CN1006571B - 全螺纹密封的钢管接头 - Google Patents

Abstract

本发明系石油工业用钢管螺纹接头，其阳件(3)和阴件(1)用螺纹(2、4)连接，每个螺纹轮廓面的一部分以拧紧状态紧贴在另一件的螺纹上。

接头第一件(1)为混合结构，在螺纹的一段长度上有合成材料填料，其体积与形状均跟以拧紧状态存在于混合件(1)的金属部分与第二件之间的间隙准确相符；第二件之尺寸在加工公差限量之内，以便接头装配时留有最大可能的间隙。

Description

本发明涉及钢管螺纹接头，适用于石油工业。

众所周知，石油工业用接管必须具有一定的难得的特性，即要求该接头既易于加工、不易损坏，又要保证高压密封性（高压或作用在接头内部，或作用在接头外部），甚至接头还可承受挠力、拉力或径向压力。

管接头可以互换。当接头跟其他更换件重新锁紧时，接头的密封质量不受影响。这一点，同样是很重要的。

目前石油工业所用的螺纹接头，首先有阳螺纹和阴螺纹，通常是锥形的，但也可以是圆柱形的，阴阳螺纹保证钢管两件（一件在另一件之中）的机械性，尤其是承受作用在接头上的径向拉力。

在多数情况下，普通接头还有所谓锁紧限制档块，即一旦获得扣紧力矩时，档块起固定阳件对阴件的作用。

最后，这类接头至少还有一对密封面，密封面按如下方法安装：在接头拧紧过程中密封面要把获得足够的密封性的压力施加在接触面上，使一面与另一面相贴紧。

在多数情况下，密封性是用金属-金属接触法获得的。但在某些情况下，密封面还可跟塑料接头组合起来，例如聚四氟乙烯环，通过其变形来保证或有助于接头的密封性。

特别为人所周知的一种方法是，把聚四氟乙烯环安装在管颈中阴件上，或跟密封面相齐或跟螺纹相齐，在扣紧接头的过程中阴件产生接头的塑料变形，以适应阳件的形状。

但是，上述塑料接头的缺点是，安装困难，以及在实际工作中每次装卸接头时都必须进行更换。

人们还知道，建筑物供水或供暖用锁紧接头，采用的密封技术是用一种热塑性材料包裹任一零件的螺纹，热塑性材料在扣紧过程中产生变形以保证密封性。

这种密封装置用来代替使用未加工的聚四氟乙烯带或麻絮，通常是在拧紧阴件之前，包复在阳件的螺纹上。密封装置的目的，仅仅是把热塑性材料预定位在某一零件的螺纹面上。

在这种情况下，一般说来，松开接头，互换零件，重新拧紧并保持已获得的密封质量，这是不可能的。

本发明的目的是，保证石油工业用接头全部螺纹的密封性。除此之外，还消除了在直到今天为止的装置中的间隙，因而具有提高该接头性能和强度的优点。

事实上，我们知道，为了把两个管子组成机械联结的组合件，每个阳件螺纹必须沿轴向和径向与阴件的相应螺纹发生作用。

由此，我们可把一个锁紧状态接头的螺纹轮廓分解为两部份：一部份是，在接头拧紧时紧压在另一部份的表面;另一部份是，阳件和阴件之间相隔一定距离的表面，在螺纹中有这样距离的一条间隙。

由于这个螺纹轮廓部份的存在，即阳件阴件表面之间有距离，由此而产生：直到今天，在实际上不可能实现完全满足这类接头全部螺纹的密封性。

事实上，阳螺纹与阴螺纹有关表面之间存在的这个间隙，形成了泄漏的通道，其形状是明显的螺旋形，沿着与一切密封性相反的螺纹长度。

本发明的目的是，获得全部螺纹的密封性，使阳件和阴件螺纹具有完全吻合的形状，使阳件面与阴件面之间组成螺纹整体，产生连续接触。

本发明的目的是，用于石油工业的钢管螺纹接头。在这类接头中阳 件和阴件由螺纹组合，而每一螺纹轮廓面之一部以锁紧状态贴在另一件的螺纹上，其特征是：接头的第一件在一定螺纹长度上至少有合成材料的填料，其体积和形状均准确地符合于所谓第一件和第二件之间在锁紧状态下存在的间隙的体积和形状，第二件尺寸大小均在加工余量范围之内并在接头装配状态下保持最大间隙。

我们知道，在上述条件下，按本发明的接头由接头第一件（具有混合结构）和第二件（阳件或阴件，常规的，全金属）组成。第一件螺纹轮廓表面在拧紧过程中对第二金属件的螺纹产生压力，而第一金属件螺纹轮廓表面在锁紧过程时给第二件留下一个间隙，可用合成材料填料充满，以使按本发明在拧紧两件过程中除第二金属件的加工公差余量外，已不再有任何间隙。

我们知道，用这种方式，关于第一件合成材料的物质，在拧紧过程中，不能使其成形以适应第二金属件的螺纹形状，如同以下所述，合成材料物质承受由加工余量产生的一种较弱的压力。

两件均符合本发明，也可用不同方式把合成材料涂层复在第二件上：

按符合本发明的第一种方法，在应接受填料的第一件之上或之内，拧入带有螺纹的胀管器，其螺纹尺寸与第二金属件公差限量准确相符，第二金属件则应在第一件之上或之内进行拧紧;在分布在胀管器之内的众多管道的帮助下，在两个螺纹之间喷射合成材料。合成材料在第一件上固定之后，使其有混合性能，以便实现在符合本发明之螺纹内的密封性。

按另一种办法，在这第一混合件的金属部份上，遵照本发明，可获得混合件。人们希望有一种合成材料，产生聚合作用，加工这种合成材料，使其仅在下述区域内滞留合成材料：即第二金属件螺纹金属表面不能贴在第一合成件螺纹的相应的金属表面上，而留有一定间隙，以便在 锁紧接头过程中占据全部剩留下来的阳螺纹与阴螺纹之间的自由空间。

按照本发明，最好使用氨基甲酸乙酯橡胶，如牌号Potathane    XPE或微蜂窝结构的RLM160，多碳化物，聚烯烃和聚酰胺当作合成材料。为了更好地说明本发明，现用示意与无约束性的附图对几种实现方式加以说明，附图如下：

图一表示石油工业用常规接头剖面。

图二为放大比例的剖面图，表示常规接头的第一种螺纹连接方式。

图三表示常规接头第二种螺纹连接方式的剖面图。

图四表示常规接头第三种螺纹连接方式的剖面图。

图五表示本发明所述的一对阴阳螺纹偶的剖面图。

图六表示实现本发明所述螺纹的装置。

图七为图六Ⅶ部份的放大比例图。

图一介绍了石油工业常用接头的剖面图。这种接头的组成，有一个阴件或接箍1，带有内圆锥螺纹2，阳件3通过相应的外圆锥螺纹4啮合在内圆锥螺纹2内。

分布在阴件内部的档块5，用作阳件端部6的支承，以限制拧紧，而一对表面7和8，则分别分布在阴件和阳件上，保证接头的密封性。

在图二上，以更大的比例介绍了图一的接头螺纹。我们在图二上看到，阳件3的螺纹9如何啮合在阴件1的凹槽10内。考虑到拧紧限制档块5的存在，螺纹9的齿面11沿轴紧贴在凹槽10的齿面12上。

同样，由于螺纹的锥度和由此而产生的箍紧，阳件3的螺纹谷13沿径向紧贴在阴件1的螺纹齿顶14上。

上述连接方式是，阴螺纹齿顶支承阳螺纹凹槽的情况。但是如果在加工过程中齿高9大于凹槽10的高度，上述情况则相反。

我们看到在这些条件下，如果考虑到阳件螺纹的全部轮廓情况，可观察到在螺纹谷13和螺纹齿面11上，阴件紧贴在阳件上，这就保证了 这一区域的密封性。相反，齿顶15和阳件螺纹9的后齿面16的面上，在阴件和阳件之间必然有一个间隙。在图二所示的间隙17，使其不可能获得满足于螺纹面的密封性。

事实上，我们知道图二上所示的在螺纹平面的间隙，以螺旋状延伸在整个阳件与阴件之间的螺纹中。

图三介绍了另一种螺纹连接的方式。阳截锥形螺纹在拧入阴截锥形螺纹过程中产生的箍力，作用在螺纹的侧齿面18和19上，并在阳螺纹和阴螺纹的齿顶上留出自由空间17。

图四介绍了另一种螺线连接的方式。此方式不同于图二所述的方式，其内容是，阳件载体齿面11和阴件载体齿面12形成一个与接头径向平面成一定角度的向前倾角。

这类螺纹，同样也在阳螺纹9的齿顶和后齿面16上存在一个间隙17。

图五介绍了如何按本发明获得全螺纹面的密封性。

在图五上，我们看到，阳件螺纹9，其载体齿面11，齿顶15，后齿面16以及螺纹谷13。

在这种连接方式中，阳件是一个常规接头件，而阴件1是按本发明实现的混合件以跟阳件啮合。

在阴件1上，我们看到了螺纹谷10，载体齿面12和螺纹齿顶14。

按本发明，螺纹谷10包复合成材料20，合成材料则粘附在阴件1的金属部份上，其齿底21和后齿面22的形状，符合于拧紧状态的阳件螺纹，阳件尺寸在公差下限之内，以保证加工阳件螺纹。

由此，当把公差下限范围的阳件拧入阴件时，阴件与阳件之间不存在任何自由空间，所根据的事实是：与阳件的接触，或由阴件的金属部份12、14保证，或由阳件的合成材料填料的轮廓21、22来保 证。

所以，我们看到，在几乎全部的情况下，在拧紧过程中，阳件螺纹轻轻地压缩阴件合成材料20的填料，以提高已获得的密封性。

因此，我们用阴件上的虚线23来表示接头在拧紧状态下阳件的螺纹轮廓。

我们看到，在这些条件下，本发明的接头在整个螺纹区域具有良好的密封性，因为阳件的螺纹在制造的公差内沿着这个螺纹的螺旋线而变化，致使在这个螺旋线的至少一部份区域上，齿顶15和阳件螺纹的后齿面处对合成材料20有足够压力，以保证沿整个螺纹良好的密封性。

我们还看到，在这些条件下，按本发明，不需要沿着整个螺纹面包复合成材料填料20，而仅在一个特定的区域填充填料即可。

但是，这一点还是很有趣的：沿整个螺纹面填充这种合成材料填料20，以提高接头的强度。这一点主要在下述情况下才能实现：接头有一个或几个圆柱形螺纹，并如人们所知，阳件可相对于阴件有侧向移动。

图六和图七为能够实现图五所示的混合阴件的装置。

图六是一个阴件1的剖面图，按本发明，在阴件上要实现合成材料20的给料。

为此，在阴件内拧入一个胀管器24，其螺纹经过精密加工，以准确地符合阳件的最小制造公差尺寸，阳件必须跟阴件相耦合。

胀管器24拧入阴件1，具有足够的拧紧力矩，以保证阳螺纹与相应的阴螺纹载体的齿顶、齿底和齿面的接触。

胀管器上有许多小管25，通入胀管器24外螺纹和阴件1的螺纹2之间存在的空间17，许多小管跟主管26相连，主管则把合成材料用压力注入空间17。

图七用放大比例表示，小管25如何通入阳件螺纹的齿顶15与非 载体后角面22以及阴件的非载体后角面16与齿底10之间的空间17，以注射合成材料20，使其跟阴件相连，其自由面准确地符合螺纹形状，螺纹形状要跟最小尺寸并兼容制造公差相吻合。

为了使合成材料20在拧松脱模过程中不粘连胀管器，胀管器表面要涂上抗粘连材料。

按本发明，使用的合成材料是一种氨基甲酸乙酯橡胶，牌号为Polathane    XPE。

在实施本发明的另一种方法中，可以按如下方法注射合成材料：使用一种无螺纹胀管器，合成材料全部填满，甚至重新覆盖阴件螺纹，然后当合成材料20硬化时，采用机械加工方法，只留下如图七所示间隙内的合成材料。

当然，以上所述的实现方法，没有任何限制性质，可以进行不超出本发明范围内的任意改变。

特别清楚的是，在上述实现方法中，按本发明，阴件是混合的（因阴件接受了合成材料层），但是同样可以把这种合成材料填料用在阳件上（阴件则保持常规），进行这一应用时要借助于例如阴胀管器。

最后，不言而喻，人们可以在不超出本发明范围内实现两个混合件，即便这种方法实施起来更为复杂。

Claims (4)

1、一种可用于特别是石油工业的钢管螺纹接头，包括由螺纹(2、4)连接的阳件(3)和阴件(1)，拧紧状态下其中一个元件螺纹表面部分地紧贴在另一元件螺纹表面，其特征在于，所说元件中的一个在其螺纹上包含有密封合成材料填料(20)，其体积和形状基本上相应于接头在拧紧状态下元件之间的间隙的体积和形状，其尺寸为机械公差限度所允许的接头拧紧时两元件之间的最大可能的间隙，这样，合成填料在逐步拧紧中将不会受到任何显著的压力。

2、根据权利要求1的接头，其特征在于，所述合成填料由氨基甲酸乙酯橡胶构成，例如Polathane  XPE或带微孔结构的RIM  160，多碳化物，聚烯烃或聚酰胺。

3、根据权利要求1或2的接头制造方法，其特征在于，在接受填料（20）的第一元件（1）之上或之内拧入带有螺纹的胀管器（24），其尺寸准确地相应于将被拧入或拧到第一元件的第二元件（3）的公差限量内，借助于分布在胀管器中的多条小管（25），在两个螺纹（2、4）之间注射合成材料（20），该合成材料填料固定在上述第一元件（1）上。

4、根据权利要求1或2的接头制造方法，其特征在于，在接受填料的第一元件上固定可被聚合的合成材料，使该合成材料发生聚合作用，对该合成材料进行机加工，使之仅存留于：拧紧状态下，不与其他元件螺纹表面相接触的第一元件的螺纹表面上，通过机加工使该合成材料的形状可占据接头第一元件和其他元件之间的全部存留的自由空间，该空间可以是，接头拧紧后两条螺纹之间的、机械公差造成的接头所允许的最大空间。

Images