DE3145914A1 - Rohrverbindung, insbesondere fuer oelfeld-rohrleitungen, und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

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White Plains, New York .10604, V.St.A.

Rohrverbindung, insbesondere für Ölfeld-Rohrleitungen, und Verfahren zu ihrer Herstellung .

Die Erfindung betrifft eine Rohrverbindung zum Verbinden von Rohrlängen, insbesondere für Rohre, wie sie in Erdölfeldern Anwendung finden, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Rohrverbindung.

Es sind zahlreiche Verfahren zum Verbinden .von Rohren bekannt. Einige dieser bekannten Rohrverbindungen beinhalten einen muffenförmigen Rohrabschnitt, der auch als Mutterteil bezeichnet wird, einen in diesen einbringbaren stutzenförmigen Rohrabschnitt, der auch als Vaterteil bezeichnet wird, sowie einen das Mutterteil umgreifenden äußeren Spann- oder Klemmring.Bei diesen Rohrverbindungen kann das Vaterteil mit Hilfe einer geeigneten Kittmasse abgedichtet sein.

Ein.bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Rohrverbindung ist in der US-PS 40 95 825 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein konischer Stutzen teleskopartig in eine Muffe eingebracht, die einen Abschnitt mit einem Innenkonus besitzt. Der öffnungswinkel des konischen Abschnittes des Stutzens ist größer als derjenige des konischen Abschnittes der Muffe. In den Hohlraum zwischen der inneren Konusfläche der Muffe und der äußeren Konusflache des Stutzens wird eine Kittmasse eingebracht.

In der US-PS 34 66 738 ist ein Verfahren zum Verbinden von

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Rohren offenbart,das im wesentlichen darin besteht, daß zwei Rohrenden gleichen Durchmessers einfach axial zusammengepreßt werden, wobei der einzige vorbereitende Schritt darin besteht, daß ein Ende geringfügig nach außen erweitert wird, damit das entsprechende Ende des anderen Rohrstückes eindringen kann.

Weiterer interessierender Stand der Technik ist durch folgende US-Patentschriften gegeben:28 74 981, 41 20 083, 40 64 619, 24 98 831 und 34 94 642.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die bekannten Rohrverbindungen bzw. die Verfahren zu ihrer Herstellung weiter zu verbessern.

Die Rohrverbindung gemäß der Erfindung ist durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale charakterisiert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Rohrverbindung gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Rohrverbindung gemäß der Erfindung ist im Patentanspruch 5 beschrieben.

Die weiteren Patentansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens zum Gegenstand. Auf sie wird hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ebenfalls ausdrücklich verwiesen.

Bei der erfindungsgemäß gestalteten Rohrverbindung sind das muffenförmige bzw. stutzenförmige Rohrende durch einander entsprechende und ineinandergreifende Kerben oder Riefen fest miteinander verbunden.

Das Verbinden zweier Rohrstücke erfolgt dadurch,daß eines

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der Teile der Verbindung gegenüber dem anderen Teil um einen zwischen wenigen Grad und einigen vollen Umdrehungen liegenden Winkelbetrag verdreht wird, während die beiden Teile in axialer Richtung zusammengepreßt'werden.

Die Rohrverbindung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch vergleichsweise niedrigen Kostenaufwand und ein verhältnismäßig einfaches Verbindungsverfahren aus,wobei die maßgebende Verbindung zumindest teilweise durch Kerben oder Riefen bewirkt wird,die der Vereinigung der Teile den Charakter einer Schraubverbindung verleihen.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt des stutzenförmigen Endbereiches (Vatertei1)'eines Rohres,

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt des muffenförmigen Endbereiches (Mutterteil) eines Rohres,

Fig.3 zeigt einen Längsschnitt der in Fig. 1 und 2 dargestellten Teile nach ihrer gegenseitigen Verbindung,

Fig. 4 zeigt eine teilweise geschnittene Aufsicht einer aufgetrennten Rohrverbindung; hierbei sind die Kerblinien oder Gewindegäng.e erkennbar, die sich bei der Herstellung .der Rohrverbindung gemäß der Erfindung ausbilden,

Fig. 5 zeigt eine Schnittzeichnung zur Veranschaulichung einer Vorrichtung zum teleskopartigen Zusammenfügen und zum relativen Verdrehen des stutzenförmigen Rohrteiles in dem muffenförmigen Rohrteil,

Fig.6A zeigt eine Schnittzeichnung eines weiteren Ausführungsbeispieles der Vorrichtung zum Zusammenfügen und Verdrehen der miteinander zu verbindenden Rohrenden,

Fig.6B zeigt eine Aufsicht eines als Führungskulisse dienenden Teiles der Vorrichtung gemäß Fig. 6A.

Zunächst sei eine Rohrverbindung bzw. ein Verfahren zum gegenseitigen Verbindung zweier rohrförmiger Teile anhand von F ig -1

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bis 5 beschrieben.

Die miteinander zu verbindenden Rohre besitzen muffenförmige und stutzenförmige Enden. Das Rohr 10 besitzt beispielsweise ein stutzenförmiges Ende 11, während das Ende 13 des Rohres 12 nach einem herkömmlichen Verfahren muffenartig ausgebildet ist.

Das auch als Mutterteil bezeichnete muffenförmige Ende 13 besitzt einen Innendurchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Äußendurchmesser des auch als Vaterteil bezeichneten stutzenförmigen.Endes 11. Die Länge des muffenförmigen Endbereiches ist an die spezifischen Anforderungen angepaßt.

Das Rohr 12 mit dem' muffenförmigen Abschnitt besitzt vorzugsweise eine innere oder äußere Beschichtung bzw. einen überzug 14.

Die äußere Oberfläche des stutzenförmigen Endes 11 und/oder die innere Oberfläche des muffenförmigen Bereiches besitzen vorzugsweise einen überzug aus einem Material, das eine Kombination von Schmier- und Abdichtungsmittel darstellt und beispielsweise aus einem Epoxydharz besteht.·

Das stutzenförmige Ende 11 ist an der dem Außendurchmesser entsprechenden Kante 15 leicht abgeschrägt, um das Eindringen in die Muffe 13 zu erleichtern. Das Rohr TO besitzt vorzugsweise eine innere Beschichtung bzw. einen überzug 16.Das Verfahren zur Herstellung einer Rohrverbindung gemäß der Erfindung kann mit beschichteten oder mit unbeschichteten Rohren ausgeführt werden.

Wie erwähnt, ist der Durchmesser der von der zylindrischen Innenwandung der Muffe 13 gebildeten öffnung geringfügig kleiner als der Außendurchmesser der äußeren zylindrischen Wanddung des Stutzens 11, so daß sich eine dichte Metal1-auf-Metall-übermaßpassung zwischen diesen WandungsabschniLten her-

• · 4

stellen läßt.

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Die Verbindung wird dadurch hergestellt, daß ein Teil, beispielsweise das Rohr 12 relativ zu dem anderen Teil, dem Rohr 10 verdreht wird, während die beiden Teile in axialer Richtung zusammengepreßt werden. Die Größe der Drehung liegt dabei zwischen wenigen Grad und einigen vollen Umdrehungen. Das Einbringen des Vaterteiles 11 in das Mutterteil 13, das ihm gegenüber Untergröße besitzt, unter gleichzeitiger Drehung der Teile relativ zueinander bewirkt die angestrebte mechanische Verbindung und stellt einen wichtigen Aspekt der Erfindung dar.

Durch das Drehen der unter Übermaß zusammengefügten beiden Teile entstehen auf der äußeren Oberfläche des Vaterteiles und auf der inneren Oberfläche des Mutterteiles Riefen oder Einkerbungen.

Die entsprechenden Kerblinien, die in Fig. 4 mit 17 bzw. 18 bezeichnet sind, greifen ineinander und haben im wesentlichen eine ähnliche Funktion wie flache Gewindegänge, so daß die Teile sich so verhalten, als ob sie durch eine Schraubverbindung, zusammengefügt wären.

Wenn die Verbindung durch eine entsprechende Zugkraft getrennt wird, folgt entweder eine Ausdehnung des äußeren oder ein Zusammendrücken des inneren Gliedes oder aber eine Kombination beider Verformungsarten um einen-'Betrag, welcher der Tiefe der Kerblinien entspricht. Wenn die Teile beim Trennen eine erzwungene Drehung ausführen, wird die Verbindung aufgeschraubt, wobei wegen der großen Länge der Kerblinien ein großer Widerstand auftritt.

In Fig. 5 ist schematisch ein Gerät zur Herstellung der Rohrverbindung gemäß der Erfindung dargestellt. Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung dient zur Verbindung von Rohren 10 und 12, die bereits mit einem stutzenförmigen Abschnitt 11 bzw. einem

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muffenförmigen Abschnitt 13 versehen sind. Das Gerät umfaßt zwei einander gegenüberliegende Spannblöcke 19 und 20.Jeder Spannblock besitzt eine zentrale durchgehende Bohrung, die koaxial zur Längsachse der Rohre 10 und 12' verläuft, sowie Zähne zum Erfassen des"jewei1 igen Rohres. Die Spannblöcke 19 und 20 können mit nicht dargestellten konusförmigen Öffnungen oder nicht dargestellten Klemmvorrichtungen ausgestattet sein, mittels derer die Zähne gegen die Rohre 12 bzw. 10 gepreßt werden.

Dem Spannblock 19 ist ein Zahnrad 21 zugeordnet, das vorzugsweise einstückig mit ihm ausgebildet ist und eine zentrale Bohrung besitzt, die koaxial mit der Längsachse der Rohre 10 und 12 angeordnet ist. Das Zahnrad und der Spannblock 19 sind drehbar um das Rohr 12 geklemmt und mit Hilfe geeigneter Montageteile in ihrer axialen Position fixiert.

Der Spannblock 19 und das Zahnrad 21 werden mit einem Motor 22 und einem mit dem Zahnrad 21 kämmenden Antriebszahnrad 23 mit vorwählbarer Geschwindigkeit gedreht.

Der Spannblock 20 ist axial auf den Spannblock 19 zu oder von ihm wegbewegbar. Hierzu dienen beispielsweise zwei hydraulisch betätigbare Zylinder 24 und 25.

Somit veranschaulicht Fig. 5 schematisch die Art und Weise,in der der Stutzen 11' unter Druck in den zylindrischen Muffenabschnitt 26 eingeführt wird, wobei die hydraulisch betätigbaren Zylinder 24 und 25 so angetrieben werden, daß sie das Rohr 10 in Richtung der Pfeile 27 bewegen. Während der axialen Verschiebung des Rohres 10 wird der Spannblock 19 und damit das Rohr 12 relativ zu dem Rohr 10 in der durch den Pfeil 28 angedeuteten Richtung verdreht. Auf diese Weise entsteht ein spiraliger Festsitz, d.h. eine übrmaßpassung, der die Kerblinien 17 und 18 auf den betreffenden miteinander im Eingriff stehenden Metalloberflächen zur Folge hat.

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Πιο Verformung dor· Wandungen dos Muffen- und Stutzenabschnittes überschreitet nicht die Elastizitätsgrenze des Rohrmaterials, so daß eine geeignete Hemmkraft für die angestrebte Verbindung entsteht, d.h. die ineinandergreifenden Kerblinien wirken wie flache Gewindegänge.

Fig. 6A und 6B veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung'zur Herstellung der Rohrverbindung. Dieses Rohrverbindungsgerät unterscheidet sich von dem in Fig.5 dargestellten Gerät dadurch, daß der Motor 22, die Zahnräder 21 und 23 und der Spannblock 19 durch einen stationären, d.h. einen nichtdrehbaren Spannblock 30 und einen mit einer Kulissensteuerung versehenen Spannblock 31 ersetzt sind. Letzterer besitzt einander diametral gegenüberliegende in Fig. 6A in gestrichelten Linien dargestellte Steuerarme 32 und 33, die in Steuerkurven bildende Ausschnitte zweier Führungsplatten 34 bzw. 35 hineinragen. Wenn die hydraulischen Zylinder 24 und

25 betätigt werden,treiben sie den Spannblock 31 in Richtung auf den Spannblock 30, wobei das Rohr 10 in den Muffenabschnitt

26 des Rohres 12 gepreßt wird. Die Steuerarme 32 und 33 sind durch die Ausschnitte in denFührungsplatten 34 und 35 so geführt, daß sie das Rohr 10 während der Einwärtsbewegung des Spannblockes 31 verdrehen. Fig. 6B zeigt die Führungsplatte 34 in einer Aufsicht. Sie besitzt einen diagonal verlaufen- ■ den Ausschnitt 36, der die erwähnte Führungskurve bildet.Auf diese Weise wird das Rohr 10 beim Einpressen in das muffenförrnige Ende 26 des Rohres 12 mit einer Drehbewegung beaufschlagt.

Leerseite

Claims (7)

1. 3H59

   Patentansprüche

   Rohrverbindung zwischen zwei Rohrteilen, von denen das eine (Vaterteil) in das andere (Mutterteil) einbringbar ist, insbesondere für ölfeld-Rohrleitungen, gekennzeichnet durch einen zwischen Metallflächen der beiden Rohrteile (13, 11) gebildeten Übermaß-Preßsitz mit ineinandergreifenden schraubenlinienförmig verlaufenden Riefungsoberflachen (17, 18).
2. 2. Rohrverbindung zwischen stutzenförmigen und muffenförmigen Enden von Rohrteilen, insbesondere für Ölfeld-Rohrleitungen, gekennzeichnet durch einen zwisehen Metallflächen der beiden Rohrteile (11 ■, 26) gebildeten Übermaß-Preßsitz mit aus Riefen (17, 18) bestehenden umlaufenden Gewindegängen zwischen den genannten Teilen (13, 11).
3. 3. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gokenri- ' zeichnet,

   - daß die Rohrteile (11, 26) aus Stahl bestehen,

   - daß der Innendurchmesser des Mutterteiles (26) vor dem Zusammenfügen der beiden Rohrteile (11, 26) etwa 1,25 cm kleiner ist als der Außendurchmesser des Vaterteiles (11),

   fi ?

   - daß das Mutterteil (26) einen zwischen 2x10 kg/cm und

   fi p

   2,35x10 kg/cm liegenden Elastizitätsmodul hat

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   - und daß das Vaterteil (11) einen zwischen 2x10 kg/cm und 2,35x10 kg/cm liegenden Elastizitätsmodul hat.
4. 4. Rohrverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

   - daß das Mutterteil (26) an seiner inneren Oberfläche eine Oberflächenhärte hat, die zwischen 68 und 100 auf der Rockwell-B-Härteskala hat,

   - daß das Vaterteil (11) an seiner äußeren Oberfläche eine Oberflächenhärte zwischen 68 und 100 auf der Rockwell-

   B-Härteskala hat

   - und daß durch den zwischen den Metallflachen gebildeten Übermaß-Preßsitz eine Riefung der inneren Oberfläche des Mutterteiles (26) und eine Riefung der äußeren Oberfläche des Vaterteiles (11) bewirkt ist, welche Riefungen im wesentlichen die Funktion eines ineinandergreifenden Schraubgewindes zwischen den Teilen (11, 26) ausüben.
5. 5. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen zwischen Rohrteilen, von denen das eine (Vaterteil) in das andere (Mutterteil) einbringbar ist,

   dadurch gekennzeichnet,

   - daß das Ende eines ersten Rohres (12) als Mutterteil (26) mit einem Innendurchmesser ausgebildet wird, der geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser des das Vaterteil (11) bildenden Endes eines zweiten Rohres (10),

   - daß das das Vaterteil (11) bildende Ende des zweiten Rohres (10) in das. das Mutterteil (26) bildende Ende des ersten Rohres (12) eingebracht wird, während die beiden Rohre (10, 12) relativ zueinander um eine im.wesentlichen gemeinsame Längsachse gedreht werden, derart daß zwischen Metallflächen der beiden Teile (11, 26) ein Übermaßpreßsitz gebildet wird, der die Ausbildung ineinandergreifender schrauben!inienförmiger Riefen zwischen den Teilen verursacht.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, gekenn ze ich net durch den weiteren Verfahrensschritt, daß auf einen Teil wenigstens einer der beiden metallischen Kontaktflächen zwischen dem Vaterteil (11) und dem Mutterteil (26) ein Schmier- und Dichtungsstoff aufgebracht wird. . ·
7. 7. Verfahren zur .gegenseitigen. Befestigung von Metallrohren, die ein muffen.f örmiges Ende und ein stutzenförmiges Ende

   . besitzen, gekennzeichnet durch folgende Ver- - fahrensschritte: ■

   3U59H

   Es wird ein erstes Rohr (12) ausgewählt, dessen muffenförmiges Ende (26) einen gegebenen Innendurchmesser besitzt,

   es wird ein zweites Rohr (10) ausgewählt, dessen stutzenförmiges Ende (11) einen Außendurchmesser besitzt,der relativ zu dem Innendurchmesser des muffenförmigen Endes (26) des ersten Rohres (12) so groß ist, daß er zusammen mit diesem einen Übermaß-Preßsitz definiert, wobei das das stutzenförmige Ende (11) zur Erleichterung seiner Verbindung mit dem muffenförmigen Ende (26) abgeschrägt ist,
   das stutzenförmige Ende (11) und/oder das muffenförmige

   Ende (26) wird mit einem überzug aus einem Schmier- und Dichtungsmaterial versehen,

   das stutzenförmige Ende (11) des zweiten Rohres (10)wird in das muffenförmige Ende (26) des ersten Rohres (12) eingebracht', wobei das erste und das zweite Rohr (10,12) relativ zueinander gedreht werden, derart daß ineinandergreifende Riefen und Graten (17, 18) zwischen der inneren Oberfläche des muffenförmigen Endes (26) des ersten Rohres (12) und der äußeren Oberfläche des stutzenförmigen Endes (11) des zweiten Rohres (10) gebildet werden.