CN85104254B - 输油管的螺纹套帽接头 - Google Patents

Abstract

本发明的一种用于输油管的螺纹套帽接头的主要密封部分是在外螺纹和内螺纹处都备制密封部。所述主要密封部分有一个密封部的收缩边ΔD，该收缩边的大小是按照螺纹的收缩边Δd和密封部的压力之间的关系而规定的，对负荷侧面角，外螺纹密封部的凸圆的曲率半径以及内螺纹密封部的锥形角各自相应的尺寸也做了规定。

Description

本发明涉及输油管的螺纹套帽接头。

由于输油管上的螺纹套帽接头要用在高压、高负荷和其它条件下，对各种不同种类的接头结构已进行了许多研究。

那些已知的螺纹接头都是所谓的金属密封系统。这种金属密封是由一个在外螺纹的末端(外圆周平滑部分)加工成锥形的密封部分和一个在内螺纹的内部(内圆周平滑部分)加工成锥形的密封部分来备制的，并且这种金属密封是通过连接外螺纹的末端和在内螺纹内壁上的限位槽的末端来提供的；或者外螺纹上的所述的密封部分是沿轴线方向上的凸圆体构成的。

但这种接头不是总能取得令人满意的密封性，因此就造成了应力腐蚀裂纹。尤其，根据这种接头的结构，为了改进它的密封性能，在外螺纹的端部和限位槽的端部配置了一个确定了的倾斜角，由此对外螺纹加压以使外螺纹的密封部分向内螺纹的密封部分推进。但由于强大的力都作用在限位槽上，所以在限位槽的根部周围有弯矩和楔入效应的作用。这一部分就容易受到应力腐蚀的影响。

本发明是着眼于解决先有技术中存在的上述这些问题。

本发明的目的是要提供一种用于输油管上的套帽接头结构，它的强度大以及密封性能好，而又不会引起例如应力腐蚀裂纹和其它的问题。

本发明的另一目的是提供一种用于输油管上的套帽接头结构，它具有极好的密封性能而又不需在外螺纹的端部和在套帽接头内壁上的限位槽端部设计一个倾斜角，因此，很容易避免由所述的倾斜角引起的应力腐蚀。

本发明进一步之目的是提供一种用于输油管上的套帽接头结构，无论怎样来回地拧上和拧下接头螺纹它都保持高度的密封性能。

为实现上述的目的，本发明采用了这样一种套帽接头结构，其中备有一个主要密封部分，该主要密封部分带有一个设在外螺纹端部并在其轴线方向上形成凸圆状的密封部分(外圆周)以及一个设在内螺纹内壁的锥形的密封部分(内圆周)。并且这一主要密封部分是通过连接外螺纹的端部和在内螺纹的内壁上形成的限位槽的端部提供的，套帽接头的各个组成部分是在以下条件下设计制作的。

1.一个螺纹部分配有一个收缩边Δd(＝d1-d2)，该螺纹部分的负荷侧面(α)测定为0至1.1°；

2.一个在外螺纹的密封部分沿轴线方向形成的凸圆体(弧面)的曲率半径大于100mm，一个内螺纹的密封部分的锥形角(θ)是1.0至4.7°，最好是1.0至2.0°；

3.外螺纹的密封部分的外径D1和内螺纹的密封部分的内径D2确定为D1＞D2，由此确定密封部分的一个收缩边ΔD(＝D1-D2)，此处该密封收缩边ΔD是这样形成的，即密封部分的压力P是(螺纹接头承受的内压)＜P＜(螺纹套帽接头组件的屈服强度)；以及

4.密封收缩边ΔD和螺纹收缩边Δd之间的关系被设定为ΔD≥Δd。

这样，本发明的结构分别由下列部分组成：由密封收缩边ΔD构成的主要密封部分；由螺纹收缩边Δd构成的密封部分和把外螺纹的端点和限位槽的端点紧靠在一起构成的密封部分。由于限定了主要密封部分的锥形角θ和凸圆体曲率，限定了密封收缩边ΔD和密封面压力P之间的关系以及密封收缩边ΔD和螺纹收缩边Δd之间的关系，使得主要密封部分具有高度的密封性能，并且无论怎样反复拧上和拧下该接头都能有效地保持它的这一特性。而且，由于螺纹负荷侧面角的限定，完全避免了接头圆周的应力现象，这种应力现象能造成应力腐蚀裂纹。既然该接头避免了上述问题，有极好的密封性，就没有必要在外螺纹的端部和限位槽的端部设制倾斜角。所以，由于该倾斜角的功能引起的关于应力腐蚀的问题就能有效地免除。

本发明的这种接头结构可以应用于套筒的接头部件或者将输油管直接连接在一起的情况下。

图1是表明本发明的一种套帽接头结构的说明图。

下面根据附图做详细说明。

图1是通过一个套帽接头件B(套筒接头)表明的本发明的一种接头结构的实例。该套帽接头件B的两侧称为内螺纹2，与2连接的管体A1和A2(输油管)的端部被称为外螺纹1。用这种方式构成了一个接头。

在接头件B的每个接头结构中，外螺纹部分1的外圆周的端部有一没有螺纹的平滑面，其形状为凸圆体，密封部分3在一侧构成。内螺纹部分2的内圆周上有一没有螺纹的平滑部分，其形状为锥形，密封部分4在另一侧构成。这两个密封部分3和4组成了一个主要密封部分S。另一方面，密封部分4带有一个限位槽5，外螺纹的端部同该限位槽5的端部51相接触。

在上述的结构中，本发明规定了螺纹的结构和主要密封S的结构以及它们之间的相互关系。

同时，为了给螺纹提供密封，确定了这样一种关系，即(外螺纹的基本直径d1)＞(内螺纹的基本直径d2)，由此产生了一个螺纹的收缩边Δd(＝d1-d2)，并且使螺纹具备一个负荷侧面角θ在0°和1.1°之间。如果该负荷侧面角θ大的话，当拧紧螺纹或者张力负荷受到影响时就会在圆周方向产生大的耦合应力，而这就将造成应力腐蚀裂纹。

根据发明人的试验，这点已经很清楚即当张力沿轴向产生时和如果在螺纹部分的摩擦系数超过0.02时，在圆周方向便产生不合适的应力。因此，该负荷侧面角的最大角度被限定为1.1°，并被设定在0°至1.1°的范围之间以便使摩擦系数不超过0.02。

在主要密封部分S中，“D1＞D2”的关系的制定是针对在外螺纹1上形成的凸圆表面的密封3的外径D1(密封部分中央的外径)和在内螺纹2上形成的锥形的密封4的内径D2(密封部分中央的内径)而论的。因此，外螺纹部分配有一个密封部分的收缩部分ΔD，该收缩部分的形成使得密封面上的压力P要满足以下条件：

P＜(螺纹接头材料的屈服强度)

P＞(螺纹接头材料内部承受的压力)。

由于用于输油管的这种套帽接头要经过数次的拧上和拧下螺纹，就要求它始终保持其密封性能，而不因来回拧上和拧下所述螺纹而改变密封面的压力。因此，密封面的压力P应该制做得小于输油管体A和套帽接头件B的屈服强度。密封面是通过机械加工而构成的，在微观下它并不是完全平滑的而是不平的。为了保持不透气性，密封面的压力P应该高于螺纹接头里面所承受的流体压力。本发明中，密封部分的收缩边ΔD的限定就是为了提供这种密封部分的压力以满足以上的两个条件。

考虑到构成主要密封部分S的两个密封结构，内螺纹的密封部分4是以1.0至4.7°的锥形角形成的。输油管不仅受到内压也受到由于管子自身重量引起的强大张力的影响。该张力有时增高到与管体的屈服强度相同的程度。根据发明人的研究，已经发现当张力进入管体时，便导致内螺纹的密封部分4的拉伸，也就引起了外螺纹的密封部分3和内螺纹的密封部分4之间位置的误差，以致于密封面的压力被降低。为了保持接触表面的适当压力P，内螺纹的密封部分4的锥形角θ越小，密封性能就越有效。不同的试验已经证实如果该锥形角小于4.7°，密封即有效，而如果锥形角小于2.0°时，密封会更加有效。为使这部分成为一个密封，有必要使锥形角θ大于某个度数，其最低限度是1.0°。如果通过把锥形角θ做小来使套帽接头的内部承受压力，外螺纹密封就会被加强，以致于密封部分的接触面的压力增大(自密封效果)，不透气性进一步得到提高。

就外螺纹的密封部分3而论，该凸圆表面是沿轴线方向以大于100mm的曲率半径制成的。如果密封收缩边ΔD被确定了，形成密封的凸圆表面的曲率半径越小，密封的接触面也就越小。由于接触面的压力的增大，不透气性看来也被提高。然而，发明人的调查弄清了这一点，当套帽接头的内部承受压力时，接触面的压力由于自密封效果而突然增高，以致于密封部分容易变形。因此在本发明中，密封部分3的凸圆上形成的曲率半径制做得比确定的长度大以便保持一个密封接触面比确定的更大。在发明人的试验中，当曲率半径大于100mm时，其结果几乎是令人满意的，输油管的外径在60.3φ和114.3φmm之间，最佳的半径(R)是150至250mm。在这种情况下的本发明，密封部分3的凸圆被做成曲率半径大于100mm。

除了上述螺纹和主要密封部分的各项结构规定外，本发明规定了在外内螺纹部件上形成的密封的相互间的关系。也就是说就主要密封部分S的密封收缩边ΔD和螺纹部分的螺纹收缩边Δd而论，两者的关系被制订为ΔD≥Δd。假如螺纹收缩边Δd大于密封收缩边ΔD，密封面的压力P就会由于螺纹部分的干扰而被减到低于设计值。常规的套帽接头还从未有过任何一个结构，其中对密封部分和螺纹部分做过结构上的考虑。主要密封部分的密封效果不总是令人满意，考虑到这一事实要归于螺纹部分的所述的干扰。本发明注意到了按常规从未加以考虑过的结构成分并且对它们做了规定。

图1说明内螺纹是接头部件B。上面提到的这种结构当然会被应用在不使用接头部件而将输油管的端部直接地连接起来的一种套帽接头上。

在根据本发明的这种用于输油管的螺纹套帽接头中，保持不透气性是通过主要密封部分S，其结构有密封部分3、4上的收缩边ΔD，由螺纹收缩边Δd形成的密封部分和连接外螺纹的端部和限位槽的端部所形成的密封部分。这种空气密封结构规定了内螺纹的密封部分4的锥形角θ，规定了外螺纹的密封部分3的凸圆的曲率半径，还规定了在密封面压力P和对建筑材料及螺纹接头的屈服强度的内压之间的关系的密封收缩边ΔD。而且，由于这种结构规定了密封收缩边ΔD和螺纹收缩边Δd是ΔD≥Δd的关系，主要密封部分S将可能提供高度的密封性能，这种结构可在不管怎样来回地拧上和拧下螺纹的情况下使用而不改变其密封性能。此外，本发明的套帽接头规定了螺纹部分的负荷侧面角，从而能适当地检查在接头圆周应力的出现，这种应力出现会引起应力腐蚀裂纹。除了这种检查之外，再也不必提供高度的密封性能而象常规那样在外螺纹1的端部和限位槽5的端部备置一个倾斜角。由于这些端部的角可做成90°，因为所述倾斜角的功能而产生的应力腐蚀将完全被避免。

Claims (2)

1.一种使两个管形零件相互连接的螺纹接头，在第一个零件的一个端区有公螺纹，在第二个零件的一个端区有母螺纹，并且有一个密封机构；该密封机构是由第一零件公螺纹外端上的凸出的轴向外周面与第二零件母螺纹内端处的圆锥形内表面之间的接触处的主密封区形成，并且通过把第一零件的端部与第二零件中的止动部对紧而实现密封，第一密封件在该主密封区处的外径比第二零件在该区域的内径大出一预定值，并且该第二零件的该内锥面的半锥角为1.0°至4.7°，最好为1.0°至2.0°，其特征在于：

(1)第一零件A1的该公螺纹相对于第二零件B的母螺纹有一个预定的过盈Δd；

(2)该螺纹的承载侧面与螺纹轴线的垂面成0°到1.1°α角；

(3)该第一零件A1上的该凸出的轴向外周面3的曲率半径大干100毫米；

(4)在主密封区S中第一零件A1的外径相对于第二零件B的内径的过盈ΔD大于或等于公螺纹相对于母螺纹的过盈Δd，并且当两个零件旋紧时，在主密封区S的压力P大于提供给接头的内压力，但是小于两个零件材料的屈服强度。

2.如权利要求1所述的螺纹接头，其特征在于，该螺纹接头中的一个零件A 1是外径为60.3毫米到114.3毫米的油管，并且该凸出的轴向外周面的曲率半径为150毫米到250毫米。

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