DD207748A5 - Dichtung fuer stahlrohre, insbesondere aus stahl oder legierungen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Dichtung fuer Rohre, insbesondere aus Stahl oder Legierungen, die vorzugsweise in der Erdoelindustrie eingesetzt werden. Ziel ist es, den technisch-oekonomischen Herstellungsaufwand zu senken, Undichtheit zu vermeiden und Stoeranfaelligkeiten zu beseitigen. Die Aufgabe besteht darin, eine Dichtung zu schaffen, die gegenueber hohen Druecken dicht ist, ohne dass die Gefahr des Festfressens besteht, selbst wenn diese Dichtungen aus Stahl, rostfreiem Stahl oder Stahllegierungen mit hohem Chrom-, Nickelanteil oder einem hohen Anteil an anderen Zusatzstoffen bestehen. Als Loesung wird eine Dichtung vorgeschlagen, bei der der erste Kontakt der Dichtungszone, die sich am Ende eines Teils befindet, an der entsprechenden Dichtungsflaeche des anderen Teils entsteht und dass bei diesem ersten Kontakt die Konizitaet der am Ende eines Teils der Dichtung liegenden Dichtungsflaeche geringer ist als die Konizitaet der entsprechenden Dichtungsflaeche, die sich am anderen Teil der Dichtung befindet, so dass beim Spannen die Dichtungsflaechen mit einem Kontaktdruck zum gegenseitigen Aufliegen kommen, der zur Gewaehrleistung der Dichtheit ausreicht.
Description
2/ ft Л г* a AP А 61
4 О U 7 9 Berlin, den 2.9.1983
AP А 61 М/248 079/6 2.9.1983
62 081/24
Dichtung für Rohre» insbesondere aus Stahl oder Legierungen Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Dichtung für Rohre, insbesondere aus Stahl oder Legierungen, die vorzugsweise in der Erdöl«» induetrie eingesetzt werden*
Es sind Dichtungen bekannt, die durch Paare von leicht konischen Dichtungsflächen gebildet werden, die beim Festspannen der Dichtung miteinander in Berührung kommen«
Sei dieser bekannten Art der Dichtung wird am Steckteil eine Dichtungsfläche verwendet, deren Durchmesser etwas größer ist als der entsprechende Durchmesser der Dichtungsfläche des Aufnahmeteiles, so daß beim Zusammenschrauben starke Anpreßkräfte zwischen den beiden Dichtungsflächen entstehen, die ausreichen müssen, um bei dem größten an die Rohrverbindung anlegbaren Druck die Dichtheit zu gewährleisten.
Die bekannten Dichtungen dieser Art können ein einziges Paar Oichtungsflächen haben, das sich entweder am Rand des Steckteiles oder am Rand des Aufnahmeteiles befindet· Sie können auch aus zwei Paaren von Dichtungsflächen bestehen, die auf beiden Seiten der Gewinde einmal am Rand des Steckteiles und zum anderen am Rand des Aufnahmeteiles angeordnet sind«
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Die Förderungsbedingungen in den heutigen Erdöl-Lagerstätten sind so, daß das Erdöl aus immer größeren Tiefen gefördert werden muß, so daß es notwendig ist» Dichtungen herzustellen, die bei Betriebsdrücken, die 1 000 kp/cm überschreiten können, dicht bleiben·
Es kommt außerdem auch vor, daß aus tiefen Lagerstätten gefördert wird, die hohe Gehalte an korrosiven Stoffen wie Schwefelwasserstoff oder Kohlendioxid haben, und es erforderlich ist, rostfreie Stähle zu verwenden, die Chrom, Nikkei und andere Zusatzstoffe enthalten« Diese beiden Erfordernisse, die immer öfter gleichzeitig bestehen, haben zur Folge, daß die gegenwärtigen bekannten Dichtungen nicht mehr ausreichen· In der Tat zeichnen sich die rostfreien Stähle, deren Verwendung zum Schutz gegenüber den korrosiven Stoffen notwendig ist, durch eine natürliche Tendenz zum Festfressen as, die durch die Notwendigkeit hoher Anpressungen an den Dichtungsflächen aus Metall noch verstärkt wird·
Aus diesem Grund haben die einzigen heute bekannten Dichtungen, mit denen dieses Problem gelöst werden kann, Dichtungsflächen, die zur Rohrachse sehr stark geneigt sind (30°), einen Begrenzungsanschlag für die Verschraubung, der sich sofort einer weiteren Verschraubung entgegenstellt, wenn der Kontakt zwischen den Dichtungsflächen hergestellt ist* Verständlicherweise sind der Einsatz und die produktionsmäßige Herstellung dieser Art Dichtung schwierig, da xier Schraubbegrenzungsanschlag in bezug auf die sehr konischen Dichtungsflächen außerordentlich genau positioniert werden muß«
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Ziel der Erfindung ist es» den technisch-ökonomischen Herstellungeaufwand zu senken, Undichtheiten zu vermeiden und Störanfälligkeiten zu beseitigen·
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin« eine Dichtung für Rohre, insbesondere aus Stahl oder Legierungen mit mindestens einem Paar schwach konischen Dichtflächen, die sich mindestens an einem Ende dee Kernes oder der Hülse befinden, bei der der erste Kontakt der Dichtzone am Ende des einen Elementes auf der entsprechenden Dichtfläche des anderen Elementes erfolgt, zu schaffen, die gegenüber hohen Drücken dicht ist, ohne daß die Gefahr des Festfressens besteht, selbst wenn diese Dichtungen aus Stahl, rostfreiem Stahl oder Stahllegierungen fit hohem Chrom«, Nickelanteil oder einem hohen Anteil an anderen Zusatzstoffen bestehen»
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem ersten Kontakt die Konizität der Dichtfläche, die sich am Ende des einen Verbindungselementes befindet, kleiner ist als die Konizität der entsprechenden Dichtfläche an dem anderen Verbindungselement, so daß sich die Dichtflächen beim Schließen der Verbindung vollständig aneinanderrücken mit einem Kontaktdruck, der zur Gewährleistung der Dichtheit ausreicht, wobei die genannte Verbindung wenig empfindlich gegen Festfressen ist«
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mit Sicherheit bestimmt werden konnte. Dichtungen« die die soeben definierten Eigenschaften aufweisen* durch Aneinanderpressen der Dichtungsflächen mit sehr hohen Drücken festgeschraubt werden können, ohne daß ein Festfressen eintritt, das einer guten Dichtheit oder der Erhaltung der guten Qualität dieser Flächen schadet» und diese selbst dann» wenn die Teile der Dichtung aus. Stahl oder einer stark chrom- oder nickelhaltigen Legierung oder einer Legierung mit einem hohen Gehalt an anderen Zusatzstoffen bestehen und somit ganz besonders zu einem Festfressen neigen«
Erfindungsgemäß müssen die Neigungswinkel der Mantellinien eines Paares konischer Dichtungsflächen zum Zeitpunkt des ersten Kontaktes einen Unterschied haben, der einem Neigungswinkel von etwa 0,5 bis 2 %t vorzugsweise zwischen ungefähr 0,75 und 1 %, entspricht, was einer Winkeldifferenz zwischen etwa 3/10 und 11/10 Grad, vorzugsweise zwischen 4/10 und 6/10 Grad, entspricht·
Die Winkeldifferenz zwischen den Mantellinien der beiden Dichtungsflächen ist um so größer, je kleiner das Verhältnis zwischen der Dicke und dem Durchmesser der Rohre ist.
Die Dichtung hat zweckmäßig einen Schraubbegrenzungsanschlag, so daß durch ein übermäßiges Festspannen das Steckteil nicht zu tief in das Aufnahmeteil eingreift und die zwischen den Dichtungsflächen notwendigen Andrücke nicht unnötig überschritten werden und die Gefahr einer Beschädigung besteht«
Diese Erfindung kann auf Dichtungen mit konischen oder mit zylindrischen Gewinden angewendet werden« Sie kann ach auf
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Dichtungen angewendet werden, die ein einziges Paar Dichtungsflächen haben oder auf diejenigen mit zwei Paaren von Dichtungsflachen, von denen das eine am Ende des Steckteils und das andere am Ende des Aufnahmeteils auf beiden Seiten der Gewinde angeordnet ist·
Die Erfindung soll nachstehend an einem AusfUhrungsbeispiel näher erläutert werden* In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig« 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Dichtung;
Fig# 3» eine schematische Darstellung der Durchmesserunterschiede der Dichtungsflächen;
Fig« 4: eine weitere schematische Darstellung der Durch·» messerunterschiede der Dichtungsflächen;
Fig. 5: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Dichtung, bei der die Dichtungsflächen am Ende des Aufnahmeteiles liegen;
Fig, S: eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes VI in der Fig* 5;
Fig« 7: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Dichtung, bei der die Dichtungsflächen am Ende des Aufnahmeteiles liegen;
Fig. 8: eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes VIII in der Fig. 7;
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Fig. 9 : eine scheraatische Darstellung der erfindungsgemäßen Dichtung mit zylindrischem Doppelgewinde;
Fig, 10; eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes X in der Fig* 9;
Fig. 11: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Dichtung mit kegelstumpfartigem Gewinde;
Fig. 12: eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes XII in der Fig. 11;
Fig. 13: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Dichtung mit zwei Dichtungszonen;
Fig. 14: eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes XIV in der Fig. 13;
Fig. 15: eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes XV in der Fig. 13*
In der Fig. 1 ist schematisch dargestellt, wie der erste Kontakt zwischen den beiden Dichtungsflächen einer erfindungsgeraäßen Dichtung hergestellt wird. Bei dieser Ausführungsart erfolgt die Abdichtung am Ende des Steckteils· In dieser Figur sind das Steckteil 1, das Aufnahmeteil 2# die kegelstumpfförmige Dichtungsflache 3 des Steckteils 1 und die kegelstumpfförmige Dichtungsfläche 4 des Aufnahmeteils 2 zu sehen« Erfindungsgemäß entsteht der erste Kontakt an dem Berührungspunkt 5 zwischen der Dichtungsfläche am Ende des Stecktails und der Dichtungsfläche des Aufnahmeteils an der4 kegelstumpfförmigen Fläche 4 des Aufnahmeteils 2.
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In der Fig, 3 eind wieder die gleichen Teile der erfindungsgeraäßen Dichtung entsprechend der Fig. 1 dargestellt· Außerdem zeigt die Fig· 3 noch den Endpunkt 6 der theoretischen Mantellinie oder konischen Flächen 3 des Steckteils 1 und den theoretischen Endpunkt 7 der Mantellinie des Kegelstumpfes der Dichtungsfläche 4 des Aufnahmeteils 2.
Damit die in Fig, 1 dargestellte erfindungsgefäße Bedingung erfüllt ist, reicht es aus» wenn der Durchmesser Oi1 des Steckteils etwas kleiner ist als der Durchmesser 02 des Aufnahmeteils, jeweils an den Enden 6; 7,
Unter diesen Bedingungen ist klar, daß der erste Kontakt des Steckteils an der kegelstumpfartigen Dichtungsflache 4 des Aufnahmeteils entsteht·
In der Fig# 4 ist der Fall dargestellt, daß die erfindungsgemäße Dichtung am Ende des Aufnahmeteils 8 liegt, wobei das Steckteil 9 schematisch dargestellt ist· In der Fig· 4 sind der Endpunkt 12 der theoretischen Mantellinie der kegelstumpfartigen Dichtungsfläche 10 des Aufnahmeteils und der entsprechende Endpunkt 13 der theoretischen Mantellinie der kegelstumpfartigen Fläche 11 des Steckteils dargestellt· Damit die erfindungsgemäße Bedingung erfüllt wird, reicht es aus, wenn der dem Endpunkt 13 entsprechende Durchmesser O1I1 etwas kleiner ist als der dem Endpunkt 12 entsprechende Durchmesser D'2^.
Es versteht sich von selbst, daß sowohl im Falle der Fig· 3 als auch im Falle der Fig· 4 die Differenz, die zwischen
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den Durchmessern Dl1, D2 und D':L, D·^ besteht, klein genug sein muß, um die gegenseitige Umschnürung der beiden Dich» tungsflächen zu ermöglichen und um den Kontaktdruck zu erreichen, der für die gewünschte Dichtheit notwendig ist»
In der Fig. 5 ist eine erfindungsgemäße Dichtung dargestellt, bei der die Dichtungsflächen am Ende des Rohres am Ende des Aufnahmeteils 8 liegen· Hierbei ist schematisch das Gewinde 14 dargestellt, das die Verbindung der beiden Rohrteile ermöglicht, sowie der Anschlagl5 im Aufnahmeteil, auf den sich das Ende des Steckteils auflegt, um eine übermäßige Verschraubung der Dichtung zu vermeiden·
Die Fig, б zeigt noch einmal in einer Vergrößerung den Asschnitt VI der Fig. 5, Sie stellt die Dichtung zu dem Zeitpunkt dar, an dem das Ende des Aufnahmeteils 8 in dem Berührungspunkt 5 in Kontakt mit der kegelstumpfartigen Dichtungsfläche 11 des Steckteils 9 kommt. In der Fig. 6 sind die Winkel Al; A2 dargestellt, dia die Mantellinien der kegelstumpfartigen Dichtungsflächen 11; 10 des Steckteils 9 und des Aufnahmeteils 8 zur Rohrachse bilden.
Erfindungsgemäß ist der Winkel A2 der Dichtungsfläche 10, die sich am Ende des Aufnahmeteils 8 befindet, kleiner als der Winkel Al1 der Dichtungsfläche 11 des Steckteils 9, die vom Ende des Steckteils dreh die gesamte Länge des Gewindes 14 getrennt ist. Dies wird in der Fig. б dadurch deutlich, daß der Winkel Al1 größer ist аіз der Winkel A2_, was in dem Moment, in dem in dem Berührungspunkt 5 der erste Kontakt entsteht, zwischen den beiden Dichtungsflächen 10 und 11 ein
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Winkel B entsteht, der gleich der Differenz der Winkel Al - A2 ist.
Es ist klar, daß wenn die Verschraubung fortgesetzt wird, so daß das Ende des Steckteils 9 mit dem Anschlag 15 in Kontakt kommt« diese Winkeldifferenz B allmählich Null wird und sich die Dichtungsflache 10 des Aufnahmeteils vollständig auf die Dichtungsfläche 11 des Steckteils auflegt«
In der Fig# 7 ist eine Ausführungsart der Erfindung dargestellt, bei der die Dichtheit innerhalb der Dichtung hergestellt wird, am Ende des Steckteils 1, das nach Beendigung des Spanners am Schraubbegrenzungsanschlag 15, der sich am Aufnahmeteil 2 befindet, zum Aufliegen kommt·
Wie in der Fig. 8, die einen Ausschnitt VIII der Fig. 7 vergrößert darstellt, zu sehen ist, entsteht der erste Kontakt des Steckteils 1 in dem Berührungspunkt 5 an der kegelstumpfartigen Dichtungsfläche 4 des Aufnehmeteils 2.
Wie in der Zeichnung dargestellt, ist der Winkel Ad^, den die Mantellinie der sich am Ende des Steckteils 1 befindenden Dichtungsfläche 3 mit der Rohrachse bildet, kleiner als der Winkel Ag1, den die Mantellinie der Fläche 4 des Atrfnahmeteils mit der Rohrachse bildet, wobei die Differenz der Winkel AS-Al1 durch den Winkel B dargestellt ist.
Selbstverständlich kommen auch in diesem Fall, wenn die Dichtung gespannt wird und das Ende des Steckteils 1 am Schraubbegrenzungsanschlag 15 anliegt, die Flächen 3 und
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über ihre gesarote Länge zum gegenseitigen Anliegen, und zwar mit einem Kontaktdruck, der zur Gewährleistung der Dichtheit, selbst gegenüber hohen Drucken, ausreicht«
In der Fig* 9 ist in einem axialen Halbschnitt eine erfindungsgemäße Dichtung in verschraubtem Zustand dargestellt, die ein zweistufiges zylindrisches Gewinde 14, einen Schraubbegrenzungsanschlag 15, der am Ende des Steckteils 1 angeordnet ist, und eine Dichtungszone enthält, die am Ende des Steckteils angeordnet ist und sich aus der Dichtungsfläche des Steckteils 1 und der Dichtungsfläche 4 des Aufnahmeteils 4 zusammensetzt«
Die die Dichtungszone umgebenden Teile, das Steckteil 1 und das Aufnahmeteil 2, sind in Fig. 10 in vergrößertem Maßstab dargestellt·
Wie in der Fig. 10 dargestellt^ ist erfindungsgemäß die Neigung der Fläche 3 des Steckteils kleiner als die Neigung der Fläche 4 des Aufnahmeteils 2«
Bei der dargestellten Ausführungsart und mit einem Rohr, dessen Außendurchmesser 180 mra und dessen Dicke 8 mm betragen, und das aus Stahl mit einem Chromgehalt über 20 % besteht, beträgt die Neigung der Dichtungsfläche 3 des Steckteils, dargestellt durch den Winkel A^1 gleich 4,25 %, während die Neigung der Fläche 4 des Aufnahraeteils, dargestellt durch den Winkel A2, 5 % beträgt· was gemäß der Erfindung vor dem Spannen einer Differenz des Neigungswinkels von 0,75 % entspricht.
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dung dargestellt, und zwar mit einer Dichtung mit kegel*· stumpfartigem Gewinde und mit Dichtungsflächen, die am Ende des Aufnahmeteils angeordnet sind, das ebenfalls einen Schraubbegrenzungsanschlag 15 besitzt, an den das Ende des Aufnahmeteils 8 zum Aufliegen kommt«
Wie in der Fig* 12 zu sehen ist, beträgt die Neigung der Dichtungsfläche 10 des Aufnahmeteils 8, die durch den Winkel A2 dargestellt ist, 24 %m während die Neigung der Dichtungsfläche 11 des Steckteils 9, die durch den Winkel Al^ dargestellt ist, 25 % beträgt·
Erfindungsgemäß ist die Neigung der Fläche 10, die sich am Ende des Aufnahmeteils 8 befindet, um 1 % geringer als die Neigung der Dichtungsfläche 11 des Steckteils·
Schließlich ist in der Fig# 13 eine Ausführungsart einer erfindungsgemäßen Dichtung dargestellt, die zwei Dichtungszonen besitzt, welche einerseits am Ende des Steckteils 1 und andererseits am Ende des Aufnahmeteils 2 angeordnet sind.
In den Fig# 14 und 15 sind diese zwei Dichtungszonen vergrößert dargestellt·
In der Fig. 14 sind die Neigungswinkel A'l_ und A1^- der Dichtungsflächen 11 und 10 und in der Fig. 15 die Neigungswinkel A"^ und A"2 der Dichtungsflächen 3 und 4 zu sehen· Erfindungsgemäß entspricht A1I1 einer Neigung von 25 % (oder 14 Grad), Α·2_ entspricht einer Neigung von 24 % (oder 13,5 Grad) und A-I. entspricht ѳДпег Neigung von 5,25 % (oder 3 Grad) und A"2_ einer Neigung von 6 % (oder 3,5 Grad)·
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Es ist zu bemerken, daß die Differenz des Neigungswinkels im Falle der Fig. 14 1 % und im Falle der Fig. 15 0,75 % beträgt.
Gemäß der Erfindung haben in beiden Fällen die am Ende eines Teils liegenden Dichtungsflächen 10 (Fig. 14) und 3 (Fig. 15) die geringste Konizität.
Selbstverständlich sind die beschriebenen Ausführungsarten nur als Beispiele anzusehen, und sie können verändert werden, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Die Erfindung ist für alle Rohre anwendbar und auch nicht auf bestimmte Stahlsorten begrenzt.
Claims (7)
1« Dichtung für Stahlrohre» insbesondere aus Stahl oder Legierungen mit mindestens einem Paar schwach konischen Dichtflächen« die sich mindestens an einem Ende des Kernes oder der Hülse befinden, bei der der erste Kontakt der Dichtzone am Ende des einen Elementes auf der entsprechenden Dichtfläche des anderen Elementes erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß bei diesem ersten Kontakt die Konizität der Dichtfläche (3), die sich am Ende des einen Verbindungselementes befindet« kleiner ist als die Konizität der entsprechenden Dichtfläche (4) an dem anderen Verbindungselement, so daß sich die Dichtflächen beim Schließen der Verbindung vollständig aneinanderdrücken mit einem Kontaktdruck, der zur Gewährleistung der Dichtheit ausreicht, wobei die genannte Verbindung wenig empfindlich gegen Festfressen ist·
2. Dichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet'dadurch, daß im Moment des ersten Kontakts die Erzeugenden eines Paares konischer Dichtflächen Winkeldifferenzen (B) aufweisen, die einer Neigung von etwa 0,5 bis 2 %t vorzugsweise zwischen 0,75 und 1 %, entsprechen,
3« Dichtung nach einem der Punkte 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß sie einen Begrenzungsanschlag (15) für die Verschraubung enthält, der das Anziehen der Verbindung begrenzt, sobald der nötige Druck zwischen den verschiedenen Punkten der Dichtflächen erreicht ist·
4· Dichtung nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß sie konische Gewinde enthält·
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5· Dichtung nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß sie zylindrische Gewinde enthält·
6· Dichtung nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch» daß sie zwei Dichtflächenpaare beiderseits dee Gewindes besitzt, eines am Ende des Kernes und eines am Ende der Hülse«
7, Dichtung nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Winkeldifferenz zwischen den Erzeugenden der beiden Dichtflächen umso größer ist, je größer das Verhältnis von Wanddicke und Rohrdurchmesser ist·
Hierzu б Seiten Zeichnungen
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