CN1015402B - 在螺纹部分设有密封装置的钢管螺纹接头 - Google Patents

Abstract

一种用于钢管的螺纹接头，其阳螺纹件(3)和阴螺纹件(1)是通过螺纹(4)连接的，旋合状态下，每个螺纹的一部分轮廓面与另一个螺纹件的螺纹密贴。至少重一个接头螺纹件上设有一个以上的槽(18)，其槽深大于螺纹高度，槽内填有合成材料，填料的体积和形状至少与旋合状态下接头螺纹件(1)和另一个螺纹件(3)之间间隙的形状和体积相当，螺纹件尺寸应取加工公差极限值以便使接头间隙尽可能大。

Description

这项发明涉及一种管钢螺纹接头，尤其是石油工业所用的钢管螺纹接头，这种接头在螺纹攻丝部分设有密封装置。

众所周知，石油工业所用的钢管接头应具备某些过硬的技术性能，即这样的钢管接头既便于加工制造，坚固耐用，又能在接头内或接头外受到高压时确保很好的密封性，甚至在受到弯折或很大的轴向拉力、压力时，钢管接头仍具有良好的密封性能。

接头部件应能互换，不会因此而影响密封性能，即接头部件一旦更换后重新安装，其密封性能仍不会改变。

目前，石油工业用螺纹接头主要包括形状多为锥形（也可以是圆柱体）的阳螺纹和阴螺纹，通过阴螺纹和阳螺纹，使两根管件达到机械连接，尤其能承受加在接头上的轴向拉力。

在大多数的情况下，这种公知螺纹接头还包括螺纹限位的止挡，该止挡的作用是，当拧紧力矩达到规定值时，使阳螺纹相对于阴螺纹的运动停止。

此外，这种钢管接头还包括至少一对的密封面，其所在位置能保证接头旋入时，由于密封面之间彼此施加足够的压力而使密封面互相密贴，达到密封效果。

在大多数情况下，密封是在金属-金属接触面之间实现的，但在某些情况下，密封面也可在塑料接头中实现，如利用聚四氟乙烯环易变形的特征，就可使接头达到密封效果。

尤其广为人知的是，诸如聚四氟乙烯环形接头就可设在阴螺纹槽的密封面上，或者甚至在螺纹部分上，这样在接头旋入时，阳螺纹件就可使塑料接头变形，使其失去原有的形状而与阳螺纹件形状相适配。

这种塑料接头的缺点是不易安装，而且每次拆卸后再行安装时都得换上新的。

这种由装在阴螺纹槽内的塑料环所构成的接头应有极大的变形，才能使阳螺纹件的螺纹嵌入塑料环中。

在实际使用中，塑料接头常被破坏，等到下次使用时，该接头就不能再使用了。更有甚者，塑料接头变形时产生很大的应力，往往使塑料环发生位移，从螺纹槽内脱出，从而不再起作用。

在家用自来水和暖气管道的接头密封方面，广为采用的办法是在阳螺纹或阴螺纹的螺纹面上覆盖一层热塑料，这样在接头旋入时，热塑料变形，从而起到密封作用。

所有这些密封装置均用于替换耐用纤维或聚四氟乙烯带，在把阳螺纹旋入阴螺纹前，通常都要把这样的材料缠绕在阳螺纹上。

这就要在接头部件的螺纹攻丝处预先装好热塑料材料。

在这种情况下，一般说来是不可能做到把接头拧下来，更换接头部件后再拧上去还能保持规定的密封性能。

本发明的目的就在于使主要用于石油工业的钢管接头在接头螺纹处具有更理想的密封性，其特点是把一塑料件与接头中的一个螺纹件结合成一体，以保证良好的密封性能，这样在反复旋拧这一部件时，这一接头便能重复使用。

众所周知，钢管接头的第一个功能是把两个管件机械地旋接起来，阳螺纹件的每一个螺纹都必须与阴螺纹件对应的螺纹轴向配合，也常有在径向上配合的情况（当螺纹为圆锥螺纹时）。

由此可见，可以分解已紧固的一个接头螺纹轮廓，说分解，一方面是指在接头旋入时相互密贴的接触面上，另一方面是指在相对面保持一定距离的阳螺纹和阴螺纹的表面上，在阳螺纹面和阴螺纹面之间存在着螺纹间隙。

螺纹有此轮廓，阳螺纹件和阴螺纹件表面之间就有一定的距离，而时至今日，这种接头螺纹在实际上还未能很好地解决密封问题。

事实上，在阳螺纹和阴螺纹对应面之间的这一间隙沿螺旋形成了一条螺旋形泄漏通道;而这对于密封极为不利。

本发明能有效地反复堵塞螺纹形泄漏通道，从而解决了密封问题。

本发明者在解决钢管-尤其是石油工业用钢管的螺纹接头问题，这种接头的阳螺纹和阴螺纹通过螺纹配合在一起，每个螺纹的一部分轮廓面在旋合时紧紧贴在另一相关部件的螺纹上，这种螺纹接头的特点是，接头的各部件中至少有一个部件在至少相当于螺纹的一个螺距长度的轴向距离处，至少设有一个槽深大于螺纹工作高度的螺纹槽。所述螺纹槽内填有合成材料，该填料的体积和形状至少与该接头部件与另一个接头部件之间在旋合状态下存在的间隙的体积和形状相符。这些部件的尺寸在加工公差的极限值内，以保证在安装时有尽可能大的间隙。

按上述条件，本发明涉及到的接头应由两个螺纹件组成，第一个螺纹件具有一个或一个以上能在旋入所填入合成材料填料的螺纹槽，填料外部形状在旋入后（考虑到接头旋入时会产生压缩力）应与另一个螺纹件螺纹轮廓形状完全互补，第二个部件通常全部由金属材料制成，另外和第一个部件一样，也可设有一个或一个以上填有合成材料填料的螺纹槽。

可以看到，在这样的接头中，上述那种螺旋形的泄漏通道就会被堵塞而密封住，这是因为接头被旋入时，合成填料产生弹性变形而贴附在另一个部件的螺纹周围，所以能起到密封作用。

由于重新放入螺纹槽内的合成材料填块在接头旋入时不需要在形状上进行改变就能适应另一个部件螺纹形状的要求，所以该合成材料只会受到轻微的压缩，但不至于破损，因而在每次旋拧时也无须更换，而不像上述先有技术那样，需要在阴螺纹的螺纹槽内放一些如聚四氟乙烯的合成材料环。

此外，该合成材料可牢牢地粘在螺纹槽的内壁上，因此不会有意外脱落的危险。

根据本发明的要求，在至少一个螺纹部件上的螺纹部分处设置的螺纹槽，其截面最好呈楔形榫状，这样可避免紧固时，从另一个部件上传过来的力把槽内的合成材料从槽内带走。

在最佳实施例中，只设有一个安放合成填料的螺纹槽，合成填料设置在阴螺纹件上螺纹端部附近，与阳螺纹件端部相邻。

然而，也可以在阴螺纹件上螺纹另一处或阳螺纹上螺纹任何一处加工出上述螺纹槽，这并不超出 本发明的范围。

在至少一个螺纹部件上的螺纹槽内所放的合成材料填料可以通过各种方法进行加工。

本发明的第一种加工方法为：将有螺纹的卡头或芯棒旋在有螺纹槽的部件内或部件上，上述卡头或芯棒的螺纹尺寸相当于该接头部件螺纹尺寸的公差下限值，或者当需要对填料进行系统的压缩时，其尺寸略小于下限，然后通过夹头或芯棒内设置的多条通道，在螺纹槽内注射一种聚合后能粘在螺纹槽表面上的合成材料，这样便制成了符合本发明的合成材料填料，并与所述的接头部件形成一个整体。

也可以使用没有通道的夹头或芯棒，把足够量的合成材料注入螺纹槽以后，将夹头旋入设有该螺纹槽的部件内或部件上。

本项发明的另一种加工方法为：在一接头部件的槽内注入足够量的，可以引起聚合作用的合成材料，然后加工这些合成材料，如果希望产生压缩力，应使其形状加工成精确地符合另一个螺纹件螺纹轮廓的形状，其尺寸与这另一个螺纹件最小制造公差相符。

按照本发明要求，最好使用诸如聚乙烯纤维或微型蜂窝组织的RIM160、聚碳酸酯纤维、聚烯烃酸酯或酰酸等尿胺合成橡胶作为合成材料。

为了更好地理解该项发明，现结合附图通过几个实施例对本发明作进一步说明，但这些实施例不是限制性的实施例。

-图1为接头剖面图，接头的阴螺纹件具有一个按照本发明要求的螺纹槽和合成材料填料。

-图2是图1的Ⅱ部分的放大剖面图，表示在合成材料填料以外的螺纹部分上的间隙。

-图3是图1的Ⅲ部分的放大剖面图。

-图4为一示意剖面图，表示符合本项发明要求的一种合成材料填充方法的实施例。

图1表示符合本发明要求的接头剖面的半剖图。

该接头含有一个阴螺纹件或螺纹套管1，螺纹件1包括一个内锥螺纹2，利用相对应的外锥螺纹4，可使阳螺纹3旋入内锥螺纹2内。

设在阴螺纹件内侧的止挡5可作为阳螺纹件端部6的支承，起到限定螺纹旋入程度的作用，分别设在阳螺纹件和阴螺纹件上的一对螺纹面7和8可保证金属-金属型接头的密封性能。

从图2可以看出阳螺纹件3的螺纹9是怎样与阴螺纹件1的凹槽10啮合的。鉴于螺纹旋入止挡5和螺纹锥度的作用，螺纹9的齿侧面11会轴向地密贴在凹槽10的齿侧面12上，同样道理，阳螺纹件3的齿底13也会径向地密贴在阴螺纹件齿顶14上。

上述实施例中，阴螺纹的齿顶是密贴在阳螺纹的齿底处的，但也可以与此相反，只要在加工时，螺纹9的高度大于齿槽10的高度。

在这种情况下，如果观察阳螺纹件某螺纹的全齿廓，则发现在齿底13和齿侧面11上，阴螺纹件紧贴在阳螺件上，以保证该工作区的密封作用。与此相反，在阳螺纹件的螺纹9的齿顶15和后齿侧面16部位上，阴螺纹件与阳螺纹件之间必定留有间隙。图2所示的该间隙17表示迄今为止在螺纹处还不可能得到满意的密封效果。

事实上，上述图2中某螺纹处所出现的间隙是在阳螺纹件与阴螺纹件之间沿螺纹方向一条螺旋形间隙。

图1所示的合成材料填料18的作用是堵塞泄漏通道，方法是至少填满一个螺距长度的间隙。

表3为图1Ⅲ部分的放大图。

表3表示出填有合成材料填料的螺纹槽18。螺纹槽底18A显然与螺纹平行。按照本发明的要求，该螺纹槽底不在设有该螺纹槽的螺纹件的螺纹凹槽内，螺纹槽的深度最好约等于螺纹工作高度的2倍。

按照本发明的一个最佳实施例，螺纹槽的侧边18b和18c应该倾斜，这样使螺纹槽产生一个楔形榫形状的截面，并且通过圆弧而使面18a、18b、18c彼此相连。

从图3可以看出，按照本发明，螺纹槽内的合成填料在旋合后占据了部件3螺纹周围的全部自由空间。

尤其可以看到，合成材料连续地填满了螺纹件3的螺纹上的11、15、16、13…等等各个部分。如上所述，螺纹槽和合成材料填料的宽度应大于一个螺距，这样就能有效地堵塞螺旋形的泄漏通道。

根据本发明，螺纹槽18内的合成材料填料的内构形应该是这样的，即在它与另一个部件的螺纹 之间不得存在任何间隙，即使该另一个部件的尺寸由于加工公差原因而取最小值时也应如此。

根据本发明，无论一个旋入有螺纹槽和合成填料的螺纹件中的螺纹件精确尺寸是怎么样的（尺寸偏差取决于加工公差），最好在合成材料填料和另一个螺纹件螺纹之间必须略施压缩力。

这样就可在螺纹处获得良好而可靠的密封性，甚至由于互换部件接头而需要多次旋入、旋出时仍能保持良好的密封性能。

根据本发明，这种密封装置可以单独使用，也可与另一些密封方法配合使用，譬如说如图1所示，接头螺纹面7和8之间的金属-金属的密封方法。

图4表示一种本发明的装置，通过该装置能够实施一种制取合成材料填料的方法。

图4所示的阴螺纹件1和图1所示的相同。

将有外锥螺纹的芯轴19旋入阴螺纹件1内。考虑螺纹加工公差，其外锥螺纹的尺寸与另一个金属件的可能的最小尺寸相当，如果欲对螺纹槽18内的合成填料略施压缩，则芯轴19的螺纹尺寸应略小于接头螺纹制造公差允许的最小尺寸。

芯轴19四周钻有一条纵向通道20，而径向通道21和螺纹槽18的工作空间相通。

为了填充合成材料填料，在芯轴19螺纹面上涂上防粘剂后，把芯轴旋入阴螺纹件1内，然后通过通道20注入合成材料，使之充填螺纹槽18的整个空间。

合成材料聚合后，将芯轴旋出，这样就可以得到符合本发明要求的合成填料;当任何一种阳螺纹件旋入阴螺纹件1时，都能在螺纹处获得良好的重复的密封作用。

按照本发明的另一种加工方法，在螺纹槽18内注入足够量的能起聚合作用的合成材料，当合成材料有足够硬度时，进行机械加工，使其具有阳螺纹件的螺纹形状，并且相当于上述的尺寸。

所用的塑料系尿胺化合物，学名为聚乙烯纤维XPE。

当然上述实施例不带任何限制性，只要不超过本发明的范围，它还可以做多种修改。

尤其要说明的是，尽管上述实施例适用于在阴螺纹件上加工出合成填料的螺纹槽，但也可在阳螺纹件上加工出合成填料的螺纹槽。

不言而喻，螺纹槽可以设在螺纹的不同部位，根据本发明，必要时甚至可加工出两个合成填料的螺纹槽。

最后还要交代清楚的是，本发明规定的密封装置可单独使用，也可与诸如金属-金属型的密封装置配合使用，本发明的接头可带螺纹旋入限位止挡，也可不带这种止挡。

同样地，本发明既适用于圆锥螺纹接头，也适用于圆柱螺纹接头。

最后，还可以在阴螺纹和阳螺纹上均加工出一个螺纹槽，而这两个螺纹槽要相互匹配，这样就可以通过两处的合成填料达到密封效果。

Claims (8)

1、一种主要用于石油工业的钢管螺纹接头，其阳螺纹件(3)和阴螺纹件(1)是通过螺纹(4)连接的旋合状态下，每个螺纹的部分轮廓面(11、13)与另一个部件的螺纹(12、14)密贴，至少有一个接头部件，在相当至少一个螺距长度的部位上另工出至少一个螺纹(18)，其槽深大于螺纹工作高度，在该螺纹槽内设有密封元件，其特征在于，这种密元件是由一种合成材料填料构成，该填料的体积和形状大概相当于旋合状态下接头的该螺纹件(1)和另一个螺纹件(3)之间间隙(17)的体积和形状。其尺寸应取加工公差的极限值以便在旋合状态下使接头具有尽量大的间隙，在相继多次旋合的情况下，该合成材料填料不会发生任何明显的永久变形。

2、根据权利要求1所述的接头，其特征在于;合成材料填料的尺寸略超过与旋合状态下使头具有尽可能大间隙的加工公差极限值相对应的尺寸。

3、根据权利要求1或2所述的接头，其特征为：上述螺纹槽（18）具有一个楔形榫形状的截面。

4、根据上述权利要求1或2所述的接头，其特征为：合成材料填料粘附在相应的螺纹槽（18）的表面上。

5、根据上述权利要求1或2所述的接头，其特征为：它只设有一个装填料的螺纹槽，该螺纹槽位于阳螺纹件（3）端部附近的阴螺纹件（1）的螺纹上。

6、根据上述权利要求1或2所述的接头，其特征为使用诸如聚乙烯纤维XPE或微型蜂窝组织的RIM160、聚碳酸酯纤维、聚烯烃酸酯或酰酸等尿胺合成橡胶作为合成材料。

7、根据权利要求1或2所述的接头，其接头中填料的加工方法，其特征为：将具有螺纹的夹头或芯轴（9）旋入加工出螺纹槽（18）的螺纹件内或螺纹件上，上述夹头或芯轴螺纹尺寸相当于接头螺纹件取公差最小值时的尺寸，而后述的接头螺纹件是要旋入具有螺纹槽（18）的螺纹件内和螺纹件上的，或者上述夹头或芯轴的尺寸略小于其最小尺寸，通过夹头或芯轴内的多条通道（20、21）向螺纹槽（18）内注入合成材料，聚合后，合成材料就固定在相应的槽内，这就制成了合成材料填料。

8、根据权利要求1或2所述的接头，其接头的加工方法的特征为：在接头一个螺纹件（1）上的螺纹槽（18）内注入足够量的合成材料，使之聚合，然后根据产生压缩的需要将合成材料加工成一定的形状，使之完全符合另一个螺纹件的螺纹轮廓，其尺寸相当于最小制造公差。

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