ES2558963T3 - Conexión tubular sellada utilizada en la industria petrolera - Google Patents
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Abstract
Una conexión roscada sellada, que comprende un primer y un segundo componente tubular, estando cada uno provisto de un extremo macho (1) y un extremo hembra (2) respectivos, comprendiendo el extremo macho (1), sobre su superficie periférica exterior, al menos una zona roscada (3) y al menos una superficie de sellado (5, 11), y acabando en una superficie terminal (7) que está orientada transversalmente con respecto al eje (10) de la conexión, comprendiendo el extremo hembra (2), sobre su superficie periférica interior, al menos una zona roscada (4) que coopera por empalme con la zona roscada (3) del extremo macho (1), en la que las zonas roscadas (3, 4) cooperan en apriete de autobloqueo, en la que las zonas roscadas (3, 4) están inclinadas de acuerdo con una generatriz ahusada (20) que forma un ángulo de ahusamiento α con el eje (10) de la conexión, estando al menos una superficie de sellado (6, 12) situada para cooperar con dicha al menos una superficie de sellado (5, 11), del extremo macho (1), a lo largo de una zona de contacto de interferencia radial, y acabando en una superficie terminal (14) que está orientada transversalmente con respecto al eje (10) de la conexión, estando dicha conexión desprovista de superficies de tope, en la que la tangente en la zona de contacto de dicha al menos una superficie de sellado (5, 6; 11, 12) está inclinada en una línea recta (30) que forma un ángulo ß en el intervalo de 1 a 30 grados, en valor absoluto, con el eje (10) de la conexión roscada, siendo una de dichas al menos unas superficies de sellado (5, 6; 11, 12) una superficie ahusada; siendo tórica, con un radio R, la otra superficie correspondiente que mira a la superficie de sellado (6, 5; 12, 11) y formando la tangente en la zona de contacto entre la superficie ahusada y la superficie tórica el ángulo ß con el eje (10) de la conexión, en la que la inclinación definida por la generatriz ahusada (20) con relación a las zonas roscadas (3, 4) es en un sentido opuesto a la inclinación definida por la tangente (30) en la zona de contacto de dicha al menos una superficie de sellado (5, 6; 11, 12).
Description
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DESCRIPCION
Conexion tubular sellada utilizada en la industria petrolera
La presente invencion se refiere a una conexion tubular roscada sellada, que esta bajo esfuerzos estaticos tales como tension axial, compresion axial, flexion, presion interna o externa, y una combinacion de los mismos.
Tales conexiones tubulares roscadas selladas, denominadas tambien en lo sucesivo conexiones, se pueden producir conectando un elemento macho en el extremo de un primer componente tubular, que puede ser, por ejemplo, un tubo de gran longitud, y un elemento hembra en el extremo de un segundo componente tubular, que puede ser, por ejemplo, un tubo de gran longitud o un acoplamiento, estando cada uno de dichos elementos provisto de un superficie de sellado metalica y estando apretado radialmente contra la superficie de sellado metalica del otro elemento.
Tales conexiones se usan, en particular, para producir ristras de tubenas de revestimiento selladas o ristras de tubos sellados para pozos de hidrocarburos o para pozos similares, tales como pozos geotermicos, por ejemplo.
Las superficies de sellado metalicas (o de metal-metal) de los elementos macho y hembra de tales conexiones son zonas extremadamente cnticas que garantizan la estanqueidad de la conexion.
En pozos de hidrocarburos, tales conexiones estan sometidas a diversos esfuerzos tales como tension, compresion, flexion y presion, que estan generados por el entorno exterior, o generados por fluidos que se mueven en el interior de las conexiones. Tales esfuerzos distintos pueden variar con el tiempo durante, por ejemplo, la etapa para cementar tubenas de revestimiento (aumento de la presion externa) o durante la etapa de produccion (aumento de la presion interna) o durante las operaciones de mantenimiento (detencion, a continuacion, comienzo de nuevo de la produccion) y actuan solos o en combinacion.
No solamente se espera que tales conexiones soporten tales esfuerzos mecanicos, sino tambien que permanezcan selladas tras la aplicacion de los mismos. Por esta razon, se han realizado un gran numero de desarrollos, en particular, en lo relativo a conexiones que emplean superficies de sellado de metal/metal. El concepto general de tales conexiones es tener dos superficies que cooperan por contacto de apriete, perteneciendo una al extremo macho de un primer componente tubular y la otra al extremo hembra de un segundo componente tubular. Cada uno de los extremos macho y hembra comprende una zona roscada que permite que sean conectados por empalme. Ademas, las superficies de sellado estan dimensionadas de manera que pueden entrar en contacto de interferencia durante el empalme, dando como resultado el contacto de interferencia del apriete radial entre las dos superficie de sellado.
A modo de ejemplo, el documento FR-2 913 746 propone una conexion roscada, que comprende un primer y un segundo componente tubular, estando cada uno provisto de un extremo macho y uno hembra respectivos, comprendiendo el extremo macho, sobre su superficie periferica exterior, una zona roscada, una superficie de sellado y acabando en una superficie terminal que esta orientada radialmente con respecto al eje de la conexion, comprendiendo el extremo hembra, sobre su superficie periferica interior, una zona roscada que coopera por empalme con la zona roscada del extremo macho, una superficie de sellado que coopera por apriete con la superficie de sellado del extremo macho y acabando en una superficie terminal que esta orientada radialmente con respecto al eje de la conexion. La superficie de sellado del extremo hembra esta dispuesta sobre la superficie periferica interior de dicho extremo de manera que se encuentra adyacente a la superficie terminal. Entre esta superficie de sellado y la zona roscada, esta dispuesta una zona que tiene una rigidez radial reducida de manera que puede deformarse radialmente por una presion que se ejerce sobre la misma. Esta zona de rigidez radial reducida se obtiene disminuyendo la seccion anular de la conexion en una parte que esta situada entre la zona roscada y la superficie de sellado del extremo hembra. La reduccion de la seccion anular se obtiene realmente realizando por vaciado una acanaladura en la periferia interior. Por esta razon, dicha parte es capaz de deformarse radialmente cuando se aplica una presion externa y, por esta razon, genera energfa elastica adicional que permite que las superficies de sellado primera y segunda sean presionadas juntas hasta un contacto de apriete. Se debe senalar tambien que las zonas que son mas delgadas, debido a la presencia de una acanaladura rebajada en la periferia interior del extremo hembra, se puede considerar que constituyen una mejora en el caso en el que la zona roscada es del tipo “de autobloqueo”. De hecho, ese tipo de roscado requiere el mecanizado de una acanaladura denominada acanaladura de “iniciacion de pasada”, cuyo grosor es preferiblemente al menos igual a la altura de los dientes a mecanizar y cuya longitud es preferiblemente al menos igual a la mitad del paso. La acanaladura de “iniciacion de pasada” actua para permitir el acoplamiento y desacoplamiento de las herramientas de corte durante el mecanizado de la zona roscada.
El documento EP 1 179 700 describe otra conexion roscada relevante.
Se debe optimizar el proceso de hacer mas delgada una parte de una seccion anular a fin de soportar esfuerzos de presion y de proveer a la parte adelgazada de un intervalo suficiente de deformacion elastica. Este compromiso, no obstante, tiene limitaciones cuando la presion excede el umbral maximo de deformacion elastica que puede admitir
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la acanaladura. Esto se puede presentar en el caso en el que la superficie de sellado es externa, cuando la conexion pasa a traves de cavidades de fluidos situadas a gran profundidad. De modo similar, cuando la superficie de sellado es interna, el valor de la presion maxima que puede admitir la acanaladura se puede exceder cuando el fluido comienza a moverse de nuevo a velocidad maxima despues de una interrupcion.
A fin de superar el problema de aplastamiento de la parte adelgazada bajo presion externa o reventon en el caso de una presion interna, la invencion propone modificar la inclinacion de las zonas de sellado, cuya inclinacion es normalmente en la misma direccion que la de las zonas roscadas. Mas particularmente, la invencion propone invertir la orientacion de la inclinacion de las zonas de sellado de manera que esta nueva orientacion se oponga al aplastamiento de la parte adelgazada.
En general, la invencion propone asegurar la estabilidad del contacto de las zonas de sellado situadas proximas a la superficie terminal de los extremos de los componentes tubulares.
Con mas precision, la invencion proporciona una conexion roscada sellada, que comprende un primer y un segundo componente tubular, estando cada uno provisto de un extremo macho y uno hembra respectivos, comprendiendo el extremo macho, sobre su superficie periferica exterior, al menos una zona roscada y al menos una superficie de sellado, y acabando en una superficie terminal que esta orientada transversalmente con respecto al eje de la conexion, comprendiendo el extremo hembra, sobre su superficie periferica interior, al menos una zona roscada que coopera por empalme con la zona roscada del extremo macho, en la que las zonas roscadas cooperan en apriete de autobloqueo, estando dicha conexion desprovista de superficies de tope, en la que las zonas roscadas estan inclinadas de acuerdo con una generatriz ahusada que forma un angulo de ahusamiento a con el eje de la conexion, estando al menos una superficie de sellado situada para cooperar con dicha al menos una superficie de sellado, del extremo macho, a lo largo de una zona de contacto de interferencia radial, y acabando en una superficie terminal que esta orientada transversalmente con respecto al eje de la conexion, en la que la tangente en la zona de contacto de dicha al menos una superficie de sellado esta inclinada en una lmea recta que forma un angulo p en el intervalo de 1 a 30 grados, en valor absoluto, con el eje de la conexion roscada, siendo una de dichas al menos unas superficies de sellado una superficie ahusada; siendo torica, con un radio R, la otra superficie correspondiente que mira a la superficie de sellado y formando la tangente en la zona de contacto entre la superficie ahusada y la superficie torica el angulo p con el eje de la conexion, en la que la inclinacion definida por la generatriz ahusada con relacion a las zonas roscadas es en un sentido opuesto a la inclinacion definida por la tangente en la zona de contacto de dicha al menos una superficie de sellado.
Se proporcionan en lo que sigue caractensticas opcionales de la invencion, que son complementarias o sustitutivas.
Dicha al menos una superficie de sellado del extremo macho esta dispuesta sobre la superficie periferica exterior de dicho extremo macho, proxima a la superficie terminal de dicho extremo macho, estando la superficie de sellado del extremo hembra dispuesta mirando a la superficie de sellado del extremo macho.
Dicha al menos una superficie de sellado del extremo hembra esta dispuesta sobre la superficie periferica interior de dicho extremo hembra, proxima a la superficie terminal de dicho extremo hembra, estando la superficie de sellado del extremo macho dispuesta mirando a la superficie de sellado del extremo hembra.
El radio R del toroide esta en el intervalo de 30 a 100 mm.
Un bisel, adyacente a la superficie terminal, esta dispuesto sobre la superficie periferica opuesta a la que incluye la superficie de sellado.
El bisel esta inclinado con un angulo y con respecto al eje de la conexion, que esta en el intervalo de 1 a 30 grados.
El bisel forma un angulo y con el eje de la conexion, que es sustancialmente igual al angulo formado por la tangente en la zona de contacto entre las superficies de sellado con el eje de la conexion.
Las zonas roscadas estan constituidas, respectivamente, por unas zonas roscadas primera y segunda, estando la zonas roscadas primera y segunda escalonadas una respecto a la otra.
Las caractensticas y ventajas de la invencion se describiran con mas detalle en lo que sigue con referencia a los dibujos que se acompanan.
La figura 1 es una vista esquematica de una conexion en la que una superficie de sellado esta dispuesta proxima a la superficie terminal del extremo hembra de acuerdo con una primera realizacion de la invencion. La figura 2 es una vista esquematica de una mejora para la conexion mostrada en la figura 1.
La figura 3 es una vista esquematica de una conexion en la que una superficie de sellado esta dispuesta proxima a la superficie terminal del extremo macho de acuerdo con una segunda realizacion de la invencion.
La conexion tubular roscada, mostrada en la figura 1, es una conexion roscada sellada que comprende un primer y
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un segundo componente tubular, estando cada uno provisto de un extremo macho 1 y hembra 2 respectivos. Cada uno del extremo macho 1 y el extremo hembra 2 acaba en una superficie terminal, respectivamente 7 y 14, orientada transversalmente con respecto al eje de la conexion 10. La expresion “orientada transversalmente con respecto al eje de la conexion” significa que las superficies terminales 7 y 14 respectivas no son paralelas al eje de la conexion, sino que pertenecen a un plano que se cruza con el eje de la conexion, formando un angulo con la normal al eje de la conexion, que es menor que 45 grados.
El extremo macho 1 comprende, sobre su superficie periferica exterior, una zona roscada 3; de modo similar, el extremo hembra 2 comprende, sobre su superficie periferica interior, una zona roscada 4, cooperando las zonas 3, 4 respectivas durante la conexion mutua de los dos extremos 1 y 2 por empalme. Las zonas roscadas 3 y 4 definen una generatriz ahusada 20 que forma un angulo a con el eje 10 de la conexion roscada de manera que, tomando como referencia el eje 10 de la conexion 1 y usando una orientacion trigonometrica inversa, el angulo a es cero, o mayor. Este angulo esta usualmente en el intervalo de 1 a 45 grados.
La estanqueidad al fluido, tanto para la parte interior de la conexion tubular como para su parte exterior media, esta proporcionada por dos superficies de sellado de metal/metal 5, 6, situadas proximas a la superficie terminal 14 del extremo hembra 2. Con mas precision, la superficie de sellado 6 esta dispuesta sobre la superficie periferica interior del extremo hembra 2, proxima a la superficie terminal 14, orientada, a su vez, a lo largo de una lmea que es sustancialmente perpendicular al eje 10 de la conexion. La superficie de sellado 5, dispuesta sobre la superficie periferica exterior del extremo macho 1, esta mirando a la superficie de sellado 6. Las dos superficies de sellado estan situadas para ponerse en contacto de interferencia cuando se empalma el extremo macho en el extremo hembra. La expresion “contacto de interferencia” significa que el diametro exterior del extremo macho 1 en la superficie de sellado 5 es ligeramente mayor que el diametro interior del extremo hembra 2 en la superficie de sellado 6. En la realizacion descrita en la figura 1, la superficie de sellado 6 es una superficie torica, con un radio R. A cada lado de la superficie torica, la periferia interior del extremo hembra lleva superficies ahusadas. Una parte ahusada 18 adelgazada esta entre la superficie torica 6 y la zona roscada 4. Realmente, esta parte 18 adelgazada se produce realizando por vaciado una acanaladura en la periferia interior del extremo hembra 2 en el extremo de la zona roscada 4 a fin de acoplar y desacoplar facilmente herramientas durante el mecanizado del roscado. Por esta razon, dicha parte adelgazada tiene una rigidez radial reducida que deja la conexion vulnerable en esta zona cuando la presion externa aumenta hasta exceder el umbral admisible por la parte adelgazada. La superficie terminal 14 del extremo hembra 2 y la superficie torica 6 estan conectadas mediante una superficie ahusada 16 dispuesta sobre la periferia interior del extremo hembra y adyacente a dicha superficie terminal 14. La superficie ahusada 16, adyacente a la superficie terminal 14, forma con la misma un angulo proximo a 90° y tiene una inclinacion que esta en la misma direccion que las zonas roscadas 3 y 4. Se debe senalar que las diversas superficies estan usualmente conectadas entre sf mediante radios a fin de evitar angulos agudos, que estan usualmente proscritos por las reglas de mecanizado.
La superficie torica 6 es una superficie torica en forma de cupula convexa, cuyo diametro disminuye en la direccion de la superficie terminal 14. El radio R esta preferiblemente en el intervalo de 30 a 100 mm. Un radio demasiado grande (> 100 mm) de la superficie torica introducina desventajas identicas a las de un contacto de cono sobre cono. Un radio demasiado pequeno (< 30 mm) de esta superficie en forma de cupula dana como resultado una anchura de contacto insuficiente.
Mirando a la superficie de sellado 6, el extremo macho tiene una superficie de sellado ahusada 5 cuyo diametro disminuye tambien en la direccion de la superficie terminal 14 del elemento hembra. La superficie de sellado ahusada 5 tiene una generatriz ahusada que forma un angulo p con el eje 10 de la conexion. De modo similar, la tangente 30 en la zona de contacto entre las superficies de sellado 5 y 6 define un ahusamiento que forma un angulo p con el eje 10 de la conexion. De acuerdo con la invencion, la tangente 30 en la zona de contacto de las superficies de sellado y la generatriz ahusada 20 con relacion a las zonas roscadas 3, 4 estan inclinadas en sentidos opuestos. Se debe senalar tambien que el valor absoluto de los angulos a y p no es necesariamente el mismo.
La superficie ahusada 5 y la zona roscada 3 del extremo macho 1 estan conectadas a traves de otra superficie ahusada 15 que tiene una inclinacion en la misma direccion que la de la zona roscada 3. Esta superficie 15 se denomina “superficie de gma” puesto que, durante el empalme del extremo macho en el extremo hembra, permite guiar el extremo hembra 2 y pasar sobre la interseccion entre la superficie de sellado 5 del extremo macho 1 y dicha superficie de gma 15. De hecho, esta interseccion tiene forma convexa y corresponde a un cambio de inclinacion, lo que significa que la superficie ahusada 16, dispuesta sobre la periferia interior del extremo hembra adyacente a la superficie terminal 14, esta guiada por la superficie de gma 15 durante el empalme, de manera que sube sobre la interseccion. Asf, la parte del extremo hembra 2 que lleva la superficie ahusada 16 se deforma elasticamente durante el paso de la interseccion, de manera que el extremo macho 1 y el extremo hembra 2 se ajustan con salto elastico uno dentro del otro. Al final del empalme, las superficies de sellado estan situadas en contacto de interferencia radial.
Tomando como referencia el eje 10 de la conexion 1, asf como la orientacion trigonometrica normal, el angulo p esta en el intervalo de 1 a 30 grados. Un ahusamiento demasiada pequeno para la superficie ahusada 5 conlleva un riesgo de desprendimiento superficial por abrasion tras el empalme y un ahusamiento demasiado alto reduce la
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estabilidad del contacto. Los inventores han descubierto que una zona de contacto de este tipo entre una superficie ahusada y una superficie en forma de cupula permite producir una gran anchura de contacto axial eficaz y una distribucion sustancialmente parabolica de las presiones de contacto a lo largo de la zona de contacto eficaz, en contraste a las zonas de contacto entre dos superficies ahusadas que tienen dos estrechas zonas de contacto eficaces en los extremos de la zona de contacto. Una forma geometrica de las zonas de contacto que usa la realizacion descrita en la figura 1 permite conservar una buena anchura de contacto eficaz a pesar de las variaciones del posicionamiento axial de los elementos conectados debido a las tolerancias de mecanizado, pivotando la zona de contacto eficaz a lo largo de la cupula de la superficie en forma de cupula y conservando un perfil parabolico para la presion de contacto local.
Ademas, el experto en la tecnica tendra que establecer, en funcion de las dimensiones de la conexion 1, un valor mmimo para el angulo p de manera que la inclinacion de la zona de contacto genere suficiente energfa elastica adicional, de modo que las superficies de sellado primera y segunda puedan ser presionadas juntas hasta un contacto de interferencia cuando la presion externa P tiende a flexar la parte 18 adelgazada. De modo similar, el experto en la tecnica tendra que establecer un valor mmimo para el angulo p de manera que, durante el empalme o desenroscado, se elimine cualquier riesgo de desprendimiento superficial por abrasion.
Ventajosamente, a fin de poder empalmar, y desenroscar, el extremo macho en el extremo hembra y puesto que estan invertidas la inclinacion de las zonas roscadas 3, 4 y la inclinacion de las zonas de sellado 5, 6, el experto en la tecnica tendra que adoptar un valor maximo para el angulo p de manera que la deformacion de la parte del extremo hembra 2 que lleva la superficie 16, causada por ajuste con salto elastico, permanezca un 2% cerca del dominio plastico del material utilizado.
Ventajosamente y como se describe en la figura 2, un bisel 9, adyacente a la superficie terminal 14 del extremo hembra 2, esta dispuesto sobre la superficie periferica opuesta a la que incluye la superficie de sellado 6. Asf, el bisel orienta los esfuerzos debidos a la presion externa P a fin de reforzar el contacto entre las dos superficie de sellado 5 y 6.
Preferiblemente, el bisel 9 forma un angulo y con el eje de la conexion, que es sustancialmente igual al angulo p.
Las zonas roscadas 3, 4 son de tipo conocido y se denominan “de autobloqueo” (se denominan tambien variacion gradual de la anchura axial de las roscas y/o los intervalos entre roscas y se describen en el documento de la tecnica anterior US Re 344767), de manera que se presenta una interferencia progresiva durante el empalme hasta una posicion de bloqueo final. En este caso, no se requieren superficies de tope.
En una variacion como la descrita en la figura 2, cada una de las zonas roscadas de autobloqueo 3, 4 comprende, respectivamente, una primera 3a, 3b y una segunda 4a, 4b parte, estando dichas partes primera y segunda escalonadas una respecto a la otra, es decir, las generatrices ahusadas de las primeras partes, que pasan a traves de las crestas o los fondos de las roscas, estan distantes radialmente de los ahusamientos de las segundas partes. Esta configuracion permite reducir la longitud total de las zonas roscadas 3 y 4, al tiempo que se conserva un gran par de empalme.
En otra realizacion mostrada en la figura 3, la conexion tubular roscada es una conexion roscada sellada que comprende un primer y un segundo componente tubular, estando cada uno provisto de un extremo macho 1 y un extremo hembra 2 respectivos. Cada uno del extremo macho 1 y el extremo hembra 2 acaba en una superficie terminal 7 y 14 respectiva que esta orientada transversalmente con respecto al eje de la conexion 10. La expresion “orientada transversalmente con respecto al eje de la conexion” significa que las superficies terminales 7 y 14 respectivas no son paralelas con el eje de la conexion, sino que pertenecen a un plano que se cruza con el eje de la conexion, formando un angulo con la normal al eje de la conexion menor que 45 grados.
El extremo macho 1 comprende una zona roscada 3 sobre su superficie periferica exterior; de modo similar, el extremo hembra 2 comprende una zona roscada 4 sobre su superficie periferica interior, cooperando juntas las zonas roscadas 3, 4 respectivas para conexion mutua por empalme de los dos extremos 1 y 2. Las zonas roscadas 3 y 4 definen una generatriz ahusada 20 que forma un angulo a con el eje 10 de la conexion roscada de manera que, tomando como referencia el eje 10 de la conexion 1 y una orientacion trigonometrica inversa, el angulo a es cero, o mayor. Este angulo esta usualmente en el intervalo de 1 a 45 grados.
Las zonas roscadas 3, 4 son de tipo conocido y se conocen como “de autobloqueo” (se denominan tambien variacion gradual de la anchura axial de las roscas y/o los intervalos entre las roscas), de manera que se obtiene un apriete progresivo durante el empalme, hasta una posicion de bloqueo final. En este caso, no se requieren superficies de tope.
Ventajosamente y como se describe en la figura 3, cada una de las zonas roscadas de autobloqueo 3, 4 comprende, respectivamente, una primera parte 3a, 3b y una segunda parte 4a, 4b, estando dichas partes primera y segunda escalonadas una respecto a la otra. Esta configuracion permite reducir la longitud total de las zonas roscadas 3 y 4, al tiempo que se conserva un gran par de empalme.
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El sellado al fluido, tanto para la parte interior de la conexion tubular como para su parte exterior media, esta proporcionado por dos superficies de sellado de metal/metal 11, 12 situadas proximas a la superfine terminal 7 del extremo macho 1. Con mas precision, la superficie de sellado 12 esta dispuesta sobre la superficie periferica interior del extremo hembra 2, proxima a la superficie terminal 7 del extremo macho 1, orientada, a su vez, a lo largo de una lmea sustancialmente perpendicular al eje 10 de la conexion. La superficie de sellado 11, dispuesta sobre la superficie periferica exterior del extremo macho 1, esta mirando a la superficie de sellado 6. Las dos superficie de sellado estan situadas para ponerse en contacto de interferencia cuando se empalma el extremo macho en el extremo hembra. La expresion “contacto de interferencia” significa que el diametro exterior del extremo macho 1 en la superficie de sellado 11 es ligeramente mayor que el diametro interior del extremo hembra 2 en la superficie de sellado 12. En la realizacion descrita en la figura 3, la superficie de sellado 11 es una superficie ahusada que esta conectada a otras superficies de la periferia interior del extremo hembra mediante radios para evitar angulos agudos. Una parte ahusada 13 adelgazada esta entre la superficie torica 11 y la zona roscada 3. Realmente, esta parte 13 adelgazada se debe al hecho de que se ha realizado por vaciado una acanaladura en la periferia exterior del extremo macho 1 en el extremo de la zona roscada 3 de manera que pueden acoplarse o desacoplarse facilmente herramientas durante el mecanizado del roscado. Por esta razon, dicha parte adelgazada tiene una rigidez radial reducida, que deja la conexion vulnerable en este zona cuando la presion interna P aumenta hasta exceder el umbral admisible por la parte adelgazada. La superficie terminal 7 del extremo macho 1 y la superficie ahusada 11 estan conectadas mediante una superficie ahusada 17 dispuesta sobre la periferia exterior del extremo macho 1 y adyacente a la superficie terminal 7. Esta superficie de conexion 17 forma, con la superficie terminal 7, un angulo proximo a 90° y tiene una inclinacion en la misma direccion que las zonas roscadas 3 y 4. Se debe senalar que las diversas superficies estan usualmente conectadas entre sf mediante radios a fin de evitar angulos agudos, que estan usualmente proscritos por las reglas de mecanizado.
La superficie 11 es una superficie ahusada que tiene una generatriz ahusada que forma un angulo p con el eje 10 de la conexion.
Mirando a la superficie de sellado 11, el extremo hembra tiene una superficie de sellado ahusada 12, que no es parte de la invencion, con una generatriz ahusada que forma tambien un angulo p con el eje 10 de la conexion. La tangente 30 a la zona de contacto entre las superficies de sellado 11 y 12 define tambien un ahusamiento con un angulo p respecto al eje 10 de la conexion. La tangente 30 en la zona de contacto de las superficies de sellado y la generatriz ahusada 20 con relacion a las zonas roscadas 3, 4 estan inclinadas en sentidos opuestos. Se debe
senalar tambien que el valor absoluto de los angulos a y p no es necesariamente el mismo.
La superficie ahusada 12 y la zona roscada 4 del extremo hembra 2 estan conectadas a traves de otra superficie ahusada 8 que esta inclinada en la misma direccion que la de la zona roscada 4. Esta superficie 8 se denomina “superficie de gma” puesto que, durante el empalme del extremo macho en el extremo hembra, permite guiar el extremo macho 1 y pasar sobre la interseccion entre la superficie de sellado 12 del extremo hembra 2 y dicha superficie de gma 8. De hecho, esta interseccion tiene forma convexa y corresponde a un cambio de inclinacion, lo que significa que la superficie ahusada 17, dispuesta sobre la periferia exterior del extremo macho adyacente a la superficie terminal 7, esta guiada por la superficie de gma 8 durante el empalme a fin de pasar sobre la interseccion. Asf, la parte del extremo macho 1 que lleva la superficie ahusada 17 se deforma elasticamente durante el paso de la interseccion, de manera que los extremos macho 1 y hembra 2 se ajustan con salto elastico uno dentro del otro. Al final del empalme, las superficies de sellado estan situadas en contacto de interferencia radial.
Tomando como referencia el eje 10 de la conexion 1, asf como una orientacion que esta de acuerdo con la direccion
trigonometrica, el angulo p esta en el intervalo de 1 a 30 grados. Un ahusamiento demasiado bajo para las
superficies ahusadas 11 y 12 correna el riesgo de desprendimiento superficial por abrasion tras el empalme y un ahusamiento demasiado alto reducina la estabilidad del contacto.
Ademas, el experto en la tecnica debe establecer, en funcion de las dimensiones de la conexion 1, un valor mmimo para el angulo p de manera que la inclinacion de la zona de contacto genere suficiente energfa elastica adicional que permita que las superficies de sellado primera y segunda sean presionadas juntas hasta un contacto de interferencia cuando la presion interna P tiende a flexar la parte 13 adelgazada. De modo similar, el experto en la tecnica debe establecer un valor mmimo para el angulo p de manera que, durante el empalme o desenroscado, se elimine cualquier riesgo de desprendimiento superficial por abrasion.
Ventajosamente, a fin de poder empalmar, y desenroscar, el extremo macho en el extremo hembra y puesto que estan invertidas la inclinacion de las zonas roscadas 3, 4 y la inclinacion de las zonas de sellado 11, 12, el experto en la tecnica debe adoptar un valor maximo para el angulo p de manera que la deformacion de la parte del extremo macho 1 que lleva la superficie de sellado 17, causada por ajuste con salto elastico, permanezca un 2% cerca del dominio plastico para el material utilizado.
Ventajosamente y como se describe en la figura 3, un bisel 9', adyacente a la superficie terminal 7 del extremo macho 1, esta dispuesto sobre la superficie periferica opuesta a la que incluye la superficie de sellado 11. Asf, el bisel orienta los esfuerzos debidos a la presion interna P a fin de reforzar el contacto entre las dos superficie de
sellado 11 y 12.
Preferiblemente, el bisel 9' forma un angulo y con el eje de la conexion, que es sustancialmente igual al angulo p.
5 El valor del angulo p se determina en funcion de las caractensticas geometricas de la conexion y los esfuerzos mecanicos detallados en las realizaciones descritas anteriormente.
Claramente, la invencion es aplicable a configuraciones diferentes en las que las superficies de sellado pueden tener formas complejas. As^ en uno de los extremos, dicha al menos una superficie de sellado esta ahusada y, en el otro 10 extremo, la superficie de sellado correspondiente es una superficie compleja constituida por una superficie ahusada (adyacente a la superficie terminal) y tangencial a una superficie torica (lado de roscado).
Se debe senalar tambien que la invencion es de aplicacion particular a conexiones en las que las superficies de sellado estan situadas en el lado de las superficies terminales del extremo hembra. Es en este tipo de configuracion 15 (descrita en la figura 1 y la figura 2) en el que son mas diffciles de contrarrestar las variaciones de presion, en este caso externas.
Finalmente, se debe senalar que la invencion es de aplicacion particular a conexiones en las que las zonas roscadas son del tipo de autobloqueo. Es en este tipo de configuracion en el que las partes adelgazadas se encuentran debido 20 a la presencia de acanaladuras de iniciacion de pasada.
Claims (8)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Una conexion roscada sellada, que comprende un primer y un segundo componente tubular, estando cada uno provisto de un extremo macho (1) y un extremo hembra (2) respectivos, comprendiendo el extremo macho (1), sobre su superficie periferica exterior, al menos una zona roscada (3) y al menos una superficie de sellado (5, 11), y acabando en una superficie terminal (7) que esta orientada transversalmente con respecto al eje (10) de la conexion, comprendiendo el extremo hembra (2), sobre su superficie periferica interior, al menos una zona roscada (4) que coopera por empalme con la zona roscada (3) del extremo macho (1), en la que las zonas roscadas (3, 4) cooperan en apriete de autobloqueo, en la que las zonas roscadas (3, 4) estan inclinadas de acuerdo con una generatriz ahusada (20) que forma un angulo de ahusamiento a con el eje (10) de la conexion, estando al menos una superficie de sellado (6, 12) situada para cooperar con dicha al menos una superficie de sellado (5, 11), del extremo macho (1), a lo largo de una zona de contacto de interferencia radial, y acabando en una superficie terminal (14) que esta orientada transversalmente con respecto al eje (10) de la conexion, estando dicha conexion desprovista de superficies de tope, en la que la tangente en la zona de contacto de dicha al menos una superficie de sellado (5, 6; 11, 12) esta inclinada en una lmea recta (30) que forma un angulo p en el intervalo de 1 a 30 grados, en valor absoluto, con el eje (10) de la conexion roscada, siendo una de dichas al menos unas superficies de sellado (5, 6; 11, 12) una superficie ahusada; siendo torica, con un radio R, la otra superficie correspondiente que mira a la superficie de sellado (6, 5; 12, 11) y formando la tangente en la zona de contacto entre la superficie ahusada y la superficie torica el angulo p con el eje (10) de la conexion, en la que la inclinacion definida por la generatriz ahusada (20) con relacion a las zonas roscadas (3, 4) es en un sentido opuesto a la inclinacion definida por la tangente (30) en la zona de contacto de dicha al menos una superficie de sellado (5, 6; 11, 12).
- 2. La conexion roscada segun la reivindicacion 1, caracterizada por que dicha al menos una superficie de sellado (11) del extremo macho (1) esta dispuesta sobre la superficie periferica exterior de dicho extremo macho (1), proxima a la superficie terminal (7) de dicho extremo macho, estando la superficie de sellado (12) del extremo hembra (2) dispuesta mirando a la superficie de sellado (11) del extremo macho (1).
- 3. La conexion roscada segun la reivindicacion 1, caracterizada por que dicha al menos una superficie de sellado (6) del extremo hembra (2) esta dispuesta sobre la superficie periferica interior de dicho extremo hembra (2), proxima a la superficie terminal (14) de dicho extremo hembra, estando la superficie de sellado (5) del extremo macho (1) dispuesta mirando a la superficie de sellado (6) del extremo hembra (2).
- 4. La conexion roscada segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el radio R del toroide esta en el intervalo de 30 a 100 mm.
- 5. La conexion roscada segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que un bisel (9; 9'), adyacente a la superficie terminal (7; 14), esta dispuesto sobre la superficie periferica opuesta a la que incluye dicha al menos una superficie de sellado (11; 6).
- 6. La conexion roscada segun la reivindicacion 5, caracterizada por que el bisel (9; 9') esta inclinado con un angulo Y con respecto al eje (10) de la conexion, que esta en el intervalo de 1 a 30 grados.
- 7. La conexion roscada segun la reivindicacion 5 o la reivindicacion 6, caracterizada por que el bisel (9; 9') forma un angulo y con el eje (10) de la conexion, que es sustancialmente igual al angulo formado por la tangente en la zona de contacto entre las superficies de sellado con dicho eje (10) de la conexion (1).
- 8. La conexion roscada segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que las zonas roscadas (3, 4) estan constituidas, respectivamente, por una primera zona roscada (3a, 4a) y una segunda zona roscada (3b, 4b), estando las zonas roscadas primera y segunda escalonadas una respecto a la otra.
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