CN110799721A - 抵抗压缩力的螺纹连接部 - Google Patents

Abstract

一种具有直的中心轴线的螺纹连接部，其中，公扣螺纹和母扣螺纹布置成使得：当连接部完全组装好时，公扣根部(167)和母扣牙顶(169)与公扣根部锥平面和母扣牙顶锥平面(166)基本上成一直线地产生至少部分干涉，并且其中，公扣根部锥平面的角度和母扣牙顶锥平面的角度允许多个公扣螺纹和多个母扣螺纹上的沿着中心轴线的轴向压缩力(168，170)的减小。

Description

抵抗压缩力的螺纹连接部

发明人：科迪·艾伦·德哈特

技术领域

本技术涉及用于管道的螺纹连接部，并且特别地涉及用于输送石油和天然气的管道的螺纹连接部，所述管道具有增强的承受应力(特别是压缩应力)的能力。

背景技术

例如在油田管线中使用的管道被端对端地联结到一起，以将石油或其它流体从一个地方运输到另一地方。在一些情况下，通过将管道的阳端部(称为公扣)与分开的接箍(两个公扣布置到该接箍中)(称为母扣)螺纹连接到一起而将管道的端部联结起来。

管线中使用的管道有很多不同类型的连接部。一些连接部被称为一体式齐平连接部，其中连接部被加工到管道主体中，而在将两件管道联结起来时不需要添加任何附加的材料或加厚(up-setting)。结果是连接部的外径与管道的外径齐平并且内径与管道的内径齐平。

在螺纹连接部中，通常存在薄弱点，即连接部最有可能出故障的点。在安装、生产和维修期间施加在管道接箍上的拉伸力和压缩力可能会使连接部出故障。管道连接部中的螺纹和密封件可能会因拉伸力和压缩力而受到损坏。

发明内容

文本公开了能够承受更大的压缩力而不会损坏连接部的部件的螺纹连接部。轴向压缩力的沿径向向外的偏转可以起到帮助保护和防止密封表面故障的作用。

在一些实施例中，公开了具有直的中心轴线的螺纹连接部，并且所述连接部包括：公扣，所述公扣包括多个公扣螺纹，每个公扣螺纹具有公扣根部、公扣牙顶、公扣入扣齿侧面和公扣承载齿侧面，每个公扣螺纹的深度由所述公扣根部与所述公扣牙顶之间的距离确定，并且每个公扣螺纹的宽度由所述公扣入扣齿侧面与所述公扣承载齿侧面之间的距离确定；相邻公扣螺纹的所述公扣根部沿着公扣根部锥平面对齐，所述公扣根部锥平面相对于所述连接部的所述直的中心轴线从所述公扣的内端部向所述公扣的外端部沿径向向外成角度；并且相邻公扣螺纹的所述公扣牙顶与所述直的中心轴线基本上平行地对齐。

所述连接部进一步包括：母扣，所述母扣具有多个母扣螺纹，每个母扣螺纹具有母扣根部、母扣牙顶、母扣入扣齿侧面和母扣承载齿侧面，每个母扣螺纹的深度由所述母扣根部与所述母扣牙顶之间的距离确定，并且每个母扣螺纹的宽度由所述母扣入扣齿侧面与相邻母扣螺纹的所述母扣承载齿侧面之间的距离确定；相邻母扣螺纹的所述母扣牙顶的一部分沿着母扣牙顶锥平面对齐，所述母扣牙顶锥平面相对于所述连接部的所述直的中心轴线从所述母扣的中心向所述母扣的外端部沿径向向外成角度；相邻母扣螺纹的所述母扣根部与所述直的中心轴线基本上平行地对齐；其中，所述公扣螺纹和所述母扣螺纹布置成使得：当所述连接部完全组装好时，所述公扣根部和所述母扣牙顶与所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面基本上成一直线地产生至少部分干涉，并且所述公扣根部锥平面的角度和所述母扣牙顶锥平面的角度允许所述多个公扣螺纹和所述多个母扣螺纹上的沿着所述直的中心轴线的轴向压缩力的减小。

在一些实施例中，所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面相对于所述直的中心轴线朝向所述公扣的所述外端部沿径向向外成1°至6°之间的角度。在其它实施例中，所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面相对于所述直的中心轴线朝向所述公扣的所述外端部沿径向向外成4°的角度。在又一些其它实施例中，螺纹连接部包括公扣内密封部表面和母扣内密封部表面，使得当所述连接部完全组装好时，内金属间密封部产生干涉。在一些实施例中，所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面相对于所述直的中心轴线朝向所述公扣的所述外端部沿径向向外成相对于所述内金属间密封部的角度为±2°的角度。

在某些实施例中，所述公扣螺纹的所述公扣入扣齿侧面的入扣齿侧面角度为约+9°。在一些实施例中，所述母扣螺纹的所述母扣入扣齿侧面的入扣齿侧面角度为约+9°。在其它实施例中，所述公扣螺纹的所述公扣承载齿侧面的承载齿侧面角度为约-6°。在又一些其它实施例中，所述母扣螺纹的所述母扣承载齿侧面的承载齿侧面角度为约6°。在一些实施例中，当所述连接部组装好时，在从一群组中选出的至少一个位置之间存在适于放置填料的一个或多个空隙，所述群组包括：在所述公扣牙顶与所述母扣根部之间，在所述公扣入扣齿侧面与所述母扣入扣齿侧面之间，以及在所述公扣根部与所述母扣牙顶之间。

另外公开了一种用于加工具有直的中心轴线的螺纹连接部的方法，所述方法包括以下步骤：加工出公扣，所述公扣包括多个公扣螺纹，每个公扣螺纹具有公扣根部、公扣牙顶、公扣入扣齿侧面和公扣承载齿侧面，每个公扣螺纹的深度由所述公扣根部与所述公扣牙顶之间的距离确定，并且每个公扣螺纹的宽度由所述公扣入扣齿侧面与所述公扣承载齿侧面之间的距离确定；相邻公扣螺纹的所述公扣根部沿着公扣根部锥平面对齐，所述公扣根部锥平面相对于所述连接部的所述直的中心轴线从所述公扣的内端部向所述公扣的外端部沿径向向外成角度；并且相邻公扣螺纹的所述公扣牙顶与所述直的中心轴线基本上平行地对齐；以及加工出母扣，所述母扣具有多个母扣螺纹，每个母扣螺纹具有母扣根部、母扣牙顶、母扣入扣齿侧面和母扣承载齿侧面，每个母扣螺纹的深度由所述母扣根部与所述母扣牙顶之间的距离确定，并且每个母扣螺纹的宽度由所述母扣入扣齿侧面与相邻母扣螺纹的所述母扣承载齿侧面之间的距离确定；相邻母扣螺纹的所述母扣牙顶的一部分沿着母扣牙顶锥平面对齐，所述母扣牙顶锥平面相对于所述连接部的所述直的中心轴线从所述母扣的中心向所述母扣的外端部沿径向向外成角度；相邻母扣螺纹的所述母扣根部与所述直的中心轴线基本上平行地对齐；其中，所述公扣螺纹和所述母扣螺纹布置成使得：当所述连接部完全组装好时，所述公扣根部和所述母扣牙顶与所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面基本上成一直线地产生至少部分干涉，并且所述公扣根部锥平面的角度和所述母扣牙顶锥平面的角度允许所述多个公扣螺纹和所述多个母扣螺纹上的沿着所述直的中心轴线的轴向压缩力的减小。

在所述方法的一些实施例中，将所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面加工成相对于所述直的中心轴线朝向所述公扣的所述外端部沿径向向外成1°至6°之间的角度。在某些实施例中，将所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面加工成相对于所述直的中心轴线朝向所述公扣的所述外端部沿径向向外成4°的角度。在又一些其它实施例中，所述方法包括以下步骤：加工公扣内密封部表面和母扣内密封部表面，使得当所述连接部完全组装好时，内金属间密封部产生干涉。

在某些实施例中，将所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面加工成相对于所述直的中心轴线朝向所述公扣的所述外端部沿径向向外成相对于所述内金属间密封部的角度为±2°的角度。在再一些其它实施例中，将所述公扣螺纹的所述公扣入扣齿侧面的入扣齿侧面角度加工成约+9°。在某些实施例中，将所述母扣螺纹的所述母扣入扣齿侧面的入扣齿侧面角度加工成约+9°。在其它实施例中，将所述公扣螺纹的所述公扣承载齿侧面的承载齿侧面角度加工成约-6°。

在所述方法的一些实施例中，将所述母扣螺纹的所述母扣承载齿侧面的承载齿侧面角度加工成约-6°。并且在又一些其它实施例中，所述方法包括以下步骤：在从一群组中选出的至少一个位置之间加工出适于放置填料的一个或多个空隙，所述群组包括：在所述公扣牙顶与所述母扣根部之间，在所述公扣入扣齿侧面与所述母扣入扣齿侧面之间，以及在所述公扣根部与所述母扣牙顶之间。在所述连接部及其制造方法的其它实施例中，承载齿侧面的负的角度可以在约-3°至约-7°之间，并且入扣齿侧面的正的角度可以在约+6°至+11°

之间。

附图说明

通过阅读以下对本技术的非限制性实施例的详细描述并通过查看附图，将更好地理解本技术。

图1是根据本技术的实施例的螺纹连接部的一侧的透视图。

图2是提供了管道的端部上的公扣的公扣螺纹轮廓的剖视图。

图3是提供了管道的端部上的公扣的公扣螺纹轮廓的剖视图。

图4是提供了用于将管道公扣连接起来的接箍的母扣螺纹轮廓的剖视图。

图5是提供了用于将管道公扣连接起来的接箍的母扣螺纹轮廓的剖视图。

图6是提供了本公开的实施例中的在组装好的公扣和母扣螺纹的干涉期间的力分析的剖视图。

图7是示出了在干涉下的内密封部和在干涉下的相关公扣和母扣螺纹的剖视图。

图8是没有内金属间密封部情况下的在接箍、母扣与两个管道端部、公扣之间的完全组装好的连接部的剖视图。

图9是具有内金属间密封部的公扣螺纹的剖视图。

图10是具有内金属间密封部的母扣螺纹的剖视图。

图11是具有在干涉下的内金属间密封部的情况下，在接箍、母扣与两个管道端部、公扣之间的完全组装好的连接部的剖视图。

具体实施方式

当参考以下对优选实施例的描述和附图进行考虑时，将进一步领会本技术的前述方面、特征和优点，其中相同的附图标记表示相同的元件。在描述附图中示出的本技术的优选实施例时，为了清楚起见，将使用特定术语。然而，实施例并不旨在限于所使用的特定术语，并且应理解的是，每个特定术语包括以相似方式操作以实现相似目的的等同物。

首先参见图1，示出了根据本技术的实施例的螺纹连接部的一侧的透视图。在一些实施例中，关于镜像平面y将相反地存在第二螺纹连接部，该第二螺纹连接部与图示螺纹连接部连接起来并且成为一体(例如，参见图11)。图1描绘了具有与镜像平面y垂直的直的中心轴线26的螺纹连接部10的等距透视图。应该领会的是，其它连接部类型是可能的，同时仍然符合本文中公开的原理。例如，在一些实施例中，连接部可以是一体式齐平连接部、齐平连接部、半齐平连接部、齐平可膨胀连接部、半齐平可膨胀连接部或用于管道或管线的任何其它合适类型的连接部。

图1的实施例的连接部10包括第一管状构件12和管道接箍构件14。第一管状构件12的端部部分是公扣16，该公扣16是连接部10的阳部分。管道接箍构件14的端部部分是母扣18，该母扣18是连接部10的阴部分。如图所示，公扣16具有公扣螺纹20，该公扣螺纹20与母扣螺纹22相对应，使得公扣16和母扣18能够螺纹接合以构成连接部10。当连接部10被完全组装好时，公扣16和母扣18上的可选的密封表面相互作用，以在公扣16与母扣18之间形成内密封部23和外密封部24，从而防止流过第一管状构件12、管道接箍构件14与连接部10的流体泄露。

在对本文中的实施例的整个描述中，术语“流体”是指包括液体和气体。应该领会的是，在至少一些实施例中，管状构件可以包括用于在工业和非工业应用两者内使用的任何合适的管状构件。例如，在一些实施例中，管状构件包括石油和天然气工业中通常使用的管状构件，例如套管、采油管或钻杆等。

图2是提供了管道的端部上的公扣(例如，来自图1的第一管状构件12上的公扣16)的公扣螺纹轮廓的剖视图。管道段100包括螺纹102、104，其中螺纹102包括公扣牙顶106、入扣齿侧面112和承载齿侧面116，并且其中螺纹104包括公扣牙顶108、入扣齿侧面114和承载齿侧面118。公扣根部110布置在入扣齿侧面114与承载齿侧面116之间并且低于入扣齿侧面114和承载齿侧面116。作为参考，示出了水平轴线x，其类似于图1中的中心轴线26，并且示出了竖直轴线y，竖直轴线y垂直于水平轴线x。用锥线120、122示出了公扣锥平面。

如图2的实施例中所示，公扣根部110相对于水平轴线x从承载齿侧面116向入扣齿侧面114沿径向向外的升高为+4.00°。在其它实施例中，公扣根部相对于水平轴线从承载齿侧面到入扣齿侧面的的升高可以在约1°至约6°之间、约2°至约5°之间以及约3°至约4°之间。在本公开的实施例中，一个或多个公扣根部相对于直的中心水平轴线成正角度，该角度类似于但不同于公扣完美螺纹锥度角度。

在图2的实施例中，公扣螺纹的其它特征包括作为-6°(小于90°并且如图所示朝向竖直轴线y延伸)的负承载齿侧面的承载齿侧面116、作为9°(大于90°并且如图所示远离竖直轴线y延伸)的正入扣齿侧面的入扣齿侧面114以及与水平轴线x基本上平行的公扣牙顶106、108。公扣根部110大体沿着锥线120和122相对于管道轴线以正角度(在所示实施例中为径向向外4°)延伸。在其它实施例中，承载齿侧面的负角度可以在约-3°至-7°之间，并且入扣齿侧面的正角度可以在约+6°至+11°之间。

图3是提供了管道的端部上的公扣的公扣螺纹轮廓的剖视图。图2的管道段100可以表示图3中所示的公扣124的一部分。如关于图2所说明的，在图3中，公扣根部锥体126可以沿着公扣根部128相对于水平轴线x以正角度延伸，例如在约1°至约6°之间，例如约4°。如图所示，公扣牙顶130平行于水平轴线x。

现在参见图4，示出了提供用于将两个分开的管道上的管道公扣连接起来的接箍的母扣螺纹轮廓的剖视图。接箍段132包括螺纹134、136，其中螺纹134包括母扣牙顶138、入扣齿侧面140和承载齿侧面142，并且其中螺纹136包括母扣牙顶144、入扣齿侧面146和承载齿侧面146。母扣根部150布置在入扣齿侧面140与承载齿侧面148之间并设置为低于入扣齿侧面140和承载齿侧面148。作为参考，示出了水平轴线x，其类似于图1中的中心轴线26，并且示出了竖直轴线y，竖直轴线y垂直于水平轴线x。用锥线152、154示出了母扣锥平面。

如图4的实施例中所示，母扣牙顶138相对于水平轴线x从母扣牙顶的中点附近向入扣齿侧面140沿径向向外的升高为+4°。从承载齿侧面142到母扣牙顶138的中点附近，母扣牙顶138基本上平行于水平轴线x。在其它实施例中，在沿着母扣牙顶的不同的点处，母扣牙顶相对于水平轴线从承载齿侧面向入扣齿侧面的升高可以在约1°至约6°之间、在约2°至约5°之间以及在约3°至约4°之间。

在图4的实施例中，母扣螺纹的其它特征包括作为6°(小于90°并且如图所示朝向竖直轴线y延伸)的负承载齿侧面的承载齿侧面148、作为9°(大于90°并且如图所示远离竖直轴线y延伸)的正入扣齿侧面的入扣齿侧面140以及与水平轴线x平行的母扣根部150。在其它实施例中，承载齿侧面的负角度可以在约-3°至-7°之间，并且入扣齿侧面的正角度可以在约+6°至+11°之间。

母扣牙顶138、144的一部分大体沿着锥线152和154相对于管道轴线以正角度(在所示实施例中为径向向外+4°)延伸。在所示实施例中，母扣牙顶相对于管道轴线从入扣齿侧面到母扣牙顶的中点附近的部分以正角度(在所示实施例中为4°)延伸，并且母扣牙顶的从母扣牙顶的中点附近到承载齿侧面的部分基本上平行于中心轴线，即水平轴线x。在其它实施例中，可以使用其它角度，并且母扣牙顶的其它部分可以相对于中心轴线成角度或者基本上平行于中心轴线。

类似地，在一些实施例中，例如，公扣根部，诸如图2中的公扣根部110，将沿着公扣根部和母扣牙顶的整个长度或沿着公扣根部和母扣牙顶的部分长度与母扣牙顶(例如图4中的母扣牙顶138或144)的至少一部分对齐、螺纹接合和/或干涉。例如，一个或多个母扣牙顶可能不是沿着一个或多个公扣根部的整个长度延伸，以在组装好的螺纹内留出允许加填料(doping)的空间。在一些实施例中，例如，母扣根部，诸如图4中的母扣根部150，将不是沿着母扣根部和公扣牙顶的整个长度或沿着母扣根部和公扣牙顶的部分长度与公扣牙顶(例如图2中的公扣牙顶106或108)螺纹接合和/或干涉。如图6所示，在入扣齿侧面167、169之间存在或布置有间隙、空间或空隙165，并且在公扣牙顶173与母扣根部175之间存在或布置有间隙、空间或空隙171。在图7中，在入扣齿侧面之间以及在公扣牙顶与母扣根部之间也示出了间隙、空间或空隙。

在其它实施例中，例如，母扣根部，诸如图4中的母扣根部150，将沿着母扣根部和公扣牙顶的整个长度或沿着母扣根部和公扣牙顶的部分长度与公扣牙顶(例如图2中的公扣牙顶106或108)对齐、螺纹接合和/或干涉。

图5是提供了用于将两个分开的管道的管道公扣连接起来的接箍的母扣螺纹轮廓的剖视图。图4的接箍段132可以表示图5中所示的母扣156的一部分。如关于图4所说明的，在图5中，母扣牙顶锥体158可以沿着母扣牙顶162相对于水平轴线x大体以正角度延伸，例如，在约1°至约6°之间，例如约4°。如图所示，母扣根部160平行于水平轴线x。

现在参见图6，示出了提供本公开的实施例中的在公扣和母扣螺纹的干涉期间的力分析的剖视图。图中的实线的重叠显示了本公开的实施例中的母扣与公扣之间的干涉。在图6中，F表示来自组装好的连接部164中的螺纹的干涉的力。由于干涉位于锥平面166上，所以力被分解成分量以确定每个适当的力。θ等于公扣根部与母扣牙顶的锥度角度，例如，在一些实施例中约为4°。μ_s等于配合表面的静摩擦系数。对于图6的目的，静摩擦系数等于1。CP是在接触表面处的实际接触压力。

在本公开的实施例中，对于特殊螺纹连接(premium connection)或半特殊螺纹连接而言，将在公扣根部和母扣牙顶中出现螺纹干涉，例如如图6所示。独特的几何形状允许在螺纹中存储更高的扭矩，而不需增加干涉量，这归因于公扣根部与母扣牙顶之间更大的接触表面面积。仍然参见图6，在安装、使用和维修期间，组装好的连接部，诸如组装好的连接部164，可能会经受轴向压缩力168、170。当组装好的连接部164成角度θ时，一定量的轴向压缩力168、170沿径向偏转，从而减小了连接部的至少承载齿侧面上以及诸如密封件等的其它敏感区域上的压缩。

现在参见图7，示出了提供具有在干涉下的内密封部和在干涉下的相关公扣和母扣螺纹的连接部的剖视图。连接部174上的组装好的内金属间密封部172相对于水平轴线x以正角度x°布置。在一些实施例中，公扣根部和母扣牙顶的沿着螺纹锥体176的角度将是组装好的内金属间密封部172的母扣密封部角度(x°)的x°±2°。母扣密封部角度x°将是从内密封部朝向公扣的外端部行进时的沿径向向外的正角度，为约1°至约20°之间，在一些实施例中，为约2°至约10°之间，并且在一些实施例中为约1°至约5°之间。

现在参见图8，示出了在没有内金属间密封部的情况下，在接箍、母扣与两个管道端部、公扣之间的完全组装好的连接部的剖视图。连接部177包括分开的管道179、178，它们具有各自的公扣180、182。接箍184包括母扣端部186和母扣端部188。公扣180上的公扣根部与母扣端部186上的母扣牙顶沿着锥平面190对齐，并且公扣182上的公扣根部与母扣端部188上的母扣牙顶沿着锥平面192对齐。锥平面190、192相对于水平轴线x成正角度。

现在参见图9至图11，图9是具有内金属间密封部的公扣的剖视图。公扣194包括内金属密封部196。图10是具有内金属间密封部的母扣螺纹的剖视图。母扣198包括内金属密封部200。公扣194上的内金属密封部196可以与母扣198上的内金属密封部200干涉，以形成内金属间密封部，类似于图7所示的组装好的内金属间密封部172。

图11是在具有干涉下的内金属间密封部的情况下，在接箍、母扣与两个管道端部、公扣之间的完全组装好的连接部的剖视图。连接部202包括接箍204，接箍204本身包括中央密封部件206、母扣端部208和母扣端部210。公扣212上的公扣根部与母扣端部208上的母扣牙顶沿着锥平面220对齐，并且公扣214上的公扣根部与母扣端部210上的母扣牙顶沿着锥平面222对齐。锥平面220、222从中央密封部件206朝向管道公扣和母扣端部的外端部相对于水平轴线x成径向向外的正角度。由公扣212、214和母扣端部208、210上的金属密封部(例如，具有诸如图9中的内金属密封部196和图10中的内金属密封部200等的内金属密封部)之间的干涉形成金属间密封部216、218。

如关于图7所说明的，在一些实施例中，图10中所示的公扣根部和母扣牙顶的沿着锥平面220、222的角度将使金属间密封部216、218的母扣密封部角度(x°)的x°±2°。

本公开的实施例包括独特的特征，即公扣根部不平行于水平轴线x。一个或多个公扣根部相对于水平轴线x成正角度，并且通常接近公扣完美螺纹锥度角度，但并不相同。该独特的螺纹形式允许在组装时的连接部中设计更高的接触压力，这归因于该连接部的在高压缩负载下保留密封部的能力。而且，该螺纹形式允许公扣根部与母扣牙顶之间的更大的接触表面面积，这增加了连接部的扭矩能力，或者扭矩可以保持在与工业标准相同的范围内，但是锁死(galling)的风险降低。如果锁死的风险降低，那么可以使用不太严苛且成本较低的最终精加工，从而产生了商业优势。

具有径向干涉的典型螺纹在连接部承受极端压缩负载时沿径向移动，并且这可能在公扣鼻部(pin nose)、公扣鼻部密封部和母扣密封部上产生额外的应力。在本公开的实施例中，当连接部在高压缩力下沿轴向移动时，螺纹轮廓将有助于减小在这些关键区域中承受的应力。在没有金属间密封部的连接部上，该螺纹仍然在如下意义上有益于连接部：即，公扣螺纹根部起到负扭矩肩部的作用，从而使轴向压缩力偏转。观察到这会将公扣根部处的接触力分解成分量，并且母扣牙顶将试图将自身驱动到公扣根部中，但是以轴向方式一起起作用的两个分量在轴向上产生楔入效果，这会在连接部尝试因压缩力而轴向移动时增加干涉。

独特的公扣螺纹形式与独特的母扣螺纹形式组装到一起，以允许适当的螺纹接合。母扣牙顶的几何形状还允许实施例的连接部被“扣入(stabbed)”一个附加的导程，从而允许更快速地组装连接部，这节省了时间。

在设计螺纹连接部的方法的实施例中，首先将公扣制成具有限定的螺纹锥度角度和导程；然后围绕已经设计好的公扣来设计母扣。在一些实施例中，公扣牙顶角度与相应的母扣内密封部角度基本上相同。如果母扣牙顶与公扣根部具有几乎精确匹配的形状轮廓，则在组装连接部时会存在困难，并且这归因于某些干涉和螺纹错扣(cross-threading)；因此，在某些实施例中，在母扣牙顶处存在独特的几何形状，以减轻螺纹错扣的风险，并且该独特的几何形状允许更深地扣入一个导程，从而允许更快速的组装。

为了开始设计母扣螺纹，首先将公扣几何形状轮廓布设到建模软件(例如，计算机辅助绘图(CAD)软件)中，然后进行围绕公扣的绘图，以做出充分的母扣。在一些实施例中，母扣牙顶将比公扣根部低0.002英寸到0.008英寸，这取决于连接部的尺寸；母扣牙顶的角度的一部分与公扣根部的角度基本上相同，并且这会产生干涉，从而增加连接部中的扭矩。

如所提及的，在一些实施例中，母扣牙顶不具有与公扣根部相同的形状或轮廓；因此，利用独特的几何形状来获得上述益处。从入扣齿侧面和母扣牙顶的相交处开始，一种设计允许公扣根部和母扣牙顶平行，直到公扣根部的中点附近。在该点处，母扣螺纹牙顶然后过渡成大约平行于中心轴线x，直到与承载齿侧面相交。例如参见图4。

设计继续回到相交点，在该点处发生从母扣牙顶平行于公扣根部到平行于中心轴线的过渡，并且增添了较大的半径；这确保了在公扣根部与承载齿侧面相遇的基部处母扣牙顶和公扣根部同承载齿侧面之间的足量的间隙。这还确保抗锁死性能。设计还使用母扣承载齿侧面与平行于中心轴线的母扣牙顶的相交点，并且增加了较大的半径，该半径不同于为母扣牙顶设计的半径。较大的半径对疲劳性有帮助并减少应力上升因素；并且这在设计实施例中非常重要，因为承载齿侧面与公扣根部及母扣牙顶上的角度是锐角，这会导致较高的应力集中因数。

例如，参见独特的半径允许相交点143与公扣根部110和承载齿侧面116之间的相交点103(图2中)之间的空隙或间隙。

尽管已经参考特定实施例描述了本文的技术，但应理解的是，这些实施例仅是本技术的原理和应用的说明。因此，应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本技术的精神和范围的情况下，可以对说明性实施例进行多种修改，并且可以设计出其它布置。

Claims (18)

1.一种具有直的中心轴线的螺纹连接部，所述连接部的特征在于：

公扣，所述公扣的特征在于多个公扣螺纹，每个公扣螺纹具有公扣根部、公扣牙顶、公扣入扣齿侧面和公扣承载齿侧面，每个公扣螺纹的深度由所述公扣根部与所述公扣牙顶之间的距离确定，并且每个公扣螺纹的宽度由所述公扣入扣齿侧面与所述公扣承载齿侧面之间的距离确定；

相邻公扣螺纹的所述公扣根部沿着公扣根部锥平面对齐，所述公扣根部锥平面相对于所述连接部的所述直的中心轴线从所述公扣的内端部向所述公扣的外端部沿径向向外成角度；并且

相邻公扣螺纹的所述公扣牙顶与所述直的中心轴线基本上平行地对齐；以及

母扣，所述母扣具有多个母扣螺纹，每个母扣螺纹具有母扣根部、母扣牙顶、母扣入扣齿侧面和母扣承载齿侧面，每个母扣螺纹的深度由所述母扣根部与所述母扣牙顶之间的距离确定，并且每个母扣螺纹的宽度由所述母扣入扣齿侧面与相邻母扣螺纹的所述母扣承载齿侧面之间的距离确定；

相邻母扣螺纹的所述母扣牙顶的一部分沿着母扣牙顶锥平面对齐，所述母扣牙顶锥平面从所述母扣的中心到所述母扣的外端部相对于所述连接部的所述直的中心轴线径向向外成角度；

相邻母扣螺纹的所述母扣根部与所述直的中心轴线基本上平行地对齐；

其中，所述公扣螺纹和所述母扣螺纹布置成使得：当所述连接部完全组装好时，所述公扣根部和所述母扣牙顶与所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面基本上成一直线地产生至少部分干涉，并且所述公扣根部锥平面的角度和所述母扣牙顶锥平面的角度允许所述多个公扣螺纹和所述多个母扣螺纹上的沿着所述直的中心轴线的轴向压缩力的减小。

2.根据权利要求1所述的螺纹连接部，其中，所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面相对于所述直的中心轴线朝向所述公扣的所述外端部沿径向向外成1°至6°之间的角度。

牙顶锥平面相对于所述直的中心轴线朝向所述公扣的所述外端部沿径向向外成4°的角度。

3.根据权利要求1所述的螺纹连接部，其特征进一步在于，公扣内密封部表面和母扣内密封部表面，使得当所述连接部完全组装好时，内金属间密封部产生干涉。

4.根据权利要求4所述的螺纹连接部，其中，所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面相对于所述直的中心轴线朝向所述公扣的所述外端部沿径向向外成相对于所述内金属间密封部的角度为±2°的角度。

5.根据权利要求1所述的螺纹连接部，其中，所述公扣螺纹的所述公扣入扣齿侧面的入扣齿侧面角度在+6°至+11°之间。

6.根据权利要求1所述的螺纹连接部，其中，所述母扣螺纹的所述母扣入扣齿侧面的入扣齿侧面角度在+6°至+11°之间。

7.根据权利要求1所述的螺纹连接部，其中，所述公扣螺纹的所述公扣承载齿侧面的承载齿侧面角度在-3°至-7°之间。

8.根据权利要求1所述的螺纹连接部，其中，所述母扣螺纹的所述母扣承载齿侧面的承载齿侧面角度在-3°至-7°之间。

9.根据权利要求1所述的螺纹连接部，其中，当所述连接部组装好时，在从一群组中选出的至少一个位置之间存在适于放置填料的一个或多个空隙，所述群组包括：在所述公扣牙顶与所述母扣根部之间，在所述公扣入扣齿侧面与所述母扣入扣齿侧面之间，以及在所述公扣根部与所述母扣牙顶之间。

10.一种用于加工具有直的中心轴线的螺纹连接部的方法，所述方法的特征在于以下步骤；

加工出公扣，所述公扣的特征在于多个公扣螺纹，每个公扣螺纹具有公扣根部、公扣牙顶、公扣入扣齿侧面和公扣承载齿侧面，每个公扣螺纹的深度由所述公扣根部与所述公扣牙顶之间的距离确定，并且每个公扣螺纹的宽度由所述公扣入扣齿侧面与所述公扣承载齿侧面之间的距离确定；

相对于所述连接部的所述直的中心轴线从所述公扣的内端部到所述公扣的外端部沿径向向外；并且

相邻公扣螺纹的所述公扣牙顶与所述直的中心轴线基本上平行地对齐；以及

加工出母扣，所述母扣具有多个母扣螺纹，每个母扣螺纹具有母扣根部、母扣牙顶、母扣入扣齿侧面和母扣承载齿侧面，每个母扣螺纹的深度由所述母扣根部与所述母扣牙顶之间的距离确定，并且每个母扣螺纹的宽度由所述母扣入扣齿侧面与相邻母扣螺纹的所述母扣承载齿侧面之间的距离确定；

相邻母扣螺纹的所述母扣牙顶的一部分沿着母扣牙顶锥平面对齐，所述母扣牙顶锥平面相对于所述连接部的所述直的中心轴线从所述母扣的中心到所述母扣的外端部沿径向向外成角度；

相邻母扣螺纹的所述母扣根部与所述直的中心轴线基本上平行地对齐；

其中，所述公扣螺纹和所述母扣螺纹布置成使得：当所述连接部完全组装好时，所述公扣根部和所述母扣牙顶与所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面基本上成一直线地产生至少部分干涉，并且所述公扣根部锥平面的角度和所述母扣牙顶锥平面的角度允许所述多个公扣螺纹和所述多个母扣螺纹上的沿着所述直的中心轴线的轴向压缩力的减小。

11.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面加工成相对于所述直的中心轴线朝向所述公扣的所述外端部沿径向向外成1°至6°之间的角度。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述公扣根部锥平面和所述母扣牙顶锥平面加工成相对于所述直的中心轴线朝向所述公扣的所述外端部沿径向向外成4°的角度。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征进一步在于以下步骤：加工公扣内密封部表面和母扣内密封部表面，使得当所述连接部完全组装好时，内金属间密封部产生干涉。

平面加工成相对于所述直的中心轴线朝向所述公扣的所述外端部沿径向向外成相对于所述内金属间密封部的角度为±2°的角度。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述公扣螺纹的所述公扣入扣齿侧面的入扣齿侧面角度加工成在+6°至+11°之间。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述母扣螺纹的所述母扣入扣齿侧面的入扣齿侧面角度加工成在+6°至+11°之间。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述公扣螺纹的所述公扣承载齿侧面的承载齿侧面角度加工成在-3°至-7°之间。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述母扣螺纹的所述母扣承载齿侧面的承载齿侧面角度加工成在-3°至-7°之间。

18.根据权利要求11所述的方法，其特征进一步在于以下步骤：在从一群组中选出的至少一个位置之间加工出适于放置填料的一个或多个空隙，所述群组包括：在所述公扣牙顶与所述母扣根部之间，在所述公扣入扣齿侧面与所述母扣入扣齿侧面之间，以及在所述公扣根部与所述母扣牙顶之间。

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