmesser von D = 4 ½ - 13 ⅜″ einen Radius R1 = 70-140mm aufweist, wobei das Innenrohr (6) mit einer zusätzlichen Kegelfläche (12) mit einem Kegelwinkel, φ, von 25 – 35 % zur Verbindungslängsachse (X) ausgestattet ist, wobei die zusätzliche Kegelfläche (12) einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche (8) und andererseits mit der kegelförmigen Anschlagfläche (10) des Innenrohres (6) gekoppelt ist, wobei das Außenrohr (5) mit der kegelförmigen Dichtfläche (7) mit Kegelwinkel, β, von β = φ % zur Verbindungslängsachse (Х), sowie mit zwischen dem Gewindeendbereich(1) und der kegelförmigen Dichtfläche (7) liegender Innenringnut (11).Tight metal pipe thread connection, formed by threaded end areas, each having an internal supporting conical thread and an external supporting conical thread of two coaxially lying pipes, namely an outer pipe (5) and an inner pipe (6), and by sealing and stop contact surfaces, wherein a sealing surface (7) of the outer pipe ( 5) is conical, with a sealing surface (8) of the inner pipe (6) being toroidal, with the stop surfaces (9, 10) of the outer and inner pipe (5, 6) being conical and with a negative cone angle, γ, to the to the connecting longitudinal axis (X), the inner tube (6) being equipped with an additional cylindrical surface (13) which is coupled on the one hand to that of the toroidal sealing surface (8) and on the other hand to the threaded end area (2), the toroidal Sealing surface (7) in the outer tube (5) of the tube with an outer diameter of D = 4 ½ - 13 ⅜″ has a radius R1 = 70-140mm, where the The inner tube (6) is equipped with an additional conical surface (12) with a cone angle, φ, of 25 - 35% to the longitudinal axis of the connection (X), the additional conical surface (12) having the toroidal sealing surface (8) on the one hand and the conical sealing surface on the other Stop surface (10) of the inner pipe (6) is coupled, the outer pipe (5) having the conical sealing surface (7) with a cone angle, β, of β = φ% to the longitudinal axis of the connection (Х), and between the threaded end area (1) and the conical sealing surface (7) lying inner annular groove (11).
Description
[0001] Die Erfindung gehört zum Bereich Herstellung von dichten Metallrohrgewindeverbindungen in der Erdöl- und Erdgasindustrie, die bei der Errichtung der Ol- und Gassonden verwendet werden können. The invention belongs to the field of manufacture of tight threaded metal pipe connections in the oil and gas industry, which can be used in the construction of oil and gas wells.
[0002] Unzureichende Dichtheit der Gewinderohrverbindungen kann Korrosion im Bereich der Gewindeverbindung und folglich Zerstörung der Futterrohr- oder Erdölrohrkolonnen verursachen. Insufficient tightness of the threaded pipe connections can cause corrosion in the area of the threaded connection and consequent destruction of the casing or petroleum tubing strings.
[0003] Eine der Methoden zur Verbesserung der Gewindedichtheit ist die Wahl eines optimalen Verhältnisses der geometrischen Parameter von Gewindeverbindungselementen. One of the methods of improving thread tightness is the selection of an optimal ratio of the geometric parameters of threaded fasteners.
[0004] Bekannt ist eine dichte Metallrohrgewindeverbindung aus EP 0 364 413 B1 «HERMETIC METAL PIPE JOINT», die kopplungsfähige Innen- und Außenelemente mit kegelförmigen Gewindestrecken und kegelförmiger Dichtfläche an dem Endbereich enthält. A tight metal pipe thread connection is known from EP 0 364 413 B1 «HERMETIC METAL PIPE JOINT», which contains inner and outer elements that can be coupled with conical thread sections and a conical sealing surface at the end area.
[0005] Die Kegelneigung der Dichtflächen vom Innen- und Außenelement liegt im Bereich von 6,25 % - 9,25 % zur Verbindungsachse. The cone inclination of the sealing surfaces of the inner and outer element is in the range of 6.25% - 9.25% to the connection axis.
[0006] Nachteilig ist die bekannte dichte Gewindeverbindung dadurch, dass die Berührungslänge des mit der entsprechenden Oberfläche vom Außenelement berührenden Innenelements sehr gering ist und die Verbindung kann hohen Gas- oder Flüssigkeitsdruck nicht aushalten, was deren Dichtheit und Betriebszuverlässigkeit vermindern kann. The disadvantage of the known tight thread connection is that the contact length of the inner element in contact with the corresponding surface of the outer element is very small and the connection cannot withstand high gas or liquid pressure, which can reduce its tightness and operational reliability.
[0007] Bekannt ist eine dichte Metallrohrgewindeverbindung aus US 4 623 173 A «SCREW JOINT COUPLING FOR OIL PIPES», die durch Gewindeendbereiche mit Innen- und Außenstützkegelgewinde vom Außen- und Innenelement gebildet ist. A tight threaded metal pipe connection is known from US Pat. No. 4,623,173 A «SCREW JOINT COUPLING FOR OIL PIPES», which is formed by threaded end regions with internal and external supporting conical threads from the external and internal element.
[0008] Die Dichtfläche des Außenelements ist kegelförmig, die Dichtfläche des Innenelements ist torusförmig mit Radien von 150 mm und 250 mm. The sealing surface of the outer element is conical, the sealing surface of the inner element is toroidal with radii of 150 mm and 250 mm.
[0009] Nachteilig ist diese bekannte dichte Gewindeverbindung dadurch, dass Berührungsspannungen in der Dichtung bei solchem Radius der torusförmigen Dichtfläche nicht hoch genug sein können und beim Betrieb keine zuverlässige Dichtung sichergestellt ist, was ein Risiko der Betriebsmediumleckage schafft und Zuverlässigkeit dieser Verbindung beeinträchtigt. The disadvantage of this known tight thread connection is that contact stresses in the seal cannot be high enough with such a radius of the toroidal sealing surface and no reliable seal is ensured during operation, which creates a risk of operating medium leakage and impairs the reliability of this connection.
[0010] Am nächsten liegt die dichte Metallrohrgewindeverbindung, gebildet durch Gewindeendbereiche mit jeweils Innen- und Außenstützkegelgewinde von zwei achsgleich liegenden Röhren - Außen- und Innenrohr, und durch Dicht- und Anschlagberührungsflächen, wobei die Dichtfläche des Außenrohrs kegelförmig ausgeführt ist, wobei die Dichtfläche des Innenrohrs torusförmig ausgeführt ist, und wobei die Anschlagflächen des Außen- und Innenrohrs kegelförmig mit negativem Kegelwinkel y zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene ausgeführt sind, wobei das Innenrohr mit einer zusätzlichen Zylinderfläche ausgestattet ist, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche und andererseits mit dem Gewindeendbereich gekoppelt ist [«THREADED TUBE JOINT» EP1540227B1, F16L15/06; 12.12.2007. The closest is the tight metal pipe thread connection, formed by threaded end areas with internal and external support conical threads of two coaxial pipes - outer and inner pipe, and by sealing and stop contact surfaces, the sealing surface of the outer pipe being conical, the sealing surface of the inner tube is toroidal, and the stop surfaces of the outer and inner tube are conical with a negative cone angle y to the plane perpendicular to the longitudinal axis X of the connection, the inner tube being equipped with an additional cylindrical surface, which has the toroidal sealing surface on the one hand and the threaded end area on the other [«THREADED TUBE JOINT» EP1540227B1, F16L15/06; 12/12/2007.
[0011] In der bekannten Gewindeverbindung liegt der Radius der torusförmigen Dichtfläche im Bereich von 30 bis 100 mm, dabei hat das Innenrohr eine kegelstumpfförmige Berührungsfläche an dem Vorderendbereich, die den Winkel v von (-)15° bis (-) 5° zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene bildet. In the known threaded connection, the radius of the toroidal sealing surface is in the range of 30 to 100 mm, while the inner tube has a frustoconical contact surface at the front end area, which has an angle v of (-)15° to (-)5° to the longitudinal axis of the connection X vertical plane.
[0012] Nachteilig ist diese bekannte Verbindung dadurch, dass die Berührungslänge "b" auf der kegelförmigen und torusförmigen Dichtfläche des Außen- und Innenrohrs nicht mehr als 0,5 mm beträgt. A disadvantage of this known connection is that the contact length "b" on the conical and toroidal sealing surface of the outer and inner tube is not more than 0.5 mm.
[0013] Nach den Berechnungen soll die Berührungslänge der Dichtflächen des Außen- und Innenrohrs wenigstens 2 mm betragen, um Verbindungsdichtheit zu gewährleisten. According to the calculations, the contact length of the sealing surfaces of the outer and inner tube should be at least 2 mm in order to ensure the tightness of the connection.
[0014] Außerdem können hohe Berührungsspannungen in der bekannten Gewindeverbindung entstehen, was eine Zerstörung der berührenden kegelförmigen und torusförmigen Dichtflächen des Außen- und Innenrohrs verursachen kann. In addition, high contact stresses can arise in the known threaded connection, which can cause destruction of the contacting conical and toroidal sealing surfaces of the outer and inner tubes.
[0015] Nachteil der bekannten technischen Lösung ist somit durch beeinträchtigte Dichtheit bedingte geringe Zuverlässigkeit. [0015] A disadvantage of the known technical solution is thus the low reliability caused by impaired tightness.
[0016] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dichte Metallrohrgewindeverbindung zu entwickeln, deren Verwendung zur Betriebszuverlässigkeit beitragen kann. The object of the invention is to develop a tight threaded metal pipe connection, the use of which can contribute to operational reliability.
[0017] Die gestellte technische Aufgabe wird folgenderweise gelöst: in der dichten Metallrohrgewindeverbindung, gebildet durch Gewindeendbereiche mit jeweils Innen- und Außenstützkegelgewinde von zwei achsgleich liegenden Röhren - Außen- und Innenrohr, und durch Dicht- und Anschlagberührungsflächen, wobei die Dichtfläche des Außenrohrs kegelförmig ausgeführt ist, wobei die Dichtfläche des Innenrohrs torusförmig ausgeführt ist, und wobei die Anschlagflächen des Außen- und Innenrohrs kegelförmig mit negativem Kegelwinkel y zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene ausgeführt sind, wobei das Innenrohr mit einer zusätzlichen Zylinderfläche ausgestattet ist, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche und andererseits mit dem Gewindeendbereich gekoppelt ist, wird erfindungsgemäß die torusförmige Dichtfläche in dem Außenrohr der Röhre mit Außendurchmesser von D = 4 % - 13 %" mit einem Radius R1 = 70-140mm ausgeführt, wobei das Innenrohr mit einer zusätzlichen Kegelfläche mit Kegelwinkel @® von 25 - 35 % zur Verbindungslängsachse X ausgestattet ist, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche und andererseits mit der kegelförmigen Anschlagfläche gekoppelt ist, und wobei The technical task is solved as follows: in the sealed metal pipe thread connection, formed by threaded end areas, each with an inner and outer supporting conical thread, of two coaxial pipes - outer and inner pipe, and by sealing and stop contact surfaces, with the sealing surface of the outer pipe being conical the sealing surface of the inner tube is toroidal, and the stop surfaces of the outer and inner tube are conical with a negative cone angle y to the plane perpendicular to the longitudinal axis X of the connection, the inner tube being equipped with an additional cylinder surface which, on the one hand, has the toroidal sealing surface and on the other hand coupled with the threaded end area, according to the invention the toroidal sealing surface in the outer tube of the tube with an outer diameter of D = 4% - 13%" is designed with a radius R1 = 70-140mm, the inner tube having an additional conical surface with Cone angle @® of 25 - 35% to the connecting longitudinal axis X is equipped, which is coupled on the one hand with the toroidal sealing surface and on the other hand with the conical stop surface, and where
das Außenrohr mit der kegelförmigen Dichtfläche mit Kegelwinkel ß von B = @ (5) % zur Ver-the outer tube with the conical sealing surface with a cone angle ß of B = @ (5) % for comparison
bindungslängsachse X, sowie mit zwischen dem Gewindeendbereich und der kegelförmigen Dichtfläche liegender Innenringnut ausgeführt ist. binding longitudinal axis X, and is designed with an inner ring groove lying between the threaded end area and the conical sealing surface.
[0018] Die Ausstattung des Innenrohrs mit der torusförmigen Dichtfläche mit Radius von Rı = 70 mm-140 mm für Röhren mit Außendurchmesser D = 4 %" - 13 %" ermöglicht eine Verlängerung der Berührungsfläche auf der kegelförmigen und torusförmigen Dichtfläche des Außen- und Innenrohrs. Equipping the inner pipe with a toroidal sealing surface with a radius of Rı = 70 mm-140 mm for pipes with an outer diameter D = 4%" - 13%" allows to increase the contact surface on the conical and toroidal sealing surface of the outer and inner pipe .
[0019] Die nominale Überlappungsfläche, die eine dichte Verbindung gewährleistet, wurde mit der vom Anmelder bestimmten Formel berechnet, die nur geometrische Verbindungsparameter beinhaltet: The nominal overlap area ensuring a tight connection was calculated with the formula determined by the Applicant, which only includes geometric connection parameters:
S=2-m-D- Jar? ; (sin@)?] . [1 — (sin(9))2] S=2-m-D-Jar? ; (sin@)?] . [1 — (sin(9))2]
wobei: [0020] D - Innenrohrdurchmesser an der Stelle der Berührung von Dichtflächen, in mm; [0021] R - Radius der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs, in mm; where: D - inner pipe diameter at the point of contact of sealing surfaces, in mm; R - radius of the toroidal sealing surface of the inner tube, in mm;
[0022] a - Winkel zwischen dem zum Zentralpunkt der Überlappung von der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs gezogenen Radius und dem Radius, der zum Grenzpunkt der Berührungsstelle der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs mit der kegelförmigen Dichtfläche des AuBenrohrs gezogen wurde; in Grad (°); a - angle between the radius drawn to the center point of the overlap of the toroidal sealing surface of the inner tube and the radius drawn to the boundary point of the point of contact of the toroidal sealing surface of the inner tube and the conical sealing surface of the outer tube; in degrees (°);
[0023] 9 - Winkel zwischen der Ebene der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs und Sehne, die vom Grenzpunkt der Berührungsstelle der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs mit der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs zum Zentralpunkt der Überlappung von der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs gezogen wurde, in Grad (°). 9 - Angle between the plane of the conical sealing surface of the outer tube and the chord drawn from the boundary point of the point of contact of the toroidal sealing surface of the inner tube with the conical sealing surface of the outer tube to the center point of the overlap of the toroidal sealing surface of the inner tube, in degrees (° ).
[0024] In diesem Fall beträgt die Berührungslänge b: b=2 mm, bei Rı = 70 mm; b=7 mm, bei Rı = 140 mm; In this case, the contact length b is: b=2 mm, with Rı=70 mm; b=7 mm, at Rı = 140 mm;
[0025] In dieser Ausführung können Berührungsspannungen in der Gewindeverbindung entstehen, die eine sichere Absperrung für Gas- und Flüssigkeitsdruck bilden, was eine höhere Verbindungsdichtheit ermöglicht und dabei eine Zerstörungsgefahr für berührende kegelförmige und torusförmige Dichtfläche des Außen- und Innenrohrs verringert oder beseitigt. In this embodiment, contact stresses can arise in the threaded connection, which form a secure barrier for gas and liquid pressure, which enables a higher connection tightness and thereby reduces or eliminates the risk of destruction for touching conical and toroidal sealing surfaces of the outer and inner pipe.
[0026] Da das Innenrohr mit einer zusätzlichen kegelförmigen Fläche mit Kegelwinkel € von 25 % -35 % zur Verbindungslängsachse X ausgeführt ist, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche und mit der kegelförmigen Anschlagfläche gekoppelt ist, und mit Rücksicht auf die Ausfüh-Since the inner tube is designed with an additional conical surface with a cone angle € of 25%-35% to the connecting longitudinal axis X, which is coupled on the one hand with the toroidal sealing surface and with the conical stop surface, and with regard to the design
rung des Außenrohrs mit der kegelförmigen Dichtfläche mit Kegelwinkel B von B = © CF „) % zur tion of the outer tube with the conical sealing surface with cone angle B from B = © CF ") % to
Verbindungslängsachse X, wird überflüssiger Schmierstoff in den Ringraum zwischen den kegelförmigen Flächen ausgetrieben. Connection longitudinal axis X, excess lubricant is expelled into the annular space between the conical surfaces.
[0027] So gewährleistet die vorgeschlagene dichte Metallrohrgewindeverbindung eine Verlängerung des Berührungsbereichs b der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs, die mit der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs in Berührung kommt, was die Dichtheit der Gewindeverbindung und deren Betriebszuverlässigkeit erhöht. Thus, the proposed tight threaded metal pipe connection ensures an elongation of the contact area b of the toroidal sealing surface of the inner pipe, which comes into contact with the conical sealing surface of the outer pipe, which increases the tightness of the threaded connection and its operational reliability.
[0028] Die Ausstattung des Innenrohrs mit einer zusätzlichen kegelförmigen Fläche und einer zusätzlichen zylinderförmigen Fläche, die mit der torusförmigen Dichtfläche oder Radienübergängen mit Radius R; = 5,0 mm + 1,0 mm gekoppelt sind, erlaubt es, eine Entdichtung der Verbindung bei Wechselbeanspruchungen zu vermeiden. The equipment of the inner tube with an additional conical surface and an additional cylindrical surface with the toroidal sealing surface or radius transitions with radius R; = 5.0 mm + 1.0 mm allows to avoid de-sealing of the connection in case of alternating stresses.
[0029] Die kegelförmige Ausführung der Anschlagflächen des Außen- und Innenrohrs mit negativem Kegelwinkel (-)10°s v = (-)20° zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene ermöglicht es, die negative Wirkung der Kerben zu vermindern, und verhindert Turbulenzentstehung bei der Bewegung des Betriebsmediums innerhalb der Verbindung. The conical design of the stop surfaces of the outer and inner tube with a negative cone angle (-)10°sv=(-)20° to the plane perpendicular to the longitudinal axis X of the connection makes it possible to reduce the negative effect of the notches and prevents the formation of turbulence the movement of the operating medium within the connection.
[0030] Die Ausstattung des Außenrohrs mit einer Innenringnut mit Hohlkehlen mit Radius von Ra = 0,5 mm + 0,1 mm vermindert negative Wirkung der inneren Winkelkerben der Ringnut und erhöht die Festigkeit des Innenrohrs. Equipping the outer tube with an inner ring groove with fillets with a radius of Ra=0.5 mm+0.1 mm reduces the negative effect of the inner angular notches of the ring groove and increases the strength of the inner tube.
[0031] Die Ausstattung des Außenrohrs mit einer kegelförmigen Dichtfläche und kegelförmigen Anschlagfläche, die mit einem Radienübergang mit Radius von Ra = 0,9%? mm gekoppelt sind, sowie die Ausstattung des Innenrohrs mit einer zusätzlichen kegelförmigen Fläche und kegelförmigen Anschlagfläche, die mit einem Radienübergang mit Radius von Rs = 1,0*%°? mm gekoppelt sind, kann eine optimale Berührung der Anschlagflächen bei der Rohrverschraubung und effektive Übergabe des Drehmoments und von Längskräften in der Rohrkolonne bei der Montage und beim Betrieb sicherstellen. The equipment of the outer tube with a conical sealing surface and conical stop surface with a radius transition with a radius of Ra = 0.9%? mm are coupled, as well as the equipment of the inner tube with an additional conical surface and conical stop surface, which have a radius transition with a radius of Rs = 1.0*%°? mm are coupled, can ensure optimal contact of the stop surfaces when screwing the tube and effective transfer of the torque and longitudinal forces in the tube column during assembly and operation.
[0032] Die Ausführung der Gewindeendbereiche des Außen- und Innenrohrs mit Innen- und AuBenstützkegelgewinde, bei denen das Profil vom Stützkegelgewinde einen negativen Winkel a, au von (-)2° °5° an der Tragfläche und einen positiven Winkel as, as von (+)10° + 0,5° zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene an der Einlegefläche hat, ermöglicht mehrfache verschleißlose Verschraubung und Losschraubung der dichten Gewindeverbindung und dient auch als ein Verschluss gegen eventuelles Abrutschen, was auch zur Zuverlässigkeit der Gewindeverbindung beiträgt. The execution of the threaded end areas of the outer and inner tube with inner and outer support cone thread, in which the profile of the support cone thread has a negative angle a, au of (-)2° °5° on the wing and a positive angle as, as of (+)10° + 0.5° to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the connection X on the insertion surface, enables multiple wear-free screwing and unscrewing of the tight threaded connection and also serves as a lock against possible slipping, which also contributes to the reliability of the threaded connection.
[0033] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Referenz auf die Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt: The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings. It shows:
[0034] Fig. 1 eine Gesamtzeichnung der dichten Metallrohrgewindeverbindung; [0035] Fig. 2 ein Fragment des Außenrohrs der dichten Metallrohrgewindeverbindung; [0036] Fig. 3 ein Fragment des Innenrohrs der dichten Metallrohrgewindeverbindung; [0037] Fig. 4 ein Profil vom Stützkegelgewinde des Innenrohrs; Figure 1 is an overall drawing of the sealed threaded metal pipe connection; Figure 2 shows a fragment of the outer tube of the sealed threaded metal pipe connection; Figure 3 shows a fragment of the inner pipe of the tight threaded metal pipe joint; Figure 4 shows a profile of the supporting conical thread of the inner tube;
[0038] Fig. 5 ein Profil vom Stützkegelgewinde des Außenrohrs dar; und Figure 5 represents a profile of the support cone thread of the outer tube; and
[0039] Fig. 6 ein Fragment vom Berührungsbereich der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs. Figure 6 is a fragment of the contact area of the conical sealing surface of the outer tube.
[0040] Eine dichte Metallrohrgewindeverbindung wird durch (Fig. 1) Gewindeendbereiche 1, 2 mit jeweils einem Innen- und Außenstützkegelgewinde 3 und 4 von zwei achsgleich liegenden Röhren - einem Außen- und einem Innenrohr 5 und 6, Dichtberührungsflächen 7 und 8, und Anschlagflächen 9 und 10 gebildet. A tight metal pipe thread connection is achieved by (Fig. 1) threaded end areas 1, 2, each with an inner and outer supporting conical thread 3 and 4, of two coaxially lying pipes - an outer and an inner pipe 5 and 6, sealing contact surfaces 7 and 8, and stop surfaces 9 and 10 formed.
[0041] Die Dichtfläche 7 des Außenrohrs 5 ist kegelförmig ausgeführt (Fig. 2). [0042] Die Dichtfläche 8 des Innenrohrs 6 ist torusförmig ausgeführt (Fig. 3). The sealing surface 7 of the outer tube 5 is conical (Fig. 2). The sealing surface 8 of the inner tube 6 is designed in the shape of a torus (FIG. 3).
[0043] Die Anschlagflächen 9 und 10 des Innen- und Außenrohrs 5 und 6 sind kegelförmig mit negativem Kegelwinkel y zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene ausgeführt. The abutment surfaces 9 and 10 of the inner and outer tubes 5 and 6 are conical with a negative cone angle γ to the plane perpendicular to the longitudinal axis X of the connection.
[0044] Das Innenrohr 6 ist mit einer zusätzlichen Zylinderfläche 13 ausgestattet, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche 8 und andererseits mit dem Gewindeendbereich 2 gekoppelt ist. The inner tube 6 is equipped with an additional cylindrical surface 13 which is coupled to the toroidal sealing surface 8 on the one hand and to the threaded end area 2 on the other hand.
[0045] In Innenrohr 6 ist die torusförmige Dichtfläche 7 für die Röhre meistens mit einem Außendurchmesser von D= 4 % - 13 %" mit einem Radius Rı = 70-140mm ausgeführt. In the inner tube 6, the toroidal sealing surface 7 for the tube is mostly designed with an outside diameter of D=4%-13%" with a radius R1=70-140 mm.
[0046] Das Innenrohr 6 ist mit einer zusätzlichen Kegelfläche 12 mit Kegelwinkel € von 25 - 35 % zur Verbindungslängsachse X ausgestattet, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche 8 und andererseits mit der kegelförmigen Anschlagfläche 10 gekoppelt ist. The inner tube 6 is equipped with an additional conical surface 12 with a cone angle ε of 25-35% to the longitudinal connection axis X, which is coupled to the toroidal sealing surface 8 on the one hand and to the conical stop surface 10 on the other hand.
[0047] Das Außenrohr 5 ist mit der kegelförmigen Dichtfläche 7 mit Kegelwinkel B von = (5) The outer tube 5 is provided with the conical sealing surface 7 with a cone angle B of = (5)
% zur Verbindungslängsachse X sowie mit einer zwischen dem Gewindeendbereich 1 und der kegelförmigen Dichtfläche 7 liegenden Innenringnut 11 ausgeführt. % to the connection longitudinal axis X and with an inner ring groove 11 located between the threaded end area 1 and the conical sealing surface 7 .
[0048] Eine solche Ausführung der dichten Metallrohrgewindeverbindung ermöglicht eine Verlängerung der Berührungsfläche b der torusförmigen Dichtfläche 8 des Innenrohrs 6, die mit der konischen Dichtfläche 7 in Berührung kommt, bis auf 2-7 mm, was die Dichtheit und Betriebssicherheit der Verbindung wesentlich erhöht. Such an embodiment of the tight metal pipe thread connection allows an extension of the contact surface b of the toroidal sealing surface 8 of the inner pipe 6, which comes into contact with the conical sealing surface 7, up to 2-7 mm, which significantly increases the tightness and operational reliability of the connection.
[0049] In Innenrohr 6 sind eine zusätzliche Kegelfläche 12 und eine zusätzliche Zylinderfläche 13 mit der torusförmigen Dichtfläche 8 oder Radienübergängen 14, 15 mit Radius von R; = 5,0+1,0mm gekoppelt. In the inner tube 6 are an additional conical surface 12 and an additional cylindrical surface 13 with the toroidal sealing surface 8 or radius transitions 14, 15 with a radius of R; = 5.0+1.0mm coupled.
[0050] In Außenrohr 5 und Innenrohr 6 sind die Anschlagflächen 9 und 10 kegelförmig mit einem negativem Kegelwinkel v von (-)10°s v <= (-)20° zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene ausgeführt. In the outer tube 5 and inner tube 6, the stop surfaces 9 and 10 are conical with a negative cone angle v of (-)10°s v<=(-)20° to the plane perpendicular to the longitudinal axis X of the connection.
[0051] In Außenrohr 5 ist die Innenringnut 11 mit Hohlkehlen 16 mit einem Radius von Rz3 = 0,5+0,1mm ausgeführt. In the outer tube 5, the inner ring groove 11 is designed with grooves 16 with a radius of Rz3=0.5+0.1 mm.
[0052] In Außenrohr 5 sind die kegelförmige Dichtfläche 7 und die kegelförmige Anschlagfläche 9 mit Radienübergang 17 mit einem Radius von Ra = 0,9%2mm gekoppelt. In the outer tube 5, the conical sealing surface 7 and the conical stop surface 9 are coupled with a radius transition 17 with a radius of Ra=0.9%2mm.
[0053] In Innenrohr 6 sind die zusätzliche Kegelfläche 12 und die kegelförmige Anschlagfläche 10 mit Radienübergang 18 mit einem Radius von Rs = 1,0*%? mm gekoppelt. In the inner tube 6 are the additional conical surface 12 and the conical stop surface 10 with radius transition 18 with a radius of Rs = 1.0 *%? mm coupled.
[0054] In Außenrohr 5 und Innenrohr 6 sind die Gewindeendbereiche 1, 2 mit Außen- und Innenstützkegelgewinde 3, 4 mit Kegelwinkel a von 5,25 - 8,25% zur Verbindungslängsachse X ausgeführt. In the outer tube 5 and inner tube 6, the threaded end regions 1, 2 are provided with external and internal supporting conical threads 3, 4 with a cone angle α of 5.25-8.25% to the longitudinal axis X of the connection.
[0055] In Außenrohr 5 und Innenrohr 6 sind die Gewindeendbereiche 1, 2 mit dem Außen- und Innenstützkegelgewinde 3, 4 dementsprechend so ausgeführt, dass der Stützkegelgewindeprofil einen negativen Winkel a», au von (-)2° 05° an der Tragfläche und einen positiven Winkel as, as (+)10°+0,5° zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene an der Einlegefläche hat (Fig. 4,5). In the outer tube 5 and inner tube 6, the threaded end regions 1, 2 with the outer and inner supporting conical thread 3, 4 are designed in such a way that the supporting conical thread profile has a negative angle a», au of (-)2° 05° on the wing and has a positive angle as, as (+)10°+0.5° to the plane perpendicular to the connecting longitudinal axis X on the insertion surface (Fig. 4.5).
BEISPIEL. EXAMPLE.
[0056] Die Musterausführung der dichten Metallrohrgewindeverbindung ist durch die Gewindeendbereiche 1, 2 mit jeweils dem Innen- und Außenstützkegelgewinde 3 und 4 von zwei achsgleich liegenden Röhren - dem Außen- und Innenrohr 5 und 6, den berührenden Dichtflächen 7, 8, und den berührenden Anschlagflächen 9 und 10 7,8 und 9, 10 gebildet. The pattern design of the tight metal pipe thread connection is through the threaded end areas 1, 2, each with the internal and external supporting conical thread 3 and 4 of two coaxially lying pipes - the outer and inner pipe 5 and 6, the contacting sealing surfaces 7, 8, and the contacting Stop surfaces 9 and 10 7.8 and 9, 10 formed.
Die Dichtfläche 7 des Außenrohrs 5 wurde kegelförmig ausgeführt, die Dichtfläche 8 des Innenrohrs 6 wurde torusförmig ausgeführt, die Anschlagflächen 9 und 10 des Innen- und Außenrohrs 5 und 6 wurden kegelförmig mit negativem Kegelwinkel v zu der zur Verbindungslängsachse X The sealing surface 7 of the outer pipe 5 was conical, the sealing surface 8 of the inner pipe 6 was toroidal, the stop surfaces 9 and 10 of the inner and outer pipe 5 and 6 were conical with a negative cone angle v to that of the connecting longitudinal axis X
senkrechten Ebene ausgeführt. executed in a vertical plane.
[0057] Innenrohr 6 wurde mit einer zusätzlichen Zylinderfläche 13 ausgestattet, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche 8 und andererseits mit dem Gewindeendbereich 2 gekoppelt war. In Innenrohr 6 wurde die torusförmige Dichtfläche 7 für die Röhre meistens mit AußendurchmesservonD=4%- 13 %" mit Radius Rı = 70-140mm ausgeführt. The inner tube 6 was equipped with an additional cylinder surface 13 which was coupled to the toroidal sealing surface 8 on the one hand and to the threaded end area 2 on the other hand. In the inner tube 6, the toroidal sealing surface 7 for the tube was mostly designed with an outside diameter of D=4%-13%" with a radius Rı = 70-140mm.
[0058] Innenrohr 6 wurde mit zusätzlicher Kegelfläche 12 mit Kegelwinkel @ von 25 - 35 % zur Verbindungslängsachse X ausgestattet, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche 8 und andererseits mit der kegelförmigen Anschlagfläche 10 gekoppelt war. The inner pipe 6 was equipped with an additional conical surface 12 with a conical angle γ of 25-35% to the connecting longitudinal axis X, which was coupled to the toroidal sealing surface 8 on the one hand and to the conical stop surface 10 on the other.
[0059] Außenrohr 5 wurde mit kegelförmiger Dichtfläche 7 mit Kegelwinkel B von ß = @ (15) % The outer tube 5 was provided with a conical sealing surface 7 with a cone angle B of β=@(15)%
zur Verbindungslängsachse X sowie mit zwischen dem Gewindeendbereich 1 und der kegelförmigen Dichtfläche 7 liegender Innenringnut 11 ausgeführt. to the longitudinal axis of the connection X and with an inner annular groove 11 lying between the threaded end region 1 and the conical sealing surface 7 .
[0060] Die nominale Überlappungsfläche, die eine dichte Verbindung gewährleistet, wurde mit der vom Anmelder bestimmten Formel berechnet, die nur geometrische Verbindungsparameter beinhaltet: The nominal overlap area ensuring a tight joint was calculated with the formula determined by the Applicant, which only includes geometric joint parameters:
S=2- m: D- ler: . (sin@)?] [1 — (sin(0))2] = S=2- m: D- ler: . (sin@)?] [1 — (sin(0))2] =
° °
1.3 2-3.14-330.48 - Je -1302- Gsin ( > 1.3 2-3.14-330.48 - Je -1302- Gsin ( >
)»2] [1 — (sin(5%)2] = 6092mm“® )»2] [1 — (sin(5%)2] = 6092mm“®
wobei: whereby:
[0061] D - Innenrohrdurchmesser an der Stelle der Berührung von Dichtflächen, mm (D = 330,48 mm); D - inner pipe diameter at the point of contact of sealing surfaces, mm (D = 330.48 mm);
[0062] R - Radius der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs, mm; (R = Rı = 130 mm); R - radius of the toroidal sealing surface of the inner tube, mm; (R = Rı = 130mm);
[0063] a - Winkel zwischen dem zum Zentralpunkt der Überlappung von der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs gezogenen Radius und dem Radius, der zum Grenzpunkt der Berührungsstelle der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs mit der kegelförmigen Dichtfläche des AuBenrohrs gezogen wurde; Grad (°); (a = 2,25°); a - angle between the radius drawn to the center point of the overlap of the toroidal sealing surface of the inner tube and the radius drawn to the boundary point of the point of contact of the toroidal sealing surface of the inner tube with the conical sealing surface of the outer tube; degrees (°); (α = 2.25°);
[0064] 9 - Winkel zwischen der Ebene der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs und Sehne, die vom Grenzpunkt der Berührungsstelle der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs mit der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs zum Zentralpunkt der Überlappung von der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs gezogenen wurde, Grad (°); (8 = 42,75°). 9 - Angle between the plane of the conical sealing surface of the outer tube and the chord drawn from the boundary point of the point of contact of the toroidal sealing surface of the inner tube with the conical sealing surface of the outer tube to the center point of the overlap of the toroidal sealing surface of the inner tube, degrees (°) ; (8 = 42.75°).
[0065] In diesem Fall beträgt die Berührungslänge b: In this case, the contact length b is:
[0066] Dabei wurde die Musterausführung der dichten Metallrohrgewindeverbindung gemäß gültigen Vorschriften für Gewindetyp Buttress mit folgenden geometrischen Parametern hergestellt: Nominaler Außendurchmesser des Innenrohrs - 339,725 mm; Nominaler Außendurchmesser des Außenrohrs - 36241 mm; Radius der Dichtfläche des Innenrohrs beträgt Rı = 130+0,5 mm; Gewindeneigungswinkel beträgt a1= 6,25%+40,1%; Kegelwinkel der Dichtflächen des Innen- und Außenrohrs beträgt y = -15° zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene; Kegelwinkel der zusätzlichen Kegelfläche des Innenrohrs beträgt € = 15°+0,5; Kegelwinkel der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs beträgt Bß = 30%+40,1% zur Verbindungslängsachse X (16,67°+0,05°); Radius der Hohlkehlen von der Innenringnut des Außenrohrs beträgt R3 = 0,5 mm; Radienübergänge in den Kopplungen der zusätzlichen Zylinderfläche des Innenrohrs mit At the same time, the sample design of the tight metal pipe threaded connection was made in accordance with the valid regulations for thread type buttress with the following geometric parameters: nominal outer diameter of the inner pipe - 339.725 mm; Nominal outer diameter of the outer tube - 36241 mm; Radius of the sealing surface of the inner tube is Rı = 130+0.5 mm; Thread pitch angle is a1= 6.25%+40.1%; The cone angle of the sealing surfaces of the inner and outer pipe is y = -15° to the plane perpendicular to the longitudinal axis X of the connection; Cone angle of the additional cone surface of the inner tube is € = 15°+0.5; The cone angle of the cone-shaped sealing surface of the outer tube is Bß = 30%+40.1% to the longitudinal connection axis X (16.67°+0.05°); The radius of the fillets from the inner ring groove of the outer tube is R3 = 0.5 mm; Radius transitions in the couplings of the additional cylinder surface of the inner tube with
der torusförmigen Dichtfläche, sowie mit der zusätzlichen Kegelfläche des Innenrohrs mit der torusförmigen Fläche betragen R2= 5 mm. Die dichte Metallrohrgewindeverbindung funktioniert wie folgt. the toroidal sealing surface and the additional conical surface of the inner tube with the toroidal surface are R2= 5 mm. The tight metal pipe thread connection works as follows.
[0067] Bei der Verschraubung und Losschraubung der Gewindeverbindung erfolgt zunächst Wechselwirkung der Gewindeendbereiche 1,2 mit jeweils Innen- und Außenstützkegelgewinde 3 und 4 vom Außenrohr 5 und Innenrohr 6. When screwing and unscrewing the threaded connection, the threaded end regions 1, 2 interact with the inner and outer supporting conical threads 3 and 4 of the outer tube 5 and inner tube 6.
[0068] Wegen der diametralen elastischen Deformationen von der obenerwähnten Dichtflächen 7, 8 wird ein Dichtelement „Metall - Metall“ vom „Kegel - Torus“ Typ, das eine Berührungslänge b von 2-7 mm gewährleistet, dadurch geschaffen, dass die torusförmige Dichtfläche 8 mit Radius von Rı = 70-140 mm ausgeführt ist. Due to the diametrical elastic deformations of the above-mentioned sealing surfaces 7, 8, a "metal - metal" sealing element of the "cone - torus" type, which ensures a contact length b of 2-7 mm, is created in that the toroidal sealing surface 8 with a radius of Rı = 70-140 mm.
[0069] Dabei entstehen die Berührungsspannungen in der Verbindung, die eine zuverlässige Barriere für Gas- und Flüssigkeitsdruck schaffen und hohe Dichtheit der Verbindung gewährleisten, aber keine Zerstörung der berührenden Dichtflächen 7 und 8 verursachen. In this way, the contact stresses arise in the connection, which create a reliable barrier for gas and liquid pressure and ensure high tightness of the connection, but do not cause the sealing surfaces 7 and 8 in contact to be destroyed.
[0070] Da Innenrohr 6 mit zusätzlicher Kegelfläche 12 mit Kegelwinkel @ von 25 - 35 % zur Verbindungslängsachse X ausgestattet ist, die einerseits mit torusförmiger Dichtfläche 8 und andererseits mit kegelförmiger Anschlagfläche 10 gekoppelt ist, und Außenrohr 5 ist mit kegelförmiger Since the inner pipe 6 is equipped with an additional conical surface 12 with a cone angle γ of 25 - 35% to the connecting longitudinal axis X, which is coupled on the one hand with a toroidal sealing surface 8 and on the other hand with a conical stop surface 10, and the outer pipe 5 is equipped with a conical
Dichtfläche 7 mit Kegelwinkel ß von ß = (5) % zur Verbindungslängsachse X ausgeführt, wird Sealing surface 7 with a cone angle ß of ß = (5) % to the longitudinal axis X of the connection is made
überflüssiger Schmierstoff in den Ringraum zwischen den kegelförmigen Flächen ausgetrieben, was Dichtheit und Betriebssicherheit der Verbindung sicherstellt. excess lubricant is expelled into the annular space between the conical surfaces, which ensures tightness and operational reliability of the connection.
[0071] Die Innenringnut 11 des Innenrohrs 6, die zwischen dem Gewindeendbereich 1 und der kegelförmigen Dichtfläche 7 liegt, schafft einen Ringraum zum Sammeln vom Schmierstoff, was Dichtheit der Verbindung sicherstellt. The inner annular groove 11 of the inner tube 6, which lies between the threaded end portion 1 and the conical sealing surface 7, creates an annular space for collecting the lubricant, which ensures tightness of the connection.
[0072] Bei der weiteren Verschraubung des Gewindeendbereichs 1 mit dem Innenkegelstützgewinde 3 des Außenrohrs 5 auf den Gewindeendbereich 2 mit dem Außenkegelstützgewinde 4 des Innenrohrs 6 entsteht ein Kraftkontakt der kegelförmigen Anschlagfläche 9 des Außenrohrs 5 mit der kegelförmigen Anschlagfläche 10 des Innenrohrs 6, die mit einem negativem Kegelwinkel v von (-)10°s y = (-)20° zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene liegen. During the further screwing of the threaded end area 1 with the inner cone supporting thread 3 of the outer pipe 5 onto the threaded end area 2 with the outer cone supporting thread 4 of the inner pipe 6, a force contact of the conical stop surface 9 of the outer pipe 5 with the conical stop surface 10 of the inner pipe 6 occurs, which is connected to a negative cone angle v of (-)10°sy = (-)20° to the plane perpendicular to the longitudinal axis X of the connection.
[0073] Demzufolge entstehen im Bereich der elastischen Deformationen liegende Berührungsspannungen auf der kegelförmigen Anschlagfläche 9 des Außenrohrs 5 mit der kegelförmigen Anschlagfläche 10 des Innenrohrs 6. As a result, contact stresses in the area of the elastic deformations arise on the conical abutment surface 9 of the outer tube 5 with the conical abutment surface 10 of the inner tube 6.
[0074] Bei der Wechselwirkung der kegelförmigen Anschlagfläche 9 des Außenrohrs 5 mit der kegelförmigen Anschlagfläche 10 des Innenrohrs 6, die mit dem negativen Kegelwinkel y von (-)10°s v = (-)20° zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene liegen, und bei der Wirkung der Axialbelastung auf die während der Verschraubung des Außenrohrs 5 und Innenrohrs 6 entsteht, ist die Querkomponente dieser Belastung zur Verbindungslängsachse X gerichtet, was Dichtheit und Betriebssicherheit der Verbindung erhöht. During the interaction of the conical stop surface 9 of the outer tube 5 with the conical stop surface 10 of the inner tube 6, which lie with the negative cone angle y of (-)10°sv = (-)20° to the plane perpendicular to the longitudinal axis X of the connection, and at the effect of the axial load on which arises during the screwing of the outer pipe 5 and inner pipe 6, the transverse component of this load is directed to the longitudinal axis X of the connection, which increases the tightness and operational reliability of the connection.
[0075] Somit erlaubt es die Verwendung der dichten Metallrohrgewindeverbindung, Dichtheit und Betriebssicherheit der Verbindung zu erhöhen, wobei kein großer Aufwand bei Herstellung und Montage erforderlich ist, so kann von dieser Verbindung bei der Errichtung der Gas- und Olsonden reichlich Gebrauch gemacht werden. Thus, the use of the tight threaded metal pipe connection allows to increase the tightness and operational reliability of the connection, while not requiring great effort in manufacture and assembly, so this connection can be used extensively in the construction of gas and oil wells.
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