JP4819054B2 - シール螺子式筒状接続部の雄型エレメント - Google Patents

Description

本発明はシール螺子式筒状接続部の雄型エレメントに関する。

螺子式接続部の雄型筒状エレメントは一般的に管を加工することによって得られ、その管は外面に作用する顎部で締め付けられている。

種々の理由で、自由端の前面に近接する雄型筒状エレメントの内面を加工することが必要になるかもしれない。

一例として、自由端近くの金属同士のシール面の効力に関して、外周周りの面の下に規定の一定の厚みを提供することが望ましい。

或いは、自由端の前面が軸方向の当接部として作用すべき場合、その前面の横断面は、その断面が取ることができる最大の組立トルクを決定するために良好に画定されなければならない。

他の状況も生じ得る。

管の内面は、不完全さ、すなわち、巨視的幾何学形状（直径のばらつきおよび外面に対する偏心のばらつき）と微視的幾何学形状（表面特性）との両方を有する。

筐体形成および管形成に関して米国石油協会（ＡＰＩ）からのＡＰＩ仕様５ＣＴは、以下の公差を規定している。

外径に対して−０．５０％から+１％
厚みに対して±１２．５％
質量に対して−３．５％から+６．５％
内径に関しては、ＡＰＩは、その公差が外径および質量の公差によって決定されることを指摘している。このように、公差は、外径に対するものよりもかなり広い。

外面に対する内面の偏心に関して、これは厚みの公差に含まれる。

従来、内面は、２０ｍｍのオーダーの軸方向長さにわたって加工され、この加工された面は、小さな傾斜を有するテーパー状面取り部を介して管の残りの内面に接続される：例えば、ＮＥＷ ＶＡＭの表題の下で、本願の出願人によって出版されたＶＡＭカタログを参照。

加工に先行して管の厚みが内面の効果的加工を行うのに不十分である場合、その端部のリダクションスエージング（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｗａｇｉｎｇ）が実行される（テーパー化としても知られている）。

この公知の手段は、ある場合には、例えば、シール面がその自由端に隣接しないまたはそのすぐ近くにない場合には、および、特に雄型エレメントが、直径方向の拡張を受けて拡張後にシールされるような螺子式接続部を構成する筒状エレメントである場合には、不十分であることが分かるかもしれない。

より具体的には、例えば、ＷＯ−Ａ−０２／０１１０２に記述されているように、接続部の内径よりも大きな直径を有する拡張ツールを使用して塑性変形領域で直径方向の拡張を受けるようにされ、その領域内で軸方向へ変位される螺子式筒状接続部に関係している。

管の内面の非加工ゾーンと、より大きな直径を有する加工ゾーンとの間の変化は、拡張マンドレル（心棒）の動作に対して弊害をもたらし、接触特性に対して特に拡張後の雄型エレメントのシール面と雌型エレメントのシール面との間の接触圧に対して悪影響を及ぼす。

同じ不利益は、未加工部分が外面に対しての偏心、真円度問題または軸方向への不揃い（凹凸）、または、表面の不完全さ（継目、傷、粗さ等）によるか否かに関わらずに、未加工部分内の雄型エレメントの不揃いによって引き起こされる。

本発明は、上記不利益を克服することを目的とする。

本発明は、外面と内面が、ほぼ一定の径を有するほぼ円形横断面を具備するが完全には同心ではなくてもよい管の端部領域に形成された雄型筒状エレメントに関しており、前記雄型筒状エレメントは、第１のテーパー状雄型螺子部と少なくとも一つのシール面とを備えており、第２のテーパー状雌型螺子部と少なくとも一つの第２のシール面とを備える雌型筒状エレメントと組立により協働してシール螺子式筒状接続部を形成し、前記シール式螺子式筒状接続部では前記シール面は金属同士の相互シール接触状態になっており、前記雄型筒状エレメントの内面は、前記雄型エレメントの前記自由端に隣接し円形断面を備え前記管の外面と同心である第１のゾーンを有する。

本発明は、特に、前記雄型筒状エレメントの内面が、前記第１のゾーンに軸方向に追随し前記管の外面と同心の円形断面を有し前記第１のゾーンの半径よりも大きな半径を有するとともに、前記管の長さの残りの部分の内面の長さよりも大きい第２のゾーンを備えている。

ここで使用される用語「シール接触」は、強力に互いに対して押圧され特にガスに対して金属同士のシールを形成する二つの面の間の接触を意味する。

相補的または代替的であってもよい本発明の任意の特徴は以下に規定される。

前記第２のゾーンの半径は前記管の最大内径の半分以下であり、それは上で定義された公差に起因する。

前記第２のゾーンの半径は、前記管の最大内径の半分に近い。

前記第２のゾーンは、軸方向に前記自由端とは反対側で少なくとも前記自由端とは反対の前記螺子部の端部へ延出している。

前記第２のゾーンは、自由ではない前記雄型筒状エレメントの端部へ軸方向に延出している。

前記雄型螺子部は、リップによって前記自由端から分離されており、前記第１のゾーンは、前記リップまたは前記第１の螺子部へ軸方向に延出している。

前記第２のゾーンは、ほぼテーパー状面を介して前記第１のゾーンに接続されている。

前記第１のゾーンに接続する前記ほぼテーパー状面が、１５°以下の半頂角を有する。

前記第２のゾーンは、ほぼテーパー状面を介して前記管の残りの内面に接続されている。

前記管の残りの内面に接続する前記ほぼテーパー状面は、１５°以下の半頂角を有する。

前記第１のゾーンの半径は、前記管の内面の直径に対して呼び値の半分未満である。

少なくとも一つのシール面は、雄型螺子部と自由端との間に配置されるリップに配置されている。

少なくとも一つのシール面は、自由端とは反対側で雄型螺子部を越えて配置されている。

前記自由端の前面は、前記雌型筒状エレメントに対して軸方向当接面である。

前記第２のゾーンの表面特性は、前記管の長さの残りの部分の内面よりも良好である。

また、本発明は、上で定義されたような雄型筒状エレメントと、前記雄型筒状エレメントと協働する雌型筒状エレメントとを備えている螺子式筒状接続部に関しており、そして、前記第１のゾーンが第１の成形によって得られ前記第２のゾーンが第２の成形によって得られる雄型筒状エレメントを製造する方法に関する。

本発明の方法は、以下の特徴の幾つかまたは全てを備えていてもよい。

前記第２の成形は、前記第１の成形の後に実行される。

前記第２のゾーンは材料を除去することによって得られる。

前記第２のゾーンは加工によって得られる。

前記第１のゾーンの製造に先立って、前記端部領域の長さの一部にわたって、前記管がリダクションスエージング操作を受けて外径および内径を前記自由端まで漸進的に減少する。

前記第２のゾーンを前記第１のゾーンに接続する前記ほぼテーパー状面は、前記リダクションスエージング操作によって形成される。

前記リダクションスエージング操作は、前記第１および第２の成形に先立って実行される。

また、本発明は、上で定義されるような初期の筒状接続部が、前記雄エレメントの前記第２のゾーンの内径よりも大きな半径を有し前記接続部において軸方向へ変位される拡張ツールを使って、塑性変形領域内で直径方向の拡張を受ける、シール筒状接続部を製造する方法を提供する。

後者の方法では、以下の点で有利である。

前記第２のゾーンは、少なくとも前記接続部の全長に等しい、前記雄型エレメントの自由端から軸方向距離まで延出する。

前記第２のゾーンは、前記雄型エレメントの自由端から軸方向距離まで延出して、前記拡張ツールが前記雄型螺子部を越えて配置された前記シール面の下を通過する時に前記第２のゾーンを拡張するようにする。

本発明の特徴と利点は、添付の図面を参照して以下の記述で詳細に述べられ、そこでは、同じまたは類似の構成要素は、図面の全てにおいて同じ符号によって指定される。

管の外面の軸である軸Ａの回りの回転の図に近い図１に示された公知の雄型筒状エレメント１は、雄型テーパー状螺子部２と、螺子部２と当該エレメントの自由端４との間に延出する雄型リップ３とを備える。螺子部２とリップ３は、公知の方法で、雌型筒状エレメント（図示せず）のテーパー状雌型螺子部と雌型凹部とを協働させて前記二つのエレメントを組み立てるとともに得られた螺子式筒状接続部の内部空間５と外部媒体６との間にシールを形成することによって接続部を生成するようにしており、少なくとも一つのシール面７は、リップ３上に設けられて、シール面が径方向に例えばテーパー同士で干渉する場合には組立後に直接的に、または、使い始める前に筒状接続部が拡張されるようにする場合にはＵＳ−Ａ−６７１２４０１（米国特許第６７１２４０１号）に記述されているような半径方向の拡張後に、雌型凹部の対応する面とシール接触する。

螺子部２とリップ３は、エレメント１を形成するようにした管の端部領域に与えられるリダクションスエージング操作後の加工により生成されて、管の内面８および外面９に端部領域でテーパー形状を与えるようにしている。

この公知の筒状エレメントにおいて、リップ３の半径方向内面１０は、リダクションスエージング操作後に第１の成形によって、例えば、加工によって得られる。この面１０は、管の外面と同軸となっており、管の残りの部分の内径Ｒ０よりも大きな半径Ｒ１を有しており、半径Ｒ０、Ｒ１を持つ部分は、管の自由端に対向する面取り部１１を介して接続されている。

この構成は、面取り部１１に沿う拡張ツールの通過中に接続部の動作に影響を及ぼすこと、およびその結果として拡張後の接続部のシールに損傷を与えることが知られている。同じ影響は、長手方向および周方向の両方における半径Ｒ０のばらつきによって、および、加工された外面に対してエレメントの未加工な内面の偏心によって引き起こされ、符号Ａを有する軸は、管の外面の軸であり、その軸はエレメント１を加工するために使用される旋盤の顎部内で保持される。

これらの不利益は、本発明の方法の第２の成形ステップによって除去され、そのおかげで、螺子部２とリップ３を加工し面１０の第１の成形を行った後に、エレメント１は、リップ３に隣接するその長さの少なくとも一部にわたって、リップ３の内面１０の半径Ｒ１よりも大きな半径Ｒ２を有する円筒状内面２０を有しており、次に、面１０、２０は、エレメントの自由端４とは反対方向に対向する面取り部２１を介して接続される。更に、好ましくは、旋盤加工によって形成される面２０は、長手方向および周方向の両方で正確に一定の半径Ｒ２を有し、エレメント１の加工済み外面と同心となっている。

面２０を生成する他の方法、すなわち、化学的加工、電解腐食等による電解加工、材料除去（レーザー、イオンビームエッチング等）、または、熱間または冷間の変形によりまたは成形片の使用により材料の除去をしないことが実行されてもよい。

図３から理解されるように、成形された面２０は、リップ３を除いて螺子式エレメントの全長Ｌにわたって、すなわち、管１３の外面の加工部分１２と外面の残りの未加工部分１４との間の接合部まで軸方向へ延出することが好ましい。

シール面７に加えてまたはそれの代わりに、雄型エレメント１がその自由端４に対して螺子部２を越えて配置されたシール面１５を有する場合、図４に示されるように、成形された面２０が、エレメント１の長さＬよりも僅かに大きい自由端４から距離Ｌ１まで延出することが有利であり、それによって、拡張ツールが、シール面１５を軸方向へ通過する時に面２０を拡張する。

図５は、図３の雄型エレメント１をそれ自体公知である適切な雌型エレメント３０に組み立てることによって得られる螺子式筒状接続部を示している。

実施例
雄型筒状エレメントは、図３に従って、１９３．６８ｍｍの呼び径（外径）と４４．２ｋｇ／ｍの線形質量を有する管から製造され、１７４．６３ｍｍの呼び内径（それぞれ１７２．２４ｍｍと１７７．４７ｍｍのＡＰＩに従う最小直径と最大直径）を生成する。このエレメントは、リップ３上のシール面７（内側シール面）と、螺子部２に対して自由端４とは反対側のシール面１５（外部シール面）とを有する。また、このエレメントは、以下の数値的特徴も有する。
半径Ｒ１ ８７．３１５ｍｍ
半径Ｒ２ ８８．０２５ｍｍ
（ＡＰＩ最大半径＝８８．７３５ｍｍ）
面取り部２１の傾斜 ５°
面取り部２２の傾斜 ６°
長さＬ１ １０１ｍｍ
得られた雄型エレメントは、適切な雌型エレメントに組み合わされ、１９４ｍｍの直径を有する拡張ツールは、結果として得られた接続部の中に通過させられる。次に、内側シール面は、雌型エレメントの対応する面と効果的な接触をする二つの環状ゾーンを有しており、外側シール面は、雌型エレメントの対応する面を有する有効環状接触ゾーンを有する。コンピュータシミュレーション（仕上げられたエレメント）を使って、これら三つの接触ゾーンの各々に対して有効接触ゾーンの軸方向長さと接触圧の分布とを決定し、それによって、接触特性の最も顕著な尺度であるゾーンの長さにわたって計算されるべき接触圧の積分を可能にする。

比較例
この比較例の手順は、以下の通りであり、成形ステップを省略している。拡張後に、実施例の接触ゾーンと類似する接触ゾーンが得られ、そのために、最小内径の半分に等しい半径Ｒ０に基づいて同じ計算が行われる。

その結果は、比較例において内側シールゾーン１に対してまたは外側シール面に対して接触圧の積分の割合として以下の表に示される。

二つの内側シールゾーンの記述に対しては、ＷＯ−Ａ−０３／６０３７０を参照。

本発明は、拡張後に接触圧の顕著な改善を提供し、特にこの点に関して内側シールの二つの接触ゾーンの顕著な改善を提供する。

本発明は種々の構成の螺子式筒状接続部に適用可能であり、それは、特に、ＵＳ−Ａ−６７１２４０１、ＷＯ−Ａ−０３／６０３７０、およびＷＯ−Ａ−０４／００３４１６において記述され、２００４年３月４日に出願された国際特許出願番号ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００２１９６において記述され、および２００３年１１月２８日に出願されたフランス特許出願番号０３１４０３７、０３１４０３８、および０３１４０３９に記述されている。

従来技術の雄型筒状エレメントの部分半断面図である。 本発明の雄型筒状エレメントに関連する図１に類似の図である。 本発明の雄型筒状エレメントの部分半断面図である。 本発明の雄型筒状エレメントと、それが一部を形成するその管の隣接ゾーンとを示す部分半断面図である。 本発明の雄型筒状エレメントおよび雌型筒状エレメントによって形成された初期の筒状接続部の部分半断面図である。

Claims (24)

1. 外面と内面が、ほぼ一定の径を有するほぼ円形横断面を具備する管（１３）の端部領域に形成された雄型筒状エレメント（１）であって、
   前記雄型筒状エレメントは、第１のテーパー状雄型螺子部（２）と少なくとも一つのシール面（７）とを備えており、
   第２のテーパー状雌型螺子部と少なくとも一つの第２のシール面とを備える雌型筒状エレメントと組立により協働してシール螺子式筒状接続部を形成し、
   前記シール式螺子式筒状接続部では前記シール面は金属同士の相互シール接触状態になっており、前記少なくとも一つのシール面（７，１５）は、雌型螺子部と自由端（４）との間に配置されたおよび/または自由端（４）とは反対側で前記雄型螺子部を越えて配置されたリップ（３）に配置され、
   前記雄型筒状エレメントの内面は、前記雄型エレメントの前記自由端（４）に隣接し、円形断面を備え、前記管の外面と同心である第１の形成されたゾーン（１０）を有する雄型筒状エレメントであって、
   前記雄型筒状エレメントの内面は、前記第１のゾーン（１０）に軸方向に追随し、前記管の外面と同心の円形断面を有し、
   前記第１のゾーンの半径（Ｒ１）よりも大きな半径（Ｒ２）を有するとともに、前記管の長さの残りの部分の内面の半径よりも大きい第２の形成されたゾーン（２０）を備えている、雄型筒状エレメント（１）。
2. 前記第２のゾーン（２０）の半径（Ｒ２）は、前記管（１３）の最大内径の半分以下である、請求項１に記載の雄型筒状エレメント（１）。
3. 前記第２のゾーン（２０）の半径（Ｒ２）は、前記管（１３）の最大内径の半分に近い、請求項２に記載の雄型筒状エレメント（１）。
4. 前記第２のゾーン（２０）は、軸方向に前記自由端（４）とは反対側で少なくとも前記自由端（４）とは反対の前記螺子部（２）の端部へ延出している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の雄型筒状エレメント（１）。
5. 前記第２のゾーン（２０）は、前記雄型筒状エレメントの前記リップ（３）および前記自由端（４）とは反対側の方向に延出している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の雄型筒状エレメント（１）。
6. 前記雄型螺子部（２）は、リップによって前記自由端（４）から分離されており、前記第１のゾーン（１０）は、前記リップまたは前記第１の螺子部へ軸方向に延出している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の雄型筒状エレメント（１）。
7. 前記第２のゾーン（２０）は、ほぼテーパー状面を介して前記第１のゾーン（１０）に接続されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の雄型筒状エレメント（１）。
8. 前記第１のゾーンに接続する前記ほぼテーパー状面が、１５度以下の半頂角を有する、
   請求項７に記載の雄型筒状エレメント（１）。
9. 前記第２のゾーン（２０）は、ほぼテーパー状面を介して前記管（１３）の残りの内面に接続されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の雄型筒状エレメント（１）。
10. 前記管の残りの内面に接続する前記ほぼテーパー状面は、１５度以下の半頂角を有する、請求項９に記載の雄型筒状エレメント（１）。
11. 前記第１のゾーン（１０）の半径（Ｒ１）は、前記管の内面の直径に対して呼び値の半分未満である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の雄型筒状エレメント（１）。
12. 前記自由端の前面は、前記雌型筒状エレメントに対して軸方向当接面である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の雄型筒状エレメント（１）。
13. 前記第２のゾーンの表面特性は、前記管の長さの残りの部分の内面よりも良好である、
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載の雄型筒状エレメント（１）。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の雄型筒状エレメント（１）と、前記雄型筒状エレメントと協働する雌型筒状エレメント（３０）とを備えている、螺子式筒状接続部。
15. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の雄型筒状エレメントを製造する方法であって、前記第１のゾーン（１０）は第１の成形によって得られ、前記第２のゾーン（２０）は第２の成形によって得られる、雄型筒状エレメントを製造する方法。
16. 前記第２の成形は、前記第１の成形の後に実行される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第２のゾーン（２０）は材料を除去することによって得られる、請求項１５または１６に記載の方法。
18. 前記第２のゾーン（２０）は加工によって得られる、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１のゾーン（１０）の製造に先立って、前記端部領域の長さの一部にわたって、
    前記管（１３）がリダクションスエージング操作を受けて外径および内径を前記自由端（４）まで漸進的に減少する、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 請求項７に記載の雄型筒状エレメントを製造するために、前記第２のゾーン（２０）を前記第１のゾーン（１０）に接続する前記ほぼテーパー状面は、前記リダクションスエージング操作によって形成される、請求項１９に記載の方法。
21. 前記リダクションスエージング操作は、前記第１および第２の成形に先立って実行される、請求項１９または２０に記載の方法。
22. シール筒状接続部を製造する方法であって、
    請求項１４に記載の初期の筒状接続部（１）は、前記雄エレメントの前記第２のゾーンの内径（Ｒ２）よりも大きな半径を有し前記接続部において軸方向へ変位される拡張ツールを使って、塑性変形領域内で直径方向の拡張を受ける、シール筒状接続部を製造する方法。
23. 前記第２のゾーン（２０）は、少なくとも前記接続部の全長（Ｌ）に等しい、前記雄型エレメントの自由端（４）から軸方向距離まで延出する、請求項２２に記載の方法。
24. 少なくとも一つのシール面（１５）は、前記自由端（４）の反対側で前記雄型螺子部を越えて配置され、前記第２のゾーン（２０）は、前記雄型エレメントの自由端（４）から軸方向距離まで延出して、前記拡張ツールが前記雄型螺子部を越えて配置された前記シール面（１５）の下を通過する時に前記第２のゾーン（２０）を拡張するようにする、請求項２２に記載の方法。

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