DK154173B - Taetningsforbindelse til staalroer, der er taet ved hoeje tryk og kun lidt foelsom overfor rivningsfaenomener - Google Patents

Description

DK 154173B

i

O

Den foreliggende opfindelse angår en tætningsforbindelse for stålrør, navnlig til brug i olieindustrien, og mere specielt tætningsforbindelser, hvor tætheden sikres ved hjælp af let koniske tætningsflader, der kommer 5 til indbyrdes anlæg efter rørforbindelsens stramning.

Ved denne art kendte rørforbindeIser har det ene rørs handel en tætningsflade, som har lidt større diameter end tætningsfladen på det tilhørende rørs hundel, hvorhos der efter forbindelsens stramning udøves store kon-10 takttryk på tætningsfladerne for at sikre tætheden ved meget høje trykpåvirkninger, som rørforbindelsen vil blive udsat for.

Rørforbindelser af denne art kan være udformet med et enkelt tætningsfladepar enten ved rørhandelens ende el-15 ler ved hundelens ende. Rørforbindelsen kan også have to tætnirigs fladepar, på hver sin side af et gevindskåret afsnit på handelens og hundelens ende, ét par på handelen og det andet par på hundelen, dette er bl.a. kendt fra FR-OS nr. 972.216.

20

De nuværende udvindingsmuligheder af olielagene medfører endvidere, at man er tvunget til at hente olien op fra større og større dybder, og dette nødvendiggør, at rør-forbindelserne skal kunne tåle arbejdstryk, der kan over-stige 1000 kg/cm .

25

Dertil kommer, at man må udnytte dybtliggende jordbundslag, som har et stort indhold af·korroderende materialer såsom hydrogensulfid eller carbondioxid, hvorfor man er tvunget til at anvende rustfrit stål indeholdende chrom, nikkel såvel som andre tilsætningsstoffer. Disse to krav, 30 som man hyppigere og hyppigere møder i fællesskab, medfører^ at de nuværende, kendte rørforbindelser ikke kan siges at virke tilfredsstillende.

De rustfrie stålarter, som skal anvendes i forbindelse med det korroderende materiale, har en naturlig ten- 35 e dens til rivning og denne tendens øges i hø] grad pa grund af det nødvendige store kontakttryk de metalliske tætningsflader imellem.

2

O

DK 154173 B

Dette er grunden til, at de eneste kendte rørfor-bindelser, som løser problemet, er udformet med stærkt hældende tætningsflader - hældning 30° i forhold til rørforbindelsens akse - samt med et stoporgan til be-5 grænsning af sammenskruningen, som efter opnået kontakt mellem tætningsfladerne ligger lige over for en udvendigt anbragt skrue. Det er klart, at en sådan forbindelse er vanskeligt håndterbar og vanskelig at fremstille, da begrænsningsstoppet skal anbringes meget nøjagtigt i for-10 hold til de stærkt koniske tætningsflader.

Den foreliggende opfindelse angår en tætningsforbindelse, hvor metal tætter mod metal, hvor tætningsfladerne er svagt koniske, og som kan modstå høje tryk uden at give rivningsproblemer, selv ikke når forbindelserne er 15 fremstillet af rustfrit stål eller indeholder store mængder chrom, nikkel og andre tilsætningsstoffer.

Formålet med den foreliggende opfindelse er tilvejebringelsen af en stålrørsforbindelse, som er tæt ved høje tryk og er af den art, der har mindst ét svagt ko-20 nisk forløbende tætningsfladepar udformet på den ene ende af en rørhandel eller en rørhundel, og forbindelsen er kendetegnet ved, at den første kontakt mellem tætningszonen af det ene rør finder sted på den tilsvarende tætningsflade af det andet rør, hvorhos koniciteten af tætnings-25 fladen ved enden af det ene af forbindelsens rør efter den første kontakt er mindre end koniciteten af tætningsfladen på det andet rør, idet tætningsfladerne efter forbindelsens stramning kommer til indbyrdes anlæg med et kontakttryk, der er tilstrækkeligt til at sikre tætheden.

30 Forsøg foretaget af ansøgerne viser, at rørforbin delserne ifølge ovennævnte særlige træk af en endnu ikke helt klarlagt grund kan sammenskrues med tætningsfladerne mod hinanden ved meget store tryk, uden at der optræder tæthedshindrende rivningsfænomener og vanskeligheder ved 35 bevarelse af fladernes gode kvalitet, også selv om forbindelsens rør er fremstillet af stål eller en legering med

DK 154173 B

3

O

stort indhold af chrom, nikkel eller andre tilsætningsstoffer, og af den grund skulle have tendens til rivning.

Frembringerne for et konisk tætningsfladepar har ifølge opfindelsen ved det første kontaktsted en hæld-5 ningsforskel på fra ca. 0,5 til ca. 2%, fortrinsvis på mellem ca. 0,75 og 1%, hvilket svarer til en vinkelforskel på ca. 0,3 til 1,10 grader, fortrinsvis mellem 0,4 og 0,6 grader.

Ifølge opfindelsen får vinkelforskellen mellem et 10 konisk tætningsfladepars frembringere større og større betydning, alt efter som forholdet mellem rørtykkelsen og rørdiameteren bliver mindre.

Forbindelsen ifølge opfindelsen er hensigtsmæssigt udformet med et stoporgan til begrænsning af sammenskru-15 ningen, så at en for kraftig stramning ikke kan føre handelen for langt ind i hundelen og derved overskride det mellem tætningsfladerne nødvendige kontakttryk, hvorved der ville kunne opstå risiko for ødelæggelse af fladerne.

Den foreliggende opfindelse kan anvendes til tæt-20 ningsforbindelser, der har konisk eller cylindrisk gevindskæring. Opfindelsen kan ligeledes benyttes ved tastningsforbindelser med et enkelt tætningsfladepar eller med to tætningsfladepar, hvor det ene par i så fald er udformet for enden af et rørs handel, medens det andet par er udfor-25 met ved enden af det andet rørs hundel, et par på hver side af gevindskæringerne.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere ud fra nogle udførelsesformer, idet der henvises til tegningen, på hvilken 30 fig. 1 viser skematisk og i snit, hvorledes den første kontakt mellem tætningszonen ved enden af det ene rør finder sted på den koniske tætningsflade af det andet rør, fig. 2 det samme som fig. 1, men hvor kontakten 35 ikke sker som foreslået ifølge opfindelsen, fig. 3 og 4 skematisk forskellen i tætningsflade-

DK 154173 B

4

O

parrenes diametre til sikring af den rigtige første kontakt ifølge opfindelsen, fig. 5 og 6 skematisk en tætningsforbindelse i-følge opfindelsen, hvor tætningsfladerne er beliggende ved 5 enden af et rørs hundel, fig. 7 og 8 skematisk en tætningsforbindelse ifølge opfindelsen, hvor tætningsfladerne er beliggende ved enden af et rørs handel, fig. 9 og 10 skematisk en tætningsforbindelse, der 10 har to cylindriske gevindskæringer ifølge opfindelsen, hvor tætningsfladerne befinder sig ved enden af handelen, fig. 11 og 12 en tætningsforbindelse ifølge opfindelsen, der har en keglestubformet gevindskæring og to tætningsfladepar beliggende ved enden af et rørs hundel, 15 og fig. 13, 14 og 15 en tætningsforbindelse ifølge opfindelsen, der er forsynet med en keglestubformet gevindskæring samt med et første tætningsfladepar anbragt på hundelens ende, og et andet tætningsfladepar i nærheden af 20 handelens ende.

Fig. 1 viser skematisk, hvor den første kontakt i-følge opfindelsen skal finde sted mellem en tætningsforbindelses to tætningsflader.

Ved den i fig. 1 viste udførelsesform sker denne 25 kontakt ved enden af det ene rørs handel, idet figuren viser et rørs handel 1, et andet rørs hundel 2, handelen l's tætningsflade 3 og den keglestubformede tætningsflade 4 på hundelen 2. Betegnelsen 5 viser det sted, hvor tætningsfladezonen 3 ved handelen l's ende ifølge opfindelsen skal 30 komme i den første kontakt med hundelen 2's keglestubformede tætningsflade 4, fig. 1.

Fig. 2 viser derimod den første kontakt, der finder sted mellem en rørhandel og en rørhundel ifølge en udførelse, der ikke svarer til opfindelsen. Det første kon-35 taktsted 5 er ikke beliggende på den keglestubformede hundels tætningsflade, men i den zone, som forbinder den keg-

DK 154173 B

5

O

lestubformede tætningsflade med gevindet.

Fig. 3 viser de dele af den i fig. 1 viste tætningsforbindelse, der angår selve tætningen. Betegnelsen 6 angiver det punkt, som danner afslutning på den teoretiske 5 linie for frembringeren for handelens l's koniske tætningsflade 3, ligesom punktet 7 på tilsvarende måde er det teoretiske yderpunkt for frembringeren for den keglestubfor-mede tætningsflade 4 på hindelen 2.

Til. opnåelse af den i fig. 1 viste tilstand er det 10 ifølge opfindelsen tilstrækkeligt, at rørhandelen l's diameter Dl ved punktet 6 er lidt mindre end rørhundelen 2's diameter D2 ved punktet 7.

Det vil forstås, at den første kontakt mellem handelen og hundelen under disse forhold foregår på hunde-15 lens keglestubformede tætningsflade 4.

' Fig. 4 viser det tilfælde, hvor tætningen ifølge opfindelsen sker ved hundelen 8's ende, og hvor handelen 9 er vist skematisk.

Enden af den teoretiske linie for frembringeren 20 for den keglestubformede tætningsflade 10 på hundelen er betegnet med 12, medens den tilsvarende ende af frembringeren for den tilhørende keglestubformede tætningsflade 11 på handelen er betegnet 13. Til opnåelse af dette ifølge opfindelsen særlige forhold er det tilstrækkeligt, at den til punk-25 tet 13 svarende diameter D'l er lidt mindre end den til punktet 12 svarende diameter D'2.

Det er indlysende, at den såvel i fig. 3 som i fig.

4 viste forskel på diametrene Dl, D2, D'l og D'2 må være ret så lille for at muliggøre tætningsfladernes indbyr-30 des anlæg til opnåelse af det kontakttryk, som er nødvendigt for at meddele dem den ønskede tæthed.

Fig. 5 viser en tætningsforbindelse ifølge opfindelsen, ved hvilken tætningsfladerne er beliggende udvendigt på røret ved enden af rørhundelen 8. Gevindet 14, 35 der er vist skematisk, muliggør samling af tætningsforbindelsens to rør, ligesom der findes et stoporgan 15 inde i rørhundelen, mod hvilket det andet rørs handel kommer til anlæg mod, så at en for kraftig sammenskruning af tæt- 6

O

DK 154173 B

ningsforbindelsen undgås.

Fig. 6 viser i større målestok, det i fig. 5 viste afsnit VI. I figuren ses tætningsforbindelsen på det tidspunkt, hvor hundelen 8's ende ved 5 ifølge opfindel-5 sen kommer i berøring med handelens 9's keglestubformede tætningsflade 11. Al og A2 angiver de vinkler, som henholdsvis handelen 9's og hundelen 8's frembringere for de keglestubformede tætningsflader danner med tætningsforbindelsens akse.

10 Ifølge.opfindelsen er hældningsvinkelen A2 for tæt ningsfladen 10 på hundelen 8's ende mindre end hældningsvinkelen Al for tætningsfladen på handelen 9, idet nævnte tætningsflade ligger i en afstand svarende til gevindet 14's hele længde fra handelens yderste ende.

15 Dette forhold ses i fig. 6, idet vinkelen Al er større end vinkelen A2, så at der ved den første kontakt mellem de to tætningsflader 10 og 11 ved 5 forekommer en vinkel B, som er lig med A1-A2.

Det er klart, at yderligere tilskruning - så at 20 handelen 91 s ende kommer i berøring med stoporganet 15 -medfører, at vinkelforskellen B. langsomt nærmer sig størrelsen 0, idet hundelen 10's tætningsflade kommer til fuldstændigt anlæg mod handelens tætningsflade 11.

Fig. 7 viser en udførelsesform, hvor forbindelsens 25 tætning fremkommer indvendigt og ved énden af handelen 1, som efter forbindelsens stramning kommer til hvile mod stoporganet 15 på rørhundelen 2.

Fig. 8 viser i større målestok afsnittet VIII i fig. 7,hvor handelen l*s første kontakt sker ved 5 på hun-30 delen 2's keglestubformede tætningsflade 4.

Det fremgår af tegningen, at den vinkel Al,.som dannes af frembringeren for tætningsfladen 3 for handelen 1 med røraksen, er mindre end den vinkel A2, som dannes af frembringeren for hundelens tætningsflade 4 med rørfor-35 bindeisens akse, så at forskellen A2tA1 er gengivet ved vinkelen B.

DK 154173 B

7

O

Dette betyder ligeledes i dette tilfælde, at tætningsfladerne 3 og 4, når tætningsforbindelsen er strammet, og handelen l's yderste ende er kommet til anlæg mod begrænsningsstoppet 15, ligger tæt an mod hinanden over he-5 le deres længde med et kontakttryk, som er tilstrækkeligt til at sikre tætheden selv ved meget høje tryk.

Fig. 9 viser et aksialt delsnit af en tætningsforbindelse ifølge opfindelsen i strammet tilstand, som omfatter et. aftrappet gevind 14, et stoporgan 15 til be-10 grænsning af sammenspændingen ved enden af handelen 1 og en tætningszone ved samme ende og bestående af handelen l's tætningsflade 3 og hundelen 2's tætningsflade 4.

Fig. 10 viser i større målestok de dele af rørhandelen 1 og rørhundelen 2, der omgiver tætningszonen.

15 Det fremgår ligeledes af fig. 10, at hældningsvin kelen, for handelen l's tætningsflade 3 ifølge opfindelsen er mindre end hældningsvinkelen af hundelen 2's tætningsflade 4.

Ved den viste udførelsesform, hvor der er benyttet 20 et rør, hvis udvendige diameter er 180 mm og rørtykkelsen 9 mm, og fremstillet af stål, som har et chromindhold på mere end 20%, er hældningen for handelen l's tætningsflade 3, som er repræsenteret ved vinklen Al, lig med 4,25%, medens hældningen for hundelens tætningsflade 4, der er 25 repræsenteret ved vinklen A2, er lig med 5%, hvilket ifølge opfindelsen inden rørenes stramning- giver en hældningsforskel på 0,75%.

Den i fig. 11 viste specielle udførelsesform har et keglestubformet gevind, hvor tætningslfaderne er 30 udformet ved hundelens ende, idet handelen bærer et stoporgan 15 til begrænsning af sammenskruningen, og mod hvilket hundelen 18's ende kommer til anlæg.

Det fremgår af fig. 12, at hældningen af hundelen 8's tætningsflade 10, som vist ved vinkelen A2, er 24%, 35 medens handelen 9's hældning for tætningsfladen 11 er lig med 25%.

O

DK 154173B

8

Ifølge opfindelsen er hældningen for tætningsfladen ved hundelen 8's ende mindre end 1% i forhold til hældningen for tætningsfladen 11 på handelen 9.

Sluttelig viser fig. 13 en udførelsesform for en 5 tætningsforbindelse ifølge opfindelsen, ved hvilken der findes to tætningszoner, den ene ved handelen l's ende og den anden ved hundelen 2's ende.

Fig. 14 og 15 viser de to tætningszoner i større målestok.

10 Fig. 14 viser hældningsvinklerne ΑΊ og A'2 for tæt ningsfladerne hhv. 11 og 10, og fig. 15 viser hældningsvinklerne A”1 og A"2 for tætningsfladerne hhv. 3 og 4. Ifølge opfindelsen svarer ΑΊ til en hældning på 25% eller 14 grader, medéns A'2 svarer til en hældning på 24% eller 13,5 15 grader, hvorhos A"1 svarer til en hældning på 5,25% eller 3 grader, og A"2 svarer til en hældning på 6% eller 3,5 grader.

Det fremgår heraf, at forskellen i hældning i fig.

14 er 1%, medens den i fig. 15 er 0,75%.

20 I begge tilfælde ligger tætningsfladerne med mind ste konicitet ifølge opfindelsen ved en rørende, tætningsfladen 10 i fig. 14 og tætningsfladen 3 i fig. 15.

25 30 35

Claims (7)

1. Tætningsforbindelse til rør fortrinsvis af stål eller af en legering og tæt ved høje tryk og af den art, som er udformet med i det mindste ét svagt konisk forlø- 5 bende tætningsfladepar ved i det mindste den ene ende af en rørhandel (1) '.eller af en rørhundel (2), og hvor den første kontakt mellem en tætningszone (3) beliggende for enden af denne del (1) sker på den tilhørende tætningsflade (4) ved et kontaktsted (5) på den anden del (2), k e n -10 detegnet ved, at under den første kontakt er koni-citeten af tætningsfladen (3), som er beliggende ved enden af det ene forbindelseselement, mindre end koniciteten af den tilhørende flade (4) beliggende på det andet forbindelseselement, og at tætningsfladerne efter forbindelsens 15 stramning kommer til indbyrdes anlæg med et kontakttryk, der er tilstrækkeligt til at sikre tæthed, hvorhos forbindelsens rør har meget ringe tendens til rivning.

2. Forbindelse ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der mellem frembringerne for et konisk tætnings- 20 fladepar ved disses første kontakt er en vinkelstørrelsesforskel (B) svarende til en hældning på 0,5 til 2%, fortrinsvis mellem 0,75 og 1%.

3. Forbindelse ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der er anbragt et begrænsningsorgan 25 (15) for sammenskruningen, som begrænser forbindelsens stramning, efter at det nødvendige tryk mellem de forskellige punkter på tætningsfladerne er opnået.

4. Forbindelse ifølge ethvert af kravene 1-3, kendetegnet ved, at den har koniske gevind 30 (fig. 11).

5. Forbindelse ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at den har cylindriske gevind (fig. 9).

6- Forbindelse ifølge et af kravene 1-5, kendetegnet ved, at den er udformet med to tætnings-35 fladepar, fig. 14 og 15, idet det ene par findes på rørhandelens ende, medens det andet par er anbragt ved hundelens ende og på hver side af gevindene. DK 154173B o

7. Forbindelse ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at vinkelforskellen mellem de to tætningsfladers frembringere tillægges større og større betydning, alt efter som forholdet mellem 5 rørtykkelsen og rørdiameteren bliver mindre. 15 20 25 30 35