KR102217604B1 - 배관 연결 센터 어깨 밀봉부 - Google Patents
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Abstract
제1 및 제2 관형 부재들을 연결하는 금속-대-금속 밀봉 시스템은 제1 관형 부재 상의 제1 밀봉 구조, 및 제2 관형 부재 상의 제2 밀봉 구조를 포함한다. 제1 밀봉 구조는 제1 환형 홈부 및 제1 환형 치형부를 포함하고, 제2 밀봉 구조는 제2 구조 홈부, 및 제2 환형 치형부를 포함한다. 제2 환형 치형부는 제2 환형 치형부 면이 제1 환형 어깨 면과 맞물린 상태에서 제1 환형 홈부 내에 위치되어 제1 어깨부를 한정한다. 제1 환형 치형부는 제1 환형 치형부 면이 제2 환형 어깨 면과 맞물린 상태에서 제2 환형 홈부 내에 위치되어 제2 어깨부를 한정한다. 부재들의 표면들의 주요 밀봉 접촉 개소는 제1 및 제2 어깨들로부터 축방향으로 떨어져 있다.
Description
상호 참조
본 출원은 2013년 2월 5일 제출된 미국 가 출원번호 61/760,833, 및 2013년 3월 14일 제출된 미국 출원번호 13/827,195의 이익을 주장하며, 이들 모두는 본 명세서에 참조로서 통합된다.
본 출원은 센터 어깨 밀봉부를 포함하는, 오일과 가스 산업에서 흔히 사용되는 배관 연결들의 일종에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 센터 어깨부들로부터 금속간에 접촉하는 밀봉 표면들의 방사상 힘과 링 힘들을 분산하는 센터 어깨 밀봉부의 구조에 관한 것이다.
오일&가스 업스트림(Upstream) 생산 산업은 가공되지 않은 탄화수소들을 찾고 생산하기 위해, 지속적으로 증가하는 깊이와 복잡성을 갖는 정들(wells)을 시추한다. 이 산업은 시추공(borehole)을 보호하고(케이싱) 거기에서 생산된 유체들을 제어하기 위해(튜빙) 스틸 파이프(유정용 배관)를 지속적으로 사용한다. 케이싱과 튜빙은 상대적으로 짧은 길이로 제작되어 운반되고, 한 번에 한 길이로 시추공 내에 설치되는데, 각각의 길이는 다음과 연결된다. 오일과 가스를 위한 탐사로 인해 회사들이 더 깊고 더 어려운 정들을 시추함에 따라, 케이싱과 튜빙에 대한 수요는 인장과 압력 힘의 상승에 비례하여 증가해왔다. 비틀리고(deviated) 수평(horizontal)한 정들에 대한 발전하는 기술이 케이싱과 튜빙에 대한 요구사항에 증가하는 비틀림 하중들에 대한 더 많은 고려를 더하면서 이를 가중시켰다.
두가지 일반적인 종류의 커넥터들이 이 분야 내에 존재한다. 가장 흔한 것은 파이프의 두개의 긴 조인트들의 단부들 상에서 가공된(machined) 두개의 핀 또는 수나사들이 파이프보다 끝 외경(outside diameter)을 갖고, 대략 같은 내경(inside diameter)을 갖는 커플링인, 상대적으로 짧은 부재 상에서 가공된 두개의 박스, 또는 암나사들에 의해 연결된, 나사 연결(threaded and coupled)된 커넥터이다. 다른 종류는 핀 부재가 파이프의 긴 길이(full-length) 조인트의 일단부 상에 나사 연결되고 박스 부재가 제2 긴 길이 조인트 내에 나사 연결된, 내장(integral) 커넥터이다. 그때, 두개의 조인트들은 중간 커플링 부재의 필요가 없이 곧바로 연결된다. 파이프 바디의 단부들은 연결의 나사깎기(threading)이 가능하도록 더 처리될 수 있다.
종래 기술은 유정용 배관들을 위한 서로 다른 다양한 나사, 어깨부, 및 밀봉 구조의 사용을 개시한다. 종래 기술에서 사용되는 어깨부, 및 밀봉부 조합 중 하나는 소위 말하는 센터 어깨 밀봉 구조이다. 본 명세서에서 사용되는 "센터 어깨 밀봉부"이라는 용어는 단면이 조립된 연결(의 나사들을 가로질러)을 통한 기체나 액체의 유로를 차단하도록 밀봉부를 제공하도록 핀 및 박스 부재들 사이, 또는 빈 및 박스 부재들과 환형 밀봉 슬리브와 같은 제3 요소의 접촉 표면을 바로 보여주는 적어도 두개의 나사 부분들 사이에 배치된 연결의 단면을 의미하는 것으로 이해된다.
미국 특허 번호 5,415,442, 및 5,462,315는 모든 금속-대-금속 밀봉부들이 연결의 조립(구성) 과정에서 형성되며, 밀봉 표면들(418 및 438)이 접촉하고 밀봉 표면들(422 및 442)이 접촉하는 잠겨진 더블 어깨 밀봉부(400)의 외부 경사진 모서리들에서의 두개의 금속-대-금속 밀봉부들; 및 하나의 제로 간격(410)은 밀봉 원통 표면들이 접촉하는 벽 표면에 위치하고, 다른 제로 간격 표면에서는 핀 어깨부(420)의 환형 면 표면이 박스 언더컷 표면(448)에 접촉하고, 또 다른 제로 간격 표면에서는 박스 어깨부(440)의 면 표면이 핀 언더컷 표면(428)에 접촉하는, 잠겨진 더블 어깨 밀봉부(400)의 내부에 위치한 세개의 제로 간격 표면들(zero clearance surfaces)을 포함하는, 도 1에 도시된 센터 어깨부 구조를 개시하고 있다. 따라서, 센터 어깨 밀봉부(400)는 조립된 연결의 파워 타이트닝(power tightening) 상에서 밀봉부 내의 저장된 에너지의 증가가 가능하도록, 연결된 금속-대-금속 표면들을 갖는, 매우 가까이 들어맞는 금속-대-금속 밀봉부를 형성한다. 특히, 모든 금속-대-금속 밀봉부들은 센터 어깨부의 접촉하는 환형 면들의 세트들 사이의 축 공간(450) 내에서 형성되고, 각각이 절단 힘들을 나타내는, 어깨 밀봉부(400)의 외부 경사진 모서리들에서의 금속-대-금속 밀봉부들은 즉시, 각각 접촉하는 환형 면들의 세트들 각각에 인접하여 위치된다.
미국 특허 번호 5,765,836 및 6,041,487은 적어도 두개 이상 일곱개 이하의 금속대 금속 밀봉부들이 핀 및 박스 부재들 사이에 위치한, 도 2에 도시된 센터 어깨부 구조를 개시하고 있다. 일곱개의 밀봉부들 중 세개는 절두체(frustu) 밀봉부들이다. 제1 외부 절두체 밀봉부(120)는 센터 어깨부의 절단 외부면에서 핀 및 박스 절두 원추의 표면들의 연결에 의해 형성되고, 제2 내부 절두체 밀봉부(122)는 센터 어깨부의 절단 내부면에서 핀 및 박스 절두 원추 표면들 사이에서 형성된다. 제3 절두체 밀봉부는 중간의 핀 및 박스 센터 절두 원추 표면들 사이에서 형성된 센터 절두체 밀봉부(124)이다. 두개의 환형 어깨 밀봉부들이 형성된다. 제1 내부 환형 어깨 밀봉부(126) 및 제2 외부 환형 어깨 밀봉부(128)는 각각 핀 및 박스 부재들의 환형 표면들에 의해 연결된다. 두개의 원통 밀봉부들 역시 형성된다. 제1 외부 원통 밀봉부(130)는 절단 외부 면에서 핀 및 박스 외부 밀봉부 원통 표면들의 연결에 의해 형성되고, 제2 내부 원통 밀봉부(132)는 절단 내부 면에서 핀 및 박스 밀봉부 원통 표면들의 연결에 의해 형성된다. 특히, 이러한 배열은 또한 접촉 환형 힘들의 세트들의 각각에 곧바로 인접한(즉, 환형 접촉 밀봉부들(126 및 128)에), 그리고, 마찬가지로 두개의 환형 어깨 밀봉부들 사이의 축 공간(150)내에 있는 현저한 절단 및 링 힘들에 노출된 각각의 금속-대-금속 밀봉부들(즉, 접촉 밀봉부들(122 및 120))을 설치한다.
앞선 특허들의 센터 어깨부 구조들에서는, 어깨부 연결들 내의 축방향의 하중은 환형 어깨부 접촉의 축방향 위치들 부근에(즉, 도 2의 환형 어깨 밀봉부들(126 및 128), 및 유사하게 도 1의 배열에서 형성된 환형 어깨 밀봉부들에서) 높은 응력을 만들기 쉽다. 따라서, 각각의 경우에 있어 연결의 환형 어깨부들 사이에서 한정되는 축 영역(450 및 150) 내, 또는 근처에서 높은 응력 및 재료의 항복(yield) 또는 변형이 일어나기 쉽다.
요구되는 것은 높은 응력 영역과 센터 어깨부의 일어나기 쉬운 항복 영역에서 절단 밀봉 힘들의 잠재적인 문제를 피하면서 효율적인 밀봉을 제공하는 센터 어깨부 연결이다.
일 측면에 따르면, 제1 및 제2 관형 부재들(예를 들어, 제1 및 제2 유정용 배관)을 연결하는 금속-대-금속 밀봉 시스템은 제1 관형 부재 상의 제1 밀봉 구조, 및 제2 배관 구조 상의 제2 밀봉 구조를 포함한다. 제1 밀봉 구조는 제1 환형 홈부, 및 제1 환형 치형부를 포함하고, 제1 환형 홈부는 방사상 내향(radially inward facing) 언더컷 표면, 인접한 제1 환형 어깨 면, 및 인접한 제1 방사상 외향(radially outward facing) 표면에 의해 한정되고, 제1 환형 치형부는 방사상 내향 언더컷 표면, 제1 환형 치형부 면, 및 제2 방사상 외향 표면에 의해 한정된다. 제2 밀봉 구조는 제2 환형 홈부, 및 제2 환형 치형부를 포함하고, 제2 환형 홈부는 방사상 외향 언더컷 표면, 인접한 제2 환형 어깨 면, 및 인접한 제1 방사상 내향 표면에 의해 한정되고, 제2 환형 치형부는 방사상 외향 언더컷 표면, 제2 환형 치형부 면, 및 제2 방사상 내향 표면에 의해 한정된다. 제1 어깨부를 한정하기 위해 제2 환형 치형부는 제2 환형 치형부 면이 제1 환형 어깨 면을 연결하면서 제1 환형 홈부 내에 위치한다. 제2 어깨부를 한정하기 위해 제1 환형 치형부는 제1 환형 치형부 면가 제2 환형 어깨 면을 연결하면서 제2 환형 홈부 내에 위치한다. 제1 관형 부재의 제1 방사상 외향 표면과 제2 관형 부재의 제2 방사상 내향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는 제1 어깨부로부터 축상에서 떨어져 있으며, 제2 관형 부재의 제1 방사상 내향 표면과 제1 관형 부재의 제2 방사상 외향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는 제2 어깨부로부터 축상에서 떨어져 있다.
이전 단락의 시스템의 일 실시에서, 제1 어깨부의 부근에서 제1 방사상 외향 표면과 제2 방사상 내향 표면 사이에서 간격이 제공될 수 있고, 제2 어깨부의 부근에서 제1 방사상 내향 표면과 제2 방사상 외향 표면 사이에서 간격이 제공될 수 있다.
이전 두 단락의 시스템 중 어느 하나의 일 실시에서, 제1 방사상 바깥쪽을 바라보는 표면과 제2 방사상 안쪽을 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소 제1 어깨부로부터 축상에서, 약 1000분의 25 인치와 약 2 인치 사이로 떨어져 있으며, 제1 방사상 안쪽을 바라보는 표면과 제2 방사상 바깥쪽을 바라보는 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는 제2 어깨부로부터 축상에서, 약 1000분의 25 인치에서 약 1 인치 사이로 떨어져 있다.
이전 세 단락의 시스템 중 어느 하나의 일 실시에서, 제1 어깨부의 면 내에서 제1 방사상 외향 표면과 제2 방사상 외향 표면 사이의 방사상 간격은 약 1000분의 40 인치와 약 1000분의 500 인치 사이이며, 제2 어깨부의 면 내에서 제1 방사상 내향 표면과 제2 방사상 내향 표면 사이의 방사상 간격은 약 1000분의 40 인치와 약 1000분의 500 인치 사이이다.
이전의 네 단락의 시스템 중 어느 하나의 일 실시에서, 방사상 내향 언더컷 표면은 방사상 외향 언더컷 표면을 연결한다.
이전의 다섯 단락의 시스템 중 어느 하나의 일 실시에서, 제1 방사상 바깥쪽을 바라보는 표면과 제2 방사상 안쪽을 바라보는 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는: (i) 제1 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분과 제2 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분; (ii) 제1 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분과 제2 방사상 내향 표면의 곡선 부분; (iii) 제1 방사상 외향 표면의 곡선 부분과 제2 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분; 또는 (iv) 제1 방사상 외향 표면의 곡선 부분과 제2 방사상 내향 표면의 곡선 부분; 중 어느 하나 사이의 간섭에 의해 형성된다. 마찬가지로, 제1 방사상 내향 표면과 제2 방사상 외향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는; (i) 제1 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분과 제2 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분; (ii) 제1 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분과 제2 방사상 외향 표면의 곡선 부분; (iii) 제1 방사상 내향 표면의 곡선 부분과 제2 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분; 또는 (iv) 제1 방사상 내향 표면의 곡선 부분과 제2 방사상 외향 표면의 곡선 부분; 중 어느 하나 사이의 간섭에 의해 형성된다.
다른 측면에 따르면, 제1 및 제2 관형 부재들을 연결하는 금속-대-금속 밀봉 시스템은 제1 관형 부재 상의 제1 밀봉 구조, 및 제2 관형 부재 상의 제2 밀봉 구조를 포함한다. 제1 밀봉 구조는 제1 환형 홈부 및 제2 환형 치형부를 포함하며, 제1 환형 홈부는 방사상 내향 언더컷 표면, 인접한 제1 환형 어깨 면, 및 인접한 제1 방사상 외향 표면에 의해 한정되고, 제1 환형 치형부는 방사상 내향 언더컷 표면, 제1 환형 치형부 면, 및 제2 방사상 외향 표면에 의해 한정된다. 제2 밀봉 구조는 제2 환형 홈부 및 제2 환형 치형부를 포함하며, 제2 환형 홈부는 방사상 바깥쪽을 바라보는 언더컷 표면, 인접한 제2 환형 어깨 면, 및 인접한 제1 방사상 내향 표면에 의해 한정되고, 제2 환형 치형부는 방사상 외향 언더컷 표면, 제2 환형 치형부 면, 및 제2 방사상 내향 표면에 의해 한정된다. 제1 어깨부를 한정하기 위해 제2 환형 치형부 면가 제1 환형 어깨 면을 연결하면서 제2 환형 치형부는 제1 환형 홈부 내에 위치된다. 제2 어깨부를 한정하기 위해 제1 환형 치형부 면가 제2 환형 어깨 면을 연결하면서 제1 환형 치형부는 제2 환형 홈부 내에 위치한다. 표면들 사이의 주요 밀봉 접촉 개소가 제1 어깨부 및 제2 어깨부 사이의 축 영역의 외부에 놓여지도록, 제1 관형 부재의 제1 방사상 외향 표면과 제2 관형 부재의 제2 방사상 내향 표면이 구성된다. 마찬가지로, 표면들 사이의 주요 밀봉 접촉 개소가 축 영역의 외부에 놓여지도록, 제2 관형 부재의 제1 방사상 내향 표면과 제1 관형 부재의 제2 방사상 외향 표면이 구성된다.
이전 단락의 시스템의 일 실시에서, 축 영역은 약 1000분의 20 인치와 약 1000분의 250 인치 사이에서 확장된다.
이전 두 단락의 시스템 중 어느 하나의 일 실시에서, 제1 방사상 외향 표면과 제2 방사상 내향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는 축 영역의 외부에 있으나, 적어도 축 영역의 약 1000분의 1750 인치 내에 있으며; 제1 방사상 내향 표면과 제2 방사상 외향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는 축 영역의 외부에 있으나, 적어도 축 영역의 약 1000분의 750 인치 내에 있다.
이전 세 단락의 시스템 중 어느 하나의 일 실시에서, 제1 방사상 외향 표면과 제2 방사상 내향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는, (i) 제1 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분과 제2 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분; (ii) 제1 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분과 제2 방사상 내향 표면의 곡선 부분; (iii) 제1 방사상 외향 표면의 곡선 부분과 제2 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분; 또는 (iv) 제1 방사상 외향 표면의 곡선 부분과 제2 방사상 내향 표면의 곡선 부분; 중 어느 하나 사이의 간섭에 의해 형성된다. 마찬가지로, 제1 방사상 내향 표면과 제2 방사상 외향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는, (i) 제1 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분과 제2 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분; (ii) 제1 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분과 제2 방사상 외향 표면의 곡선 부분; (iii) 제1 방사상 내향 표면의 곡선 부분과 제2 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분; 또는 (iv) 제1 방사상 내향 표면의 곡선 부분과 제2 방사상 외향 표면의 곡선 부분; 중 어느 하나 사이의 간섭에 의해 형성된다.
일 또는 그 이상의 실시예들의 자세한 설명은 하기의 첨부된 도면들과 설명에서 출발한다. 다른 특징들, 목적들, 및 유리한 효과들 설명과 도면들, 그리고 청구항으로부터 분명해질 것이다.
도 1은 일 종래기술의 센터 어깨 밀봉부 배열의 부분 단면도이다.
도 2는 다른 종래기술의 센터 어깨 밀봉부 배열의 부분 단면도이다.
도 3은 센터 어깨 밀봉부의 일 실시예의 부분 단면도이다.
도 4는 센터 어깨 밀봉부의 다른 실시예의 부분 단면도이다.
도 5는 연결의 반대 면들에 대한 주요 밀봉 접촉 위치가 센터 어깨부의 일 면에 연결된 나사를 포함하되, 센터 어깨부의 다른 면에 어떠한 연결된 나사들은 부족한, 센터 어깨 밀봉부의 다른 실시예의 부분 단면도이다.
도 2는 다른 종래기술의 센터 어깨 밀봉부 배열의 부분 단면도이다.
도 3은 센터 어깨 밀봉부의 일 실시예의 부분 단면도이다.
도 4는 센터 어깨 밀봉부의 다른 실시예의 부분 단면도이다.
도 5는 연결의 반대 면들에 대한 주요 밀봉 접촉 위치가 센터 어깨부의 일 면에 연결된 나사를 포함하되, 센터 어깨부의 다른 면에 어떠한 연결된 나사들은 부족한, 센터 어깨 밀봉부의 다른 실시예의 부분 단면도이다.
도 3을 참조하면, 두개의 관형 부재들(202, 204) 사이의 센터 어깨부 연결(200)의 부분 단면도가 도시되어 있다. 관형 부재들(202)은 연결의 핀 부분을 형성하고, 관형 부재(204)는 연결의 박스 단부(end)를 형성한다. 연결의 축방향 중심선이 206에 도시되어 있으며, 센터 어깨부 연결의 전(full) 단면은 축방향 중심선의 반대면 상의 요소들의 거울 이미지를 포함하는 것으로 이해된다(즉, 도 3의 중심축(206) 아래에).
관형 부재(202) 상의 밀봉 구조는 환형 홈부(208), 및 환형 치형부(tooth)(210)를 포함한다. 환형 홈부(208)는 방사상 내향(즉, 중심축(206)을 향해 바라보는) 언더컷 표면(212), 인접한 환형 어깨 면(214), 및 인접한 방사상 외향 표면(216)에 의해 한정된다. 환형 치형부는 방사상 내향 언더컷 표면(212), 환형 치형부 면(218), 및 방사상 외향 표면(220)에 의해 한정된다. 도시된 실시예에서, 표면(216)은 어깨 면(214)으로 이행되는 코너 반경을 포함하고, 표면(220)은 이 면(218)으로 이행되는 코너 반경을 포함한다.
관형 부재(204) 상의 밀봉 구조는 환형 홈부(222), 및 환형 치형부(224)를 포함한다. 환형 홈부(222)는 방사상 외향 언더컷 표면(226), 인접한 환형 어깨 면(228), 및 인접한 방사상 내향 표면(230)에 의해 한정된다. 환형 치형부(224)는 방사상 외향 언더컷 표면(226), 환형 치형부 면(232), 및 방사상 내향 표면(234)에 의해 한정된다. 도시된 실시예에서, 표면(230)은 어깨 면(228)으로 이행되는 코너 반경을 포함하고, 표면(234)은 이 면(232)으로 이행되는 코너 반경을 포함한다.
도 3은, 하나의 어깨부를 한정하기 위해 환형 치형부 면(232)이 환형 어깨 면(214)과 연결되며, 환형 치형부(224)가 환형 홈부(208) 내에 위치하며, 그것은 어깨 면(236)에 의해 표현되는 조립 상태의 연결을 도시한다. 마찬가지로, 다른 어깨부를 한정하기 위해 환형 치형부 면(218)가 환형 어깨 면(228)과 연결되며, 환형 치형부(210)는 환형 홈부(222) 내에 위치하며, 그것은 어깨 면(238)에 의해 표현된다. 도시된 실시예에서 언더컷 표면들(212 및 226)은 또한 서로를 연결하고, 연결된 어깨부들과 마찬가지로 추가적인 밀봉 장소로서 작용한다. 연결의 반대 축 면들에서, 연결된 나사산 부분들 또는 관형 부재들은 또한 개략적으로 260, 및 262에 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 어깨 면(236) 부근에서, 방사상 외향 표면(216)과 방사상 내향 표면(234) 사이에 간격이 제공될 수 있다. 방사상 외향 표면(216)과 방사상 내향 표면(234) 사이의, 주요 밀봉 접촉 개소(그 위치는 도 3에 (240)으로 표시됨)는 어깨 면(236)으로부터 축방향으로 떨어져 있는 금속-대-금속 밀봉부 접촉 영역(242)(크로스 해칭으로 도시된 표면들의 간섭에 의해 표현됨)을 한정하기 위해 어깨 면(236)으로부터 축방향으로 떨어져있다. 여기에서 사용된 두 명시된 표면들 사이의 "주요 밀봉 접촉 개소"라는 용어는 두 표면들 사이의 최대 접촉 압력의 위치를 의미한다. 따라서, 예를 들어, 몇몇 실시예들에 있어서 표면들(216 및 234)은 표면들(216 및 234) 사이의 주요 밀봉 접촉 개소가 어깨 면(236)으로부터 더 떨어지는 동시에, 어깨 면(236)의 부근에서 서로간에 약간의 접촉을 만들 수 있다.(예를 들어, 어깨 면들(236 및 238) 사이의 축 영역(246) 내에서) 일반적으로, 최대 접촉 압력의 위치, 그리고 따라서 주요 밀봉 접촉 개소는 표면들 사이의 최대 간섭 위치의 근방에서 발생한다.
또한, 간격은 어깨 면(238) 부근에서 방사상 내향 표면(230)과 방사상 외향 표면(220) 사이에서 제공될 수 있고, 또는 전술한 바와 같이 어깨 면(238)의 부근에서 오직 표면들 사이의 약간의 접촉이 일어날 수 있다. 별개로, 위치가 도 3의 243에 도시된, 방사상 내향 표면(230)과 방사상 외향 표면(220) 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는 어깨 면(238)으로부터 축방향으로 떨어져 있는 금속-대-금속 밀봉부 접촉 영역(244)(크로스 해칭으로 도시된 표면들의 간섭에 의해 표현됨)을 한정하기 위해 어깨 면(238)으로부터 떨어져 있다. 특히, 도시된 실시예의 주요 밀봉부 접촉 영역들(242 및 244) 모두의 경우에 있어서, 주요 밀봉 접촉 개소는 두 어깨부 표면들(236 및 238) 사이에서 한정된 연결의 축 영역(246)의 외부에 위치해 있다.
표면들의 주요 밀봉 접촉의 정확한 위치(예를 들어, 216 및 234, 또는 220 및 230)는 배관 연결의 두께 및 직경뿐만이 아니라 연결에 요구되는, 필요 토크 한계를 포함하는 다양한 요인들에 따라 가변적이다.
예를 들어: 주요 밀봉 접촉 개소(240)는 약 1000분의 25인치와 약 1인치 사이에서, 어깨 면(236)으로부터 축방향으로 떨어져 있을 수 있으며; 주요 밀봉 접촉(243)의 위치는 약 1000분의 25 인치와 약 1 인치 사이에서, 어깨 면(238)으로부터 축방향으로 떨어져 있을 수 있으며; 축 영역(246)은 약 1000분의 20 인치와 약 1000분의 250 인치 사이로부터, 확장될 수 있으며; 어깨 면(236) 내에서 방사상 외향 표면(216)과 방사상 외향 표면(220) 사이의 방사상 간격은 약 1000분의 40 인치와 약 1000분의 500 인치 사이일 수 있으며; 어깨 면(238) 내에서 방사상 내향 표면(230)과 방사상 내향 표면(234) 사이의 방사상 간격은 약 1000분의 40 인치와 약 1000분의 500 인치 사이일 수 있다.
도시된 실시예에서, 각각의 표면들(216, 220, 230, 234)은 곡면들로 도시되어 있다. 이러한 곡면들은, 예를 들어, 연결의 중심축(206)을 따라 확장하고 평행하게 이어지는 면을 따라 2차원으로 고려될때, 어떠한 적절한 형태의 반경 곡선(예를 들어, 가장 효과적인 밀봉을 위해 일반적으로 약 0.5"와 약 15" 사이의 반경 곡선)들을 달리 하면서 타원형 커브들, 원형 커브들, 또는 그들의 조합들을 포함할 수 있고, 그에 상응하는 3-D 표면 형상들이 연결의 중심축(206)에 대하여 그러한 곡선의 회전으로 만들어진다. 그러나, 표면들은 전부가 곡선일 필요가 없거나, 그에 대해서는 전혀 곡선이 아닌 것으로 이해된다. 예를 들어, 도 3의 실시예의 한가지 가능한 변형예에서, 표면들(220 및 234)은 여전히 곡선이나, 표면들(216 및 230)은 절두 원추형으로 만들어져, 주요 밀봉 접촉 각각의 위치(240 및 243)가 곡면과 절두 원추형의 면 사이의 간섭에 대해 만들어진다.
도 4에 도시된 대체 가능한 실시예를 참조하면, 주요 금속-대-금속 접촉 밀봉부들이 곡면 부분에 의해 형성되지 않는 축방향 중심선(306)을 갖는 센터 어깨부 밀봉 구조(300)의 실시예가 도시되어 있다. 이러한 배열에서, 관형 부재(302) 상의 핀 단부는 환형 홈부(308), 및 환형 치형부(310)를 포함한다. 환형 홈부(308)는 방사상 내향(즉, 중심선(306)을 향해 바라보는) 언더컷 표면(312), 인접한 환형 어깨 면(314), 및 인접한 방사상 외향 표면(316)에 의해 한정된다. 환형의 방사상 내향 언더컷 표면(312), 환형 치형부 면(318), 및 방사상 외향 표면(320)에 의해 한정된다. 관형 부재(304) 상의 박스 단부는 환형 홈부(322), 및 환형 치형부(324)를 포함한다. 환형 홈부(322)는 방사상 외향 언더컷 표면(326), 인접한 환형 어깨 면(328), 및 인접한 방사상 내향 표면(330)에 의해 한정된다. 환형 치형부(324)는 방사상 외향 언더컷 표면(326), 환형 치형부 면(332), 및 방사상 내향 표면(334)에 의해 한정된다.
표면(334)이 원통 부분(334a), 및 절두 원추 부분(334b)을 포함하는 동안 표면(316)은 원통 부분(316a), 및 절두 원추 부분(316b)을 포함한다. 표면 부분들(316a, 334a) 사이에 간격이 제공될 수 있으나, 절두 원추 부분들(316b 및 334b)은 어깨 면(336)으로부터 축방향으로 떨어져 있는 주요 밀봉 접촉(340)의 위치를 만드는 방식으로 간섭하며, 이는 간섭 접촉 영역(342)에 의해 표현된다. 표면(330)이 원통 부분(330a), 및 절두 원추 부분(330b)을 포함하는 동안 표면(320)은 원통 부분(320a), 및 절두 원추 부분(320b)을 포함한다. 표면 부분들(320a 및 330b) 사이에 간격이 제공될 수 있으나, 절두 원추 부분들(320b 및 330b)은 어깨 면(338)으로부터 축방향으로 떨어져 있는 주요 밀봉 접촉(343)의 위치를 만드는 방식으로 간섭하며, 이는 간섭 접촉 영역(344)에 의해 표현된다. 가장 효율적이기 위해, 절두 원추 부분들을 포함하는 다른 실시예들뿐만 아니라, 원뿔 각 연결의 중심축(306)에 대한 각각의 절두 원추 부분(316b, 334b, 320b, 330b)의 원뿔 각(예를 들어, 도 4의 일 예로서 중심축(306)과 평행하게 이어지는 선(321)에 대해 θ로 표현된)은 약 1도와 약 7도 사이일 수 있다. 센터 어깨부의 반대 축 면들의 연결된 나사산 부분들(360 및 362)이 도시되어 있다. 밀봉부들의 축 위치들과 관형 부재들의 반경 두께는 도 3의 실시예에 대해 상기 언급된 것과 비슷할 수 있다.
그러나, 다른 변형들도 가능하다. 어깨부들로부터 축방향으로 떨어져 있는, 주요 금속-대-금속 접촉 밀봉부들 중 어느 하나는 (i) 한 표면의 절두 원추 부분과 다른 표면의 절두 원추 부분; (ii) 한 표면의 절두 원추 부분과 다른 표면의 곡선 부분; (iii) 한 표면의 곡선 부분과 다른 표면의 절두 원추 부분 (iv) 한 표면의 곡선 부분과 다른 표면의 곡선 부분에 의해 형성될 수 있는 것으로 이해된다.
일반적으로, 핀 부분과 박스 부분은 각 부분 상의 바람직한 센터 어깨부 구성을 만들기 위한 프로필된 절단 부품들(cutting inserts profiled)과 함께 선반 공정을 이용하여 만들어질 수 있다. 방사상 바깥쪽으로, 그리고 내향 표면들 각각의 방사상 위치와 의도된 중심선으로부터 그러한 표면들을 따른 각각의 포인트 적절히 명시하고, 선택하고, 머시닝함으로써 연결의 어깨부들로부터 축방향으로 떨어져 있는 주요 밀봉 접촉 위치를 배치하기 위해 최대 간섭 위치들이 미리 선택될 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 연결의 일측에서 연결된 나사들이 부족한 축 중심선(506)과 함께 센터 어깨부 밀봉 구조(500)의 실시예가 도시되어 있다. 이러한 배열에서, 관형 부재(502) 상의 핀 단부는 환형 홈부(508), 및 환형 치형부(510)를 포함한다. 이전의 실시예들과 마찬가지로, 환형 홈부(508)는 방사상 내향(즉, 중심선(506)을 향해 바라보는) 언더컷 표면, 인접한 환형 어깨 면(514), 및 인접한 방사상 외향 표면(516)에 의해 한정된다. 환형 치형부(510)는 방사상 내향 언더컷 표면, 환형 치형부 면(518), 및 방사상 외향 표면(520)에 의해 한정된다. 관형 부재(504) 상의 박스 단부는 환형 홈부(522), 및 환형 치형부(524)를 포함한다. 환형 홈부(522)는 방사상 외향 언더컷 표면, 인접한 환형 어깨 면(528), 및 인접한 방사상 내향 표면(530)에 의해 한정된다. 환형 치형부(524)는 방사상 외향 언더컷 표면, 환형 치형부 면(532), 및 방사상 내향 표면(534)에 의해 한정된다.
도시된 실시예에서, 표면(516)과 표면(534)은 주요 밀봉 접촉 개소(540)가 어깨 면들(536, 538) 사이의 축 영역(546)으로부터 표면들(520, 530) 사이의 주요 밀봉 접촉 개소(543)보다 더욱 떨어지도록 구성된다. 이러한 배열에서, 주요 밀봉 접촉 개소(540)는 약 1000분의 25 인치와 약 2 인치 사이에서 어깨 면(536)으로부터 축방향으로 떨어져 있을 수 있고; 주요 밀봉 접촉 개소(543)는 약 1000분의 25 인치와 약 1 인치 사이에서 어깨 면(538)으로부터 축방향으로 떨어져 있을 수 있고; 축 영역(546)은 약 1000분의 20 인치와 약 1000분의 250 인치 사이에서 확장될 수 있고; 어깨 면(536) 내의 방사상 외향 표면(516)과 방사상 외향 표면(520) 사이의 방사상 간격은 약 1000분의 40 인치와 약 1000분의 500 인치 사이일 수 있고; 어깨 면(538) 내의 방사상 내향 표면(530)과 방사상 내향 표면(534) 사이의 방사상 간격은 약 1000분의 40 인치와 약 1000분의 500 인치 사이일 수 있다. 이때, 주요 밀봉 접촉(540)의 위치는 일반적으로 축 영역(546)의 1.75 인치 내이다.
표면들(516 및 534)은 각각 간격이 제공된 원통 표면 부분들(516A 및 534A)을 포함한다. 주요 밀봉 접촉(540)의 위치가 부분들(516B 및 534B) 사이에서 발생하면서, 표면 부분(516A)은 곡면 부분(516B)에 의해 뒤이어지고, 표면 부분(534A)은 절두 원추 표면 부분(534B)에 의해 뒤이어진다. 표면(530)은 다른, 더 가파른 절두 원추 부분(530B)에 의해 뒤이어지는 절두 원추 부분(530A)을 포함하고, 표면(520)은 원통 부분(520B)으로 이행되는 곡선 부분(520A)을 포함한다. 주요 밀봉 접촉 개소는 표면 부분(530A)과 표면 부분(520A) 사이에 있다. 전술한 바와 마찬가지로 다른 표면의 변이가 가능한 것으로 언급될 수 있다. 연결의 반대측은 어떠한 연결된 나사들도 없을때, 연결된 나사산 부분들(562)은 센터 어깨부의 일측에 위치해 있으며, 보다 상세하게는 연결의 바깥 직경에 가까운 일측에 위치해 있다. 특히, 이러한 연결의 반대측 상에는 핀 노즈 섹션이 고온에서 재료의 토크, 압축, 팽창에 의해 항복(yielding)하는 것을 방지하기 위해 핀 노즈 어깨 면과 박스 어깨 면 사이에는 도시된 바와 같이 갭(550)이 제공될 수 있다. 이러한 면들은, 그러나, 조립과 같이, 압축 동안, 또는 재료의 팽창 동안 접촉할 수 있다. 또한, 연결이 이루어짐에 따라 초과 나사 도프(excess thread dope)를 시작할(take up) 박스 부재(504)의 표면(530) 내에 도프 릴리프 리세스(dope relief recess)(560)가 도시되어 있다.
도 5의 구조는 특히 steam assisted gravity drainage 시장과 같은 지열 시장들에서 사용되는 배관들과의 연결에서의 사용에 적합하다. 비록 도 5의 실시예에서는 연결의 일측에서 어떠한 연결된 나사산 부분들도 없지만, 축 어깨부 영역(546)으로부터 더욱 떨어져있는 주요 밀봉 접촉(540)의 위치를 포함하는 연결의 일측 상에서 연결된 나사산 부분들이 역시 제공되는 일 실시들을 포함한 변이들이 가능한 것으로 이해된다.
따라서, 센터 어깨부의 높은 응력 영역들로부터 금속-대-금속 밀봉부들을 분리하는 센터 어깨부를 갖는 관형 부재들을 만드는 방법이 제공된다. 상기 방법은: 각각 핀 단부와 박스 단부를 갖는 제1 및 제2 관형 부재들을 생산하되: (a) 각 핀 단부는: 제1 환형 홈부, 및 제1 환형 치형부를 갖는 센터 어깨부 구조, 방사상 내향 언더컷 표면, 인접한 제1 환형 어깨 면, 및 인접한 제1 방사상 외향 표면에 의해 한정되는 제1 환형 홈부, 방사상 내향 언더컷 표면, 제1 환형 치형부 면, 및 제2 방사상 외향 표면에 의해 한정되는 제1 환형 치형부, 및 센터 어깨부 구조의 측면의 더 큰 직경 상의 적어도 하나의 제1 나사산 부분; 을 포함하고, (b) 각각의 박스 단부는: 제2 환형 홈부, 및 제2 환형 치형부를 갖는 센터 어깨부 구조, 방사상 외향 언더컷 표면, 인접한 제2 환형 어깨 면, 및 인접한 제1 방사상 내향 표면에 의해 한정되는 제2 환형 홈부, 방사상 외향 언더컷 표면, 제2 환형 치형부 면, 및 제2 방사상 내향 표면에 의해 한정되는 제2 환형 치형부, 및 센터 어깨부 구조의 측면의 더 큰 직경 상의 적어도 하나의 제1 나사산 부분; 을 포함하고, (c) 센터 어깨부 구조, 및 제2 관형 부재의 박스 단부와 제1 관형 부재의 핀 단부를 조립하도록 센터 어깨부 구조와 제2 관형 부재의 박스 단부의 제1 나사산 부분 연결을 맞추기 위해 구성된 제1 관형 부재의 핀 단부의 제1 나사산 부분을 포함하되: (i) 제2 환형 치형부는 제1 어깨부를 한정하기 위해 제2 환형 치형부 면가 제1 환형 어깨 면을 연결하면서 제1 환형 홈부 내에 위치될 것이며, 제1 환형 치형부는 제2 어깨부를 한정하기 위해 제1 환형 치형부 면가 제2 환형 어깨 면을 연결하면서 제2 환형 홈부 내에 위치될 것이며, (ii) 제1 관형 부재의 핀 단부의 제1 방사상 외향 표면과 제2 관형 부재의 박스 단부의 제2 방사상 내향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는 제1 어깨부로부터 축방향으로 떨어져 있을 것이며, (iii) 제2 관형 부재의 박스 단부의 방사상 내향 표면과 제1 관형 부재의 핀 단부의 방사상 외향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는 제2 어깨부로부터 축방향으로 떨어져 있을 것이다.
마찬가지로, 유정 또는 가스정 내에서의 사용을 위한 관형 부재들을 연결하는 방법이 제공되며; (a) 각각 핀 단부와 박스 단부를 갖는, 제1 및 제2 관형 부재들을 이용하는 단계이되: (i) 각각의 핀 단부는: 제1 환형 홈부 및 제1 환형 치형부를 갖는 센터 어깨부 구조, 방사상 내향 언더컷 표면, 인접한 제1 환형 어깨 면, 및 인접한 제1 방사상 외향 표면에 의해 한정되는 제1 환형 홈부, 방사상 내향 언더컷 표면, 제1 환형 치형부 면, 및 제2 방사상 외향 표면에 의해 한정되는 제1 환형 치형부, 및 센터 어깨부 구조의 측면의 더 큰 직경 상의 적어도 하나의 제1 나사산 부분을 포함하고, (ii) 각각의 박스 단부는: 제2 환형 홈부, 및 제2 환형 치형부를 갖는 센터 어깨부 구조, 방사상 외향 언더컷 표면, 인접한 제2 환형 어깨 면, 및 인접한 제1 방사상 내향 표면에 의해 한정되는 제2 환형 홈부, 방사상 외향 언더컷 표면, 제2 환형 치형부 면, 및 제2 방사상 내향 표면에 의해 한정되는 제2 환형 치형부, 및 센터 어깨부 구조의 측면의 더 큰 직경 상의 적어도 하나의 제1 나사산 부분을 포함하며; (b) 제2 관형 부재의 박스 단부와 함께 제1 관형 부재의 핀 단부를 연결하는 단계; (c) 제1 및 제2 관형 부재들의 제1 나사산 부분들의 상호작용은 제1 및 제2 관형 부재를 함께 이동시키도록 제1 관형 부재와 제2 관형 부재 사이의 상대적인 회전을 만드는 단계; 그리고 (d) (i) 제2 환형 치형부는 제1 어깨부를 한정하기 위해 제2 환형 치형부 면가 제1 환형 어깨 면을 연결하면서 제1 환형 홈부 내에 위치되고 제1 환형 치형부는 제2 어깨부를 한정하기 위해 제1 환형 치형부 면가 제2 환형 어깨 면을 연결하면서 제2 환형 홈부 내에 위치되고; (ii) 제1 관형 부재의 핀 단부의 제1 방사상 외향 표면과 제2 관형 부재의 박스 단부의 제2 방사상 내향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는 제1 어깨부로부터 축방향으로 떨어져 있으며; 그리고 (iii) 제2 관형 부재의 박스 단부의 제1 방사상 내향 표면과 제1 관형 부재의 핀 단부의 제2 방사상 외향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는 제2 어깨부로부터 축방향으로 떨어져 있도록: 제1 관형 부재의 핀 단부와 제2 관형 부재의 박스 단부의 조립을 완료하는 단계, 를 포함한다.
전술한 설명은 도시와 예로서만 의도된 것이며, 제한하는 것으로 의도된 것이 아니며, 다른 변화와 수정이 가능한 것으로 명백하게 이해되어야 한다.
청구항은 다음과 같다.
Claims (23)
- 제1 및 제2 관형 부재들을 연결하는 금속-대-금속 밀봉 시스템에 있어서,
제1 환형 홈부 및 제1 환형 치형부를 포함하는, 상기 제1 관형 부재 상의 제1 밀봉 구조로서, 상기 제1 환형 홈부는 방사상 내향(radially inward facing) 언더컷 표면, 인접한 제1 환형 어깨 면 및 인접한 제1 방사상 외향(radially outward facing) 표면에 의해 한정되고, 상기 제1 환형 치형부는 상기 방사상 내향 언더컷 표면, 제1 환형 치형부 면 및 제2 방사상 외향 표면에 의해 한정되는, 상기 제1 밀봉 구조;
제2 환형 홈부 및 제2 환형 치형부를 포함하는, 상기 제2 관형 부재 상의 제2 밀봉 구조로서, 상기 제2 환형 홈부는 방사상 외향 언더컷 표면, 인접한 제2 환형 어깨 면, 및 인접한 제1 방사상 내향 표면에 의해 한정되고, 상기 제2 환형 치형부는 상기 방사상 외향 언더컷 표면, 제2 환형 치형부 면 및 제2 방사상 내향 표면에 의해 한정되는, 상기 제2 밀봉 구조를 포함하며,
상기 제2 환형 치형부는 상기 제2 환형 치형부 면이 상기 제1 환형 어깨 면과 맞물린 상태에서 상기 제1 환형 홈부 내에 위치되어 제1 어깨부를 한정하고;
제1 환형 치형부는 상기 제1 환형 치형부 면이 상기 제2 환형 어깨 면과 맞물린 상태에서 상기 제2 환형 홈부 내에 위치되어 제2 어깨부를 한정하며;
상기 제1 관형 부재의 상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 관형 부재의 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는 상기 제1 어깨부로부터 축방향으로 떨어져 있으며;
상기 제2 관형 부재의 상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제1 관형 부재의 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소는 상기 제2 어깨부로부터 축방향으로 떨어져 있는,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 어깨부에 인접한 상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 방사상 내향 표면 사이에 간극이 제공되고,
상기 제2 어깨부에 인접한 상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제2 방사상 외향 표면 사이에 간극이 제공되는,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는 상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소보다 더 멀리 상기 제1 어깨부로부터 축상으로 떨어져 있는,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는 1000분의 25 인치 내지 2 인치만큼 상기 제1 어깨부로부터 축방향으로 떨어져 있고, 상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는 1000분의 25 인치 내지 1 인치만큼 상기 제2 어깨부로부터 축방향으로 떨어져 있는,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 어깨부의 면 내에서의 상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 방사상 간격은 1000분의 40 인치 내지 1000분의 500 인치 사이이며,
상기 제2 어깨부의 면 내에서의 상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 방사상 간격은 1000분의 40 인치 내지 1000분의 500 인치 사이인,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 방사상 내향 언더컷 표면이 상기 방사상 외향 언더컷 표면과 맞물리는,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는,
(i) 상기 제1 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분과 상기 제2 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분;
(ii) 상기 제1 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분과 상기 제2 방사상 내향 표면의 곡선 부분;
(iii) 상기 제1 방사상 외향 표면의 곡선 부분과 상기 제2 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분; 또는
(iv) 상기 제1 방사상 외향 표면의 곡선 부분과 상기 제2 방사상 내향 표면의 곡선 부분;
중 어느 하나 사이의 간섭에 의해 형성되며,
상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는,
(i) 상기 제1 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분과 상기 제2 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분;
(ii) 상기 제1 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분과 상기 제2 방사상 외향 표면의 곡선 부분;
(iii) 상기 제1 방사상 내향 표면의 곡선 부분과 상기 제2 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분; 또는
(iv) 상기 제1 방사상 내향 표면의 곡선 부분과 상기 제2 방사상 외향 표면의 곡선 부분;
중 어느 하나 사이의 간섭에 의해 형성되는,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 관형 부재의 상기 제1 방사상 외향 표면, 및 상기 제2 관형 부재의 상기 제2 방사상 내향 표면은, 상기 표면들 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소가 상기 제1 어깨부 및 상기 제2 어깨부 사이의 축 영역 외부에 놓여지도록 구성되고, 상기 제2 관형 부재의 상기 제1 방사상 내향 표면, 및 상기 제1 관형 부재의 상기 제2 방사상 외향 표면은, 상기 표면들 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소가 상기 축 영역 외부에 놓여지도록 구성되는,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 청구항 8에 있어서,
상기 축 영역은 1000분의 20 인치 내지 1000분의 250 인치 사이에서 연장되는,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 제1 및 제2 관형 부재들을 연결하는 금속-대-금속 밀봉 시스템에 있어서,
제1 환형 홈부와 제1 환형 치형부를 포함하는, 상기 제1 관형 부재 상의 제1 밀봉 구조로서, 상기 제1 환형 홈부는 방사상 내향 언더컷 표면, 인접한 제1 환형 어깨 면 및 인접한 제1 방사상 외향 표면에 의해 한정되고, 상기 제1 환형 치형부는 상기 방사상 내향 언더컷 표면, 제1 환형 치형부 면 및 제2 방사상 외향 표면에 의해 한정되는, 상기 제1 밀봉 구조;
제2 환형 홈부와 제2 환형 치형부를 포함하는, 상기 제2 관형 부재 상의 제2 밀봉 구조로서, 상기 제2 환형 홈부는 방사상 외향 언더컷 표면, 인접한 제2 환형 어깨 면 및 인접한 제1 방사상 내향 표면에 의해 한정되고, 상기 제2 환형 치형부는 상기 방사상 외향 언더컷 표면, 제2 환형 치형부 면 및 제2 방사상 내향 표면에 의해 한정되는, 상기 제2 밀봉 구조를 포함하며,
상기 제2 환형 치형부는 상기 제2 환형 치형부 면이 상기 제1 환형 어깨 면과 맞물린 상태에서 상기 제1 환형 홈부 내에 위치되어 제1 어깨부를 한정하고,
상기 제1 환형 치형부는 상기 제1 환형 치형부 면이 상기 제2 환형 어깨 면과 맞물린 상태에서 상기 제2 환형 홈부 내에 위치되어 제2 어깨부를 한정하며,
상기 제1 관형 부재의 상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 관형 부재의 상기 제2 방사상 내향 표면은 상기 표면들 사이의 주요 밀봉 접촉 개소가 상기 제1 어깨부와 제2 어깨부 사이의 축 영역의 바깥에 놓여지도록 구성되고,
상기 제2 관형 부재의 상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제1 관형 부재의 상기 제2 방사상 외향 표면은 상기 표면들 사이의 주요 밀봉 접촉 개소가 상기 축 영역의 바깥에 놓여지도록 구성되는,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 청구항 10에 있어서,
상기 축 영역은 1000분의 40 인치 내지 1000분의 250 인치 사이에서 연장되는,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 청구항 11에 있어서,
상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는 상기 축 영역의 외부에 있으나, 상기 축 영역으로부터 적어도 1000분의 1750 인치 내에 있고,
상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는 상기 축 영역의 외부에 있으나, 상기 축 영역으로부터 적어도 1000분의 750인치 내에 있는,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 청구항 12에 있어서,
상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는,
(i) 상기 제1 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분과 상기 제2 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분;
(ii) 상기 제1 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분과 상기 제2 방사상 내향 표면의 곡선 부분;
(iii) 상기 제1 방사상 외향 표면의 곡선 부분과 상기 제2 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분; 또는
(iv) 상기 제1 방사상 외향 표면의 곡선 부분과 상기 제2 방사상 내향 표면의 곡선 부분
중 어느 하나 사이의 간섭에 의해 형성되며,
상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는,
(i) 상기 제1 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분과 상기 제2 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분;
(ii) 상기 제1 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분과 상기 제2 방사상 외향 표면의 곡선 부분;
(iii) 상기 제1 방사상 내향 표면의 곡선 부분과 상기 제2 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분; 또는
(iv) 상기 제1 방사상 내향 표면의 곡선 부분과 상기 제2 방사상 외향 표면의 곡선 부분;
중 어느 하나 사이의 간섭에 의해 형성되는,
금속-대-금속 밀봉 시스템. - 센터 어깨부의 응력 영역으로부터 금속-대-금속 밀봉부들을 분리하는 상기 센터 어깨부를 갖는 관형 부재들을 만드는 관형 부재 제조 방법에 있어서:
각각 핀 단부와 박스 단부를 갖는 제1 및 제2 관형 부재들을 만들며:
각각의 핀 단부는,
제1 환형 홈부 및 제1 환형 치형부를 갖는 센터 어깨 구조, 및 상기 센터 어깨 구조의 측면 상의 적어도 제1 나사산 부분을 포함하되, 상기 제1 환형 홈부는 방사상 내향 언더컷 표면, 인접한 제1 환형 어깨 면, 및 인접한 제1 방사상 외향 표면에 의해 한정되고, 상기 제1 환형 치형부는 상기 방사상 내향 언더컷 표면, 제1 환형 치형부 면 및 제2 방사상 외향 표면에 의해 한정되며;
각각의 박스 단부는,
제2 환형 홈부 및 제2 환형 치형부를 갖는 센터 어깨 구조, 및 상기 센터 어깨 구조의 측면 상의 적어도 제1 나사산 부분을 포함하되, 상기 제2 환형 홈부는 방사상 외향 언더컷 표면, 인접한 제2 환형 어깨 면, 및 인접한 제1 방사상 내향 표면에 의해 한정되고, 상기 제2 환형 치형부는 상기 방사상 외향 언더컷 표면, 제2 환형 치형부 면 및 제2 방사상 내향 표면에 의해 한정되며,
상기 제1 관형 부재의 상기 핀 단부의 상기 센터 어깨 구조 및 제1 나사산 부분은, 상기 제2 관형 부재의 상기 박스 단부의 상기 센터 어깨 구조 및 제1 나사산 부분과의 연결을 일치시키기 위해 구성되고, 그리고 상기 제2 관형 부재의 상기 박스 단부와 상기 제1 관형 부재의 상기 핀 단부의 조립시 상기 제2 환형 치형부 면이 상기 제1 환형 어깨 면과 맞물린 상태에서 상기 제2 환형 치형부가 상기 제1 환형 홈부 내에 위치되어 제1 어깨부를 한정하게 되고, 상기 제1 환형 치형부 면이 상기 제2 환형 어깨 면과 맞물린 상태에서 상기 제1 환형 치형부가 상기 제2 환형 홈부 내에 위치되어 제2 어깨부를 한정하게 되도록;
상기 제1 관형 부재의 상기 핀 단부의 상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 관형 부재의 상기 박스 단부의 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소가 상기 제1 어깨부로부터 축방향으로 떨어지도록; 그리고,
상기 제2 관형 부재의 상기 박스 단부의 상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제1 관형 부재의 상기 핀 단부의 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소가 상기 제2 어깨부로부터 축방향으로 떨어지도록 하는 크기를 갖는,
관형 부재 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 제1 어깨부에 인접한 상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 방사상 내향 보면 사이에 간극이 제공되고,
상기 제2 어깨부에 인접한 상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제2 방사상 외향 표면 사이에 간극이 제공되는,
관형 부재 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는 상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소보다 더 멀리 상기 제1 어깨부로부터 축방향으로 떨어져 있는,
관형 부재 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는 1000분의 25 인치 내지 2 인치 사이에서 상기 제1 어깨부로부터 축방향으로 떨어져 있고,
상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는 1000분의 25 인치 내지 1 인치 사이에서 상기 제2 어깨부로부터 축방향으로 떨어져 있는,
관형 부재 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 제1 어깨의 면 내의 상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 방사상 간격은 1000분의 40 인치 내지 1000분의 500 인치 사이이며,
상기 제2 어깨의 면 내의 상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 방사상 간격은 1000분의 40 인치 내지 1000분의 500 인치 사이인,
관형 부재 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 방사상 내향 언더컷 표면은 상기 방사상 외향 언더컷 표면과 맞물리는,
관형 부재 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는,
(i) 상기 제1 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분과 상기 제2 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분;
(ii) 상기 제1 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분과 상기 제2 방사상 내향 표면의 곡선 부분;
(iii) 상기 제1 방사상 외향 표면의 곡선 부분과 상기 제2 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분; 또는
(iv) 상기 제1 방사상 외향 표면의 곡선 부분과 상기 제2 방사상 내향 표면의 곡선 부분;
중 어느 하나 사이의 간섭에 의해 형성되며,
상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소는,
(i) 상기 제1 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분과 상기 제2 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분;
(ii) 상기 제1 방사상 내향 표면의 절두 원추 부분과 상기 제2 방사상 외향 표면의 곡선 부분;
(iii) 상기 제1 방사상 내향 표면의 곡선 부분과 상기 제2 방사상 외향 표면의 절두 원추 부분; 또는
(iv) 상기 제1 방사상 내향 표면의 곡선 부분과 상기 제2 방사상 외향 표면의 곡선 부분;
중 어느 하나 사이의 간섭에 의해 형성되는,
관형 부재 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 제1 관형 부재의 상기 제1 방사상 외향 표면, 및 상기 제2 관형 부재의 상기 제2 방사상 내향 표면은 상기 표면들 사이의 상기 주요 밀봉 접촉 개소가 축 영역의 외부에 놓여지도록 구성되며,
상기 제2 관형 부재의 상기 제1 방사상 내향 표면, 및 상기 제1 관형 부재의 상기 제2 방사상 외향 표면은 상기 표면들 사이의 주요 밀봉 접촉 개소가 상기 축 영역의 외부에 놓여지도록 구성되는,
관형 부재 제조 방법. - 청구항 21에 있어서,
상기 축 영역은 1000분의 20 인치 내지 1000분의 250 인치 사이에서 연장되는,
관형 부재 제조 방법. - 관형 부재들을 연결하는 관형 부재 연결 방법에 있어서,
(a) 각각 핀 단부와 박스 단부를 갖는, 제1 및 제2 관형 부재들을 이용하는 단계로서,
각각의 핀 단부는,
제1 환형 홈부와 제1 환형 치형부를 갖는 센터 어깨부 구조, 및 상기 센터 어깨 구조의 측면 상의 적어도 제1 나사산 부분을 포함하되, 상기 제1 환형 홈부는 방사상 내향 언더컷 표면, 인접한 제1 환형 어깨 면 및 인접한 제1 방사상 외향 표면에 의해 한정되고, 상기 제1 환형 치형부는 상기 방사상 내향 언더컷 표면, 제1 환형 치형부 면 및 제2 방사상 외향 표면에 의해 한정되고,
각각의 박스 단부는,
제2 환형 홈부와 제2 환형 치형부를 갖는 센터 어깨부 구조, 및 상기 센터 어깨 구조의 측면 상의 적어도 제1 나사산 부분을 포함하되, 상기 제2 환형 홈부는 방사상 외향 언더컷 표면, 인접한 제2 환형 어깨 면 및 인접한 제1 방사상 내향 표면에 의해 한정되고, 상기 제2 환형 치형부는 상기 방사상 외향 언더컷 표면, 제2 환형 치형부 면 및 제2 방사상 내향 표면에 의해 한정되는 상기 제1 및 제2 관형 부재들을 이용하는 단계;
(b) 상기 제1 관형 부재의 상기 핀 단부를 상기 제2 관형 부재의 상기 박스 단부와 맞물리게 하는 단계;
(c) 상기 제1 및 제2 관형 부재들의 제1 나사산 부분들의 상호작용이 제1 및 제2 관형 부재들을 함께 이동시키도록 상기 제1 관형 부재와 상기 제2 관형 부재 사이의 상대적인 회전을 일으키는 단계;
(d) 상기 제2 환형 치형부 면이 상기 제1 환형 어깨 면과 맞물린 상태에서 상기 제2 환형 치형부가 상기 제1 환형 홈부 내에 위치되어 제1 어깨부를 한정하고, 상기 제1 환형 치형부 면이 상기 제2 환형 어깨 면과 맞물린 상태에서 상기 제1 환형 치형부가 상기 제2 환형 홈부 내에 위치되어 제2 어깨부를 한정하도록;
상기 제1 관형 부재의 상기 핀 단부의 상기 제1 방사상 외향 표면과 상기 제2 관형 부재의 상기 박스 단부의 상기 제2 방사상 내향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소가 상기 제1 어깨부로부터 축방향으로 떨어지도록; 그리고,
상기 제2 관형 부재의 상기 박스 단부의 상기 제1 방사상 내향 표면과 상기 제1 관형 부재의 상기 핀 단부의 상기 제2 방사상 외향 표면 사이의 주요 밀봉 접촉 개소가 상기 제2 어깨부로부터 축방향으로 떨어지도록,
상기 제1 관형 부재의 상기 핀 단부와 상기 제2 관형 부재의 상기 박스 단부의 조립을 완료하는 단계를 포함하는,
관형 부재 연결 방법.
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