DE202020107520U1

DE202020107520U1 - Dichte Metallrohrgewindeverbindung

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Publication number: DE202020107520U1
Application number: DE202020107520.9U
Authority: DE
Original assignee: "interpipe Management" LLC; Interpipe Man LLC
Current assignee: "interpipe Management" LLC; Interpipe Man LLC
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2021-02-01
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: AT17396U1

Abstract

Dichte Metallrohrgewindeverbindung, gebildet durch Gewindeendbereiche, die jeweils ein Innenstützkegelgewinde und ein Außenstützkegelgewinde von zwei achsgleich liegenden Röhren, nämlich einem Außenrohr (5) und einem Innenrohr (6) aufweisen, und durch Dicht- und Anschlagberührungsflächen, wobei eine Dichtfläche (7) des Außenrohres (5) kegelförmig ausgeführt ist, wobei eine Dichtfläche (8) des Innenrohres (6) torusförmig ausgeführt ist, wobei die Anschlagflächen (9, 10) des Außen- und Innenrohres (5, 6) kegelförmig und mit einem negativen Kegelwinkel, γ, zu der zur Verbindungslängsachse (X) senkrechten Ebene ausgeführt sind, wobei das Innenrohr (6) mit einer zusätzlichen Zylinderfläche (13) ausgestattet ist, die einerseits mit der der torusförmigen Dichtfläche (8) und andererseits mit dem Gewindeendbereich (2) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die torusförmige Dichtfläche (7) in dem Außenrohr (5) der Röhre mit einem Außendurchmesser von D = 4 ½ - 13 ⅜'' einen Radius R₁ = 70-140mm aufweist, wobei das Innenrohr (6) mit einer zusätzlichen Kegelfläche (12) mit einem Kegelwinkel, φ, von 25 - 35 % zur Verbindungslängsachse (X) ausgestattet ist, wobei die zusätzliche Kegelfläche (12) einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche (8) und andererseits mit der kegelförmigen Anschlagfläche (10) des Innenrohres (6) gekoppelt ist, wobei das Außenrohr (5) mit der kegelförmigen Dichtfläche (7) mit Kegelwinkel, β, von

β = φ (\begin{array}{l} + 3 \\ + 0.7 \end{array}) %

zur Verbindungslängsachse (X), sowie mit zwischen dem Gewindeendbereich(1) und der kegelförmigen Dichtfläche (7) liegender Innenringnut (11)

Description

Die Erfindung gehört zum Bereich Herstellung von dichten Metallrohrgewindeverbindungen in der Erdöl- und Erdgasindustrie, die bei der Errichtung der Öl- und Gassonden verwendet werden können.
Unzureichende Dichtheit der Gewinderohrverbindungen kann Korrosion im Bereich der Gewindeverbindung und folglich Zerstörung der Futterrohr- oder Erdölrohrkolonnen verursachen.
Eine der Methoden zur Verbesserung der Gewindedichtheit ist die Wahl eines optimalen Verhältnisses der geometrischen Parameter von Gewindeverbindungselementen.
Bekannt ist eine dichte Metallrohrgewindeverbindung aus EP 0 364 413 B1 «HERMETIC METAL PIPE JOINT», die kopplungsfähige Innen- und Außenelemente mit kegelförmigen Gewindestrecken und kegelförmiger Dichtfläche an dem Endbereich enthält.
Die Kegelneigung der Dichtflächen vom Innen- und Außenelement liegt im Bereich von 6,25 % - 9,25 % zur Verbindungsachse.
Nachteilig ist die bekannte dichte Gewindeverbindung dadurch, dass die Berührungslänge des mit der entsprechenden Oberfläche vom Außenelement berührenden Innenelements sehr gering ist und die Verbindung kann hohen Gas- oder Flüssigkeitsdruck nicht aushalten, was deren Dichtheit und Betriebszuverlässigkeit vermindern kann.
Bekannt ist eine dichte Metallrohrgewindeverbindung aus US 4 623 173 A «SCREW JOINT COUPLING FOR OIL PIPES», die durch Gewindeendbereiche mit Innen- und Außenstützkegelgewinde vom Außen- und Innenelement gebildet ist.
Die Dichtfläche des Außenelements ist kegelförmig, die Dichtfläche des Innenelements ist torusförmig mit Radien von 150 mm und 250 mm.
Nachteilig ist diese bekannte dichte Gewindeverbindung dadurch, dass Berührungsspannungen in der Dichtung bei solchem Radius der torusförmigen Dichtfläche nicht hoch genug sein können und beim Betrieb keine zuverlässige Dichtung sichergestellt ist, was ein Risiko der Betriebsmediumleckage schafft und Zuverlässigkeit dieser Verbindung beeinträchtigt.
Am nächsten liegt die dichte Metallrohrgewindeverbindung, gebildet durch Gewindeendbereiche mit jeweils Innen- und Außenstützkegelgewinde von zwei achsgleich liegenden Röhren - Außen- und Innenrohr, und durch Dicht- und Anschlagberührungsflächen, wobei die Dichtfläche des Außenrohrs kegelförmig ausgeführt ist, wobei die Dichtfläche des Innenrohrs torusförmig ausgeführt ist, und wobei die Anschlagflächen des Außen- und Innenrohrs kegelförmig mit negativem Kegelwinkel γ zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene ausgeführt sind, wobei das Innenrohr mit einer zusätzlichen Zylinderfläche ausgestattet ist, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche und andererseits mit dem Gewindeendbereich gekoppelt ist [«THREADED TUBE JOINT» EP1540227B 1, F16L15/06; 12.12.2007 .
In der bekannten Gewindeverbindung liegt der Radius der torusförmigen Dichtfläche im Bereich von 30 bis 100 mm, dabei hat das Innenrohr eine kegelstumpfförmige Berührungsfläche an dem Vorderendbereich, die den Winkel γ von (-)15° bis (-) 5° zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene bildet.
Nachteilig ist diese bekannte Verbindung dadurch, dass die Berührungslänge „b“ auf der kegelförmigen und torusförmigen Dichtfläche des Außen- und Innenrohrs nicht mehr als 0,5 mm beträgt.
Nach den Berechnungen soll die Berührungslänge der Dichtflächen des Außen- und Innenrohrs wenigstens 2 mm betragen, um Verbindungsdichtheit zu gewährleisten.
Außerdem können hohe Berührungsspannungen in der bekannten Gewindeverbindung entstehen, was eine Zerstörung der berührenden kegelförmigen und torusförmigen Dichtflächen des Außen- und Innenrohrs verursachen kann.
Nachteil der bekannten technischen Lösung ist somit durch beeinträchtigte Dichtheit bedingte geringe Zuverlässigkeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dichte Metallrohrgewindeverbindung zu entwickeln, deren Verwendung zur Betriebszuverlässigkeit beitragen kann.
Die gestellte technische Aufgabe wird folgenderweise gelöst: in der dichten Metallrohrgewindeverbindung, gebildet durch Gewindeendbereiche mit jeweils Innen- und Außenstützkegelgewinde von zwei achsgleich liegenden Röhren - Außen- und Innenrohr, und durch Dicht- und Anschlagberührungsflächen, wobei die Dichtfläche des Außenrohrs kegelförmig ausgeführt ist, wobei die Dichtfläche des Innenrohrs torusförmig ausgeführt ist, und wobei die Anschlagflächen des Außen- und Innenrohrs kegelförmig mit negativem Kegelwinkel γ zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene ausgeführt sind, wobei das Innenrohr mit einer zusätzlichen Zylinderfläche ausgestattet ist, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche und andererseits mit dem Gewindeendbereich gekoppelt ist, wird erfindungsgemäß die torusförmige Dichtfläche in dem Außenrohr der Röhre mit Außendurchmesser von D = 4 ½ - 13 ⅜'' mit einem Radius R1 = 70-140mm ausgeführt, wobei das Innenrohr mit einer zusätzlichen Kegelfläche mit Kegelwinkel φ von 25 - 35 % zur Verbindungslängsachse X ausgestattet ist, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche und andererseits mit der kegelförmigen Anschlagfläche gekoppelt ist, und wobei das Außenrohr mit der kegelförmigen Dichtfläche mit Kegelwinkel β von $β = φ^{(\begin{array}{l} + 3 \\ + 0.7 \end{array})} %$
zur Verbindungslängsachse X, sowie mit zwischen dem Gewindeendbereich und der kegelförmigen Dichtfläche liegender Innenringnut ausgeführt ist.
Die Ausstattung des Innenrohrs mit der torusförmigen Dichtfläche mit Radius von R₁ = 70 mm-140 mm für Röhren mit Außendurchmesser D = 4 ½'' - 13 ⅜''. ermöglicht eine Verlängerung der Berührungsfläche auf der kegelförmigen und torusförmigen Dichtfläche des Außen- und Innenrohrs.
Die nominale Überlappungsfläche, die eine dichte Verbindung gewährleistet, wurde mit der vom Anmelder bestimmten Formel berechnet, die nur geometrische Verbindungsparameter beinhaltet: $S = 2 \cdot π \cdot D \cdot \sqrt{[4 R^{2} \cdot {(sin (\frac{α}{2}))}^{2}] \cdot [1 - {(sin (θ))}^{2}]}$
wobei:

D - Innenrohrdurchmesser an der Stelle der Berührung von Dichtflächen, in mm;
R - Radius der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs, in mm;
α - Winkel zwischen dem zum Zentralpunkt der Überlappung von der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs gezogenen Radius und dem Radius, der zum Grenzpunkt der Berührungsstelle der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs mit der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs gezogen wurde; in Grad (°);
θ - Winkel zwischen der Ebene der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs und Sehne, die vom Grenzpunkt der Berührungsstelle der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs mit der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs zum Zentralpunkt der Überlappung von der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs gezogen wurde, in Grad (°).

In diesem Fall beträgt die Berührungslänge b:

b≈2 mm, bei R₁ = 70 mm;
b≈7 mm, bei R₁ = 140 mm;

In dieser Ausführung können Berührungsspannungen in der Gewindeverbindung entstehen, die eine sichere Absperrung für Gas- und Flüssigkeitsdruck bilden, was eine höhere Verbindungsdichtheit ermöglicht und dabei eine Zerstörungsgefahr für berührende kegelförmige und torusförmige Dichtfläche des Außen- und Innenrohrs verringert oder beseitigt.
Da das Innenrohr mit einer zusätzlichen kegelförmigen Fläche mit Kegelwinkel φ von 25 % - 35 % zur Verbindungslängsachse X ausgeführt ist, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche und mit der kegelförmigen Anschlagfläche gekoppelt ist, und mit Rücksicht auf die Ausführung des Außenrohrs mit der kegelförmigen Dichtfläche mit Kegelwinkel β von $β = φ (\begin{array}{l} + 3 \\ + 0.7 \end{array}) %$
zur Verbindungslängsachse X, wird überflüssiger Schmierstoff in den Ringraum zwischen den kegelförmigen Flächen ausgetrieben.
So gewährleistet die vorgeschlagene dichte Metallrohrgewindeverbindung eine Verlängerung des Berührungsbereichs b der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs, die mit der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs in Berührung kommt, was die Dichtheit der Gewindeverbindung und deren Betriebszuverlässigkeit erhöht.
Die Ausstattung des Innenrohrs mit einer zusätzlichen kegelförmigen Fläche und einer zusätzlichen zylinderförmigen Fläche, die mit der torusförmigen Dichtfläche oder Radienübergängen mit Radius R₂ = 5,0 mm ± 1,0 mm gekoppelt sind, erlaubt es, eine Entdichtung der Verbindung bei Wechselbeanspruchungen zu vermeiden.
Die kegelförmige Ausführung der Anschlagflächen des Außen- und Innenrohrs mit negativem Kegelwinkel (-) 10°≤ γ ≤ (-)20° zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene ermöglicht es, die negative Wirkung der Kerben zu vermindern, und verhindert Turbulenzentstehung bei der Bewegung des Betriebsmediums innerhalb der Verbindung.
Die Ausstattung des Außenrohrs mit einer Innenringnut mit Hohlkehlen mit Radius von R₃ = 0,5 mm ± 0,1 mm vermindert negative Wirkung der inneren Winkelkerben der Ringnut und erhöht die Festigkeit des Innenrohrs.
Die Ausstattung des Außenrohrs mit einer kegelförmigen Dichtfläche und kegelförmigen Anschlagfläche, die mit einem Radienübergang mit Radius von R₄ = 0,9^-0,2 mm gekoppelt sind, sowie die Ausstattung des Innenrohrs mit einer zusätzlichen kegelförmigen Fläche und kegelförmigen Anschlagfläche, die mit einem Radienübergang mit Radius von R₅ = 1,0^+0,2 mm gekoppelt sind, kann eine optimale Berührung der Anschlagflächen bei der Rohrverschraubung und effektive Übergabe des Drehmoments und von Längskräften in der Rohrkolonne bei der Montage und beim Betrieb sicherstellen.
Die Ausführung der Gewindeendbereiche des Außen- und Innenrohrs mit Innen- und Außenstützkegelgewinde, bei denen das Profil vom Stützkegelgewinde einen negativen Winkel α₂, α₄ von (-)2°^-0,5° an der Tragfläche und einen positiven Winkel α₃, α₅ von (+)10° ± 0,5° zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene an der Einlegefläche hat, ermöglicht mehrfache verschleißlose Verschraubung und Losschraubung der dichten Gewindeverbindung und dient auch als ein Verschluss gegen eventuelles Abrutschen, was auch zur Zuverlässigkeit der Gewindeverbindung beiträgt.
Im weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Referenz auf die Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

1 eine Gesamtzeichnung der dichten Metallrohrgewindeverbindung;
2 ein Fragment des Außenrohrs der dichten Metallrohrgewindeverbindung;
3 ein Fragment des Innenrohrs der dichten Metallrohrgewindeverbindung,
4 ein Profil vom Stützkegelgewinde des Innenrohrs;
5 ein Profil vom Stützkegelgewinde des Außenrohrs dar; und
6 ein Fragment vom Berührungsbereich der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs.

Eine dichte Metallrohrgewindeverbindung wird durch (1) Gewindeendbereiche 1, 2 mit jeweils einem Innen- und Außenstützkegelgewinde 3 und 4 von zwei achsgleich liegenden Röhren - einem Außen- und einem Innenrohr 5 und 6, Dichtberührungsflächen 7 und 8, und Anschlagflächen 9 und 10 gebildet.
Die Dichtfläche 7 des Außenrohrs 5 ist kegelförmig ausgeführt (2).
Die Dichtfläche 8 des Innenrohrs 6 ist torusförmig ausgeführt (3).
Die Anschlagflächen 9 und 10 des Innen- und Außenrohrs 5 und 6 sind kegelförmig mit negativem Kegelwinkel γ zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene ausgeführt.
Das Innenrohr 6 ist mit einer zusätzlichen Zylinderfläche 13 ausgestattet, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche 8 und andererseits mit dem Gewindeendbereich 2 gekoppelt ist.
In Innenrohr 6 ist die torusförmige Dichtfläche 7 für die Röhre meistens mit einem Außendurchmesser von D = 4 ½ - 13 ⅜'' mit einem Radius R₁ = 70-140mm ausgeführt.
Das Innenrohr 6 ist mit einer zusätzlichen Kegelfläche 12 mit Kegelwinkel φ von 25 - 35 % zur Verbindungslängsachse X ausgestattet, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche 8 und andererseits mit der kegelförmigen Anschlagfläche 10 gekoppelt ist.
Das Außenrohr 5 ist mit der kegelförmigen Dichtfläche 7 mit Kegelwinkel β von $β = φ (\begin{array}{l} + 3 \\ + 0.7 \end{array}) %$
zur Verbindungslängsachse X, sowie mit einer zwischen dem Gewindeendbereich 1 und der kegelförmigen Dichtfläche 7 liegenden Innenringnut 11 ausgeführt.
Eine solche Ausführung der dichten Metallrohrgewindeverbindung ermöglicht eine Verlängerung der Berührungsfläche b der torusförmigen Dichtfläche 8 des Innenrohrs 6, die mit der konischen Dichtfläche 7 in Berührung kommt, bis auf 2-7 mm, was die Dichtheit und Betriebssicherheit der Verbindung wesentlich erhöht.
In Innenrohr 6 sind eine zusätzliche Kegelfläche 12 und eine zusätzliche Zylinderfläche 13 mit der torusförmigen Dichtfläche 8 oder Radienübergängen 14, 15 mit Radius von R₂ = 5,0±1,0_MM gekoppelt.
In Außenrohr 5 und Innenrohr 6 sind die Anschlagflächen 9 und 10 kegelförmig mit einem negativem Kegelwinkel γ von (-) 10°≤ γ ≤ (-)20° zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene ausgeführt.
In Außenrohr 5 ist die Innenringnut 11 mit Hohlkehlen 16 mit einem Radius von R₃ = 0,5±0,1mm ausgeführt.
In Außenrohr 5 sind die kegelförmige Dichtfläche 7 und die kegelförmige Anschagfläche 9 mit Radienübergang 17 mit einem Radius von R₄ = 0,9^-0,2mm gekoppelt.
In Innenrohr 6 sind die zusätzliche Kegelfläche 12 und die kegelförmige Anschlagfläche 10 mit Radienübergang 18 mit einem Radius von R₅ = 1,0^+0,2 mm gekoppelt.
In Außenrohr 5 und Innenrohr 6 sind die Gewindeendbereiche 1, 2 mit Außen- und Innenstützkegelgewinde 3, 4 mit Kegelwinkel α₁ von 5,25 - 8,25% zur Verbindungslängsachse X ausgeführt.
In Außenrohr 5 und Innenrohr 6 sind die Gewindeendbereiche 1, 2 mit dem Außen- und Innenstützkegelgewinde 3, 4 dementsprechend so ausgeführt, dass der Stützkegelgewindeprofil einen negativen Winkel α₂, α₁₄ von (-)2° ^-0,5° an der Tragfläche und einen positiven Winkel α₃, α₅ (+)10°±0,5° zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene an der Einlegefläche hat (4,5).
Beispiel.
Die Musterausführung der dichten Metallrohrgewindeverbindung ist durch die Gewindeendbereiche 1, 2 mit jeweils dem Innen- und Außenstützkegelgewinde 3 und 4 von zwei achsgleich liegenden Röhren - dem Außen- und Innenrohr 5 und 6, den berührenden Dichtflächen 7, 8, und den berührenden Anschlagflächen 9 und 10 7,8 und 9, 10 gebildet.
Die Dichtfläche 7 des Außenrohrs 5 wurde kegelförmig ausgeführt, die Dichtfläche 8 des Innenrohrs 6 wurde torusförmig ausgeführt, die Anschlagflächen 9 und 10 des Innen- und Außenrohrs 5 und 6 wurden kegelförmig mit negativem Kegelwinkel γ zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene ausgeführt.
Innenrohr 6 wurde mit einer zusätzlichen Zylinderfläche 13 ausgestattet, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche 8 und andererseits mit dem Gewindeendbereich2 gekoppelt war.
In Innenrohr 6 wurde die torusförmige Dichtfläche 7 für die Röhre meistens mit Außendurchmesser von D = 4 ½ - 13 ⅜'' mit Radius R₁ = 70-140mm ausgeführt.
Innenrohr 6 wurde mit zusätzlicher Kegelfläche 12 mit Kegelwinkel φ von 25 - 35 % zur Verbindungslängsachse X ausgestattet, die einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche 8 und andererseits mit der kegelförmigen Anschlagfläche 10 gekoppelt war.
Außenrohr 5 wurde mit kegelförmiger Dichtfläche 7 mit Kegelwinkel β von $β = φ (\begin{array}{l} + 3 \\ + 0.7 \end{array}) %$
zur Verbindungslängsachse X, sowie mit zwischen dem Gewindeendbereich 1 und der kegelförmigen Dichtfläche 7 liegender Innenringnut 11 ausgeführt.
Die nominale Überlappungsfläche, die eine dichte Verbindung gewährleistet, wurde mit der vom Anmelder bestimmten Formel berechnet, die nur geometrische Verbindungsparameter beinhaltet: $\begin{array}{l} S = 2 \cdot π \cdot D \cdot \sqrt{[4 R^{2} \cdot {(sin (\frac{α}{2}))}^{2}] \cdot [1 - {(sin (θ))}^{2}]} = \\ 2 \cdot 3.14 \cdot 330.48 \cdot \sqrt{[4 \cdot 130^{2} \cdot {(sin (\frac{1.3 °}{2}))}^{2}] \cdot [1 - {(sin (5 °))}^{2}]} = 6092 m m^{2} \end{array}$
wobei:

D - Innenrohrdurchmesser an der Stelle der Berührung von Dichtflächen, mm (D = 330,48 mm);
R - Radius der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs, mm; (R = R₁ = 130 mm);
α - Winkel zwischen dem zum Zentralpunkt der Überlappung von der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs gezogenen Radius und dem Radius, der zum Grenzpunkt der Berührungsstelle der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs mit der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs gezogen wurde; Grad (°); (α = 2,25°);
θ - Winkel zwischen der Ebene der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs und Sehne, die vom Grenzpunkt der Berührungsstelle der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs mit der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs zum Zentralpunkt der Überlappung von der torusförmigen Dichtfläche des Innenrohrs gezogenen wurde, Grad (°); (θ = 42,75°).

In diesem Fall beträgt die Berührungslänge b: $b \approx \frac{S}{π \cdot D} \approx \frac{6092}{3.14 \cdot 330.48} \approx 5.9 m m$
Dabei wurde die Musterausführung der dichten Metallrohrgewindeverbindung gemäß gültigen Vorschriften für Gewindetyp Buttress mit folgenden geometrischen Parametern hergestellt:

Nominaler Außendurchmesser des Innenrohrs - 339,725 mm;
Nominaler Außendurchmesser des Außenrohrs - 362±1 mm;
Radius der Dichtfläche des Innenrohrs beträgt R₁ = 130±0,5 _MM;
Gewindeneigungswinkel beträgt α₁ = 6,25%±0,1%;
Kegelwinkel der Dichtflächen des Innen- und Außenrohrs beträgt γ = -15° zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene;
Kegelwinkel der zusätzlichen Kegelfläche des Innenrohrs beträgt φ = 15°±0,5;
Kegelwinkel der kegelförmigen Dichtfläche des Außenrohrs beträgt β = 30%±0,1% zur Verbindungslängsachse X (16,67°±0,05°);
Radius der Hohlkehlen von der Innenringnut des Außenrohrs beträgt R₃ = 0,5 mm;
Radienübergänge in den Kopplungen der zusätzlichen Zylinderfläche des Innenrohrs mit der torusförmigen Dichtfläche, sowie mit der zusätzlichen Kegelfläche des Innenrohrs mit der torusförmigen Fläche betragen R₂= 5 mm.

Die dichte Metallrohrgewindeverbindung funktioniert wie folgt.
Bei der Verschraubung und Losschraubung der Gewindeverbindung erfolgt zunächst Wechselwirkung der Gewindeendbereiche 1,2 mit jeweils Innen- und Außenstützkegelgewinde 3 und 4 vom Außenrohr 5 und Innenrohr 6.
Wegen der diametralen elastischen Deformationen von der obenerwähnten Dichtflächen 7, 8 wird ein Dichtelement „Metall - Metall“ vom „Kegel - Torus“ Typ, das eine Berührungslänge b von 2-7 mm gewährleistet, dadurch geschaffen, dass die torusförmige Dichtfläche 8 mit Radius von R₁ = 70-140 mm ausgeführt ist.
Dabei entstehen die Berührungsspannungen in der Verbindung, die eine zuverlässige Barriere für Gas- und Flüssigkeitsdruck schaffen und hohe Dichtheit der Verbindung gewährleisten, aber keine Zerstörung der berührenden Dichtflächen 7 und 8 verursachen.
Da Innenrohr 6 mit zusätzlicher Kegelfläche 12 mit Kegelwinkel φ von 25 - 35 % zur Verbindungslängsachse X ausgestattet ist, die einerseits mit torusförmiger Dichtfläche 8 und andererseits mit kegelförmiger Anschlagfläche 10 gekoppelt ist, und Außenrohr 5 ist mit kegelförmiger Dichtfläche 7 mit Kegelwinkel β von $β = φ (\begin{array}{l} + 3 \\ + 0.7 \end{array}) %$
zur Verbindungslängsachse X ausgeführt, wird überflüssiger Schmierstoff in den Ringraum zwischen den kegelförmigen Flächen ausgetrieben, was Dichtheit und Betriebssicherheit der Verbindung sicherstellt.
Die Innenringnut 11 des Innenrohrs 6, die zwischen dem Gewindeendbereich 1 und der kegelförmigen Dichtfläche 7 liegt, schafft einen Ringraum zum Sammeln vom Schmierstoff, was Dichtheit der Verbindung sicherstellt.
Bei der weiteren Verschraubung des Gewindeendbereichs 1 mit dem Innenkegelstützgewinde 3 des Außenrohrs 5 auf den Gewindeendbereich 2 mit dem Außenkegelstützgewinde 4 des Innenrohrs 6 entsteht ein Kraftkontakt der kegelförmigen Anschlagfläche 9 des Außenrohrs 5 mit der kegelförmigen Anschlagfläche 10 des Innenrohrs 6, die mit einem negativem Kegelwinkel γ von (-)10°≤ γ ≤ (-)20° zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene liegen.
Demzufolge entstehen im Bereich der elastischen Deformationen liegende Berührungsspannungen auf der kegelförmigen Anschlagfläche 9 des Außenrohrs 5 mit der kegelförmigen Anschlagfläche 10 des Innenrohrs 6.
Bei der Wechselwirkung der kegelförmigen Anschlagfläche 9 des Außenrohrs 5 mit der kegelförmigen Anschlagfläche 10 des Innenrohrs 6, die mit dem negativen Kegelwinkel γ von (- )10°< γ ≤ (-)20° zu der zur Verbindungslängsachse X senkrechten Ebene liegen, und bei der Wirkung der Axialbelastung auf die während der Verschraubung des Außenrohrs 5 und Innenrohrs 6 entsteht, ist die Querkomponente dieser Belastung zur Verbindungslängsachse X gerichtet, was Dichtheit und Betriebssicherheit der Verbindung erhöht.
Somit erlaubt es die Verwendung der dichten Metallrohrgewindeverbindung, Dichtheit und Betriebssicherheit der Verbindung zu erhöhen, wobei kein großer Aufwand bei Herstellung und Montage erforderlich ist, so kann von dieser Verbindung bei der Errichtung der Gas- und Ölsonden reichlich Gebrauch gemacht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0364413 B1 [0004]
US 4623173 A [0007]
EP 1540227 B [0010]

Claims

Dichte Metallrohrgewindeverbindung, gebildet durch Gewindeendbereiche, die jeweils ein Innenstützkegelgewinde und ein Außenstützkegelgewinde von zwei achsgleich liegenden Röhren, nämlich einem Außenrohr (5) und einem Innenrohr (6) aufweisen, und durch Dicht- und Anschlagberührungsflächen, wobei eine Dichtfläche (7) des Außenrohres (5) kegelförmig ausgeführt ist, wobei eine Dichtfläche (8) des Innenrohres (6) torusförmig ausgeführt ist, wobei die Anschlagflächen (9, 10) des Außen- und Innenrohres (5, 6) kegelförmig und mit einem negativen Kegelwinkel, γ, zu der zur Verbindungslängsachse (X) senkrechten Ebene ausgeführt sind, wobei das Innenrohr (6) mit einer zusätzlichen Zylinderfläche (13) ausgestattet ist, die einerseits mit der der torusförmigen Dichtfläche (8) und andererseits mit dem Gewindeendbereich (2) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die torusförmige Dichtfläche (7) in dem Außenrohr (5) der Röhre mit einem Außendurchmesser von D = 4 ½ - 13 ⅜'' einen Radius R₁ = 70-140mm aufweist, wobei das Innenrohr (6) mit einer zusätzlichen Kegelfläche (12) mit einem Kegelwinkel, φ, von 25 - 35 % zur Verbindungslängsachse (X) ausgestattet ist, wobei die zusätzliche Kegelfläche (12) einerseits mit der torusförmigen Dichtfläche (8) und andererseits mit der kegelförmigen Anschlagfläche (10) des Innenrohres (6) gekoppelt ist, wobei das Außenrohr (5) mit der kegelförmigen Dichtfläche (7) mit Kegelwinkel, β, von $β = φ (\begin{array}{l} + 3 \\ + 0.7 \end{array}) %$
zur Verbindungslängsachse (X), sowie mit zwischen dem Gewindeendbereich(1) und der kegelförmigen Dichtfläche (7) liegender Innenringnut (11)
Dichte Metallrohrgewindeverbindung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Kegelfläche (12) und eine zusätzliche Zylinderfläche (13) in dem Innenrohr (6) mit der torusförmigen Dichtfläche (8) oder mit Radius R₂ = 5,0 mm ± 1,0 mm oder tangential ausgeführten Radienübergängen (14 und 15) gekoppelt sind.
Dichte Metallrohrgewindeverbindung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagflächen (9, 10) in Außen- und Innenrohr (5, 6) kegelförmig ausgeführt sind mit einem negativem Kegelwinkel γ von (-)10°≤ γ ≤ (-)20° zu der zur Verbindungslängsachse (X) senkrechten Ebene.
Dichte Metallrohrgewindeverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenringnut (11) in dem Außenrohr (5) mit Hohlkehlen (16) mit einem Radius von R₃ = 0,5 mm ± 0,1 mm ausgeführt ist.
Dichte Metallrohrgewindeverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Dichtfläche (7) und die kegelförmige Anschagfläche (9) in dem Außenrohr (5) mit einem Radienübergang (17) mit Radius von R₄ = 0,9^-0,2 mm gekoppelt sind.
Dichte Metallrohrgewindeverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Kegelfläche (12) und die kegelförmige Anschlagfläche (10) in dem Innenrohr (6) mit einem Radienübergang (18) mit Radius von R₅ = 1,0^+0,2 mm gekoppelt sind.
Dichte Metallrohrgewindeverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeendbereiche (1, 2) des Außen- und Innenrohrs (5, 6) mit Außen- und Innenstützkegelgewinde (3, 4) dementsprechend mit Kegelwinkel α₁ von 5,25 %-8,25 % zur Verbindungslängsachse (X) ausgeführt sind.
Dichte Metallrohrgewindeverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebereiche (1, 2) des Außen- und Innenrohrs (5, 6) mit Innen- und Außenstützkegelgewinde (3, 4) dementsprechend so ausgeführt sind, dass das Stützkegelgewindeprofil einen negativen Winkel α₂, α₁₄ von (-)2° ^-0,5° an der Tragfläche und einen positiven Winkel α₃, α₅ (+)10°±0,5° zur Verbindungslängsachse (X) senkrechten Ebene an der Einlegefläche hat.