CN111005926B - 翼形螺母 - Google Patents

Abstract

一种翼形螺母，包括具有围绕中心开口的侧壁的主体。中心开口沿着螺纹部分螺纹连接，螺纹部分具有从主体的后端向前端延伸的螺纹长度。至少两个翼与侧壁成一体并且在相对于中心线的径向方向上远离侧壁延伸。肋在径向向外的方向上围绕侧壁周向地延伸，使得侧壁的壁厚沿着远离后端的中心线移动增加到最大值，并且沿着从最大值朝向前端移动的中心线减小。

Description

翼形螺母

技术领域

本发明总体上涉及泵送导管，并且更具体地涉及用于连接导管管段以用于泵送操作的翼形螺母。

背景技术

使用导管进行泵送操作，高循环地施加应力是已知的。例如，在诸如液压压裂(或“压裂”)、混凝土浇注、油井维修等工业中的泵送操作包括通过导管输送具有高粘度和/或在大压力下的流体的泵。导管通常由使用螺纹螺母彼此连接的管段制成。螺母包括翼，其能够施加扭矩以拧紧或松开螺母，通常通过使用大锤或液压锤提供安装或解除安装螺母所需的大冲击载荷或扭矩。

传统上，已知用于这种泵送操作的翼形螺母由于其使用和安装的极端条件而具有有限的使用寿命。通常，螺母上的翼在螺母安装期间由于重复载荷而变形。另外，当用于连接的管段受到弯曲载荷时，螺母易破裂，并且当受到来自在高压下泵送到管段内的不可压缩流体的循环压力载荷时，螺母易疲劳失效。

在WO 2016/205208(“Witkowski”)中可以看到已知翼形螺母的一个示例，其描述了具有“全根半径”和“增加的壁厚”的翼形螺母。虽然Witkowski的翼形螺母可以代表对已知翼形螺母的改进，但是其在改进翼形螺母的使用和操作的所有方面仍然是无效的。

发明内容

一方面，本发明描述了一种翼形螺母。翼形螺母包括主体，具有沿中心线延伸的大致圆柱形形状。主体包括围绕中心开口的侧壁。侧壁包括外周表面，具有前端和后端，并且沿着中心线在一定长度上延伸。中心开口沿着螺纹部分螺纹连接，该螺纹部分具有从后端向前端延伸的螺纹长度，该螺纹部分具有螺纹形状。至少两个翼与侧壁成一体并且在相对于中心线的径向方向上远离侧壁延伸。肋沿着侧壁的外表面在径向向外的方向上围绕侧壁周向地延伸，使得所述侧壁的壁厚随着沿着中心线远离所述后端移动而增大到最大值，并且随着朝向所述前端移动而沿着中心线从所述最大值减小。壁厚的最大值设置在与螺纹长度的端部重叠的轴向位置处。

另一方面，本发明描述了一种翼形螺母。翼形螺母包括主体，具有沿中心线延伸的大致圆柱形形状。主体包括围绕中心开口的侧壁。侧壁包括外周表面，具有前端和后端，并且沿着中心线在一定长度上延伸。中心开口沿着螺纹部分螺纹连接，该螺纹部分具有从后端向前端延伸的螺纹长度，该螺纹部分具有螺纹形状。三个翼与侧壁成一体并且在相对于中心线的径向方向上远离侧壁延伸。每个翼具有弯曲的外表面，其大致遵循侧壁的圆形形状。螺纹形状包括多个内螺纹，每个内螺纹由内部的顶部和根部形成。内部的顶部是平的，并且根部是圆的，使得根部与两个相邻的螺纹侧面相切。螺纹部分终止于螺纹释放底切，其轴向跨越在螺纹部分和凸缘之间。凸缘邻近主体的前端设置。主体还包括轴向限定在凸缘和主体前端之间的导向孔。

又一方面，本发明描述了一种翼形螺母。翼形螺母包括主体，具有沿中心线延伸的大致圆柱形形状。主体包括围绕中心开口的侧壁。侧壁包括外周表面，具有前端和后端，并且沿着中心线在一定长度上延伸。中心开口沿着螺纹部分螺纹连接，该螺纹部分具有从后端向前端延伸的螺纹长度，该螺纹部分具有螺纹形状。三个翼与侧壁成一体并且在相对于中心线的径向方向上远离侧壁延伸。肋围绕侧壁周向地延伸。肋沿着侧壁的外表面在径向向外的方向上延伸，使得所述侧壁的壁厚随着沿着中心线远离所述后端移动而增大到最大值，并且随着朝向所述前端移动而沿着中心线从所述最大值减小。壁厚的最大值设置在与螺纹长度的端部重叠的轴向位置处。每个翼具有弯曲的外表面，其大致遵循侧壁的圆形形状。每个翼还具有相应的凸耳中心线，平行于在中心点处与中心线相交的中心开口的相应半径但与其偏离一定距离地延伸，并且包括前向侧面和后向侧面，前向和后向侧面是平面的并且每个都平行于中心线。每个前向侧面的宽度大于每个后向侧面的宽度。

附图说明

图1和图2是根据本发明的翼形螺母的不同视角的轮廓视图。

图3是根据本发明的翼形螺母的前视图。

图4是根据本发明的翼形螺母的侧视图。

图5是根据本发明的翼形螺母的前面和侧面透视图的轮廓视图。

图6是根据本发明的翼形螺母的剖视图。

具体实施方式

本发明涉及泵送系统管道，更具体地涉及用于连接管段或导管管段(诸如用于石油和天然气、建筑和其他工业中的压裂、混凝土泵送、油井维修等的那些)的翼形螺母。在本文所示的实施例中，翼形螺母在锤击由壬上使用以连接两个管段，这两个管段用于在油田维修或生产操作过程中、在压力下输送流体。

在图1和图2中从前和后透视图中示出翼形螺母100的一个实施例，以说明其主要方面。翼形螺母100包括具有大致中空圆柱形形状的主体102，主体102包括侧壁103和中心开口104。侧壁103是环形的并且具有沿着中心线R的轴向方向的长度L，以及在相对于中心线R的径向方向上的壁厚T。如下面进一步详细描述的，壁厚T沿着翼形螺母的长度L变化。

翼形螺母100包括沿着侧壁103的外表面108设置的三个凸耳或翼106，其沿着侧壁103的周边沿等距隔开的角度设置。三个翼106中的每一个沿主体102的长度L的至少一部分轴向延伸。主体102形成前环形面形式的前端110和后环形面形式的后端112，前端110和后端112是平面的并且在沿着中心线R的长度方向上在主体102的任一端垂直于中心线R。中心开口104被内螺纹部分114包围并终止于邻近前端110的凸缘116处。

在图3中示出了翼形螺母100的前透视图的轮廓视图。如该图所示，每个翼106具有限定在前向侧面118和后向侧面120之间的大致梯形形状。在安装期间，使用者可以撞击或以其他方式接合前向侧面118并且施加在紧固方向上产生扭矩的力以安装翼形螺母100，翼形螺母100在图3所示的定向中将倾向于在顺时针方向上转动翼形螺母100。类似地，撞击或以其他方式接合后向侧面120将在松开方向上产生扭矩以移除翼形螺母100，翼形螺母100在图3所示的定向中将倾向于在逆时针方向上转动翼形螺母100。翼106的形状包括弯曲的外表面122，其大致遵循侧壁103的圆形形状，而不是平的，或者换句话说，不是平行于侧壁103的外周的切线。

每个翼106具有相应的凸耳中心线124，其平行于延伸到中心开口104的中心点C的相应半径126延伸但偏离距离D，该中心点C也位于中心线R上(图1)。换句话说，三个翼106的三个凸耳中心线124如果延伸的话将形成等边三角形(如图3所示)，其中心将与中心点C重合。由于凸耳中心线124和相应半径126之间的偏移D，前向和后向侧面118和120的宽度将不同，每个前向侧面118的宽度W1大于每个后向侧面120的宽度W2。因此，前向侧面118呈现更大的撞击目标，以便于在安装翼形螺母100期间紧固。

前向和后向侧面118和120都与凸耳中心线形成夹角2α，每个都相对于凸耳中心线124成角度α。在所示实施例中，角度α为15度，但也可以使用其他角度。选择较大的夹角将起到延长宽度W1和W2的作用。在所示方向上较大的偏移距离D将延长宽度W1并缩短宽度W2。应当理解，如果希望在松开方向上具有更大的宽度，则可以在中心线的相对侧上进行偏移，在这种情况下，宽度W2将变得大于宽度W1(未示出)。换言之，凸耳和翼形螺母将呈现为本文所示实施例的镜像。

偏移距离D以及夹角的选择是设计选择的问题，并且取决于对于特定应用所期望的W1和W2之间的尺寸或比率。应当理解，除了提供用于在紧固方向上撞击翼形螺母的较大目标之外，翼的偏移位置还用于在内部使紧固冲击力的施加方向相对于中心开口104在更相切方向上重新定向，这减小了在侧壁103内横向作用的内应力。还应当理解，与相对于中心开口104具有平的或切向延伸的外表面的翼设计相比，弯曲外表面122的弯曲形状通过增加每个拐角处的夹角和材料厚度来加强每个翼106的外角128。

仍参照图3，可以看出翼106的每个前向侧面包括两个凸起的脊130，其可以提供视觉对比。当然，脊130的形状、定向和数量可以与图3所示的不同。

为了进一步增加翼形螺母100的强度和弹性，肋132在大致位于螺纹部分114的终端处的轴向位置处，大致围绕侧壁103周向设置。更具体地，并且进一步参照图4、5和6，肋132可以如虚线134(在图3中示出)所示在相邻翼106之间完全分段地延伸，或者它可以替代地在邻近前向侧面118的区域中受径向凹陷136中断。如图5所示，径向凹陷136降低了肋132的高度，以便在安装翼形螺母100时更容易为使用者提供接触以撞击前向侧面118，从而提高撞击到该表面上的精确度，并且降低了仅拐角撞击的频率，传统上已知仅拐角撞击会导致翼形螺母的损坏。如图4以及图6所示，肋132的侧面轮廓表示侧壁的壁厚T趋向于沿着主体102的轴向长度L逐渐增加然后逐渐减小。侧壁103的最大厚度(本文称之为肋132)轴向地布置在距离前端110大约0.4*L的长度周围，但是也可以使用其他位置。在所示实施例中，最大厚度轴向地定位成沿着中心线与螺纹部分114的螺纹长度的端部重叠。

现参照图6，示出了穿过翼形螺母100的横截面，可以看出，螺纹部分114沿着中心开口104的内部部分从后端112沿着中心线R朝向前端110部分地延伸，并且包括多个内螺纹。每个内螺纹由内部顶部或内径部分138和外径部分或根部140制成。螺纹根据改进的螺纹标准设计，例如J系列螺纹，其中内径部分138是平的，但是根部140是圆的，使得根部与两个相邻的螺纹侧面或侧面相切。通过这种方式，避免了能够产生应力集中的尖锐根部，并且改进了翼形螺母的疲劳强度。

螺纹部分114终止于螺纹释放底切142，如图6所示，其轴向跨越在螺纹部分114和凸缘116之间。螺纹释放底切142经构造以提供无螺纹部分，其中当安装翼形螺母时，翼形螺母100将安装到其上的管段(未示出)的配合内螺纹(未示出)的引导部分可布置在该无螺纹部分中，以确保在凸缘116抵靠管段的钝端凸缘的适当就位的区域中发生很小的变形。螺纹释放底切142还为螺纹部分114的更精确切削提供间隙。导向孔144轴向设置在螺纹释放底切142和前端110之间。导向孔144有助于将翼形螺母100定心并固定到其连接的管段(未示出)上。

工业实用性

本发明适用于在连接管段或段时使用的翼形螺母。

应当理解，前面的描述提供了所公开的系统和技术的示例。然而，预期本发明的其他实施方案可以与前述示例在细节上不同。对本发明或其示例的所有引用旨在引用当时讨论的特定示例，并且不旨在暗示对本发明范围的更一般的任何限制。关于某些特征的区别和歧化的所有语言旨在指示缺乏对那些特征的偏好，而不是将这些特征完全排除在本发明的范围之外，除非另外说明。

除非本文另外说明，否则本文中数值范围的列举仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独值并入本说明书中，如同其在本文中单独列举一样。本文所述的所有方法可以以任何合适的顺序进行，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。

Claims (10)

1.一种翼形螺母，包括：

主体，具有沿中心线延伸的大致圆柱形形状，所述主体包括围绕中心开口的侧壁；

所述侧壁包括外周表面，具有前端和后端，并且沿着所述中心线在长度上延伸；

所述中心开口沿着螺纹部分螺纹连接，所述螺纹部分具有从所述后端向所述前端延伸的螺纹长度，所述螺纹部分具有螺纹形状；

至少两个翼，与所述侧壁成一体并且在相对于所述中心线的径向方向上远离所述侧壁延伸，其中每个翼包括前向侧面和后向侧面；以及

肋，围绕所述侧壁周向延伸，所述肋沿着所述侧壁的外表面径向向外延伸，使得所述侧壁的壁厚随着沿着中心线远离所述后端移动而增大到最大值，并且随着朝向所述前端移动而沿着中心线从所述最大值减小；其中，所述壁厚的最大值设置在与所述螺纹长度的端部重叠的轴向位置处；其中所述肋围绕所述侧壁在相邻翼之间分段地延伸，并且在邻近所述翼的每个前向侧面的区域中受径向凹陷中断。

2.根据权利要求1所述的翼形螺母，其中，每个翼具有弯曲的外表面，所述弯曲的外表面大致遵循所述侧壁的圆形形状。

3.根据权利要求1所述的翼形螺母，其中，每个翼具有相应的凸耳中心线，所述凸耳中心线平行于在中心点处与所述中心线相交的所述中心开口的相应半径但与其偏离一段距离地延伸，并且其中，所述前向侧面和后向侧面是平面的。

4.根据权利要求3所述的翼形螺母，其中，所述翼形螺母包括围绕所述侧壁的周边以相等的角间隔布置的三个翼，所述三个翼具有三个相应的凸耳中心线，其中所述三个相应的凸耳中心线经延伸的情况下则形成具有与所述中心点重合的中心的等边三角形。

5.根据权利要求4所述的翼形螺母，其中，每个前向侧面的宽度大于每个后向侧面的宽度。

6.根据权利要求5所述的翼形螺母，其中，每个翼的所述前向侧面与所述后向侧面形成夹角2α，每个前向侧面和每个后向侧面均相对于所述凸耳中心线成角度α。

7.根据权利要求6所述的翼形螺母，其中，所述角度α是15度。

8.根据权利要求1所述的翼形螺母，其中，所述螺纹形状包括多个内螺纹，每个内螺纹由内部顶部和根部形成，其中所述内部顶部是平的并且所述根部是圆形的，使得所述根部与两个相邻的螺纹侧面相切。

9.根据权利要求1所述的翼形螺母，其中，所述螺纹部分终止于螺纹释放底切，所述螺纹释放底切轴向地跨越在所述螺纹部分与凸缘之间，所述凸缘经布置邻近所述主体的所述前端。

10.根据权利要求9所述的翼形螺母，进一步包括在所述凸缘与所述主体的前端之间轴向限定的引导孔。

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