CN102378652B - 对钢管的螺纹部涂敷润滑剂的润滑剂涂敷装置及涂敷方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供对钢管的螺纹部涂敷润滑剂的润滑剂涂敷装置及涂敷方法。该润滑剂涂敷装置(1)包括：钢管支承装置(2)，其用于使钢管(P)旋转地支承钢管；循环系统(3)，其用于使被调整为能够喷雾的粘度的润滑剂(9)循环；定量供给装置(4a)，其具有用于定量供给润滑剂(9)的定量泵；润滑剂喷雾装置(5a)，其具有用于自喷嘴(19a、20a)喷射润滑剂的喷枪(19、20)；喷枪支承装置(6)，其用于以使喷枪能沿钢管(P)的轴向及/或径向自由移动的方式支持喷枪(19、20)；控制装置(7)，其用于控制由钢管支承装置(2)使钢管(P)旋转的转速和由喷枪支承装置(6)使喷枪(19、20)移动的移动速度。

Description

对钢管的螺纹部涂敷润滑剂的润滑剂涂敷装置及涂敷方法

技术领域

本发明涉及对钢管的螺纹部涂敷润滑剂的润滑剂涂敷装置及涂敷方法，具体地讲，是涉及适合对用于向形成在钢管的管端部的管螺纹接头、即形成在管端部的外表面的外螺纹部、形成在管端部的内表面的内螺纹部的表面涂敷高粘性液态(半干)型的润滑剂的润滑剂涂敷装置及涂敷方法。

背景技术

油井挖掘所使用的油管(tubing)、套管(casing)这样的油井管通过利用管螺纹接头在现场依次连结长度为十几米左右的钢管而组装成所需的长度。该管螺纹接头通常采取公母(pin×box)构造，该公母构造使用具有外螺纹部的作为一方的接头要件的公扣和具有内螺纹部的作为另一方的对象接头要件的母扣。油井管的连结典型使用的接箍方式的螺纹接头，在作为油井管的钢管两侧的管端外表面形成有公扣(pin)，并且在被称作接箍(coupling)的较短的另一个接头构件两侧的内表面形成有母扣(box)。有时也采用在钢管的一端的外表面形成公扣、并且在钢管的另一端的内表面形成母扣的直连方式(integral)的管螺纹接头。

通常的油井深度为2000m～3000m，但近年来海洋油田等的深油井有时也会达到8000m～10000m、甚至更深的深度。因此，对于油井管的连结所使用的管螺纹接头，除了作用有在使用环境下由油井管和接头自身的重量引起的轴向拉伸力之外，还作用有内外表面压力复合而成的压力、热量，因此，要求该管螺纹接头即使在严酷的使用环境下也不会破损而能够维持气密性。另外，在油管、套管的下降作业时，有时会暂且将拧紧的接头旋松并再次重新拧紧，在API(美国石油协会)规格中，要求油管接头即使进行10次拧紧、套管接头即使进行3次拧紧(上扣、make up)、旋松(卸扣、breakout)，也不会发生被称作粘扣(galling)的无法修复的粘结而能维持气密性。

作为高应力下的气密性优良的管螺纹接头，存在被称作特殊螺纹接头(premium joint)的能够金属密封的管螺纹接头。特殊螺纹接头的公扣和母扣均是除了螺纹部之外还包括无螺纹金属接触部，公扣和母扣各自的无螺纹金属接触部彼此直接接触而形成金属密封，从而具有优良的气密性。公扣的无螺纹金属接触部由位于公扣外周面的比螺纹部靠前端侧的金属密封面和公扣前端的扭矩台肩(torque shoulder)面构成。对应地，在母扣内周面也设有金属密封面和扭矩台肩面。将公扣插入到母扣中，通过旋入拧紧至两者的扭矩台肩面抵接为止，则公扣和母扣的金属密封面彼此以规定的干涉量紧密接触而形成金属密封。由于互相抵接的扭矩台肩面负担由拧紧引起的压缩载荷的一部分，因此，能减轻螺纹部的应力负担。

但是，在特殊螺纹接头中，特别是无螺纹金属接触部、尤其是在金属密封部易于发生粘结，因此，付与润滑性来防止粘结非常重要。迄今为止，对于油井管用的管螺纹接头的螺纹部、无螺纹金属接触部这样的、拧紧时公扣和母扣互相接触的表面(以下简称作“螺纹接头的接触表面”)，为了谋求提高耐粘结性和气密性，而且直到使用时保护该接触表面不生锈，通常在出货之前涂敷被称作徒丝扣油(dope)或复合润滑脂(compound grease)的高粘性液态的润滑脂润滑剂(以下称作丝扣油)。另外，在接箍型的油井管用的管螺纹接头中，为了提高长钢管端面的正圆度和形状精度来防止在管内流动的流体在该接合面发生紊乱，大多在公扣的作为与母扣接合的接合面的端面、即钢管端面的管内表面侧设置被切削成锥形的、被称作凹部(recess)或斜削(chamfer)的回避部。出于防锈的目的，对该公扣的凹部也涂敷丝扣油。

这样，在作为公扣的钢管的管端部，不仅对钢管的作为与母扣接触的接触表面的外表面和端面涂敷丝扣油，还对钢管的形成有凹部的内表面也涂敷丝扣油。以往的丝扣油为了确保润滑性和防锈性(耐腐蚀性)，大量含有Pb、Zn这样的重金属的粉末。通常，通过刷毛涂敷、即在将适量的丝扣油滴到螺纹接头的接触表面之后用刷毛(刷子)将丝扣油涂开来涂敷丝扣油。

在下述专利文献1、2中，作为将润滑脂等润滑剂涂敷在管螺纹接头的螺纹部的装置，公开有一种包括喷射润滑剂的喷头和将喷射的润滑剂涂开的刷子的润滑剂涂敷装置。

以1998年与东北大西洋的防止海洋污染相关的保护东北大西洋海洋环境公约(奥斯陆巴黎(Oslo-Paris)公约O SPAR)生效为契机，对于地球范围内的环境的严格的规则得到发展，特别是在北海油田中，出于防止海洋污染的目的，规定使用不含重金属类的润滑剂。因此，存在这样的倾向：即使在海上钻井平台中的气井、油井的挖掘作业中，为了使引起海洋污染的物质的排出最少，对于钻井平台中使用的有可能排出到环境中的物质要求评价环境影响度，禁止使用不满足该国家或地区的标准的物质。因此，近年来，开发出一种与其相对应的润滑剂。这样的润滑剂大致分为完全无法放出到海洋中的固态的润滑剂(全干型)和即使放出到海洋中有害性也较低的高粘性液态的润滑剂(半干型)。

典型的全干型润滑剂是使润滑性粉末分散于无机或者有机树脂粘合剂中而成的固体润滑被膜。由于该润滑被膜不具有流动性，因此，在拧紧管螺纹接头而承受较高的表面压力时，被膜有可能破损，在该部分会发生粘结，因此润滑性较差。相对于此，由半干型的润滑剂形成的润滑被膜在拧紧时承受较高的表面压力时，被膜会流动而蔓延到润滑剂不足的部位，因此润滑性优良。但是，由于在拧紧时溢出的润滑剂有可能被放出到海洋中，因此，在环境方面比全干型差。这样，在重视润滑性(耐粘结性)的情况下，半干型较为有利。特别是在具有金属密封部的气密性优良的特殊螺纹接头中，在金属密封部容易发生粘结，因此，耐粘结性和气密性优良的半干型的润滑剂较佳。

在专利文献3中，作为也被称作绿色丝扣油(green dope)的有害性较低的高粘性液态的润滑剂，公开有一种在海水中28天之后的可生物降解性(BOD，生物学上的氧要求量)为20％以上的润滑剂，该润滑剂含有从碱性磺酸盐、碱性水杨酸盐、碱性石炭酸盐及碱性羧酸盐中选择的一种或两种以上的碱性油剂。在专利文献3中还公开了该润滑剂也可以含有可生物降解性高于碱性油剂的至少一种其它的油剂(优选从脂肪酸金属盐及蜡类中选择的一种或两种以上)，根据需要也可以含有挥发性的有机溶解基剂。

在此，“高粘性液态”润滑剂的意思是指常温下的粘度对于保持原样地直接喷射来说过高，为了喷射需要调整粘度的润滑剂。

专利文献1：日本特开昭58-219964号公报

专利文献2：日本特开昭62-61667号公报

专利文献3：US2009/0264326A1

大量含有重金属粉末的以往的丝扣油(复合润滑脂等)仅仅规定了最低的涂敷量，严格管理涂敷量的必要性较低。因此，即使利用刷毛涂敷，也能够充分地确保必要的涂敷量。

但是，对于绿色丝扣油来说，尽管有害性较低，但是为了极力降低环境污染、特别是海洋污染，要求尽量抑制拧紧管螺纹接头时的润滑剂的溢出量。另外，在溢出量较少时，拧紧的作业性、作业环境也良好。因此，绿色丝扣油的涂敷量的范围被设定得很窄。这样，在对管螺纹接头的表面涂敷绿色丝扣油的情况下，要求将其涂敷量在能够确保润滑性的范围内尽量控制得较薄且均匀。

专利文献1、2所公开的润滑剂涂敷装置均使用刷子将润滑剂涂敷在管端部的公扣、母扣上，因此，较薄且均匀地涂敷高粘性液态的润滑剂存在限制。其原因在于，在刷子的毛所触碰的部分和未触碰的部分附着的润滑剂的厚度产生微小的差别，特别是在螺纹牙中，刷子的毛强有力地触碰，因此润滑剂被擦拭而变薄，并且，在使用刷子进行的涂敷中，减薄涂敷厚度自身存在限制。这样，由于含有绿色丝扣油的丝扣油这样的高粘性液态的润滑剂粘度非常高，因此，实际上无法以例如10μm以下这样的薄度进行涂敷。

发明内容

本发明的目的在于提供能够对形成在较长钢管的管端部的螺纹部的表面以控制好的附着量较薄且均匀地涂敷高粘性液态的润滑剂的、用于对钢管的螺纹部涂敷润滑剂的润滑剂涂敷装置及涂敷方法。

本发明的装置对构成管螺纹接头的公扣或母扣的、设置在钢管端部的外表面或内表面的螺纹部涂敷润滑剂，其特征在于，该装置包括：(a)钢管支承装置，其用于使上述钢管绕其中心轴线旋转地支承上述钢管；(b)润滑剂循环系统，其具有用于贮存被调整为能够喷雾的粘度的润滑剂的容器、供该润滑剂循环流动的配管和能够使润滑剂在该配管内循环的泵；(c)定量供给装置，其具有用于定量供给在上述润滑剂循环系统内循环的润滑剂的定量泵；(d)润滑剂喷雾装置，其具有用于输送自定量供给装置定量供给的润滑剂的润滑剂供给通路、独立于该润滑剂供给通路的用于输送喷射用空气的空气供给通路和自前端的喷嘴向上述钢管的螺纹部喷射利用空气雾化了的润滑剂的至少一个喷枪，在上述喷嘴的附近具有润滑剂供给通路和空气供给通路的汇合部；(e)喷枪支承装置，其用于以使上述喷枪能沿钢管的轴向及/或径向自由移动的方式支承上述喷枪。

列举本发明的对钢管的螺纹部涂敷润滑剂的润滑剂涂敷装置的较佳形态如下所述。

·上述定量泵是旋转式柱塞泵。

·上述喷枪支承装置以使喷枪能相对于钢管的螺纹部自由倾斜的方式支承喷枪承。

·上述润滑剂含有从碱性磺酸盐、碱性水杨酸盐、碱性石炭酸盐及碱性羧酸盐中选择的一种或两种以上碱性油剂，其在海水中28天之后的可生物降解性(BOD)为20％以上。

·通过利用挥发性溶解基材稀释润滑剂或者加热润滑剂来调整上述润滑剂的粘度。

·上述容器具有用于搅拌被收容在容器中的润滑剂的搅拌机构。

·上述装置还包括控制装置，在将从上述喷枪喷射出的润滑剂在钢管表面的喷射图案的长径设为L(mm)、将钢管的转速设为n(rpm)、将钢管的轴向上的喷嘴个数设为m(个)、并将由上述喷枪支承装置使喷枪沿轴向移动的移动速度设为V(mm/min)的情况下，该控制装置满足(1)式：V≤m×n×L的关系地控制由钢管支承装置使钢管旋转的转速和由喷枪支承装置使喷枪移动的移动速度。

从另一个方面考虑，本发明提供了一种对构成管螺纹接头的公扣或母扣的、设置在钢管端部的外表面或内表面的螺纹部涂敷润滑剂的方法，其特征在于，向喷枪定量供给被调整为能够喷雾的粘度地循环的润滑剂，并独立于该润滑剂地向该喷枪供给喷雾用的空气，使供给来的润滑剂和喷雾用的空气在喷枪的前端的喷嘴附近混合，自朝向绕中心轴线旋转地被支承的钢管的至少轴向及/或径向移动的喷枪的喷嘴朝向钢管的螺纹部喷射通过与喷雾用的空气混合而被雾化了的润滑剂。

采用本发明，能够对于形成在设置于钢管管端的外表面或内表面的螺纹接头的螺纹部、特别典型地是形成在较长的钢管的端部的、涂敷作业更加困难的公扣的表面，以规定的附着量较薄且均匀地涂敷高粘性液态的润滑剂，具体地讲是以以往厚度的(1/10)左右的较薄的厚度均匀地涂敷高粘性液态的润滑剂。

附图说明

图1是示意地表示本发明的对钢管的螺纹部涂敷润滑剂的润滑剂涂敷装置的构造的说明图。

图2是表示钢管的公扣的截面形状的说明图。

图3的(a)是示意地表示使两个喷枪与螺纹面成直角地朝向螺纹面喷射润滑剂的状况的说明图，图3的(b)是示意地表示使两个喷枪相对于螺纹面以不同的角度倾斜地朝向螺纹面喷射润滑剂的状况的说明图。

图4是表示以倾斜的喷射角度对螺纹牙喷射的喷射状况的说明图。

图5是表示在管周向上的不同位置设置喷射角度不同的喷枪的形态的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图具体说明用于实施本发明的方式。在本说明书中，只要没有特别的说明，与组成相关的“％”是指“质量％”的意思。

图1是示意地表示本发明的对钢管的螺纹部涂敷润滑剂的润滑剂涂敷装置的构造的说明图。在管端部涂敷有润滑剂的钢管P(例如油井管或立管(riser pipe)用的钢管)在管端部8的外表面具有外螺纹部8a，在管端部8的内表面具有内螺纹部8b。外螺纹部8a构成管螺纹接头的公扣。另一方面，内螺纹部8b构成管螺纹接头的母扣。以下，将外螺纹部8a称作公扣，内螺纹部8b称作母扣。

但是，像本领域技术人员所明确的那样，实际上不会同时在钢管的一个管端的外表面形成公扣、在内表面形成母扣。在接箍方式的管螺纹接头中，母扣形成在另一构件的接箍的内表面，在直连方式的管螺纹接头中，母扣形成在另一钢管P的另一端的内表面。因而，在钢管P的管端部设有公扣或母扣中的任一个。图1为了表示本发明的润滑剂涂敷装置对管螺纹接头的公扣和母扣两者都能够涂敷润滑剂，为了便于说明，表示了在钢管P的管端部8的内外两面具有螺纹部。

如上所述，大多在管螺纹接头的公扣的端面、即钢管P的端面的内表面侧未形成图1所示的螺纹部，而形成有被切削成锥形的凹部(或斜削)(参照图2)。本发明的润滑剂涂敷装置不仅能够对公扣、即钢管管端部的外表面涂敷润滑剂，也能够对内表面侧的凹部涂敷润滑剂。即，本发明的润滑剂涂敷装置不仅能够对钢管管端部的内表面或外表面的螺纹部(在管螺纹接头中是公扣或母扣)涂敷润滑剂，也能够不仅对管端部的内表面还对与该内表面相反侧的外表面、不仅对管端部的外表面还对与该外表面相反侧的内表面涂敷润滑剂。

如图1所示，润滑剂涂敷装置1包括钢管支承装置2、润滑剂循环系统3、润滑剂定量供给装置4、润滑剂喷雾装置5、喷枪支承装置6，优选还包括控制装置7，因此依次说明这些构成要件。

钢管支承装置2

钢管支承装置2用于使钢管P能绕其中心轴线向图1中的箭头方向旋转地支承该钢管P，该钢管P具有刻设在管端部的作为螺纹部的公扣8a或母扣8b。

在图1中，作为钢管支承装置2，使用支承在管端部具有螺纹部的钢管P的下部并向图1中的箭头方向驱动钢管P旋转的转辊2a、2b，但并不限定于此，作为这种钢管支承装置，能够同样地应用公知的装置。因此，省略与钢管支承装置2相关的进一步的说明。

润滑剂循环系统3

润滑剂循环系统3通过使被调整为适合喷雾的粘度的润滑剂9循环，使润滑剂9的流动稳定，由此提高自后述的润滑剂喷雾装置5喷射出的润滑剂9的喷出量的定量性。

图1所示的润滑剂循环系统3具有用于贮存被调整为能够喷雾的粘度的润滑剂9的容器10、供该润滑剂9循环流动的配管11及能够使润滑剂流到配管11中的泵12。

使用的润滑剂9能够形成高粘性液态(半干)的润滑被膜。该高粘性液态润滑剂优选为即使流出到环境中不良影响也较少的绿色丝扣油，更优选为上述专利文献3(引用于此)中记载的含有从碱性磺酸基、碱性水杨酸基、碱性石炭酸基及碱性羧酸基中选择的一种或两种以上碱性油剂(优选为Ca盐)、在海水中的28天之后的可生物降解性(BOD)为20％以上的绿色丝扣油。

作为用于将高粘性液态润滑剂的粘度调整为能够喷雾的粘度的方法，能够例示出用挥发性溶解基材稀释润滑剂或者加热润滑剂的方法。用挥发性溶解基材稀释的情况下的上述绿色丝扣油的组成例是石油系溶剂(溶解基材)：20％～30％、石油系蜡：5％～10％、松香：5％～10％、石墨：3％～5％、其余部分：碱性Ca磺酸盐(碱性油剂)。具有上述组成的稀释后的润滑剂的一例为由Daido Chemical Industry Co.，Ltd(大同化学工業株式会社)公司以CWSD EVS为产品名在市面上销售的润滑剂。

在容器10中设有用于搅拌被收容在容器10中的润滑剂9的公知的搅拌机构10a。通过利用搅拌机构10a搅拌被收容在容器10中的润滑剂9，使润滑剂9稳定，由此，能够提高自后述的润滑剂喷雾装置5喷射出的润滑剂9的喷出量的定量性。

在配管11上设有三通阀13，在与该三通阀13相连接的一个流路中设有电磁阀14。通过打开三通阀13的阀门并适当切换电磁阀14，能够供给在润滑剂循环系统3中流动的润滑剂9，从而涂敷公扣8a或母扣8b中的任一个。

定量供给装置4

定量供给装置4是用于定量供给在润滑剂循环系统3内循环的粘度调整后的润滑剂9的装置，其由定量泵构成。在图示的形态中，使用旋转式柱塞泵作为定量泵，但只要能够定量供给能够喷雾的粘稠液体即可，能够利用其它方式的定量泵。

定量供给装置4由第1定量泵4a和第2定量泵4b构成；上述第1定量泵4a用于向第1润滑剂喷雾装置5a定量供给润滑剂，该第1润滑剂喷雾装置5a用于对公扣8a(管端外表面)涂敷润滑剂9；上述第2定量泵4b用于向第2润滑剂喷雾装置5b定量供给润滑剂，该第2润滑剂喷雾装置5b用于对母扣8b(管端内表面)涂敷润滑剂9。

第1定量泵4a及第2定量泵4b均是为了控制润滑剂9的供给量而能够与转速成比例地控制喷出量的旋转式柱塞泵。第1定量泵4a利用伺服电动机4c来控制喷出量，第2定量泵4b利用伺服电动机4d来控制喷出量。通过控制该喷出量，能够提高自后述的润滑剂喷雾装置5喷射出的润滑剂9的喷雾量的均匀性。

润滑剂喷雾装置5

本发明的润滑剂喷雾装置5并不是像由专利文献1、2公开的润滑剂涂敷装置那样用刷子涂开润滑剂9而将其涂敷于公扣8a或母扣8b上，而是将雾化的润滑剂9喷射到钢管P的公扣8a或母扣8b上的装置，如上所述，本发明的润滑剂喷雾装置5具有用于向公扣8a涂敷润滑剂9的第1润滑剂喷雾装置5a和用于向母扣8b涂敷润滑剂9的第2润滑剂喷雾装置5b。

第1润滑剂喷雾装置5a包括：用于输送自第1定量泵4a定量供给的润滑剂9的润滑剂供给通路15a、16a；独立于润滑剂供给通路15a、16a的用于输送喷雾用的空气的空气供给通路17a、18a；在前端具有朝向公扣8a的喷嘴19a、20a的两个喷枪19、20。润滑剂供给通路15a、16a和空气供给通路17a、18a在位于喷枪19、20的前端喷嘴19a、20a附近的汇合部(未图示)汇合，由此润滑剂9被雾化，雾化了的润滑剂9自前端的喷嘴19a、20a朝向钢管P的公扣8a喷射。

同样，第2润滑剂喷雾装置5b具有：用于输送自第2定量泵4b定量供给的润滑剂9的润滑剂供给通路21a；独立于润滑剂供给通路21a的用于输送喷雾用的空气的空气供给通路22a；用于将被喷雾用的空气雾化了的润滑剂9从前端的喷嘴23a朝向钢管P的母扣8b喷射的喷枪23。润滑剂供给通路21a和空气供给通路22a在位于前端喷嘴23a附近的汇合部(未图示)汇合，润滑剂被雾化，雾化了的润滑剂自喷嘴喷射出。

在图示例中，润滑剂喷雾装置具有一个或两个喷枪，但也可以在本喷射装置中设置三个以上喷枪。另外，在图示例中，用于对公扣喷射润滑剂的喷枪19、20仅在轴向上设置于不同的位置，但也可以在周向或者轴向和周向这个方向上设置于不同的位置。

第1润滑剂喷雾装置5a及第2润滑剂喷雾装置5b均在利用空气压力将被调整为能够喷雾的粘度的润滑剂9雾化而均匀地做成雾状之后，使用能够利用空气压力开闭的喷嘴19a、20a或喷嘴23a朝向钢管P的公扣8a或母扣8b喷雾。由此，能够将自后述的润滑剂喷雾装置5喷射出的润滑剂9的量保持恒定。

喷枪支承装置6

喷枪支承装置6是具有以使喷枪19、20、23能沿钢管P的轴向及/或径向自由移动的方式支承喷枪19、20、23的功能的装置。在图1所示的例子中，本装置还具有以使喷枪23能相对于母扣8b自由倾斜的方式支承喷枪23的功能。另外，图1虽未图示，但喷枪支承装置6也可以具有以使喷枪19、20能相对于公扣8a自由倾斜的方式支承喷枪19、20的功能。

喷枪支承装置6具有用于支承喷枪19、20的第1喷枪支承装置24和用于支承喷枪23的第2喷枪支承装置25。

第1喷枪支承装置24配置在钢管P的上方，其包括：用于使喷枪19、20的支承部24f沿钢管P的轴向移动的轴向移动用滚珠丝杠24a；用于驱动轴向移动用滚珠丝杠24a的轴向移动用伺服电动机24b；用于搭载轴向移动用滚珠丝杠24a的底板24c；用于以使底板24c能沿钢管P的径向自由移动的方式支承底板24c的径向移动用滚珠丝杠24d；用于驱动径向移动用滚珠丝杠24d的径向移动用伺服电动机24e。而且，径向移动用滚珠丝杠24d固定支承在构成为利用主体前进后退移动用气缸26自由前进后退移动的长方体形的主体27的前表面。

这样，喷枪19、20配置为能够在钢管P的轴向和径向上移动，其移动量及移动速度利用伺服电动机24b和伺服电动机24e被准确地控制为目标值。另外，喷嘴19a、20a在钢管P的公扣8a的径向上的位置、即喷枪19、20的高度以使钢管P的公扣8a表面上的润滑剂9的喷射长径为规定的值L的方式利用伺服电动机24e来设定。

另一方面，第2喷枪支承装置25配置在钢管P的端部侧方，其具有：用于使喷枪23的支承部25f沿钢管P的轴向移动的轴向移动用滚珠丝杠25a；用于驱动轴向移动用滚珠丝杠25a的轴向移动用伺服电动机25b；用于搭载轴向移动用滚珠丝杠25a的底板25c；用于以使底板25c能沿钢管P的径向自由移动的方式支承底板25c的径向移动用滚珠丝杠25d；用于驱动径向移动用滚珠丝杠25d的径向移动用伺服电动机25e。在支承部25f上设有用于调整喷枪23相对于母扣8b的表面的倾斜角度的贯穿螺钉25g。而且，径向移动用滚珠丝杠25d固定支承在构成为利用主体前进后退移动用气缸26自由前进后退移动的长方体形的主体27的前表面。

这样，喷枪23配置为能够在钢管P的轴向和径向上移动，其移动量及移动速度利用伺服电动机25b和伺服电动机25e被准确地控制为目标值。另外，喷嘴23a在钢管P的母扣8b的径向上的位置、即喷枪23的高度以使钢管P的母扣8b表面上的润滑剂9的喷射长径为规定的值L的方式利用伺服电动机25e来设定。

在喷嘴19a、20a与公扣8a之间的距离、喷嘴23a与母扣8b之间的距离过近时，喷嘴19a、20a、23a可能会和钢管P接触，而且，在该距离过远时，喷射出的润滑剂9有可能飞散而无法得到目标膜厚。因此，在不会发生设备干涉的范围内尽可能地靠近的方式较佳。从这样的方面考虑，喷嘴19a、20a与公扣8a之间的距离及喷嘴23a与母扣8b之间的距离期望分别为30mm～80mm。另外，来自喷嘴的喷射流的喷雾角优选为5°～15°左右。

图2是表示钢管P的公扣8a的截面形状的说明图。

如图2所示，形成于公扣8a的外螺纹具有与钢管P的外表面(形成外螺纹的螺纹底面)8c平行的螺纹牙面8d、相对于与钢管外表面8c垂直的面倾斜10°的侧面(插入面)8e及相对于与钢管外表面8c垂直的面倾斜-3°的侧面(负载面)8f。这些插入面8e及负载面8f的倾斜角度是例示，可变动。负载面的倾斜角度也有时采用0°或者正值。以下，将倾斜角度为正的侧面8e称作P侧面，将倾斜角度为负的侧面8f称作N侧面。

图3的(a)是示意地表示使喷枪19、20与螺纹牙面8d成直角地喷射润滑剂9的状况的说明图，图3的(b)是示意地表示使喷枪19、20相对于螺纹面倾斜地喷射润滑剂9的状况的说明图。另外，图3的(a)及图3的(b)中的朝向左方的箭头表示喷枪19、20的轴向移动方向。螺纹牙形状与图2所示的形状相同。

在形成于公扣8a的外螺纹的形状与图2同样地具有倾斜角度为正的P侧面8e和倾斜角度为负的N侧面8f的情况下，如图3的(a)所示，在使喷枪19、20与螺纹牙面8d成直角地喷射润滑剂9时，虽然能够对螺纹底面8c和螺纹牙面8d涂敷较厚的润滑剂9，但是对于P侧面8e和N侧面8f无法确保润滑剂9的足够的膜厚，有时不能对公扣8a均匀地涂敷润滑剂9。

因此，如图3的(b)所示，通过在使喷枪19向钢管P的端部侧(图3的(b)中的右方)倾斜20°～40°左右、并使喷枪20向钢管P的相反一侧的端部侧(图3的(b)中的左方)倾斜20°～40°左右的状态下向同一外螺纹牙喷射润滑剂9，能够对螺纹底面8c、螺纹牙面8d、P侧面8e和N侧面8f都均匀地涂敷润滑剂9。

更详细地说明这一点。如图4所示，根据向螺纹部喷射润滑剂的喷射方向角度α(喷雾喷嘴与垂直于管轴的平面所成的角度)和螺纹牙形状(螺纹牙的高度和两侧面的倾斜角度)，在螺纹底面和侧面中产生喷射来的润滑剂能到达的面和因螺纹牙形状的干涉而成为阴影的、润滑剂不能到达的面。在图示例中，螺纹底面和P侧面成为阴影。另外，在各面与喷射方向所成的角度改变时，向该面的投影面积改变，涂敷的膜厚发生变化。

基于这一点进一步研究的结果可知，在图2所示的螺纹牙形状的情况下，N侧面和P侧面均以约0°为边界地侧面成为阴影而无法涂敷。在使喷枪19的喷嘴倾斜20°～40°、喷枪20的喷嘴倾斜-20°～-40°时，能够有效地对各个侧面涂敷，从而能够大致同样地对螺纹牙的所有面涂敷。

在如上所述地使用喷嘴的喷射方向互不相同的两个喷枪(各个螺纹的N侧面用和P侧面用)，为了均匀涂敷而从螺纹牙的两侧对具有倾斜角度为负的侧面的公扣的外螺纹进行涂敷的情况下，不希望来自两个喷嘴的喷射流互相干涉。如图5所示，在轴向上的相同位置(对同一螺纹牙喷雾或者这些喷嘴朝向同一螺纹牙)设置两个喷枪的情况下，优选将它们设置在沿钢管周向不同的位置，避免对同一螺纹牙喷雾的两个喷射流的干涉。从图中虽看不出来，但朝向为对同一外螺纹牙的两个侧面喷雾的图3的(b)所示的两个喷枪19、20在周向上配置在互不相同的位置。

这样，使用喷枪支承装置6，利用空气压力将被调整为能够喷雾的粘度的润滑剂9雾化而均匀地做成雾状，使用利用空气压力能够开闭的喷嘴19a、20a或喷嘴23a朝向钢管P的公扣8a或母扣8b喷雾。

不言而喻，也可以替代第1喷枪支承装置24、第2喷枪支承装置25，而利用例如通用型的多关节型机器人来支承喷枪19、20、23。由此，各喷枪能够倾斜。

控制装置7

控制装置7并不一定必须设置，但为了使润滑剂9的喷雾状态稳定，优选设置。

控制装置7具有这样的功能：在将从喷枪19、20或者喷枪23呈圆锥状喷射出的润滑剂9的、在公扣8a或母扣8b(钢管表面)上的喷射图案的长径设为L(mm)，将转辊2a、2b使钢管P旋转的转速设为n(rpm)，将钢管P的轴向上的喷嘴个数设为m(个)，将喷枪支承装置6使喷枪19、20或喷枪23沿轴向移动的轴向移动速度设为V(mm/min)的情况下，满足下述(1)式表示的关系地控制转辊2a、2b使钢管P旋转的转速和喷枪支承装置6使喷枪19、20或喷枪23移动的轴向移动速度。

V≤m×n×L...(1)

另外，在存在有钢管P的轴向位置相同而仅周向位置不同的多个喷嘴的情况下，将这些喷嘴看作1组，m的值为1。

对期望控制装置7具有这样的功能的理由进行说明。

本发明的润滑剂涂敷装置1通过从沿钢管P的轴向移动的喷枪19、20的喷嘴19a、20a向利用转辊2a、2b向箭头方向旋转的钢管P的公扣8a呈圆锥状喷射被调整为能够喷雾的粘度的润滑剂9，或者从喷枪23的喷嘴23a向母扣8b呈圆锥状喷射被调整为能够喷射的粘度的润滑剂9，来对钢管P的公扣8a或母扣8b以螺旋状涂敷润滑剂9。因此，若喷枪19、20或喷枪23沿轴向的移动速度V大于上述的值(m×n×L)，则会在螺旋状的涂膜之间断续地形成有沿钢管P的轴向的非涂装部分。相反地，若喷枪19、20或喷枪23沿轴向的移动速度V过慢，则生产率会降低，并且润滑剂9的涂膜厚度过大，涂敷于公扣8a或母扣8b的润滑剂9有可能流动。

在此，在喷枪19、20或喷枪23沿钢管P的轴向的移动速度V(cm/sec)、润滑剂9的涂敷膜厚W(cm)、喷嘴19a、20a或喷嘴23a的全部润滑剂供给量q(ml/sec)、钢管P的外径D(cm)和附着效率η之间存在(2)式：q＝W×∏D×V÷η的关系，在该(2)式的关系成立的范围内，例如能够例示出将全部润滑剂供给量q设定为0.1(ml/sec)～0.6(ml/sec)，将移动速度V设定为4(mm/sec)～12(mm/sec)。

另外，如图1所例示，为了缩短周期而提高生产率，期望在钢管P的轴向上配置多个(图示例中为两个)用于对钢管P的公扣8a喷射润滑剂9的喷枪19、20。由此，易于提高喷枪19、20的移动速度V。

相对于此，对钢管P的母扣8b喷射润滑剂9的范围，在通常情况下大多短到通过使一个喷枪23沿钢管P的轴向移动进行喷射就能覆盖的程度。因此，在即使以一个喷枪23的喷射图案也能够充分地涂敷的情况下，仅配置一个喷枪23即可。当然，不言而喻，在以一个喷枪23的喷射图案涂敷不完的情况、欲提高涂敷的生产率的情况下，也可以沿钢管P的轴向并列设置多个用于对钢管P的母扣8b喷射润滑剂9的喷枪。在这种情况下，像之后在实施例中说明的那样，优选在轴向上配置于不同位置的多个喷枪多个喷射流在钢管表面彼此稍微重叠，从而在喷出流之间不会出现未包覆部分。

另外，在钢管P的螺纹终止部、内表面深处侧的涂敷终点部，为了防止浪费地涂敷，期望不以螺旋状涂敷而以圆周状涂敷，因此，期望使喷枪19、20、23停止沿钢管P的轴向移动，并且在喷射0.8(sec)～2.3(sec)左右(钢管P旋转一周所需要的时间)之后结束喷射。

为了不会溢出而得到良好的润滑，钢管P的公扣8a或母扣8b的润滑剂9的湿膜厚优选为6μm～8μm。

本发明的润滑剂涂敷装置1也能够形成任意膜厚的润滑剂9的被膜，只要满足上述(2)式的关系即可。

通过使用控制装置7，能够提高自润滑剂喷雾装置5喷射出的润滑剂9的喷雾量的定量性。能够使用控制装置7来控制涂敷装置主体的移动、喷嘴的轴向移动和径向移动、钢管的旋转、泵的旋转或者其他动作、喷射的开关等所有的动作。

本发明的润滑剂涂敷装置1如上所述地构成。接着，对使用该润滑剂涂敷装置1对钢管P的管端部的公扣8a涂敷润滑剂9的方法的一例进行说明。

首先，将具有刻设在管端部的作为螺纹部的公扣8a的钢管P搭载并定位在转辊2a、2b上，驱动转辊2a、2b向图1中的箭头方向旋转，从而使钢管P向图1中的箭头方向旋转。

另外，在润滑剂循环系统3的容器10中储存用挥发性溶解基材稀释高粘性液态的润滑剂(上述的在海水中28天之后的BOD为20％以上的绿色丝扣油)而被调整为能够喷雾的粘度的润滑剂9(例如Daido Chemical Industry Co.，Ltd公司制CWSD EVS)。

通过在将三通阀13的阀门置于循环侧之后使泵12启动，利用润滑剂循环系统3使润滑剂9循环。

之后，通过切换电磁阀14来选择对公扣8a涂敷润滑剂9，并使用于向第1润滑剂喷雾装置5a定量供给润滑剂的第1定量泵4a启动，该第1润滑剂喷雾装置5a用于对公扣8a涂敷润滑剂9。由此，能够向第1定量泵4a供给润滑剂9。

第1定量泵4a通过润滑剂供给通路15a、16a向喷枪19、20定量供给润滑剂9，并且，自未图示的喷雾用的空气供给系统通过空气供给通路17a、18a向喷枪19、20供给喷雾用的空气。被供给到喷枪19、20的润滑剂9及喷雾用的空气在喷枪19、20的前端喷嘴19a、20a附近混合，通过与喷雾用的空气混合而被雾化了的润滑剂9通过喷嘴19a、20a朝向钢管P的公扣8a喷射。

另外，在开始该喷射的同时，使第1喷枪支承装置24启动，使相对于公扣8a以规定的倾斜角度配置的喷枪19、20以规定的移动速度V≤m×n×L沿钢管P的轴向移动，并使其以规定的移动速度沿钢管P的径向移动。

优选利用控制装置7来控制由钢管支承装置2使钢管P旋转的转速和由第1喷枪支承装置24使喷枪19、20移动的轴向移动速度。

由此，能够朝向绕中心轴线旋转地被支承的钢管P的公扣8a喷射润滑剂9。

像以上说明的那样，采用本发明的对钢管P的螺纹部8a、8b涂敷润滑剂的润滑剂涂敷装置1及涂敷方法，能够将钢管P的公扣8a上的润滑剂9的膜厚控制为不仅没有溢出也能得到良好的润滑的膜厚。

具体地讲，采用本发明的对钢管P的螺纹部8a、8b涂敷润滑剂的润滑剂涂敷装置1及涂敷方法，

(i)通过利用挥发性溶解基材稀释高粘性液态的润滑剂或者加热高粘性液态的润滑剂而将该高粘性液态的润滑剂预先调整为能够喷雾的粘度；

(ii)利用润滑剂循环系统3使预先被调整为能够喷雾的粘度的润滑剂9循环；

(iii)利用搅拌机构10a搅拌被收容在容器10中的润滑剂9；

(iv)使用利用伺服电动机4c控制喷出量的第1定量泵4a向喷枪19、20供给润滑剂9；

(v)使用以伺服电动机24b、24d为驱动源的第1喷枪支承装置24以高精度控制喷枪19、20的移动速度；

(vi)将喷枪19、20的喷射角度设定为最佳；

(vii)使由喷枪支承装置6使喷枪19、20沿轴向移动的移动速度V(mm/min)满足(1)式：V≤m×n×L的关系地，使用控制装置7将由钢管支承装置2使钢管P旋转的转速和由喷枪支承装置6使喷枪19、20移动的移动速度高精度地控制在15mm/min～25mm/min的范围内，从而，能够将钢管P的公扣8a的螺纹牙各面上的润滑剂9的膜厚控制在不仅没有溢出也能得到良好的润滑的6μm～8μm。

另外，在以上的说明中，以对钢管P的管端部的公扣8a涂敷润滑剂9的状况为例进行了说明，但在对钢管P的母扣8b涂敷润滑剂9的情况下，也仅是在通过切换电磁阀14来选择对母扣8b涂敷润滑剂9这点上有所不同，除此之外的状况完全相同，因此，省略对钢管P的母扣8b涂敷润滑剂9的情况的说明。

另外，本发明的润滑剂涂敷装置也能够设计为对钢管管端的内表面和外表面同时涂敷润滑剂。因而，例如能够对钢管管端的外表面侧的公扣和内表面侧的凹部同时涂敷润滑剂。

这样，采用本发明的润滑剂涂敷装置1，首次实现了能够对于形成在钢管P的公扣8a或母扣8b、特别典型地是形成在较长的钢管P的端部的、涂敷作业更加困难的公扣8a的表面，以规定的附着量较薄且均匀地涂敷作为高粘性液态润滑剂的绿色丝扣油，具体地讲是以以往厚度的(1/10)左右的较薄的厚度均匀地涂敷。

另外，在本发明的对钢管P的螺纹部8a、8b涂敷润滑剂的润滑剂涂敷装置1中，若使第1定量泵4a供给润滑剂9的供给量或者第2定量泵4b供给润滑剂9的供给量、泵12使润滑剂9循环的循环量、喷嘴19a、20a与公扣8a之间的距离或者喷嘴23a与母扣8b之间的距离、喷枪19、20、23喷射时的角度均以预先决定的值恒定，利用控制装置7仅控制由钢管支承装置2使钢管P旋转的转速和由第1喷枪支承装置24使喷枪19、20移动的移动速度或者由第2喷枪支承装置25使喷枪23移动的移动速度，从而，无论钢管P的外径如何，都能够以目标膜厚对钢管P的公扣8a或母扣8b涂敷润滑剂9。

实施例1

使用图1所示的本发明的润滑剂涂敷装置1，对于形成在外径OD为2.375英寸(60.3mm)的1根钢管、外径OD为2.875英寸(73.0mm)的3根钢管、外径OD为3.5英寸(88.9mm)的3根钢管、外径OD为4英寸(101.6mm)的3根钢管、外径OD为4.5英寸(114.3mm)的3根钢管、外径OD为5英寸(127.0mm)的1根钢管、外径OD为5.5英寸(139.7mm)的1根钢管、外径OD为6.625英寸(168.3mm)的1根钢管、外径OD为7英寸(177.8mm)的1根钢管合计17根钢管P的管端的公扣8a，涂敷通过稀释而被调整了粘度的高粘性液态型润滑剂9(DaidoChemical Industry Co.，Ltd公司制CWSD EVS)。各钢管的公扣的螺纹牙形状如图2所示。

用于对公扣涂敷润滑剂的喷枪19、20的喷嘴如图1所示地均与钢管表面(螺纹牙面)成直角。即，并不是图3的(b)所示的喷枪的喷嘴的喷射角度互不相同，而是具有图3的(a)所示的相同的喷射角度。在这种情况下，在管轴向上分开地使用两个喷枪，这是为了提高涂敷效率。在这种情况下，为了防止在螺旋状的涂膜之间断续地形成沿钢管P的轴向的非涂装部分，在喷射长径L为20mm的情况下，为了使自喷枪19、20以圆锥状喷射出的润滑剂9在公扣8a上以喷射长径L的15％(两侧为30％)重叠，喷枪19、20在钢管P的轴向上的设置间隔为17mm。

在将转辊2a、2b的直径设为H(mm)、将转辊2a、2b的转速设为R(rpm)时，钢管P旋转一圈所需要的时间T′(sec)为OD/(H×R/60)，在将涂敷长度设为L(mm)、将喷枪19、20的移动速度设为P(mm/rev)时，为了使喷射开始和喷射结束没有不均匀而各旋转一圈就停止，因此，涂敷时间T(sec)为T＝T′×(L/P+2)。

在该涂敷中，无论钢管P的外径如何，第1定量泵4a的喷出量V恒为8.65g/min，第1定量泵4a的转速恒为25.44rpm。因此，涂敷量可以用T/60×V求出。

涂敷公差(Min、Max及中央值，单位：g)是总涂敷量的公差，通过实测求出。

结果汇总表示于表1中。另外，表1中的符号WT表示管的壁厚，符号T/R表示转辊，定量泵表示第1定量泵4a(转速可变的旋转式柱塞泵)。泵常数的意思是指泵每旋转一圈的喷出量，泵常数及泵转速也是第1定量泵4a的值。

表1

如表1所示可知，本发明的润滑剂涂敷装置1，若使第1定量泵4a供给润滑剂9的供给量、泵12使润滑剂9循环的循环量、喷嘴19a、20a与公扣8a之间的距离、喷枪19、20喷射时的角度均以预先决定的值恒定，利用控制装置7仅控制由钢管支承装置2使钢管P旋转的转速和由第1喷枪支承装置24使喷枪19、20移动的移动速度，则无论钢管P的外径如何，都能够以满足公差的目标膜厚对钢管P的公扣8a涂敷润滑剂9。

另外，通过改变第1定量泵4a的转速而改变润滑剂9的供给量，也能够简便地对涂敷厚度进行微调整。

这样，采用本发明，能够对于形成在管螺纹接头的公扣或母扣、特别典型地是形成在较长的钢管的端部的、涂敷作业更加困难的公扣的表面，以规定的附着量较薄且均匀地涂敷高粘性液态的润滑剂，具体地讲是以以往厚度的1/10左右的较薄的厚度均匀地涂敷高粘性液态的润滑剂。

Claims (6)

1.一种对钢管的螺纹部涂敷润滑剂的润滑剂涂敷装置，该润滑剂涂敷装置对构成管螺纹接头的公扣或母扣的、设置在钢管端部的外表面或内表面的螺纹部涂敷润滑剂，其特征在于，

该润滑剂涂敷装置包括：

钢管支承装置，其用于使上述钢管绕其中心轴线旋转地支承上述钢管；

润滑剂循环系统，其具有用于贮存被调整为能够喷雾的粘度的润滑剂的容器、供该润滑剂循环流动的配管和能够使润滑剂在该配管内循环的泵；

定量供给装置，其具有用于定量供给在上述润滑剂循环系统内循环的润滑剂的定量泵；

润滑剂喷雾装置，其具有用于输送自定量供给装置定量供给的润滑剂的润滑剂供给通路、独立于该润滑剂供给通路的用于输送喷雾用空气的空气供给通路和自前端的喷嘴向上述钢管的螺纹部喷射利用空气雾化了的润滑剂的至少一个喷枪，在上述喷嘴的附近具有润滑剂供给通路和空气供给通路的汇合部；

喷枪支承装置，其用于以使上述喷枪能沿钢管的轴向及/或径向自由移动的方式支承上述喷枪，

具有多个向构成所述公扣的、设置在钢管端部的外表面的螺纹部涂敷润滑剂的喷枪，所述多个喷枪在所述钢管的周向上配置在互不相同的位置，并通过使一侧的喷枪相对于垂直于管轴的平面向端部侧倾斜20°～40°、使另一侧的喷枪相对于垂直于管轴的平面向相反一侧的端部侧倾斜20°～40°的方式支承，

该润滑剂涂敷装置还包括控制装置，在将从上述喷枪喷射出的润滑剂在钢管表面的喷射图案的长径设为L、将钢管的转速设为n、将钢管的轴向上的喷嘴个数设为m、并将由上述喷枪支承装置使喷枪沿轴向移动的移动速度设为V的情况下，该控制装置满足(1)式：V≤m×n×L的关系地控制由钢管支承装置使钢管旋转的转速和由喷枪支承装置使喷枪移动的移动速度，

其中，上述L的单位为mm，上述n的单位为rpm，上述m的单位为个，上述V的单位为mm/min。

2.根据权利要求1所述的润滑剂涂敷装置，其中，

上述定量泵是旋转式柱塞泵。

3.根据权利要求1或2所述的润滑剂涂敷装置，其中，

上述润滑剂含有从碱性磺酸盐、碱性水杨酸盐、碱性石炭酸盐及碱性羧酸盐中选择的一种或两种以上碱性油剂，其在海水中28天之后的可生物降解性即BOD为20％以上。

4.根据权利要求1或2所述的润滑剂涂敷装置，其中，

通过利用挥发性溶解基材稀释润滑剂或者加热润滑剂来调整上述润滑剂的粘度。

5.根据权利要求1或2所述的润滑剂涂敷装置，其中，

上述容器具有用于搅拌被收容在该容器中的润滑剂的搅拌机构。

6.一种对钢管的螺纹部涂敷润滑剂的润滑剂涂敷方法，该涂敷方法对构成管螺纹接头的公扣或母扣的、设置在钢管端部的外表面或内表面的螺纹部涂敷润滑剂，其特征在于，

向喷枪定量供给被调整为能够喷雾的粘度地循环的润滑剂，并独立于该润滑剂地向该喷枪供给喷雾用的空气，使供给来的润滑剂和喷雾用的空气在喷枪的前端的喷嘴附近混合，从朝向绕中心轴线旋转地被支承的钢管的至少轴向及/或径向移动的、在钢管的周向上配置在互不相同的位置的多个喷枪的喷嘴、以一侧的喷枪相对于垂直于管轴的平面向端部侧倾斜20°～40°、另一侧的喷枪相对于垂直于管轴的平面向相反一侧的端部侧倾斜20°～40°的方式朝向钢管的螺纹部喷射通过与喷雾用的空气混合而被雾化了的润滑剂，

在将从上述喷枪喷射出的润滑剂在钢管表面的喷射图案的长径设为L、将钢管的转速设为n、将钢管的轴向上的喷嘴个数设为m、并将由上述喷枪支承装置使喷枪沿轴向移动的移动速度设为V的情况下，满足(1)式：V≤m×n×L的关系地控制钢管的转速和喷枪的移动速度，

其中，上述L的单位为mm，上述n的单位为rpm，上述m的单位为个，上述V的单位为mm/min。