CN1786542B - 改良的管道连接件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在插接件(30)和套接件(40)之间的外接管道接头。在插接件和套接件的端部具有互补的螺纹部分，用于沿其轴向长度的更多部分相互啮合，螺纹以同样的方向上倾斜并且与接头的纵向轴线形成锐角。套接件至少延伸到具有截头圆锥体头部的止挡肩(44)，该止挡肩邻接于插接件上的互补的止挡肩凹部(36)。为了密封地容纳该截头圆锥体头部，互补的止挡肩凹部(36)包括具有圆锥形截面的锥体接收部。在套接件的螺纹部分和止挡肩之间还包括环形凹槽(45)。

Description

改良的管道连接件

技术领域

本发明涉及改良的螺纹管道接头，所述管道用于输送如石油和煤气的流体。该接头特别适用于受到弯曲和压缩力的管道。

背景技术

在煤气和石油工业中，管道的螺纹连接件已众所周知。该连接件应用的管道包括用于勘探和输送流体材料的管道。由于材料的特性和管道工作的压力，所以重要的是在邻接的管道件之间的接头的密封要保持有效。由于存在通常在管道的长度上承受的力，这种接头可能难于维持。力可能在特定的接头上沿管道的轴线压缩或者拉伸，或者既压缩又拉伸，例如，当管道为弯曲形态。该力与在管道宽度上的压力差一起可能削弱密封并在管道内产生流体泄漏的通道。

在石油和煤气工业中，显而易见地希望能从被开发的矿藏的所有部分中进行开采。近年来随着改良接头的出现，已经出现了放弃先前的采用基本垂直定向的钻孔的习惯的趋势。如今公知的是水平穿过矿藏延伸管线。这样，可以使用先前钻好的钻孔的一部分。然而，这样的方法需要向管线中引入实质的弯曲以从垂直方向变为水平方向。因此，管之间的单个接头必须能够经受住所产生的压缩力。

为了改进连接件处中金属与金属的密封，一些共同的特征典型地被包括作为接头的一部分。首先，接头的螺纹部分相对于管件的主轴线成角度。其次，在阳管件(阳部件通常被称为是插接部件)的末端通常具有截头圆锥体的、无螺纹肩，而在阴部件(通常被称为套接部件)中包括凹部。该肩也可以具有弯曲部分、斜面以及其他特征来提高所得到的密封的强度。

通常地，为了进一步强化连接，在位于套接件和插接件之间的管道接头的外表面上提供相应的密封。这样的外接头通常具有如下缺点：螺纹的牙顶高度朝着管道的外边缘减小以容纳肩。该较小的牙顶高度降低了外密封的效果。

因此，本发明的目的是提供一种解决上述问题的密封，并且提供具有改良的内和外密封的管道接头。

发明内容

本发明提供一种在插接件和套接件之间的外管道接头，插接件和套接件的末端具有互补的螺纹部分，用于沿其轴向长度的更多部分相互啮合，螺纹以同样的方向倾斜，并且与接头的纵向轴线形成锐角，套接件至少延伸到具有截头圆锥体头部的止挡肩，该止挡肩被安置邻接于插接件上的互补的止挡肩凹部；

互补的止挡肩凹部包括具有截头圆锥的横截面并且适于密封地接收截头圆锥体头部的锥体接收部；

其中，套接件包括介于螺纹部分和止挡肩之间的环形凹槽。

凹槽允许将螺根向套接件的壁内切入更深，以使得牙顶高沿螺纹的长度保持恒定。而且，由于在套接件内的应力被更好地分散，从而强化了套接件。

有利地，螺纹部分的牙顶高度沿螺纹长度方向保持恒定。因此螺纹变得更坚固以抵抗提供管道接头的两部件上的张力。可以选择的，其斜度与管道接头的纵向轴线成2-3°的角度。

优选地，止挡肩的表面基本平行于管道接头轴线，并具有一个或多个向内凸的弯曲部分。所述弯曲部分在接头内分布应力，能够形成更好的密封。更为优选地，所述止挡肩的表面另外具有基本平坦的部分。

凹槽优选具有矩形横截面。特别有利地，矩形的一侧或两侧通过弯曲表面结合到矩形的底边。包含曲线或其他连接表面重新分配了套接件内的应力。

附图说明

可以结合附图对本发明进行阐述，附图中表示了螺纹接头的一个具体实施例。附图中：

图1是套接螺纹的牙顶的说明图；

图2是插接螺纹的牙顶的说明图；

图3是对插接部分设计进一步说明的附图；

图4是对包括凹槽的套接设计进一步说明的附图；

图5描述了接头内的应力；

图6显示了包含不同深度的凹槽对施加扭矩形成管道接头时的接头行为的影响；

图7A至图7G描述了在接头受到压力和张力时具有凹槽的效果；

图8A和图8B显示了凹槽的横截面形状。

具体实施方式

图1和图2分别显示了套接螺纹和插接螺纹的部分牙顶，该螺纹在本技术领域中已被熟知，并且适合用于本发明的连接。为了提供更牢固的连接，螺纹通常被设置为与管道接头的纵向轴线成一角度。在图1和图2中如虚线10所示，螺根与上述轴线所成的角度为tan^-1(1/24)或近似为2.4度。可以理解，该角度可以变化，并且其大小取决于管道部件以及管道的用途。

在使用中，面11和21面对着沿管道部件的主长度的方向，并且彼此啮合或至少彼此邻接。这些面11和21对着垂直于管道部件轴线的平面成10度角。表面12和22在使用时也彼此啮合或邻接。表面12和22的斜面与垂直于管道部件轴线的平面近似成45度。

尽管牙顶的尺寸取决于管道部件自身的尺寸，但对于半径为4.22cm(1.660英寸)的典型管道，螺纹可以典型地具有如下尺寸：从表面11的中点到表面12的距离为0.16cm(1/16英寸)；从表面11的中点到相邻牙顶的相应表面11A的距离为0.32cm(1/8英寸)。可以看到，螺纹具有许多弯曲部分13A、13B、13C、13D和23A、23B、23C、23D，其半径为0.02cm(0.008英寸)。为了给予螺纹足够的强度来抵抗在应力下的变形，从螺根开始的牙顶高度近似为0.08cm(0.033英寸)。

与现有技术的接头一样，如图3所示，插接件30在其超过螺纹部分32的末端的远端具有止挡肩31。止挡肩31具有以线A为基线的截头圆锥体截面的头部33，且具有圆形顶点34。止挡肩31与套接件40的相应形状的凹部41(图4)啮合。为提高止挡肩31与凹部41之间的密封，止挡肩31的表面35或凹部的相应的表面43可以包括弯曲部分-从一个管道部件向另一个管道部件突出的弯曲-来提高密封。该弯曲能够保持密封，即使在管道接头受到弯曲力的时候，例如在构成连接的不同管道的纵向轴线彼此不成一直线的情况。上述引入的弯曲不需要沿表面43或35的整个长度连续，而只需要简单地延伸在表面的一部分上就可以。可以相信，在已形成的接头受到弯曲力的地方，上述弯曲能够使密封沿弯曲部分自然发展，从而使该密封保持不漏水。另外，插接件的内壁沿区域35变厚以增加插接件的强度并且使其在施加扭矩时弯曲的倾向最小化。

在使用时与插接件30相应的凹部形成外密封的套接件的远端止挡肩44可以具有与上述止挡肩31同样的特征。

现已发现，对于内密封和外密封，设置在套接件上的弯曲部分是有利的。

除了这些特征，如图4所示，套接件包括介于远端44和螺纹42的最后牙顶42A之间的环形凹槽45。凹槽45实现多种功能。首先，凹槽45使螺纹42的牙顶高度沿螺纹的长度保持恒定并且相对于管道的轴线保持合理的角度。通常的情况是，牙顶的高度朝向套接件的远端减少。其次，由于包含凹槽，螺纹部分的一端，与现有技术螺纹相比，能够有效地径向移位。假定螺纹两端的纵向距离固定，则本发明的螺纹部分的长度比现有技术的螺纹长。因此，本发明的螺纹的纵向螺纹密度比现有技术的螺纹密度大，并且由此增强螺纹接头的强度。

另外发现，使用常规的加工设备，包含凹槽使套接件的远端比现有情况变得更容易被加工。

通过凹槽45达到的进一步的性能改进是在套接件内的应力集中在一个小区域中。在图5中显示该情况，其中较暗的区域表示处在较高应力下的区域。在图5中，套接件50在止挡肩52后具有凹槽51。可以看出，围绕凹槽51的区域受到高于止挡肩52的应力。而且，高应力区域53被低应力区域包围，这有助于所产生的张力在材料中无害地分散，从而高张力不会引起明显的损伤。

图6表示了构成管道接头需要的扭矩。图中的x轴表示分别套接件和插接件的肩44和凹部36之间的距离。y轴表示转动接头部件所需要的扭矩。图中显示了相应于五个点的值的线，上述五个值是肩与螺纹的距离。如图所示，一旦套接件的肩44啮合插接件，所需要的扭矩便会急剧增加。

具有所述的矩形凹槽的接头的性能如图7A至图7G所示。在这些附图中，T和C涉及施加到管道的张力和压缩力，而I95V指施加的内压力。

如图8A所示，凹槽45的横截面可以被制成基本为矩形。可选择地，凹槽可以具有将凹槽的底部结合到一个或两个侧壁上的斜面或者曲面。该结构如图8B所示。

显然，本发明不仅限于仅通过具体实例的方式给出的上述实施例的详细描述，可以理解，本发明可以在本发明的范围内进行多种修改和变形。

Claims (8)

1.一种插接件和套接件之间的外接管道接头，插接件和套接件的端部具有互补的螺纹部分，用于沿其轴向长度的更多部分相互啮合，螺纹以同样的方向倾斜并且与接头的纵向轴线形成锐角，套接件至少延伸到具有截头圆锥体头部的止挡肩，该止挡肩邻接于插接件上的互补的止挡肩凹部；

互补的止挡肩凹部包括具有截头圆锥截面并且适于密封地容纳截头圆锥体头部的锥体接收部；

套接件包括介于螺纹部分和止挡肩之间的环形凹槽，其中，螺纹的斜度与管道接头的纵向轴线成2-3°的角度。

2.如权利要求1所述的管道接头，其特征在于，螺纹部分的牙顶高度沿螺纹长度保持恒定。

3.如权利要求1或2所述的管道接头，其特征在于，基本平行于管道接头轴线的止挡肩的表面包括一个或多个向内凸的弯曲部。

4.如权利要求3所述的管道接头，其特征在于，所述止挡肩的表面还具有基本平坦部。

5.如权利要求1或2所述的管道接头，其特征在于，所述凹槽在一端具有矩形截面开口。

6.如权利要求5所述的管道接头，其特征在于，所述矩形的一边或两边通过弯曲表面连接到矩形的底边。

7.如权利要求3所述的管道接头，其特征在于，所述凹槽在一端具有矩形截面开口。

8.如权利要求4所述的管道接头，其特征在于，所述凹槽在一端具有矩形截面开口。

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