DE3207181C1

DE3207181C1 - Rohrverbindung für Metallrohre, insbesondere für Ölfeldrohre

Info

Publication number: DE3207181C1
Application number: DE3207181A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 4018 Langenfeld Heilmann; Friedrich Dr.-Ing. 4030 Ratingen Lenze; Gerhard Ing.(grad.) 5207 Ruppichteroth Missaire; Friedrich 4000 Düsseldorf Winter
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1982-02-27
Filing date: 1982-02-27
Publication date: 1983-05-19

Description

Stets erfolgt auch eine radiale Verspannung. Sie resultiert aus elastischen Verformungen, die durch die Geometrie der Dichtelemente bestimmt oder zugelassen werden. Diese Verformungen sind durch Selbsthemmung und durch Reibung nicht störend beeinflußt und stellen sicher, daß die Dichtwirkung an dem steilkonisch vorspringenden Dichtungskegel nicht beeinträchtigt wird. Es versteht sich von selbst, daß das konische Verschraubungsgewinde, die Stoßfläche und die Stirnfläche sowie die Dichtelemente aufeinander abgestimmt sind. Bei der erfindungsgemäßen Rohrverbindung können die Begriffe Rippen und Nuten auch vertauscht werden, da es in der Natur der Sache liegt, daß sich zwischen den Rippen Nuten und zwischen den Nuten Rippen befinden. - Bei Rohrverbindungen anderer Art (US-PS 38 70 351), die mit einem Dichtungsballen am Bolzenrohrelement ausgerüstet sind und einen Gegendichtungskegel im Muffenrohrelement aufweisen, ist es bekannt, an der zur Rohrachse orthogonalen Stoßfläche im Mutterrohrelement eine zweite Dichtung zu erzeugen, und zwar durch eine einzige Dichtungsnut mit einfassender Dichtungsrippe. Hier entsteht eine Liniendichtung durch hohe Flächenpressung beim Zusammenschrauben. Gleichzeitig entstehen Einpressungen, die bei wiederholter Verschraubung stören. Die Dichtwirkung an den Umfangsdichtungselementen wird durch die beschriebene Gestaltung nicht unterstützt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Rohrverbindung, F i g. 2 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1 und Fig. 3 den Gegenstand nach Fig. 2 vor dem Zusammenschrauben.
Die in den Figuren dargestellte Rohrverbindung ist für Metallrohre bestimmt, und zwar insbesondere für Ölfeidrohre, die im allgemeinen aus nahtlos gezogenen Stahlrohren bestehen. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören ein Bolzenrohrelement 1 und ein Muffenrohrelement 2, die mit Hilfe eines konischen Verschraubungsgewindes 3 am Bolzenrohrelement 1 sowie im Muffenrohrelement 2 miteinander verschraubt sind. Das Bolzenrohrelement 1 setzt sich in den Figuren nach links zu einem Rohrschuß 4 fort, der am anderen Ende das rechts in den Figuren dargestellte Muffenrohrelement 2 aufweist. Es kann sich jedoch beim Muffenrohrelement 2 auch um ein separates Bauteil handeln. Im Muffenrohrelement 2 ist eine nach außen flachkonisch zurückspringende Stoßfläche 5 angeordnet. Am Bolzenrohrelement 1 befindet sich eine entsprechende Stirnfläche 6. Innenseitig schließen an die Stoßfläche 5, außenseitig schließen an die Stirnfläche 6 in einem gewindefreien Bereich am Bolzenrohrelement 1 sowie im Muffenrohrelement 2 Umfangsdichtungselement 7,8 an. Bei den Umfangsdichtungselementen 7,8 handelt es sich um einen steilkonisch nach außen vorspringenden Dichtungskegel 7 im Muffenrohrelement 2 und um einen zugeordneten Dichtungskegel 8 am Bolzenrohrelement 1.
Die Stoßfläche 5 weist eine Mehrzahl von umlaufenden Dichtrippen 9 auf. Diesen sind Dichtnuten 10 in der Stirnfläche 6 zugeordnet. Die Dichtrippen 9 sind in die Dichtnuten 10 beim Zusammenschrauben einführbar.
Die Dichtrippen 9 sowie die Dichtnuten 10 weisen einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt auf, wobei im zusammengeschraubten Zustand Spalträume 12 frei bleiben. Die Anordnung ist stets so getroffen, daß die Dichtrippen 9 und die Dichtnuten 10 durch Flankenkontakt an einer Rippenflanke 13 und an einer zugeordneten Nutenflanke 14 beim Zusammenschrauben radial verspannbar und im zusammengeschraubten Zustand unter Anlage der Stoßfläche 6 an der Stirnfläche 5 entsprechend radial verspannt sind, so daß das Bolzenrohrelement 1 dadurch aufspreizbar ist. Die Dichtrippen 9 besitzen Rippenkopfflächen 15, die im zusammengeschraubten Zustand mit zugeordneten Nutengrundflächen 16 der Dichtnuten 10 korrespondieren. Im Ausführungsbeispiel ist dabei die Anordnung so getroffen, daß die Rippenkopfflächen 15 zur Rohrachse orthogonal verlaufen, wobei die Nutflächen 16 angepaßt sind. In F i g. 3 wurde strichpunktiert angedeutet, daß die Rippenkopfflächen 15 auch nach außen flachkonisch zurückspringend ausgebildet sein können, wobei dann wiederum die Nutengrundflächen 16 angepaßt sind. Die so ausgebildeten Flächen 15 und 16 tragen durch Zusammenpressen bei der Verschraubung zur radialen Verspannung und zur Unterstützung der Dichtwirkung am Dichtungskegel bei. Durch geeignete Bemessung der Dichtrippen 9 sowie der Dichtnuten 10 läßt sich erreichen, daß der Strömungskanal bei 11 im zusammengeschraubten Zustand stufenfrei ist.
- Leerseite -

Claims

Patentansprüche: 1. Rohrverbindung für Metallrohre, insbesondere Ölfeidrohre, - mit Bolzenrohrelement, Muffenrohrelement und konischem Verschraubungsgewinde am Bolzenrohrelement sowie im Muffenrohrelement wobei im Muffenrohrelement eine nach außen flachkonisch zurückspringende Stoßfläche und am Bolzenrohrelement eine entsprechende Stirnfläche ausgebildet sind und wobei ferner innenseitig an die Stoßfläche sowie außenseitig an die Stirnfläche anschließende Umfangsdichtungselemente in Form eines steilkonisch vorspringenden Dichtungskegels am Muffenrohrelement mit Gegendichtfläche am Bolzenrohrelement angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Stoßfläche (5) eine Mehrzahl von im Radialschnitt trapezförmigen, umlaufenden Dichtrippen (9) ausgebildet ist, denen Dichtnuten (10) in der Stirnfläche (6) zugeordnet sind, und daß die Dichtrippen (9) in die Dichtnuten (10) beim Zusammenschrauben jeweils unter Anlage der Stoßfläche (6) an der Stirnfläche (5) sowie der achsparallelen Innenflanke (14) an der Außenflanke (13) mit radialer Verspannung axial einführbar sind.
2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtrippen (9) Rippen.

kopfflächen (15) aufweisen, die im zusammengeschraubten Zustand mit zugeordneten Nutengrundflächen (16) der Dichtnuten (10) zusammenpreßbar sind, wobei die Rippenkopfflächen (15) nach außen flachkonisch zurückspringend ausgebildet und die Nutengrundflächen (16) angepaßt sind.

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Rohrverbindung für Metallrohre, insbesondere für Ölfeldrohre, - mit Bolzenrohrelement, Muffenrohrelement und konischem Verschraubungsgewinde am Bolzenrohrelement sowie im Muffenrohrelement, wobei im Muffenrohrelement eine nach außen flachkonisch zurückspringende Stoßfläche und am Bolzenrohrelement eine entsprechende Stirnfläche ausgebildet sind und wobei ferner innenseitig an die Stoßfläche sowie außenseitig an die Stirnfläche anschließende Umfangsdichtungselemente in Form eines steilkonisch vorspringenden Dichtungskegels am Muffenrohrelement mit Gegendichtfläche am Bolzenrohrelement angeordnet sind. - Die Auslegung ist so getroffen, daß eine Dichtung Metall auf Metall stattfindet. An den Umfangsdichtungselementen oder an einem davon kann auch eine plastische Verformung auftreten. Rohrverbindungen dieses Aufbaus haben, insbesondere im Ölfeld, erhebliche Beanspruchungen aufzunehmen, wenn beispielsweise Rohrschüsse, die an ihren Enden ein Bolzenrohrelement bzw. ein Muffenrohrelement des beschriebenen Aufbaus tragen, zu kilometerlangen Rohrsträngen zusammengeschraubt und in Bohrlöcher eingehängt werden, um dort unterschiedliche Funktionen zu erfüllen. Die Verschraubung erfolgt als Kraftverschraubung mit vorgegebenem Verschraubungsdrehmoment.

Bei einer bekannten gattungsgemäßen Ausführungsform (DE-PS 15 25 928) sind die nach außen flachkonisch zurückspringende Stoßfläche und die entsprechende Stirnfläche so geneigt, daß Selbsthemmung nicht eintritt und das Bolzenrohrelement an seiner Stirnfläche eine Aufspreizung erfährt.

Die Aufspreizung ist jedoch nicht definiert. Sie findet ihre Grenze einerseits durch eine Verformung im Bereich der äußeren Kante der Stirnfläche des Bolzenrohrelementes an einem Dichtungskegel, andererseits aber auch durch die Reibungskräfte, die auch außerhalb der Selbsthemmung noch wirken. Die Einflüsse von Verformung und Reibung sind unterschiedlich. Entsprechend unbestimmt und damit unsicher ist auch die an den Umfangsdichtungselementen nach dem Zusammenschrauben tatsächlich wirksame Dichtkraft für die Dichtung Metall auf Metall. Man spricht bei dieser Ausführungsform in der Praxis auch davon, daß eine ursprünglich einheitliche Stoßfläche im Muffenrohrelement in einen inneren, nach außen flachkonisch zurückspringenden Stoßflächenbereich und einen äußeren, nach außen steilkonisch vorspringenden Stoßflächenbereich aufgeteilt sei. In der Terminologie der Erfindung heißt der nach außen flachkonisch vorspringende Stoßflächenbereich kurz Stoßfläche - und der nach außen steilkonisch vorspringende Stoßflächenbereich bildet das Umfangsdichtungselement, das als Dichtungskegel bezeichnet wird. Bei dieser Ausführungsform dient die Stoßfläche hauptsächlich der Einschraubbegrenzung. Sie unterstützt durch die beschriebene Aufspreizung des Endes des Bolzenrohrelementes zwar die Dichtwirkung am Dichtungskegel, ihr eigener Beitrag zur Abdichtung ist jedoch gering. Letzteres gilt auch für eine andere Ausführungsform mit Dichtungsballen am Bolzenrohrelement und zugeordnetem Dichtungskegel im Muffenrohrelement (DE-AS 15 33 619), wo ebenfalls eine nach außen flachkonisch vorspringende, einschraubbegrenzende Stoßfläche angeordnet ist. Andererseits stellt die Praxis, insbesondere zur Verwendung im Ölfeld, immer höhere Anforderungen an die Dichtheit Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Rohrverbindung auch an der Stoßfläche eine sichere Abdichtung herbeizuführen, ohne die Dichtwirkung am steilkonisch vorspringenden Dichtungskegel zu beeinträchtigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß auf der Stoßfläche eine Mehrzahl von im Radialschnitt trapezförmigen, umlaufenden Dichtrippen ausgebildet ist, denen Dichtnuten in der Stirnfläche zugeordnet sind, und daß die Dichtrippen in die Dichtnuten beim Zusammenschrauben jeweils unter Anlage der Stoßfläche an der Stirnfläche sowie der achsparallelen Innenflanke an der Außenflanke mit radialer Verspannung axial einführbar sind. Die Rippenkopfflächen sowie die Nutengrundflächen können orthogonal zur Rohrachse verlaufen. Ein anderer Vorschlag der Erfindung geht dahin, daß die Dichtrippen Rippenkopf.

flächen aufweisen, die im zusammengeschraubten Zustand mit zugeordneten Nutengrundflächen der Dichtnuten zusammenpreßbar sind, wobei die Rippenkopfflächen nach außen flachkonisch zurückspringend ausgebildet und die Nutengrundflächen angepaßt sind.