JP6577654B2 - 鋼管用ねじ継手 - Google Patents
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Description
(i)前記ボックスの外径が前記ピンの管本体の外径の110%未満である。
(ii)前記ピンは、前記ピンの先端から管本体に向けて順に、ダブテイル形状のテーパねじの第1雄ねじ部、第1シール面、ショルダー面、第2シール面、及びダブテイル形状のテーパねじの第2雄ねじ部を備える。
(iii)前記第1シール面は、第1テーパ面と前記第1テーパ面の両端の第1湾曲面とを有する。前記第2シール面は、第2テーパ面と前記第2テーパ面の両端の第2湾曲面とを有する。前記第1テーパ面と前記ピンの先端側の前記第1湾曲面との境界から前記ショルダー面までの管軸方向の距離L1が15mm以上である。前記第2テーパ面と前記ピンの管本体側の前記第2湾曲面との境界から前記ショルダー面までの管軸方向の距離L2が15mm以上である。前記距離L1と前記距離L2の合計距離Lが50mm以上である。
(iv)前記ボックスは、前記ボックスの管本体から先端に向けて順に、ダブテイル形状のテーパねじの第1雌ねじ部、第1シール面、ショルダー面、第2シール面、及びダブテイル形状のテーパねじの第2雌ねじ部を備える。
(v)締結状態において、上記のねじ継手は、
・前記ショルダー面同士が接触し、前記第1シール面同士が接触し、前記第2シール面同士が接触して、
・前記第1雄ねじ部及び前記第1雌ねじ部の挿入フランク面同士の間に隙間が形成されるとともに、前記第1雄ねじ部のねじ谷底面と前記第1雌ねじ部のねじ山頂面との間、又は前記第1雄ねじ部のねじ山頂面と前記第1雌ねじ部のねじ谷底面との間に隙間が形成され、
・前記第2雄ねじ部及び前記第2雌ねじ部の挿入フランク面同士の間に隙間が形成されるとともに、前記第2雄ねじ部のねじ谷底面と前記第2雌ねじ部のねじ山頂面との間、又は前記第2雄ねじ部のねじ山頂面と前記第2雌ねじ部のねじ谷底面との間に隙間が形成される。
優れた密封性能を確実に発揮できること。
[内シール部と外シール部との間の距離L]
内シール部と外シール部との間の距離Lは50mm以上である。この距離Lが50mm未満であると、締結の過程で内シール部の接触と外シール部の接触とが相互に作用し、かえって密封性能を発揮できない。距離Lの好ましい下限は、55mmである。
内シール部からショルダー部までの距離L1、及び外シール部からショルダー部までの距離L2は、内シール部と外シール部との間の距離Lに対する関係で設定され、いずれも15mm以上とする。距離L1、L2が15mm未満であると、シール面の確保が困難になる。距離L1、L2の好ましい下限は、20mmである。
管軸に沿った縦断面において、管軸とショルダー面とのなす角度は75〜105°とするのが好ましい。その角度が75°を下回ると、ショルダー面同士が、管軸に対して垂直な面からピンのねじ込み進行方向に大きく傾倒し、フック状の形態で押圧接触する状態となる。このため、ショルダー部が塑性変形し易くなり、密封性能が不安定になる。ショルダー面の角度のより好ましい下限は、85°である。
シール部の領域において、ピン及びボックスのいずれか一方の肉厚があまりに厚いと、それに対応して他方の肉厚が薄くなり、当該他方の剛性が低下する。剛性が低下したピン又はボックスは、耐圧力性能が低下する。したがって、シール部の領域でのピンの肉厚及びボックスの肉厚は、それぞれの管本体の肉厚の45%以上80%以下とするのが好ましい。各肉厚の好ましい下限は、10.5mmである。各肉厚の好ましい上限は、17mmである。
ねじ部のテーパは、急勾配にし過ぎると、ねじ部全体の長さが短くなり過ぎて、トルク性能が大幅に低下する。一方、ねじ部のテーパは、緩やかな勾配にし過ぎると、ねじ部全体の長さが増加することから、製造コストが上昇する。したがって、ねじ部のテーパ角は、管軸に対して1.5〜4°であることが好ましい。ねじ部のテーパ角のより好ましい下限は、2.0°である。ねじ部のテーパ角のより好ましい上限は、3.6°である。
FEM解析では、前記図1に示すインテグラル型の鋼管用ねじ継手のモデルを複数作製した。これらのモデルについて、内シール部からショルダー部までの距離L1、及び外シール部からショルダー部までの距離L2を種々変更した。この変更により、内シール部と外シール部との間の距離Lを変更した。更に、ショルダー面の角度も種々変更した。
・鋼管の寸法:14[inch]、115[lb/ft](外径が355.6mm、内径が314.35mm、肉厚が20.625mm)
・鋼管のグレード:API規格のQ125(降伏強度が125ksi(862MPa)の炭素鋼)
FEM解析では、締結状態の各モデルにISO13679のSeries A試験を模擬した荷重を順次負荷した。その荷重における外シール部(第2シール部)のシール接触力[N/mm]、すなわち「シール面同士の平均接触面圧」×「接触幅」の最小値を比較することにより、外圧に対する密封性能を評価した。接触力の値が高いほどシール部の密封性能が良いことを意味する。同様に、内シール部(第1シール部)でもシール接触力を比較することにより、内圧に対する密封性能を評価した。
試験結果を下記の表4に示す。
11:第1雄ねじ部、
11a:第1雄ねじ部のねじ山頂面、
11b:第1雄ねじ部のねじ谷底面、
11c:第1雄ねじ部の挿入フランク面、
11d:第1雄ねじ部の荷重フランク面、
12:第1シール面、
12a:第1テーパ面、
12b、12c:第1湾曲面、
13:ショルダー面、
14:第2シール面、
14a:第2テーパ面、
14b、14c:第2湾曲面、
15:第2雄ねじ部、
15a:第2雄ねじ部のねじ山頂面、
15b:第2雄ねじ部のねじ谷底面、
15c:第2雄ねじ部の挿入フランク面、
15d:第2雄ねじ部の荷重フランク面、
20:ボックス、
21:第1雌ねじ部、
21a:第1雌ねじ部のねじ山頂面、
21b:第1雌ねじ部のねじ谷底面、
21c:第1雌ねじ部の挿入フランク面、
21d:第1雌ねじ部の荷重フランク面、
22:第1シール面、
23:ショルダー面、
24:第2シール面、
25:第2雌ねじ部、
25a:第2雌ねじ部のねじ山頂面、
25b:第2雌ねじ部のねじ谷底面、
25c:第2雌ねじ部の挿入フランク面、
25d:第2雌ねじ部の荷重フランク面、
L:第1シール部と第2シール部との間の距離、
L1:第1シール部からショルダー部までの距離、
L2:第2シール部からショルダー部までの距離、
P1:第1テーパ面とピンの先端側の第1湾曲面との境界位置、
P2:第2テーパ面とピンの管本体側の第2湾曲面との境界位置、
P3:ショルダー面同士の接触領域のうちの最小径の位置、
C1:隙間、
C2:隙間、
CL:管軸
Claims (5)
- 管状のピンと、管状のボックスとから構成され、前記ピンが前記ボックスにねじ込まれて前記ピンと前記ボックスが締結される鋼管用ねじ継手であって、
前記ボックスの外径が前記ピンの管本体の外径の110%未満であり、
前記ピンは、前記ピンの先端から管本体に向けて順に、ダブテイル形状のテーパねじの第1雄ねじ部、第1シール面、ショルダー面、第2シール面、及びダブテイル形状のテーパねじの第2雄ねじ部を備え、
前記第1シール面は、第1テーパ面と前記第1テーパ面の両端の第1湾曲面とを有し、
前記第2シール面は、第2テーパ面と前記第2テーパ面の両端の第2湾曲面とを有し、
前記第1テーパ面と前記ピンの先端側の前記第1湾曲面との境界から前記ショルダー面までの管軸方向の距離L1が15mm以上であり、
前記第2テーパ面と前記ピンの管本体側の前記第2湾曲面との境界から前記ショルダー面までの管軸方向の距離L2が15mm以上であり、
前記距離L1と前記距離L2の合計距離Lが50mm以上であり、
前記ボックスは、前記ボックスの管本体から先端に向けて順に、ダブテイル形状のテーパねじの第1雌ねじ部、第1シール面、ショルダー面、第2シール面、及びダブテイル形状のテーパねじの第2雌ねじ部を備え、
締結状態において、
前記ショルダー面同士が接触し、前記第1シール面同士が接触し、前記第2シール面同士が接触し、
前記第1雄ねじ部及び前記第1雌ねじ部の挿入フランク面同士の間に隙間が形成されるとともに、前記第1雄ねじ部のねじ谷底面と前記第1雌ねじ部のねじ山頂面との間、又は前記第1雄ねじ部のねじ山頂面と前記第1雌ねじ部のねじ谷底面との間に隙間が形成され、
前記第2雄ねじ部及び前記第2雌ねじ部の挿入フランク面同士の間に隙間が形成されるとともに、前記第2雄ねじ部のねじ谷底面と前記第2雌ねじ部のねじ山頂面との間、又は前記第2雄ねじ部のねじ山頂面と前記第2雌ねじ部のねじ谷底面との間に隙間が形成される、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記ねじ山頂面と前記ねじ谷底面との間の前記隙間が0.10mm以上0.20mm未満である、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1又は2に記載の鋼管用ねじ継手であって、
管軸に沿った縦断面において、管軸と前記ショルダー面とのなす角度が75〜105°である、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記合計距離Lが90mm以下である、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記第1雄ねじ部と前記第1雌ねじ部で構成される第1ねじ部、及び前記第2雄ねじ部と前記第2雌ねじ部で構成される第2ねじ部が、1条ねじ又は2条ねじである、鋼管用ねじ継手。
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