JPH01275987A - 圧力によって作動する密封継手 - Google Patents
圧力によって作動する密封継手Info
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- JPH01275987A JPH01275987A JP1024760A JP2476089A JPH01275987A JP H01275987 A JPH01275987 A JP H01275987A JP 1024760 A JP1024760 A JP 1024760A JP 2476089 A JP2476089 A JP 2476089A JP H01275987 A JPH01275987 A JP H01275987A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
- F16L15/06—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints characterised by the shape of the screw-thread
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S285/00—Pipe joints or couplings
- Y10S285/917—Metallic seals
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Quick-Acting Or Multi-Walled Pipe Joints (AREA)
- Joints With Pressure Members (AREA)
- Joints Allowing Movement (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、大きな流体圧力が内側又は外側に存在し得る
管システムで使用するための密封継手に係わる。本発明
はより特定的には、機械的締付は手段によって互いにか
み合うテーパエツジを備えた一対の同軸管状金属セクシ
ョンを含む密封継手に係わる。
管システムで使用するための密封継手に係わる。本発明
はより特定的には、機械的締付は手段によって互いにか
み合うテーパエツジを備えた一対の同軸管状金属セクシ
ョンを含む密封継手に係わる。
このタイプの密封継手は一般的には圧力式テーパ管継手
（ｔａｐｅｒｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｉｔｔｉｎｇ
ｓ）であり、その＠械的締付は手段は通常、永続的軸線
方向圧力を前記金属セクションに加えることによってテ
ーパエツジを互いに気密的に咬合せしめる旋回ナツトか
らなる。この種の公知の密封継手は、継手が大きな圧力
差に絶えるられるようにするためには、前記管状セクシ
ョンに比較的大きな軸線方向圧縮力を加えなければなら
ないという欠点を有する。
（ｔａｐｅｒｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｉｔｔｉｎｇ
ｓ）であり、その＠械的締付は手段は通常、永続的軸線
方向圧力を前記金属セクションに加えることによってテ
ーパエツジを互いに気密的に咬合せしめる旋回ナツトか
らなる。この種の公知の密封継手は、継手が大きな圧力
差に絶えるられるようにするためには、前記管状セクシ
ョンに比較的大きな軸線方向圧縮力を加えなければなら
ないという欠点を有する。
このような大きな圧縮力を受ける密封継手は、前記大き
な流体圧力差の他に前記大きな圧縮力にも耐えられる程
十分な強度を有する部材で構成しなければならない。前
記大きな圧縮力を加えると管状セクションのテーパエツ
ジ部分が継続的弾性変形又は塑性変形を生じ、その結果
保守又は修理時にテーパエツジを互いに引き雛す操作が
困難になる。
な流体圧力差の他に前記大きな圧縮力にも耐えられる程
十分な強度を有する部材で構成しなければならない。前
記大きな圧縮力を加えると管状セクションのテーパエツ
ジ部分が継続的弾性変形又は塑性変形を生じ、その結果
保守又は修理時にテーパエツジを互いに引き雛す操作が
困難になる。
本発明の目的は、前述のごとき公知密封継手の欠点を解
消して、密封継手が大きな圧力差に耐えなければならな
い場合でも余り大きな軸線方向圧縮力を加える必要がな
い改良された密封継手を提供することにある。
消して、密封継手が大きな圧力差に耐えなければならな
い場合でも余り大きな軸線方向圧縮力を加える必要がな
い改良された密封継手を提供することにある。
本発明の密封継手は、機械的締付は手段によって各テー
パー面の間に円錐形接触領域ができるように当接し合い
、互いにかみ合うテーパーエツジを備えた一対の同軸管
状金属セクションを含み、テーパーエツジを有する前記
管状セクションのうち第１のセクションが装置の作動中
に片側で前記高圧にさらされ、前記円錐形接触領域の中
心点における該セクションの壁厚ｔｍｆが第２の管状セ
クションの隣接テーパーエツジの前記中心点における壁
族厚みｔｍｍより小さい。
パー面の間に円錐形接触領域ができるように当接し合い
、互いにかみ合うテーパーエツジを備えた一対の同軸管
状金属セクションを含み、テーパーエツジを有する前記
管状セクションのうち第１のセクションが装置の作動中
に片側で前記高圧にさらされ、前記円錐形接触領域の中
心点における該セクションの壁厚ｔｍｆが第２の管状セ
クションの隣接テーパーエツジの前記中心点における壁
族厚みｔｍｍより小さい。
本発明の密封継手は石油及びガスの坑井、又は電気ケー
ブルを連続金属シースで保護しなければならないような
その他の過酷な環境で使用することができる。本発明の
密封継手は特に、石油及びガスの坑井で、電気ケーブル
の金属シースを電気コネクタ地点で相互に接続する場合
に使用すると有利である。このような石油及びガスの坑
井では金属シースで保護した導管システムの外側に大き
な流体圧力が存在するため、金属シースセクションの相
互接続に使用される密封継手はいずれも、内側テーパー
面を有するボックスセクションからなる第１管状セクシ
ョンと、外側テーパー面を有するピンセクションからな
る第２管状セクションとを含む。２つのテーパー面の間
の円錐形接触領域の中心では第１セクションの壁の厚さ
が当該継手の第２セクションの壁の厚さより薄いため、
継手の周りで坑井内に湿る大きな圧力が壁の薄い第１セ
クションを壁の厚い第２セクションに押し付けることが
できる。第２セクションは壁の厚さが厚いだけに剛性も
第１セクションより大きく、従って継手の周りの大きな
圧力によってシールが機能し且つその気密性が増加する
。換言すれば、第２セクションの壁が厚いために、壁の
薄い第１セクションのテーパーエツジに作用する流体圧
力によってシールが変形しても、第２セクションには１
セクションより大きな弾性エネルギーが蓄えられること
になる。
ブルを連続金属シースで保護しなければならないような
その他の過酷な環境で使用することができる。本発明の
密封継手は特に、石油及びガスの坑井で、電気ケーブル
の金属シースを電気コネクタ地点で相互に接続する場合
に使用すると有利である。このような石油及びガスの坑
井では金属シースで保護した導管システムの外側に大き
な流体圧力が存在するため、金属シースセクションの相
互接続に使用される密封継手はいずれも、内側テーパー
面を有するボックスセクションからなる第１管状セクシ
ョンと、外側テーパー面を有するピンセクションからな
る第２管状セクションとを含む。２つのテーパー面の間
の円錐形接触領域の中心では第１セクションの壁の厚さ
が当該継手の第２セクションの壁の厚さより薄いため、
継手の周りで坑井内に湿る大きな圧力が壁の薄い第１セ
クションを壁の厚い第２セクションに押し付けることが
できる。第２セクションは壁の厚さが厚いだけに剛性も
第１セクションより大きく、従って継手の周りの大きな
圧力によってシールが機能し且つその気密性が増加する
。換言すれば、第２セクションの壁が厚いために、壁の
薄い第１セクションのテーパーエツジに作用する流体圧
力によってシールが変形しても、第２セクションには１
セクションより大きな弾性エネルギーが蓄えられること
になる。
２つのテーパー金属セクションの間の軸線方向プレロー
ドは最大値より小さくすることが好ましい。これは、前
記プレロードによってセクションが変形し、その結果テ
ーパーエツジが互いに接触しなくなるか又は塑性変形す
るような事態を回避するためである。
ドは最大値より小さくすることが好ましい。これは、前
記プレロードによってセクションが変形し、その結果テ
ーパーエツジが互いに接触しなくなるか又は塑性変形す
るような事態を回避するためである。
以下、添付図面に基づき本発明をより詳細に説明する。
第１ａ図及び第１ｂ図は電気ケーブルシステムの２つの
セクション１及び２を示している。各ケーブルセクショ
ン１．２は夫々金属管３．４で保護されており、これら
の管は流体の侵入と外部衝撃力とに対する保護シースを
構成する。ケーブルセクション１．２は、本発明の圧力
作動式密封継手８に包囲された電気的ビン−ボックス接
続部材６によって相互に接続される。
セクション１及び２を示している。各ケーブルセクショ
ン１．２は夫々金属管３．４で保護されており、これら
の管は流体の侵入と外部衝撃力とに対する保護シースを
構成する。ケーブルセクション１．２は、本発明の圧力
作動式密封継手８に包囲された電気的ビン−ボックス接
続部材６によって相互に接続される。
継手８は内側テーパー面１２を有する゛テーパーエツジ
１１を備えた第１管状金属セクション１０と、外側テー
パー面１６を有するテーパーエツジ１５を備えた第２管
状金属セクション１４とを含む。
１１を備えた第１管状金属セクション１０と、外側テー
パー面１６を有するテーパーエツジ１５を備えた第２管
状金属セクション１４とを含む。
第２図に基づいて説明するように、第１セクション１０
のテーパーエツジ１１はテーパー面１２及ヒ１６の間の
円錐形接触部分の中心Ｍでは壁の厚みｔｍｆが前記中心
Ｍにおける第２セクション１４のテーパーエツジの壁の
厚みｔ ｍ ＋ｎより薄くなっており、そのため使用中
に継手の周りの流体の大きな圧力Ｐ１によって前記面１
２及び１６が互いに接触し合う。第１ａ図は、継手８の
第１セクション１０及び第２セクション１４のテーパー
面１２及び１６が、第１セクションのネジ山１９及び第
２セクション１４のショルダ２０と協働する旋回ナツト
１８からなる機械的締付は手段によって互いに締め付け
られる状態を示している。
のテーパーエツジ１１はテーパー面１２及ヒ１６の間の
円錐形接触部分の中心Ｍでは壁の厚みｔｍｆが前記中心
Ｍにおける第２セクション１４のテーパーエツジの壁の
厚みｔ ｍ ＋ｎより薄くなっており、そのため使用中
に継手の周りの流体の大きな圧力Ｐ１によって前記面１
２及び１６が互いに接触し合う。第１ａ図は、継手８の
第１セクション１０及び第２セクション１４のテーパー
面１２及び１６が、第１セクションのネジ山１９及び第
２セクション１４のショルダ２０と協働する旋回ナツト
１８からなる機械的締付は手段によって互いに締め付け
られる状態を示している。
旋回ナツト１８はトルクレンチ（図示せず）で捕捉でき
る六角形部分２１を含み、ナラ１へ１８の内面と各管状
セクション１０．１４の外面との間にはエラストマリン
グ２２が配置されており、ナツト１８をトルクレンチで
締め付けるか又は緩める時に前記面の間に軽い京擦が起
こるようになっている。
る六角形部分２１を含み、ナラ１へ１８の内面と各管状
セクション１０．１４の外面との間にはエラストマリン
グ２２が配置されており、ナツト１８をトルクレンチで
締め付けるか又は緩める時に前記面の間に軽い京擦が起
こるようになっている。
旋回ナラ１へ１８は更に、リーラＩ・１８と継手のテー
パーエツジ１１及び１５との間にある環状スペース２５
内の流体圧力を継手８の周りのスペース内の流体圧力と
同等にするための径方向ポート２４も含む。
パーエツジ１１及び１５との間にある環状スペース２５
内の流体圧力を継手８の周りのスペース内の流体圧力と
同等にするための径方向ポート２４も含む。
継手８の第１及び第２セクション１０．１４は夫々第１
及び第２のテーパー付圧力取付外部材２７．２８によっ
て金属管１．３の周りに固定される。
及び第２のテーパー付圧力取付外部材２７．２８によっ
て金属管１．３の周りに固定される。
第１の圧力取付性部材２７は、第１ｂ図に示すように、
第１セクション１０の端部スリーブ３１の内側テーパー
面と金属ロックスリーブ３２の内側テーパー面との間に
挟持される外側テーパー面をもつ金属リング３０を含む
。スリーブ３１．３２及びリング３０は、ロックスリー
ブ３１の端面３６及び第１セクション１０のネジ山３７
と協働する旋回ナラ１−３４により一定の方向で互いに
固定される。旋回ナツト３４はトルクレンチ（図示せず
）で捕捉できる六角形部分３８をきみ、ナラ１−３４の
内面と管４の外面及び第１セクション１０の外面との間
にはエラストマリング３９が具備され、ナツトを１〜ル
クレンチで締め付けるか又は緩める時に前記面の間に軽
い摩擦が生じる。
第１セクション１０の端部スリーブ３１の内側テーパー
面と金属ロックスリーブ３２の内側テーパー面との間に
挟持される外側テーパー面をもつ金属リング３０を含む
。スリーブ３１．３２及びリング３０は、ロックスリー
ブ３１の端面３６及び第１セクション１０のネジ山３７
と協働する旋回ナラ１−３４により一定の方向で互いに
固定される。旋回ナツト３４はトルクレンチ（図示せず
）で捕捉できる六角形部分３８をきみ、ナラ１−３４の
内面と管４の外面及び第１セクション１０の外面との間
にはエラストマリング３９が具備され、ナツトを１〜ル
クレンチで締め付けるか又は緩める時に前記面の間に軽
い摩擦が生じる。
旋回ナツト３４は、該ナラ１−３４とスリーブ３１及び
３２どの間にある環状スペース４１内の流体圧力をナツ
ト３４の周りのスペース内の流体圧力と同等にするため
の径方向ポート４０を含む。
３２どの間にある環状スペース４１内の流体圧力をナツ
ト３４の周りのスペース内の流体圧力と同等にするため
の径方向ポート４０を含む。
第１ｂ図では更に、スリーブ３１．３２の内側テーパー
面と金属リング３０の外側テーパー面との間の円錐形接
触部分の中心で前記スリーブ３１．３２の壁の厚さが前
記金属リング３０の壁の厚さより薄くなっている。これ
は、継手８の機能原理と同様に、使用時にナツト３４の
周りの流体の大きな圧力Ｐ１によって前記面が互いに当
接できるようにするためである。
面と金属リング３０の外側テーパー面との間の円錐形接
触部分の中心で前記スリーブ３１．３２の壁の厚さが前
記金属リング３０の壁の厚さより薄くなっている。これ
は、継手８の機能原理と同様に、使用時にナツト３４の
周りの流体の大きな圧力Ｐ１によって前記面が互いに当
接できるようにするためである。
第２の圧力取付温部材２８の構造は第１の圧力取付性部
材２７と同じであるため、旋回ナツト４４、金属リング
４５、金属ロックスリーブ４６及び第２管状セクション
１４の管状端部スリーブ４７、並びにその池の部材につ
いては説明を省略する。
材２７と同じであるため、旋回ナツト４４、金属リング
４５、金属ロックスリーブ４６及び第２管状セクション
１４の管状端部スリーブ４７、並びにその池の部材につ
いては説明を省略する。
ケーブル１及び２を接続する繰作及び電気コネクタ６の
周囲に継手を固定する操作は下記のように行う。先ず電
気コネクタ６のピン及びボックス部分を相互に接続し、
第１及び第２テーパー付圧力取付林部材２７及び２８を
コネクタ６から離れた位置で金属管３及び４の周囲に緩
く取り付ける。次に、セクション１０及び１４を管３．
４及びコネクタ６に沿って滑動させることによりテーパ
ーエツジ１１及び１５を互いに当接させる。次いで旋回
ナット１８をトルクレンチ（図示せず）で締付け、この
ナツト１８によって所定の軸線方向圧縮力が継手８のセ
クション１０及び１４に加えられるようにする。
周囲に継手を固定する操作は下記のように行う。先ず電
気コネクタ６のピン及びボックス部分を相互に接続し、
第１及び第２テーパー付圧力取付林部材２７及び２８を
コネクタ６から離れた位置で金属管３及び４の周囲に緩
く取り付ける。次に、セクション１０及び１４を管３．
４及びコネクタ６に沿って滑動させることによりテーパ
ーエツジ１１及び１５を互いに当接させる。次いで旋回
ナット１８をトルクレンチ（図示せず）で締付け、この
ナツト１８によって所定の軸線方向圧縮力が継手８のセ
クション１０及び１４に加えられるようにする。
Ｑ後に、ｌ・ルクレンチで旋回ナラＩ・３４及び４４を
締め付けて、２つのテーパー付圧力収付銚部材２７及び
２８を管４及び３に気密的に固定する。
締め付けて、２つのテーパー付圧力収付銚部材２７及び
２８を管４及び３に気密的に固定する。
ここで、第１図の円で囲まれた部分ＩＩのテーパーエツ
ジ１１及び１５を詳細に示す第２図を参照しながら、旋
回ナットによって本発明のシールのテーパーエツジに加
えられる軸線方向圧縮力Ｆの好ましい広択法を詳述する
。
ジ１１及び１５を詳細に示す第２図を参照しながら、旋
回ナットによって本発明のシールのテーパーエツジに加
えられる軸線方向圧縮力Ｆの好ましい広択法を詳述する
。
この具体例では継手８の第１金属セクション１０のテー
パーエツジ１１が第２金属セクション１４のテーパーエ
ツジ１５を少なくとも部分的に包−四するため、以下の
説明では第１金属セクション１０をボックス１０とし、
第２金属セクション１４をピン１４とする。
パーエツジ１１が第２金属セクション１４のテーパーエ
ツジ１５を少なくとも部分的に包−四するため、以下の
説明では第１金属セクション１０をボックス１０とし、
第２金属セクション１４をピン１４とする。
また、使用中は継手８の周りのスペース２５の圧力Ｐ１
が継手８内部の圧力Ｐ２より大きいものとする。
が継手８内部の圧力Ｐ２より大きいものとする。
継手の周りの大きい圧力Ｐ１によってボックス１０の内
側テーパー面１２をピン１４の外側テーパー面１６に押
し付けることができるように、前記テーパー面１２及び
１６の間の円錐形接触部分の中心Ｍではボックス１０が
前記中心Ｍにおりるピン１４の壁厚ｔｍｍより薄い壁厚
Ｌ＋ｎｆを有する。
側テーパー面１２をピン１４の外側テーパー面１６に押
し付けることができるように、前記テーパー面１２及び
１６の間の円錐形接触部分の中心Ｍではボックス１０が
前記中心Ｍにおりるピン１４の壁厚ｔｍｍより薄い壁厚
Ｌ＋ｎｆを有する。
本発明の密封継手に完全な気密性を与えるための境界条
件は下記の計算によって決定される。
件は下記の計算によって決定される。
壁の薄い円筒形圧力容器のフープ応力及び変形に関して
は、Ｒ，Ｊ、Ｒｏａｒｋ及びＷ、Ｃ，Ｙｏｕｎｇ著”
ＩＩ ａ ｎ ｄ ｂ ｏ ｏ ｋＦｏｒｍｕｌａｓ
ｆｏｒ ５ｔｒｅｓｓ ａｎｄ ５Ｌｒａｉｎ°Ｉ（第
５版、ＭＣＧｒａＩｌｌ−Ｉｌｉｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｂｏｏｋ Ｃｏｍｐａｎｙ出版）の４４
８ページから下記の方程式を導くことができる。
は、Ｒ，Ｊ、Ｒｏａｒｋ及びＷ、Ｃ，Ｙｏｕｎｇ著”
ＩＩ ａ ｎ ｄ ｂ ｏ ｏ ｋＦｏｒｍｕｌａｓ
ｆｏｒ ５ｔｒｅｓｓ ａｎｄ ５Ｌｒａｉｎ°Ｉ（第
５版、ＭＣＧｒａＩｌｌ−Ｉｌｉｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｂｏｏｋ Ｃｏｍｐａｎｙ出版）の４４
８ページから下記の方程式を導くことができる。
Ｓ＝ｑ、Ｒ／ｌ （１）
ｄＲ＝ｑ、Ｒ’／Ｅｔ （２）ｄｙ＝ｖ、ｙ、
ｑ、Ｒ／Ｅｔ （３）式中、Ｓはフープ応力、 ｑは円筒体壁面に作用する径方向圧力、Ｒは円筒体の半
径、 ｔは円筒体の壁厚、 ｄｌ’ｔは円筒体の径方向変位、 ｄｙは円筒体の軸線方向長さの変化、 ｙは円筒体の軸線方向長さ、 ■はポアソン比、 Ｅは弾性率である。
ｑ、Ｒ／Ｅｔ （３）式中、Ｓはフープ応力、 ｑは円筒体壁面に作用する径方向圧力、Ｒは円筒体の半
径、 ｔは円筒体の壁厚、 ｄｌ’ｔは円筒体の径方向変位、 ｄｙは円筒体の軸線方向長さの変化、 ｙは円筒体の軸線方向長さ、 ■はポアソン比、 Ｅは弾性率である。
壁の薄い圧力容器の壁の弾性エネルギーに関しては、−
１Δ、Ｎａ５ｂ著”！１ａｎｄｂｏｏｋ Ｓｃｈａｕｍ
ｓ Ｓｔｒｅｎｇｔｌ＋ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”（
第２版、ＨｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ Ｂｏｏｋ Ｃｏｍｐ
ａｎｙ出版）の２９０ページから下記の方程式を導くこ
とができる。
１Δ、Ｎａ５ｂ著”！１ａｎｄｂｏｏｋ Ｓｃｈａｕｍ
ｓ Ｓｔｒｅｎｇｔｌ＋ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”（
第２版、ＨｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ Ｂｏｏｋ Ｃｏｍｐ
ａｎｙ出版）の２９０ページから下記の方程式を導くこ
とができる。
Ｕ ＝ Ｆｒ、ｄＲ（４）
式中、Ｕは弾性エネルギー、
Ｆｒは径方向張力又は圧縮力、
ｄＲは円筒体の径方向変位である。
方程式（１）から、
Ｆｒ：ｓ、Ｒ，ｔ
（５）が導かれる。
（５）が導かれる。
方程式（１）、（２）、（４）及び（５）３組合わぜれ
ば、Ｌｓ、π、Ｒ，Ｌ、ｑＲ２／Ｅ、ｔ・（ｑ、Ｒ／Ｌ
）、ｒ 、Ｒ，ｔ、ｑ、Ｒ２／Ｅｔ：ｙｒ 、ｑ２．Ｒ
’／Ｅ、ｔ （６）となる。
ば、Ｌｓ、π、Ｒ，Ｌ、ｑＲ２／Ｅ、ｔ・（ｑ、Ｒ／Ｌ
）、ｒ 、Ｒ，ｔ、ｑ、Ｒ２／Ｅｔ：ｙｒ 、ｑ２．Ｒ
’／Ｅ、ｔ （６）となる。
大きな圧力Ｐ１によってボックス１０がピン１４に押し
付けられるためには、ボックス１０中の弾性エネルギー
Ｕｂｏｘがピン中の弾性エネルギーＵｐｉｎと少なくと
も同じであるか又はそれより大きくなければならない、
即ち、 Ｕｂｏｘ；Ｓ、ＩＩｐｉｎ （７）でなけれ
ばならない。
付けられるためには、ボックス１０中の弾性エネルギー
Ｕｂｏｘがピン中の弾性エネルギーＵｐｉｎと少なくと
も同じであるか又はそれより大きくなければならない、
即ち、 Ｕｂｏｘ；Ｓ、ＩＩｐｉｎ （７）でなけれ
ばならない。
式中、Ｓは安全係数≧１である。
下記のパラメータ
ｑｂｏｘ：ｒ’ｌ、Ｒｂｏｘ：Ｄｆｏ／２．ｔｂｏｘ：
Ｌｍｆｑｐｉｎ＝Ｐ２． Ｒｐｉｎ：Ｄｍ／２、 ｊ
ｐｉｎ：ｔｍｎ＋［式中、Ｄｆｏはボックスの外径、 Ｄ…は円錐形接触部分の中心Ｍにおけるピンの外径、 Ｐｌは継手を包囲するスペース内の圧力、Ｌｍｆは中心
Ｍにおけるボックスの厚み、ｔ＋ｎｍは中心Ｍにおける
ピンの厚みである］を考慮すれば、中心Ｍにおけるピン
及びボックスの弾性エネルギーに関して方程式（６）及
び（７）から下記の方程式を導くことができる： Ｐ１２．ＤＦＯ’／ｌｎ＋ｆ：ｓ、Ｐｃ２．ＤＨ’／１
ｍｍ （８）式中、Ｐｃは中心Ｍにおけるピン及
びボックス間の接触圧力である。
Ｌｍｆｑｐｉｎ＝Ｐ２． Ｒｐｉｎ：Ｄｍ／２、 ｊ
ｐｉｎ：ｔｍｎ＋［式中、Ｄｆｏはボックスの外径、 Ｄ…は円錐形接触部分の中心Ｍにおけるピンの外径、 Ｐｌは継手を包囲するスペース内の圧力、Ｌｍｆは中心
Ｍにおけるボックスの厚み、ｔ＋ｎｍは中心Ｍにおける
ピンの厚みである］を考慮すれば、中心Ｍにおけるピン
及びボックスの弾性エネルギーに関して方程式（６）及
び（７）から下記の方程式を導くことができる： Ｐ１２．ＤＦＯ’／ｌｎ＋ｆ：ｓ、Ｐｃ２．ＤＨ’／１
ｍｍ （８）式中、Ｐｃは中心Ｍにおけるピン及
びボックス間の接触圧力である。
軸線方向プレロードＦの作用下でのピン及びボックス間
の接触圧力Ｐｃは下記の式によって計算できる； Ｐｃｍ４．Ｆ／（π、（Ｉｌ１２−ｄ２））
（９）式中、Ｄ ＝ Ｄｍ＋ Ｌ、ｔｇα ｄ＝Ｄ＋−Ｌ、ｔｇα αはテーパー角度、 Ｌはピン及びボックス間の円錐形接触部分の軸線方向長
さである。
の接触圧力Ｐｃは下記の式によって計算できる； Ｐｃｍ４．Ｆ／（π、（Ｉｌ１２−ｄ２））
（９）式中、Ｄ ＝ Ｄｍ＋ Ｌ、ｔｇα ｄ＝Ｄ＋−Ｌ、ｔｇα αはテーパー角度、 Ｌはピン及びボックス間の円錐形接触部分の軸線方向長
さである。
この式（９）から下記の方程式を導くことができる：
Ｐｃ４／（ｒ 、ＤＨ，Ｌ、ｔｇ） （１０
）壁のＪい管の場合にはＤＦＯ＝ＤＨと見なすことがで
き、且つ接触圧力Ｐｃが外部圧力Ｐ１の増加と共に増加
するために、接触圧力Ｐｃ及び外部圧力Ｐ１が最も小さ
い時の条件だけを考慮すればよい場合には、下記の境界
条件を想定することができる：ＤＦＯ；ＤＨ（８ａ） Ｐｌ・１バール（大気圧） 最小接触圧力Ｐｃｆはプレロード条件での圧力。
）壁のＪい管の場合にはＤＦＯ＝ＤＨと見なすことがで
き、且つ接触圧力Ｐｃが外部圧力Ｐ１の増加と共に増加
するために、接触圧力Ｐｃ及び外部圧力Ｐ１が最も小さ
い時の条件だけを考慮すればよい場合には、下記の境界
条件を想定することができる：ＤＦＯ；ＤＨ（８ａ） Ｐｌ・１バール（大気圧） 最小接触圧力Ｐｃｆはプレロード条件での圧力。
ここで、方程式（８）及び（１０）から下記の方程式が
導かれる： Ｆ≦π、ＤＨ，Ｌ、ｔｇα、Ｐ１！石 （１１）Ｐｌ
・１バール且つ安全係数Ｓ・１という境界条件を考慮す
れば、軸線方向プレロード力に関して方程式（１１）か
ら下記の極限値が求められる：Ｆ≦π、ＤＨ，Ｌ、ｔｇ
α、ｆ−バｍｆ （１２）この条件が満たされな
いと、プレストレスの欠如に起因して継手が適確に機能
しない。
導かれる： Ｆ≦π、ＤＨ，Ｌ、ｔｇα、Ｐ１！石 （１１）Ｐｌ
・１バール且つ安全係数Ｓ・１という境界条件を考慮す
れば、軸線方向プレロード力に関して方程式（１１）か
ら下記の極限値が求められる：Ｆ≦π、ＤＨ，Ｌ、ｔｇ
α、ｆ−バｍｆ （１２）この条件が満たされな
いと、プレストレスの欠如に起因して継手が適確に機能
しない。
方程式（８）及び（８ａ）から、
Ｐ２≦シフ７［〒＝５７【１書石−又はｔｍｍ／１ｍｆ
≧Ｓ、（Ｐ２／ＰＬ）２（１３）が導かれる。
≧Ｓ、（Ｐ２／ＰＬ）２（１３）が導かれる。
極限値の場合にはＳが１に等しいため、継手がプレスト
レスの欠如に起因して密封継手の内部と外部との間の圧
力差により弾性的に解放されないようにするという要件
を満たすためには、下記の境界条件を与えることができ
る。
レスの欠如に起因して密封継手の内部と外部との間の圧
力差により弾性的に解放されないようにするという要件
を満たすためには、下記の境界条件を与えることができ
る。
Ｌｍｍ／１ｍｆ≧（Ｐ２／ＰＩ）２（１４＞方程式（１
２）の関係が満たされれば、旋回ナツト１８によって継
手８のピンセクション１０及びボックスセクション１４
に加えられる軸線方向プレロードが適切な最大値を有す
ることになり、従ってシールが適確に機能する。また、
方程式（１４）の関係が満たされれば、中心Ｍにおける
ピンの壁厚とボックスの壁厚との間の比Ｌｍｍ／１ｍｒ
が実質的に内部圧力及び外部圧力間の比Ｐ２／Ｐｉに比
例することになる。
２）の関係が満たされれば、旋回ナツト１８によって継
手８のピンセクション１０及びボックスセクション１４
に加えられる軸線方向プレロードが適切な最大値を有す
ることになり、従ってシールが適確に機能する。また、
方程式（１４）の関係が満たされれば、中心Ｍにおける
ピンの壁厚とボックスの壁厚との間の比Ｌｍｍ／１ｍｒ
が実質的に内部圧力及び外部圧力間の比Ｐ２／Ｐｉに比
例することになる。
また、圧力差ＰＩ−Ｐ２によってボックスセクションが
破壊しその結果密封欠陥が生じるという事態を回避する
ためには、下記の条件が満たされなければならない： 式中、Ｅは弾性率である。
破壊しその結果密封欠陥が生じるという事態を回避する
ためには、下記の条件が満たされなければならない： 式中、Ｅは弾性率である。
方程式（１５）では継手のボックスセクション及びピン
セクションが同じ弾性率を有すると仮定する。
セクションが同じ弾性率を有すると仮定する。
但し、これらのボックス及びピンには類似の弾性率なも
つ金属の代わりに異なる弾性率をもつ金属も使用できる
。その場合には、この弾性率の差を考慮するように方程
式（１５）を修正しなければならない。
つ金属の代わりに異なる弾性率をもつ金属も使用できる
。その場合には、この弾性率の差を考慮するように方程
式（１５）を修正しなければならない。
本発明の密封継手ではテーパー角度αを約８°にするの
が好ましい。この角度にすれば応力が継手のピン及びボ
ックスセクションで最適に分配されるからである。
が好ましい。この角度にすれば応力が継手のピン及びボ
ックスセクションで最適に分配されるからである。
第１ａ図及び第１ｂ図は本発明の圧力作動式密封継手を
備えた管システムの接続セクションの簡略説明図であり
、管システムの右側が側面図で、左側が長手方向断面図
で示されている。第２図は第１ａ図の密封継手の円で囲
まれた部分ＩＩを詳細に示す拡大図である。 ８・・・・・・密封継手、１０・・・・・・第１金属セ
クション、１４・・・・・・第２金属セクション、３４
・・・・・・旋回ナツト。
備えた管システムの接続セクションの簡略説明図であり
、管システムの右側が側面図で、左側が長手方向断面図
で示されている。第２図は第１ａ図の密封継手の円で囲
まれた部分ＩＩを詳細に示す拡大図である。 ８・・・・・・密封継手、１０・・・・・・第１金属セ
クション、１４・・・・・・第２金属セクション、３４
・・・・・・旋回ナツト。
Claims (11)
- （１）作動時に大きな流体圧力が片側に存在するような
管システムで使用するための圧力によって作動する密封
継手であって、各テーパー面の間に円錐形接触領域がで
きるように機械的締付け手段によって当接し合い、互い
にかみ合うテーパーエッジを備えた一対の同軸管状金属
セクションを含み、テーパーエッジを有する前記管状セ
クションのうち第１のセクションが装置の作動中に片側
で前記大きな流体圧力を受け、前記円錐形接触領域の中
心点における該第１セクションの壁厚がｔｍｆが第２の
管状セクションの隣接テーパーエッジの前記中心点にお
ける壁の厚みｔｍｍより小さい密封継手。 - （２）装置の組立て時に機械的締付け手段が、選択され
た軸線方向プレロードＦを金属セクションに加えるよう
にするための調整手段を含み、前記プレロードの最大値
が下記の式Ｆ≦π．ＤＭ．Ｌ．ｔｇα．Ｐ１√（ｔｍｍ
／ｔｍｆ）［式中、Ｆはプレロードの最大値（Ｎ）、 ＤＭはテーパーエッジ相互間の円錐形接触領域の中心点
における直径（ｍ）、 Ｌは円錐形接触領域の軸線方向長さ（ｍ）、αは円錐角
度、 Ｐ１はシステムの片側に存在する大きな圧力（Ｎ／ｍ＾
２）である］ から求められる請求項１に記載の密封継手。 - （３）テーパーエッジ相互間の円錐形接触領域の中心点
における第１セクションの壁厚ｔｍｍ及び第２セクショ
ンの壁厚ｔｍｆの比が、システムの片側における前記大
きな圧力Ｐ１及びシステムのもう一方の側における圧力
Ｐ２の比に関連して、下記の式ｔｍｍ／ｔｍｆ≧（Ｐ１
／Ｐ２）＾２ に応じて選択される請求項１に記載の密封継手。 - （４）前記第１管状セクションが内側にテーパー面をも
つテーパーエッジを有し、第２管状セクションが外側に
テーパー面をもつテーパーエッジを有する請求項１に記
載の密封継手。 - （５）金属シースで被覆された電気ケーブルシステムを
２つの電気ケーブルが電気コネクタによって脱着式に相
互接続されている位置で包囲して保護シェルを構成する
請求項４に記載の密封継手。 - （６）各管状金属セクションが金属シースで被覆された
電気ケーブルの周囲にテーパー付圧力取付部材によつて
固定され、各圧力取付件部材が、隣接し合う挟持スリー
ブの内側にテーパーをもつ面とこれらのスリーブを包囲
し且つ相互接続する旋回ナットとによつて前記金属シー
スの周りに固定される金属リングを含む請求項５に記載
の密封継手。 - （７）前記機械的締付け手段が、前記テーパーエッジを
包囲し且つ一方の前記管状金属セクションのショルダ及
び他方の金属セクションのネジ山と協働する旋回ナット
からなる請求項１に記載の密封継手。 - （８）旋回ナットが前記軸線方向プレロードを継手の金
属セクションに加えるようにするための調整手段が前記
旋回ナットに加えられるトルクを測定する手段を備えた
トルクレンチからなる請求項７に記載の密封継手。 - （９）前記テーパー面の円錐角度が約８°である請求項
２に記載の密封継手。 - （１０）各旋回ナットが該ナット内の流体圧力を該ナッ
トの外の流体圧力と同等にするための径方向ポートを少
なくとも１つ有する請求項６又は７に記載の密封継手。 - （１１）添付図面に基づいて説明された請求項１に記載
の密封継手。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB888802238A GB8802238D0 (en) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | Pressure energized sealing joint |
| GB8802238 | 1988-02-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01275987A true JPH01275987A (ja) | 1989-11-06 |
| JP2711126B2 JP2711126B2 (ja) | 1998-02-10 |
Family
ID=10630892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1024760A Expired - Lifetime JP2711126B2 (ja) | 1988-02-02 | 1989-02-02 | 圧力によって作動する密封継手 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4958856A (ja) |
| EP (1) | EP0327179B1 (ja) |
| JP (1) | JP2711126B2 (ja) |
| AU (1) | AU613703B2 (ja) |
| CA (1) | CA1313402C (ja) |
| DE (1) | DE68900301D1 (ja) |
| ES (1) | ES2025356B3 (ja) |
| GB (1) | GB8802238D0 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5429952A (en) * | 1988-02-02 | 1995-07-04 | Biocode, Inc. | Marking of products to establish identity and source |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS514623A (ja) * | 1974-04-19 | 1976-01-14 | Ciba Geigy | |
| JPS5783974U (ja) * | 1980-11-13 | 1982-05-24 | ||
| JPS59144088U (ja) * | 1983-03-14 | 1984-09-26 | 住友金属工業株式会社 | 油井管用管継手 |
| JPS60500458A (ja) * | 1983-01-17 | 1985-04-04 | ハイドリル カンパニ− | 改良金属対金属シ−ルを備えた管継手 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US872001A (en) * | 1907-01-14 | 1907-11-26 | John G Massie | Hose-coupling. |
| GB397603A (en) * | 1932-04-25 | 1933-08-31 | Arnold Mitchell Roberts | Improvements in metallic joints for withstanding fluid pressure |
| US2366010A (en) * | 1943-12-20 | 1944-12-26 | Oscar W Pederson | Pipe coupling |
| US2992019A (en) * | 1958-07-07 | 1961-07-11 | Hydril Co | Casing joint having metal-to-metal sealing means responsive to fluid pressure |
| FR1248507A (fr) * | 1959-11-04 | 1960-12-16 | Lorraine Escaut Sa | Dispositif d'assemblage de tubes, conduites ou analogues |
| FR1288938A (fr) * | 1961-02-17 | 1962-03-30 | Tech Et Commerciale Des Canali | Dispositif pour le raccordement étanche d'éléments tubulaires destinés à la réalisation de conduites de transport de fluide, sous-marines ou autres |
| US4650227B1 (en) * | 1982-08-23 | 2000-11-28 | Cajon Co | Fluid coupling |
-
1988
- 1988-02-02 GB GB888802238A patent/GB8802238D0/en active Pending
-
1989
- 1989-02-01 DE DE8989200219T patent/DE68900301D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-01 ES ES89200219T patent/ES2025356B3/es not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-01 EP EP89200219A patent/EP0327179B1/en not_active Expired
- 1989-02-01 CA CA000589805A patent/CA1313402C/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-02 AU AU29566/89A patent/AU613703B2/en not_active Expired
- 1989-02-02 US US07/333,927 patent/US4958856A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-02 JP JP1024760A patent/JP2711126B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS514623A (ja) * | 1974-04-19 | 1976-01-14 | Ciba Geigy | |
| JPS5783974U (ja) * | 1980-11-13 | 1982-05-24 | ||
| JPS60500458A (ja) * | 1983-01-17 | 1985-04-04 | ハイドリル カンパニ− | 改良金属対金属シ−ルを備えた管継手 |
| JPS59144088U (ja) * | 1983-03-14 | 1984-09-26 | 住友金属工業株式会社 | 油井管用管継手 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0327179A1 (en) | 1989-08-09 |
| AU2956689A (en) | 1989-08-03 |
| ES2025356B3 (es) | 1992-03-16 |
| AU613703B2 (en) | 1991-08-08 |
| DE68900301D1 (de) | 1991-11-14 |
| JP2711126B2 (ja) | 1998-02-10 |
| EP0327179B1 (en) | 1991-10-09 |
| US4958856A (en) | 1990-09-25 |
| CA1313402C (en) | 1993-02-02 |
| GB8802238D0 (en) | 1988-03-02 |
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