MX2015003383A - Junta de tornillo para tuberia de acero. - Google Patents

Abstract

En la presente invención, se proporciona una junta roscada para una tubería de acero con: un perno que tiene una rosca macho formada de una rosca de dos pasos, y una superficie de sello que comprende una superficie ahusada y superficie curvada formada en una parte intermedia de la rosca de dos pasos; y una caja que tiene una rosca hembra formada por una rosca de dos pasos, y una superficie de sello que comprende una superficie ahusada y una superficie curvada formada en una parte intermedia de la rosca de dos pasos. El ángulo ahusado de la superficie ahusada del perno y el ángulo ahusado de la superficie ahusada de la caja son sustancialmente los mismos. La junta roscada tiene una estructura en la cual, en el curso de la sujeción de la rosca macho y la rosca hembra juntos, el perno y la caja interfieren entre sí en la dirección radial mientras que las superficies de sello del perno y la superficie del sello de la caja están en contacto, por lo que provoca que al menos parte de cada superficie de sello se encuentre en contacto cercano a través de toda la periferia; y se proporciona un mecanismo de aumento de presión de contacto para aumentar la presión de contacto entre la superficie de sellado del perno y la superficie de sellado de la caja una vez que ha concluido la sujeción.

Description

JUNTA DE TORNILLO PARA TUBERIA DE ACERO Campo Téenico

[0001] La presente invención se relaciona con una junta de tornillo para una tubería de acero.

Se reclama la prioridad sobre la Solicitud de Patente Japonesa No.2012-208600,presentada el 21 de septiembre de 2012, y de la cual el contenido se incorpora en la presente para referencia.

Técnica Antecedente

[0002] Por ejemplo, cuando se excavan y producen combustibles fósiles tales como petróleo crudo, gas natural, gas de esquisto, o hidrato de metano, y recursos subterráneos gaseosos o líquidos tales como agua subterránea o aguas termales, se utilizan tuberías de acero tales como tuberías de pozos de petróleo. En general, las tuberías de acero tales como las tuberías de pozos de petróleo se conectan entre sí, por una junta de tornillo. La junta de tornillo se clasifica ampliamente en dos tipos. Un tipo es un tipo de acoplamiento En el tipo de acoplamiento, dos tuberías de acero en las que miembros de tornillo macho (pernos) se proporcionan en ambos extremos se conectan entre sí mediante una tubería corta denominada como un acoplamiento en el que miembros de tornillo hembra (cajas) se proporcionan en ambos extremos. El otro tipo es un tipo integral. En el tipo integral, el perno se proporciona en un extremo de la tubería de acero, la caja se proporciona en el otro extremo, y dos tuberías de acero se conectan directamente entre sí sin utilizar el acoplamiento.

[0003] Como una junta de tornillo para un tubo de pozo de petróleo, existe una junta de tornillo de acuerdo con las Normas del Instituto de Petróleo Americano, es decir, una junta llamada API. Además, existe una junta premium la cual mejora el rendimiento para soportar entornos más severos.La mayoría de las juntas premium incluyen no sólo estructuras de tornillo requeridas para conectar las tuberías de acero sino también mecanismos de sellado responsables de rendimiento de sellado de gas o liquido. Particularmente, cuando se requiere sellar un fluido de alta presión, como el mecanismo de sellado, se utiliza ampliamente un sello de contacto metálico en el que superficies sin tornillos rotacionalmente simétricas (superficies de sello) se proporcionan en una superficie exterior del perno y la superficie interior correspondiente de la caja respectivamente y las superficies de sello se ajustan entre sí.

[0004] En el sello de contacto metálico, un diámetro externo del perno se establece para ser ligeramente mayor que un diámetro interno de la caja (esta diferencia de diámetro se denomina como una "cantidad de interferencia de sello").En el sello de contacto metálico, el perno y la caja se ajustan e interfieren entre si en una dirección radial, y de este modo, las fuerzas de restablecimiento elástico las cuales tratan de invertirse a los diámetros originales de cada uno de la caja y el perno se generan entre la caja ampliada en diámetro y el perno reducido en diámetro. Las superficies de sello pueden entrar en contacto cercano entre si sobre toda la circunferencia utilizando las fuerzas de restauración elásticas. En el sello de contacto metálico, si la cantidad de interferencia del sello se establece para ser grande, el rendimiento del sellado puede aumentarse. Por otro lado, si la cantidad de interferencia del sello se establece para ser excesivamente grande, ocurren escoriaciones en las superficies de sello en un proceso de integración de la junta de tornillo.

[0005] De esta manera, el rendimiento de sellado y el rendimiento de resistencia de escoriación de la junta de tornillo se encuentran en una relación en conflicto. Particularmente, en la junta de tornillo para una tubería de acero que se forma de acero de alta aleación que contiene una gran cantidad de cromo, níquel, o similar, ocurre fácilmente la escoriación, y de este modo, es difícil alcanzar tanto el rendimiento de sellado como el rendimiento de resistencia a la escoriación.

[0006] Por consiguiente, muchas teenologías se describen las cuales evitan la escoriación de las superficies de sello mientras que mantienen el rendimiento de sellado, es decir, sin disminuir la cantidad de interferencia de sello (referirse a los Documentos de Patente 1 a 6).

[0007] Por ejemplo, en los Documentos de Patente 1 y 2, se describen las técnicas relacionadas que mejoran un recubrimiento lubricante. Específicamente, en el Documento de Patente 1, se describe una tecnología en la que una capa de sustrato procesada con ácido oxálico se forma encada superficie de una porción de tornillo y una superficie de sello y una capa de recubrimiento de resina dispersa con disulfuro de molibdeno o disulfuro de tungsteno se forma en la capa de sustrato. En el Documento de Patente 2, se describe una tecnología en la que una capa de sustrato de zinc poroso o aleación de zinc se forma en cada superficie de una porción de tornillo y una superficie de sello y un recubrimiento lubricante sólido o recubrimiento lubricante líquido que no contiene metal pesado se forma en la capa de sustrato. De acuerdo con los Documentos de Patente 1 y 2, se mejora el rendimiento de resistencia a la escoriación.

[0008] Con respecto a una junta de tornillo en la que se forma el recubrimiento lubricante descrito en lo anterior o el revestimiento de tratamiento superficial en cada superficie de la porción de tornillo y la superficie de sello, en la mayoría de los casos, se necesita atención para manejar el recubrimiento lubricante o el recubrimiento de tratamiento de superficie. Por consiguiente, debido al manejo rudo durante el transporte de las tuberías de pozo de petróleo al sitio del pozo de petróleo o en el sitio, los defectos tales como el desprendimiento del recubrimiento lubricante o desprendimiento del recubrimiento de tratamiento superficial ocurre fácilmente.

[0009] En el Documento de Patente 3,se describe una teenología la cual idea una forma de una superficie de sello. Específicamente, se describe una tecnología en la que la superficie de sello de una caja se forma como una superficie ahusada, la superficie de sello de un perno se forma como una superficie curvada, ambas superficies de sello hacen contacto entre sí en un margen relativamente estrecho, una presión de contacto local aumenta, y el rendimiento del sellado mejora.

[0010] En el Documento de Patente 4,se describe una tecnología en la que dos superficies de sello se forman en la junta de tornillo de tipo integral.Específicamente, en una superficie de sello, una superficie de sello de perno se forma como una superficie ahusada y una superficie de sello de caja se forma como una superficie curvada, y ambas superficies hacen contacto entre sí. En la otra superficie de sello, en una relación inversa, es decir, la caja se forma como una superficie ahusada y el perno se forma como una superficie curvada, y ambas superficies hacen contacto entre si.

[0011] En el Documento de Patente 5,se describe una teenología en la que la superficie de sello de perno y caja se forman como superficies curvadas. De acuerdo con las tecnologías descritas en los Documentos de Patente 3 a 5, debido a que una presión de contacto local alto puede obtenerse si las cantidades de interferencia de sello son las mismas entre sí, el rendimiento de sellado alto se obtiene. Además, debido a que una porción de contacto de sellado se forma de acuerdo con el contacto entre la superficie ahusada y la superficie curvada, se obtiene un rendimiento de sellado estable.

[0012] Sin embargo, en las formas de las superficies de sello descritas en los Documentos de Patente 3 a 5, las superficies de sello de cada uno del perno y la caja se deslizan mientras que hacen contacto entre sí en ancho de contacto estrecho y una presión de contacto promedio alta e incluso en un proceso en el que se integra la junta de tornillo. Por consiguiente, el rendimiento de resistencia a escoriación se vuelve desfavorable. Particularmente, en la junta de tornillo formada de acero de alta aleación que contiene bromo de 13% o más, la ocurrencia de la escoriación se vuelve inevitable en tanto que el tratamiento superficial costoso no se aplica a la junta de tornillo.

[0013] Además, en el Documento de Patente 6, se describe una teenología en la que las formas de las superficies de sello del perno y caja se forman con superficies ahusadas y hacen contacto entre sí,y se mejora el rendimiento de resistencia a escoriación.

Documento de la Técnica Anterior Documento de Patente

[0014] Documento de Patente 1 Solicitud de Patente Japonesa No examinada, Primera Publicación No.2000-130654 Documento de Patente 2 Panfleto de Publicación Internacional de PCT No. WO 2002/059519 Documento de Patente 3 Solicitud de Patente de los Estados Unidos, Publicación No.2004/108719 Documento de Patente 4 Especificación de la Patente de los Estados Unidos No.4153283 Documento de Patente 5 Especificación de la Patente de los Estados Unidos No.3856337 Documento de Patente 6 Especificación de la Patente de los Estados Unidos No.4736967 Descripción de la Invención Problema a Resolver por la Invención

[0015] De acuerdo con la teenología descrita en el Documento de Patente 6, las superficies ahusadas las cuales son superficies de sello hacen contacto en un ancho de contacto amplio en el proceso en el que se integra la junta de tornillo. Por lo tanto, la presión de contacto promedio entre las superficies de sello puede suprimirse, y la escoriación no ocurre fácilmente.

[0016] Sin embargo, en la tecnología descrita en el Documento de Patente 6, las superficies de sello se mantienen en contacto entre sí en un ancho de contacto amplio incluso después de que la integración se completa, y el estado donde se disminuye la presión de contacto promedio se mantiene. Por consiguiente, existe un límite en el rendimiento de sellado de acuerdo con esta tecnología. Además, si la presión aplicada a las superficies de sello se incrementa, el rendimiento de sellado es insuficiente, y de esta manera, existe un riesgo de que ocurra una fuga de fluido.

[0017] La presente invención se hace en consideración de las circunstancias descritas en lo anterior, y un objeto de la misma es proporcionar una junta de tornillo para una tubería de acero la cual alcance de forma estable tanto un rendimiento de resistencia a la escoriación alta y un rendimiento de sellado.

Medios para Resolver los Problemas

[0018] La presente invención adopta los siguientes aspectos para resolver los problemas y lograr el objetivo.

(?) De acuerdo con un aspecto de la presente invención se proporciona una junta de tornillo para una tubería de acero que incluye: un perno el cual incluye una porción de tornillo macho formada por un tornillo de dos pasos, y una superficie de sello que incluye una superficie ahusada y una superficie curvada adyacente a la superficie ahusada, la superficie de sello del perno se forma en una porción intermedia del tornillo de dos pasos; y una caja la cual incluye una porción de tornillo hembra formada por un tornillo de dos capas, y una superficie de sello que incluye una superficie ahusada en una superficie curvada adyacente a la superficie ahusada, la superficie de sello de la caja se forma en una porción intermedia del tornillo de dos pasos. Un ángulo ahusado de la superficie ahusada del perno es sustancialmente el mismo que el ángulo ahusado de la superficie ahusada de la caja. Además, la porción de tornillo macho y la porción de tornillo hembra se integran al atornillar, el perno y la caja interfieren entre sí en una dirección radial mientras la superficie de sello del perno y la superficie de sello de la caja hacen contacto entre sí en un proceso de integración, y al menos una parte de la superficie del sello entra en contacto cercano con al menos una parte de la superficie de sello de la caja sobre toda la circunferencia. Además, un mecanismo de amplificación de presión de contacto, el cual aumenta la presión de contacto entre la superficie de sello y el perno y la superficie de sello de la caja en la terminación de la integración comparada con un punto en el tiempo durante la integración, se proporciona adicionalmente.

[0019] (2) En la junta de tornillo para una tubería de acero descrita en (1), la superficie curvada del perno puede formarse en el lado de punta del perno, y la superficie curvada de la caja puede formarse en un lado de punta de la caja.

[0020] (3) En la junta de tornillo para una tubería de acero descrita en (1), la superficie curvada del perno puede formarse en un lado opuesto a un lado de punta de un perno, y la superficie curvada de la caja puede formarse en un lado opuesto al lado de punta de la caja.

[0021] (4) En la junta de tornillo para una tubería de acero descrita en (1), la superficie curvada del perno puede formarse para encontrarse adyacente a ambos lados de la superficie ahusada del perno, y una longitud de la superficie ahusada de la caja puede ser mayor que una longitud de la superficie de sello del perno.

[0022] (5) En la junta de tornillo para una tubería de acero descrita en (1), la superficie curvada de la caja puede formarse para encontrarse adyacente a ambos lados de la superficie ahusada de la caja, y una longitud de la superficie ahusada del perno puede ser mayor que una longitud de la superficie de sello de la caja.

[0023] (6) En la junta de tornillo para una tubería de acero descrita en cualquiera de (1) a (5), una presión de contacto máximo puede generase en una porción de contacto entre la superficie curvada y la superficie ahusada en una superficie de contacto entre la superficie de sello del perno y la superficie de sello de la caja en la terminación de la integración.

[0024] (7) En la junta de tornillo para una tubería de acero descrita en cualquiera de (1)a (6),elmecanismo de amplificación de presión de contacto puede aumentar la presión de contacto entre la superficie de sello del perno y la superficie de sello de la caja al integrarse entre un tornillo con forma de cola de milano el cual se forma en un lugar adyacente a la superficie de sello de la porción de tornillo macho y un tornillo con forma de cola de milano el cual se forma en un lugar adyacente a la superficie de sello de la porción de tornillo hembra.

[0025] (8) En la junta de tornillo para una tubería de acero descrita en cualquiera de (1)a (6), elmecanismo de amplificación de presión de contacto puede aumentar la presión de contacto entre la superficie de sello del perno y la superficie de sello de la caja por un reborde de gancho el cual es adyacente a cualquiera de un lado frontal o un lado posterior de cada una de las superficies de sello del perno y la superficie de sello de la caja.

[0026] (9) En la junta de tornillo para una tubería de acero descrita en cualquiera de (1) a (8), la porción de tornillo macho y la porción de tornillo hembra pueden incluir un tornillo con forma de cola de milano.

[0027] (10) En la junta de tornillo para una tubería de acero descrita en cualquiera de (1) a (9), el ángulo ahusado de la superficie ahusada del perno y el ángulo ahusado de la superficie ahusada de la caja puede ser de 2° a 10°.

Ventaja de la Invención

[0028] De acuerdo con los aspectos descritos en lo anterior, la junta de tornillo para una tubería de acero la cual puede disminuir de forma estable el riesgo de escoriación de la superficie de sello y puede mostrar un rendimiento de sellado estable después de que se completa la integración puede proporcionarse.

Breve Descripción de los Dibujos

[0029] La FIGURA 1 es una vista en sección transversal que muestra esquemáticamente una forma de sección transversal longitudinal de una junta de tornillo para una tubería de acero de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La FIGURA 2, es una vista en sección transversal de la porción principal que muestra las dimensiones de cada porción de sello de un perno y una caja de la junta de tornillo para una tubería de acero mostrada en una porción X encerrada en la FIGURA 1.

La FIGURA 3A es una vista esquemática que muestra un estado antes de que el perno y la caja se enrosquen entre sí en la junta de tornillo para una tubería de acero mostrada en la FIGURA 1.

La FIGURA 3B es una vista esquemática que muestra un estado cuando la integración entre el perno y la caja se completa en la junta de tornillo para una tubería de acero mostrado en la FIGURA 1.

La FIGURA 4A es una vista esquemática que muestra un estado antes de que la superficie de sello de cada uno del perno y la caja que configuran un ejemplo de la junta de tornillo para una tubería de acero de acuerdo con la modalidad de la presente invención se enrosquen entre sí.

La FIGURA 4B es una vista esquemática que muestra un estado en un proceso de inteqración de las superficies de sello de cada uno del perno y la caja mostrado en la FIGURA 4A.

La FIGURA 4C es una vista esquemática que muestra un estado cuando la integración de las superficies de sello de cada uno del perno y la caja mostrados en la FIGURA 4A se completa.

La FIGURA 5A es una vista esquemática que muestra un estado antes de que la superficie de sello de cada uno del perno y la caja que configuran otro ejemplo de la junta de tornillo para una tubería de acero de acuerdo con la modalidad de la presente invención se enrosquen entre sí.

La FIGURA 5B es una vista esquemática que muestra un estado en un proceso de integración de las superficies de sello de cada uno del perno y la caja mostrado en la FIGURA 5A.

La FIGURA 5C es una vista esquemática que muestra un estado cuando la integración de las superficies de sello de cada uno del perno y la caja mostrados en la FIGURA 5A se completa.

La FIGURA 6A es una vista esquemática que muestra un estado antes de que la superficie de sello de cada uno del perno y la caja que configuran otro ejemplo de la junta de tornillo de acero de acuerdo con la modalidad de la presente invención se enrosquen entre sí.

La FIGURA 6B es una vista esquemática que muestra un estado en un proceso de integración de las superficies de sello de cada uno del perno y la caja mostrado en la FIGURA 6A.

La FIGURA 6C es una vista esquemática que muestra un estado cuando la integración de las superficies de sello de cada uno del perno y la caja mostrados en la FIGURA 6A se completa.

La FIGURA 7A es una vista esquemática que muestra un estado antes de que las superficies de sello de cada uno del perno y la caja que configuran otro ejemplo de la junta de tornillo de acero de acuerdo con la modalidad de la presente invención se enrosquen entre si.

La FIGURA 7B es una vista esquemática que muestra un estado en un proceso de integración de las superficies de sello de cada uno del perno y la caja mostrado en la FIGURA 7A.

La FIGURA 7C es una vista esquemática que muestra un estado cuando la integración de las superficies de sello de cada uno del perno y la caja mostrados en la FIGURA 7A se completa.

La FIGURA 8 es una vista esquemática que muestra una configuración ejemplar de un tornillo con forma de cola de milano.

La FIGURA 9 es una vista esquemática que muestra un ejemplo cuando un reborde de gancho se proporciona para estar adyacente a cualquiera del lado frontal o lado posterior de cada una de las superficies de sello del perno y la caja.

La FIGURA 10 es una vista esquemática que muestra otro ejemplo cuando un reborde de gancho se proporciona para estar adyacente a cualquiera del lado frontal o lado posterior de cada una de las superficies de sello del perno y la caja.

La FIGURA 11 es una vista esquemática que muestra un caso en donde dos rebordes de gancho se proporcionan para estar adyacentes al lado frontal o lado posterior de cada una de las superficies de sello del perno y la caja.

La FIGURA 12A es una vista esquemática que muestra un estado antes de que las superficies de sello de cada uno del perno y la caja de acuerdo con la forma del sello de la téenica relacionada se enrosquen entre si.

La FIGURA 12B es una vista esquemática que muestra un estado en un proceso de integración de las superficies de sello de cada uno del perno y la caja mostrado en la FIGURA 12A.

La FIGURA 12C es una vista esquemática que muestra un estado cuando la integración de las superficies de sello de cada uno del perno y la caja mostrados en la FIGURA 12A se completa.

Mejor Modo para Llevar a Cabo la Invención [0030J En adelante, una modalidad de la presente invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos anexos.

Primero,por ejemplo, la invención revisó a detalle las causas para la escoriación de una superficie de sello que ocurre frecuentemente en un proceso de integración de una junta de tornillo para una tubería de acero formada de acero de alta aleación que contiene cromo (Cr) de 13% en masa o más.

[0031] La FIGURA 12A es una vista esquemática que muestra un estado antes de que las superficies 2 y 4 de sello de cada uno del perno 1 y la caja 3 de acuerdo con la forma del sello de la téenica relacionada se enrosquen entre si. La FIGURA 12B es una vista esquemática que muestra un estado en un proceso de integración de las superficies 2 y 4 de sello de cada uno del perno 1 y la caja 3 mostrados en la FIGURA 12A. La FIGURA 12C es una vista esquemática que muestra un estado cuando la integración de las superficies 2 y 4 de sello de cada uno del perno 2 y la caja 3 mostrados en la FIGURA 12A se completa.Además, el lado derecho en las FIGURAS 12A a 12C es un lado de punta en el perno 1, y el lado izquierdo es un lado de punta en la caja 3.En adelante, éste se aplica de forma similar a todos los dibujos en la presente especificación.

[0032] Como se muestra en las FIGURAS 12A a 12C, la superficie 4 de sello de la caja 3 se configura de una superficie 4a ahusada y las superficies 4b y 4c curvadas las cuales se conectan sin problema a ambos extremos de la superficie ahusada.Por otro lado, la superficie 2 de sello del perno 1 se configura de una superficie 2b curvada amplia sencilla.

[0033] Un recubrimiento de electrodeposición de cobre se forma en la caja 3 y se realiza en la prueba de integración de tornillo. Como resultado, particularmente, se encontró que un fenómeno ocurrió frecuentemente en el que el recubrimiento de electrodeposición de cobre formado en la superficie 4c curvada de la caja 3 se desgastó significativamente. Además, este fenómeno ocurrió cuando una junta de tornillo incluía una forma de tornillo en el que una forma de sección transversal de una rosca también denominada forma de cola de milano y ambos flancos de carga y acoplamiento de la rosca hacen contacto entre sí para integrarse cuando la integración se completa. Es decir, este fenómeno ocurre significativamente en un caso de una junta de tornillo en la que existió mucho huelgo hasta inmediatamente antes de que la integración se complete.

[0034] Por consiguiente, para examinar la causa del desgaste el recubrimiento de electrodeposición de cobre formada en la superficie 4c curvada de la caja 3, la invención revisó en detalle un estado de contacto de la superficie 4 de sello de un proceso de integración de acuerdo con un análisis de elemento finito.Como resultado, se encontró que las causas principales de la escoriación eran la superficie 4c de la caja 3 que hacen contacto con la superficie 2b curvada del perno 1 cuando el contacto de la superficie 2 de sello del perno 1 iniciada, el estado de contacto se vuelve un estado de contacto lineal en el que las superficies 4a y 2b curvadas hacen contacto entre sí en un ancho significativamente estrecho, y ocurre una presión de contacto máximo alta.

[0035] Además, cuando se utilizó el tornillo que tiene un huelgo hasta inmediatamente antes de la terminación de la integración, debido a que cada eje del perno 1 y de la caja 3 se agitan y se vuelven inestables cuando hacen contacto entre la superficie 2 de sello del perno 1 y la superficie 4 de sello de la caja 3 iniciada, se encontró que la torsión y la escoriación entre las superficies 2 y 4 de sello ocurrió significativamente.

[0036] A partir de lo anterior, la invención obtuvo hallazgos tales como (I) y (II) siguientes.

(I) Si una presión de contacto máximo excesiva debido al contacto entre las superficies 2b y 4c curvadas cuando el contacto entre las superficies 2b y 4c de sello inicia puede disminuirse, la ocurrencia de la escoriación entre las superficies 2 y 4 de sello puede evitarse.

(II) Cuando el contacto entre las superficies 2 y 4 inicia en el proceso de integración, si el contacto entre las superficies 2b y 4c curvadas o entre la superficie 2b curvada y la superficie 4a ahusada no es un contacto lineal y las formas de las superficies 2 y 4 de sello se forman apropiadamente de manera que las superficies ahusadas hacen contacto entre si para ser paralelas, las superficies de sello pueden hacer contacto uniformemente entre si en un ancho de contacto más amplio, y la ocurrencia de la presión de contacto máximo alta puede evitarse.

[0037] Sin embargo, el rendimiento de sellado alto no puede obtenerse en un estado donde la presión de contacto máximo se mantiene baja después de que la integración se completa. Para obtener un rendimiento de sellado alto, es necesario generar una presión de contacto máximo alta en las superficies 2 y 4 de sello en un punto en el tiempo cuando la integración se completa. Además, para obtener una presión de contacto máximo alta, es más efectivo para las superficies 2b y 4c curvadas de las superficies 2 y 4 de sello hacer contacto entre si. Por otro lado, la mayoría de las cantidades de interferencia de sello se introducen por adelantado inmediatamente antes de que se complete la integración. Por consiguiente, incluso cuando las superficies de sello se deslizan para realizar el deslizamiento de rotación ligeramente hasta que se completa la integración, existe una amplia posibilidad de que pueda ocurrir una escoriación cuando éste se cambia al contacto entre las superficies 2b y 4c curvadas.

[0038] Por lo tanto, la invención considera que una presión de contacto máximo que tiene una magnitud apropiada en la que se muestra un rendimiento de sellado suficiente sin la ocurrencia de la escoriación se obtiene si la presión de contacto entre las superficies 2 y 4 de sello se amplifica al aplicar otros elementos inmediatamente antes de que la integración se complete, por ejemplo, al formar las porciones de tornillo del perno 1 la caja 3 en tornillos con forma de cola de milano y acoplarlas entre sí, al empalmarse contra cada uno de los rebordes de gancho proporcionados para ser adyacentes a las superficies 2 y 4 de sello del perno 1 y la caja 3, o similar, y el contacto entre la superficie curvada y la superficie ahusada se genera al final de la porción de contacto entre las superficies 2 y 4 de sello mientras se mantiene sustancialmente en contacto entre las superficies 2 y 4 de sello hasta que se completa la integración.

[0039] La invención además revisó basada en las concepciones descritas en lo anterior y encontró que los problemas descritos en lo anterior podrían resolverse al satisfacer los siguientes dos elementos (A) y (B), y de mayor preferencia al satisfacer el siguiente elemento (C) además de los elementos (A) y (B).

[0040] (A)Un ángulo ahusado de la superficie ahusada delperno y un ángulo ahusado de la superficie ahusada de la caja son sustancialmente iguales entre sí. Aquí, ambos siendo sustancialmente iguales entre sí significa que el ángulo ahusado de la superficie ahusada del perno y el ángulo ahusado de la superficie ahusada de la caja son iguales entre sí o una diferencia de ángulo entre ambos ángulos ahusados se encuentra dentro del margen de ±0.5°.

[0041] (B) Un mecanismo de amplificación de presión de contacto, el cual aumenta una presión de contacto entre la superficie de sello del perno y la superficie de sello de la caja en la terminación de la integración comparada con un punto en el tiempo durante la integración, se proporcionó. Aquí, como el mecanismo de amplificación de presión de contacto, un tornillo con forma de cola de milano aplicado a la porción de tornillo o un reborde de gancho proporcionado para ser adyacente a las superficies de sello del perno y la caja se ejemplifica, y el tornillo con forma de cola de milano y el reborde del ancho se describirá a continuación en detalle.

[0042] (C) La superficie del sello de perno se formó en una posición la cual se separó de la superficie extrema del perno por una distancia fijada o más, y la superficie de sello de la caja se formó en unaposición la cual se separó de la superficie extrema de la caja por una distancia fijada o más.

[0043] A partir de los hallazgos descritos en lo anterior, la invención encontró que el rendimiento de resistencia a la escoriación alta y resistencia de sellado podrían obtenerse de forma estable en un proceso de integración de una junta de tornillo para una tubería de acero formada de acero de carbono o acero de alta aleación que contiene cromo de 13% en masa o más al satisfacer los elementos (A) a (C).

[0044] Además, la invención encontró que el rendimiento de resistencia a la escoriación alta y la resistencia de sellado podría obtenerse de forma estable en una junta de tornillo en la que la escoriación fácilmente ocurre de manera que la junta de tornillo para una tubería de acero formada de acero de alta aleación que contiene cromo de 13% en masa o más así como también la junta de tornillo para una tubería de acero formada de acero de carbono o acero resistente ácido, o una junta de tornillo para una tubería de acero tal como una junta de tornillo tipo integral en un tratamiento superficial costoso no se realiza fácilmente, y ha completado la presente invención.

[0045] A continuación, un ejemplo de una junta premium a la cual se aplicó una junta de tornillo para una tubería de acero (en lo sucesivo, simplemente denominada como una "junta de tornillo") 10 de acuerdo con una modalidad de la presente invención se describirá.

La FIGURA 1esunavista sección transversal quemuestra esquemáticamente una forma en sección transversal longitudinal de la junta 10 roscada.

[0046] Como se muestra en la FIGURA 1, la junta 10 de tornillo incluye un perno 20 y una caja 30.

[0047] El perno 20 incluye una porción 21 de tornillo macho y una superficie 22 de sello. La porción 21 de tornillo macho se forma en un espiral sobre una superficie circunferencial exterior del perno 20. La porción 21 de tornillo macho se forma de un tornillo de dos pasos el cual incluye una porción 21a de tornillo de paso superior y una porción 21b de tornillo de paso inferior.

[0048] La superficie 22 de sello se forma en una porción intermedia entre la porción 21a de tornillo de paso superior y la porción 21b de tornillo de paso inferior. La superficie 22 de sello es una superficie sin tornillos la cual incluye una superficie 22a ahusada y una superficie 23 curvada las cuales se forman en la superficie circunferencial exterior del perno 20.

[0049] La superficie 22a ahusada se inclina por un ángulo predeterminado (en lo sucesivo,denominado como un ángulo ahusado de la superficie 22a ahusada) en una sección transversal axial del perno 20. Por consiguiente, la superficie 22a ahusada forma una superficie de cono truncado en la cual un diámetro se reduce gradualmente desde un lado de extremo base del perno 20 hacia un lado de la punta en la superficie circunferencial exterior del perno 20. Por ejemplo, el ángulo ahusado de la superficie 22a ahusada de preferencia 2° a 10°, y de mayor preferencia 3o a 7o.

[0050] La superficie 23 curvada incluye una superficie 23a curvada posterior y una superficie 23b curvada frontal la cual se forma para ser adyacente a ambos lados de la superficie 22a ahusada. La superficie 23a curvada posterior y la superficie 23b curvada frontal se forman para dibujar un arco con una curvatura predeterminada en la sección transversal axial del perno 20. Por consiguiente, la superficie 23 curvada forma una superficie de rotor de curvatura curvada en la superficie circunferencial exterior del perno 20. La curvatura de la superficie 23 curvada puede establecerse para formar una superficie curvada la cual es continua entre una superficie opuesta a la superficie 22a ahusada con la superficie 23 curvada interpuesta y la superficie 22a ahusada.

[0051] La caja 30 incluye una porción 31 de tornillo hembra y una superficie 32 de sello. La porción 31 de tornillo hembra se forma en un espiral sobre una superficie circunferencial interior de la caja 30. La porción 31 de tornillo hembra incluye tornillos de dos pasos los cuales incluyen una porción 31a de tornillo de paso superior y una porción 31b de tornillo de paso inferior. La porción 31a de tornillo de paso superior de la caja 30 se atornilla a la porción 21a de tornillo de paso superior del perno 20.y la porción 31b de tornillo de paso inferior de la caja 30 se atornilla a la porción 21b de tornillo de paso inferior del perno 20. Por consiguiente, la porción 21 de tornillo macho y la porción 31 de tornillo hembra se integran por atornillado.

[0052] La superficie 32 de sello se forma en una porción intermedia entre la porción 31a de tornillo de paso superior y la porción 31b de tornillo de paso inferior. La superficie 32 de sello es una superficie sin tornillos la cual incluye una superficie 32a ahusada y una superficie 33 curvada las cuales se forman en la superficie circunferencial interior de la caja 30.

[0053] La superficie 32a ahusada se inclina por un ángulo predeterminado (en lo sucesivo,denominado como un ángulo ahusado de la superficie 32a ahusada), en una sección transversal axial de la caja 30. Por consiguiente, la superficie 32a ahusada forma una superficie de cono truncado en la cual un diámetro se reduce gradualmente desde un lado extremo base de la caja 30 hacia un lado de punta en la superficie circunferencial interior de la caja 30. Por ejemplo, el ángulo ahusado de la superficie 32a ahusada de preferencia es 2o a 10°, y de mayor preferencia 3o a 7o.

[0054] La superficie 33 curvada incluye una superficie 33a curvada frontal y una superficie 33b curvada posterior las cuales se forman para ser adyacentes a ambos lados de la superficie 32a ahusada. La superficie 33a curvada frontal y la superficie 33b curvada posterior se forman para dibujar un arco con una curvatura predeterminada en la sección transversal axial de la caja 30. Por consiguiente, la superficie 33 curvada forma una superficie de rotor de curvatura curvada en la superficie circunferencial interior de la caja 30. La curvatura de la superficie 33 curvada puede establecerse para formar una superficie curvada la cual es continua entre una superficie opuesta a la superficie 32a ahusada con la superficie 33 curvada interpuesta y la superficie 32a ahusada.

[0055] En la junta 10 de tornillo, en el proceso de integración entre la porción 21 de tornillo macho y la porción 31 de tornillo hembra, el perno 20 y la caja 30 interfieren entre si en una dirección radial mientras la superficie 22 de sello del perno 20 y la superficie 32 de sello de la caja 30 hacen contacto entre si y de esta manera, se obtiene una estructura (sello de contacto metálico) en el cual al menos una parte de la superficie 22 del perno 20 entra en contacto cercano con al menos una parte de la superficie 32 de sello de la caja 30 sobre toda la circunferencia.

[0056] Es decir, en el sello de contacto metálico, un diámetro externo del perno 20 se establece para ser ligeramente mayor que un diámetro interno de la caja 30 (esta diferencia de diámetro se denomina como una "cantidad de interferencia de sello"). En el sello de contacto metálico, el perno 20 y la caja 30 se ajustan e interfieren entre si en una dirección radial, y de este modo, las fuerzas de restablecimiento elástico las cuales tratan de invertirse a los diámetros originales de cada una de la caja 30 y el perno 20 se generan entre la caja 30 ampliada en diámetro y el perno 20 reducido en diámetro. Las superficies 22 y 32 de sello pueden entrar en contacto cercano entre si sobre toda la circunferencia utilizando las fuerzas de restauración elástica.

[0057] La FIGURA 2, es una vista en sección transversal de la porción principal que muestra las dimensiones de cada porción de sello del perno 20 y la caja 30 de la junta 10 de tornillo mostrada por una porción X encerrada en la FIGURA 1.

[0058] Además, en la FIGURA 2, el número 41 de referencia indica un radio de curvatura de la superficie 23a curvada posterior del perno 20.Un número 42 de referencia indica un radio de curvatura de la superficie 23b curvada frontal del perno 20. Un número 43 de referencia indica el ángulo ahusado de la superficie 22a ahusada del perno 20. Un número 44 de referencia indica un diámetro de la superficie 22 de sello del perno 20. Un número 45 de referencia indica una longitud ahusada de la superficie 22 de sello del perno 20. Además, un número 46 de referencia indica un radio de curvatura de la superficie 33b curvada posterior de la caja 30.Un número 47 de referencia indica un radio de curvatura de la superficie 33a curvada frontal de la caja 30. Un número 48 de referencia indica el ángulo ahusado de la superficie 32a ahusada de la caja 30.Un número 49de referencia indica un diámetro de la superficie 32 de sello de la caja 30. Un número 50 de referencia indica una longitud ahusada de la superficie 32 de sello de la caja 30.

[0059] La junta 10 de tornillo de preferencia satisface los siguientes dos elementos (D) y (B), y de mayor preferencia satisface el siguiente elemento (C) además de los elementos (A) y (B).

[0060] (A) El ángulo 43 ahusado de la superficie 22a ahusada del perno 20 y un ángulo 48 ahusado de la superficie 32a ahusada de la caja 30 son sustancialmente iguales entre si. Aquí, ambos siendo sustancialmente iguales entre sí significa que el ángulo 43 ahusado y el ángulo 48 ahusado son iguales entre sí o la diferencia de ángulo entre ambos ángulos ahusados se encuentra dentro del margen de ±0.5°.

[0061] (B) Se proporciona un mecanismo 40 de amplificación de presión de contacto,el cual aumenta una presión de contacto entre la superficie 22 de sello y el perno 20 y la superficie 32 de sello de la caja 30 en la terminación de la integración comparada con un punto en el tiempo durante la integración. Aquí, como el mecanismo 40 de amplificación de presión de contacto, el tornillo con forma de cola de milano o el reborde de gancho como se muestra en las FIGURAS 8 a 11 se ejemplifica.

[0062] (C) La superficie 22 de sello del perno 20 o la superficie 32 de sello de la caja 30 se forman en una posición la cual se separa de la superficie extrema de cada uno del perno 20 y la caja 30 por una distancia fijada o más. Es decir, en un tornillo de dos pasos, la superficie 22 de sello del perno 20 y la superficie 32 de sello de la caja 30 se proporcionan en las porciones intermedias entre las porciones 21a y 31a del tornillo de paso superior y las porciones 21b y 31b del tornillo de paso inferior. Debido a que la superficie 22 de sello del perno 20 y la superficie 32 de sello de la caja 30 se proporcionan en las porciones intermedias, los ángulos ahusados de las superficies 22 y 32 de sello se mantienen constantemente en el proceso de integración y puede obtenerse el sello de contacto uniforme .

[0063] La FIGURA 3A es una vista esquemática que muestra un estado antes de que el perno 20 y la caja 30 se enrosquen entre si en la junta 10 de tornillo mostrada en la FIGURA 1, y la FIGURA 3B es una vista esquemática que muestra un estado cuando la integración entre el perno 20 y la caja 30 se completa en la junta 20 de tornillo en la FIGURA 1.

[0064] Como se muestra en las FIGURAS 3A y 3B, en las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30, las superficies 22a y 32a ahusadas que tienen sustancialmente los mismos ángulos 43 y 48 ahusados se forman, y las superficies 22a y 32a ahusadas hacen contacto entre si para ser aproximadamente paralelas y en un ancho amplio cuando el contacto entre las superficies 22 y 32 de sello inicia. Por consiguiente, el elemento (A) puede lograrse relativamente de forma fácil.

[0065] Sin embargo, si la superficie 22 de sello se forma en una porción de punta que incluye la superficie de punta del perno 20, el diámetro de la superficie 22 de sello proporcionado en la porción de punta (denominado como un borde) que incluye la superficie de punta del perno 20 se reduce por la cantidad de interferencia de sello de acuerdo con el avance de la integración. Por consiguiente, un ángulo de desviación (el ángulo 43 ahusado de la superficie 22a ahusada del perno 20)aumenta.Por otro lado, el diámetro de la caja 30 aumenta uniformemente, y de este modo, el ángulo de desviación (el ángulo 48 ahusado de la superficie 32a de la caja 30) casi no cambia. Es decir, incluso cuando las superficies 22 y 32 de sello pueden hacer contacto entre si de manera que se encuentren aproximadamente paralelas entre si cuando el contacto inicia, la influencia de la cantidad de interferencia de sello aparece gradualmente de acuerdo con la integración, y de esta manera, los ángulos 43 y 48 ahusados de las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 no coinciden entre si. En este caso, es difícil mantener las superficies 22 y 32 de sello en contacto continuo en un ancho amplio en el proceso de integración.

[0066] Para hacer que los ángulos 43 y 48 ahusados de las superficies 22 y 32 de sello coincidan continuamente entre sí incluso cuando la influencia de la cantidad de interferencia de sello comienza a aparecer, una porción que tiene rigidez suficiente se forma en el lado de punta más alejado de la superficie 22 de sello proporcionada en la porción de punta del perno 20, el diámetro de la superficie 22 de sello ahusado se reduce uniformemente, y la ocurrencia del ángulo de desviación puede suprimirse.Por consiguiente, la formación de la superficie 22 de sello en la posición separada desde la superficie extrema del perno 20 por una distancia fija o más es efectiva.

[0067] En lo anterior, se describe el caso donde la superficie 22 de sello se proporciona en la porción de punta del perno 20. Sin embargo, un caso donde la superficie 32 de sello se proporciona en la porción de punta de la caja 30 se aplica de forma similar. Es decir, una porción que tiene rigidez suficiente puede formarse en el lado de punta adicional de la superficie 32 de sello de la caja 30.

[0068] Para formar la porción que tiene rigidez suficiente, como se muestra en la FIGURA 1, se adopta una estructura de sello también denominada intermedia, en la cual la porción 21a de tornillo de paso superior y la porción 21b de tornillo de paso inferior de la porción 21 de tornillomacho se forman a ambos lados de la superficie 22 de sello de la porción 31a de tornillo de paso superior y la porción 31b de tornillo de paso inferior de la porción 31 de tornillo hembra se forman a ambos lados de la superficie 32 de sello.

[0069] Si la estructura de sello intermedio se configura como se describe en lo anterior, el contacto entre las superficies 22a y 32a ahusadas las cuales son superficies 22 y 32 de sello se mantienen uniformemente en un ancho de contacto incluso en el proceso de integración, y disminuye adicionalmente el riesgo de escoriación.

[0070] La FIGURA 4A es una vista esquemática que muestra un estado antes de que las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 que configuran un ejemplo de la junta de tornillo para una tubería de acero de acuerdo con la modalidad de la presente invención se enrosquen entre sí. La FIGURA 4B es una vista esquemática que muestra un estado en el proceso de integración de las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 mostrados en la FIGURA 4A. La FIGURA 4C es una vista esquemática que muestra un estado cuando la integración de las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 mostrados en la FIGURA 4A se completa.

[0071] Además, en las FIGURAS 4A a 4C, los mismos números de referencia se unen a la misma porción que cada porción del perno 20 y la caja 30 que configuran la junta 10 de tornillo, y las descripciones se omiten.Además, un número A de referencia en la FIGURA 4B muestra la distribución de presión de contacto en el proceso de integración. Un número B de referencia en la FIGURA 4C muestra la presión de contacto máximo cuando se completa la integración.

[0072] Como se muestra en las FIGURAS 4A a 4C, la longitud de la superficie 22 de sello delperno 20 esmás corta que la longitud de la superficie 32a ahusada de la caja 30.Por consiguiente,como se muestra en el número A de referencia en la FIGURA 4B en el proceso de integración, la superficie 22a y 32b ahusadas pueden hacer contacto uniformemente entre si en un ancho de contacto más amplio mientras se encuentran en contacto entre si de manera paralela. Por lo tanto, la ocurrencia de una presión de contacto alta se evita, y puede suprimirse la variación en la distribución de presión de contacto.

[0073] Por otro lado, en el punto en el tiempo en que se completa la integración, la superficie 22a ahusada más corta, y la superficie 23a curvada posterior y la superficie 23b curvada frontal las cuales se conectan de forma uniforme a ambos extremos hacen contacto con la superficie 32a ahusada de la caja 30. Por consiguiente, la presión de contacto entre las superficies 22 y 32 de sello aumenta inmediatamente antes de que se complete la integración. Además, cuando se completa la integración, como se muestra por el número B de referencia en la FIGURA 4C, la presión de contacto máximo se genera en la cual las presiones de contacto en las porciones de la superficie 23a curvada posterior y la superficie 23b curvada frontal que hacen contacto con la superficie 32a ahusada son mayores que aquellas de las otras porciones.

[0074] Por consiguiente, en la junta 10 de tornillo, el riesgo de escoriación de las superficies 22 y 32 de sello puede disminuir de forma estable, y el desempeño de sellado puede mostrarse de forma estable después de que se completa la integración.

[0075] A continuación, se describirá otro ejemplo de una junta de tornillo para una tubería de acero de acuerdo con la modalidad de la presente invención.

La FIGURA 5A es una vista esquemática que muestra un estado antes de que las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 que configuran otro ejemplo de la junta de tornillo para una tubería de acero de acuerdo con la modalidad de la presente invención se enrosquen entre sí. La FIGURA 5B es una vista esquemática que muestra un estado en el proceso de integración de las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 mostrados en la FIGURA 5A. La FIGURA 5C es una vista esquemática que muestra un estado cuando la integración de las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 mostrados en la FIGURA 5A se completa.

[0076] Además, en las FIGURAS 5A a 5C, los mismos números de referencia se unen a la misma porción que cada porción del perno 20 y la caja 30 que configuran la junta 10 de tornillo, y las descripciones se omiten.Además, un número A de referencia en la FIGURA 5B muestra la distribución de presión de contacto en el proceso de integración. Un número B de referencia en la FIGURA 5C muestra la presión de contacto máximo cuando se completa la integración.

[0077] En un modo contrario a las FIGURAS 4A a 4C, en las FIGURAS 5A a 5C, la superficie 33a curvada frontal y la superficie 33b curvada posterior de la caja 30 se forman a ambos lados de la superficie 32a ahusada, y una longitud 45 de la superficie 22a ahusada del perno 20 es mayor que la longitud 50 de la superficie 32 de sello de la caja 30. También en ese caso, el riesgo de escoriación de las superficies 22 y 32 de sello puede disminuir de forma estable, y el desempeño de sellado puede mostrarse de forma estable después de que se completa la integración.

[0078] La FIGURA 6A es una vista esquemática que muestra un estado antes de que las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 que configuran todavía otro ejemplo de la junta de tornillo de acuerdo con la modalidad de la presente invención se enrosquen entre si. La FIGURA 6B es una vista esquemática que muestra un estado en el proceso de integración de las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 mostrados en la FIGURA 6A. La FIGURA 6C es una vista esquemática que muestra un estado cuando la integración de las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 mostrados en la FIGURA 6A se completa.

[0079] Además, en las FIGURAS 6A a 6C, los mismos números de referencia se unen a la misma porción que cada porción del perno 20 y la caja 30 que configuran la junta 10 de tornillo, y las descripciones se omiten.Además, un número A de referencia en la FIGURA 6B muestra la distribución de presión de contacto en el proceso de integración. Un número B de referencia en la FIGURA 6C muestra la presión de contacto máximo cuando se completa la integración.

[0080] Las FIGURAS 6A a 6C muestran un aspecto en el que las superficies 22 y 32 de sello de ambos del perno 20 y la caja 30 incluyen superficies 22a y 32a ahusadas que tienen sustancialmente los mismos ángulos 43 y 48 ahusados entre si. Además, en el aspecto, la superficie 23b curvada frontal se proporciona en el lado el cual se coloca en el lado de la punta del perno 20 en la superficie 22a ahusada del perno 20, y la superficie 33a curvada frontal se proporciona en el lado de punta de la caja 30 en la superficie 32a ahusada de la caja 30. En este caso, incluso cuando las longitudes 45 y 50 de las superficies 22a y 32a ahusadas de ambos del perno 20 y la caja 30 son los mismos entre si,el contacto uniforme se mantiene en un ancho de contacto amplio cuando el contacto entre las superficies 22 y 32 de sello inicia o en el proceso de integración, y se disminuye el riesgo de escoriación.

[0081] La FIGURA 7A es una vista esquemática que muestra un estado antes de que las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 que configuran todavía otro ejemplo de la junta de tornillo de acuerdo con la modalidad de la presente invención se enrosquen entre sí. La FIGURA 7B es una vista esquemática que muestra un estado en el proceso de integración de las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 mostrados en la FIGURA 7A. La FIGURA 7C es una vista esquemática que muestra un estado cuando la integración de las superficies 22 y 32 de sello de cada uno del perno 20 y la caja 30 mostrados en la FIGURA 7A se completa.

[0082] Además, en las FIGURAS 7A a 7C, los mismos números de referencia se unen a la misma porción que cada porción del perno 20 y la caja 30 que configuran la junta 10 de tornillo, y las descripciones se omiten.Además, un número A de referencia en la FIGURA 7B muestra la distribución de presión de contacto en el proceso de integración. Un número B de referencia en la FIGURA 7C muestra la presión de contacto máximo cuando se completa la integración.

[0083] Las FIGURAS 7A a 7C muestran un aspecto en el que las superficies 22 y 32 de sello de ambos del perno 20 y la caja 30 incluyen superficies 22a y 32a ahusadas que tienen sustancialmente los mismos ángulos 43 y 48 ahusados entre si. Además, en el aspecto, la superficie 23a curvada posterior se proporciona en el lado opuesto del lado de la punta del perno 20 en la superficie 22a ahusada del perno 20, y la superficie 33b curvada posterior se proporciona en el lado opuesto del lado de punta de la caja 30 en la superficie 32a ahusada de la caja 30. En este caso, incluso cuando las longitudes 45 y 50 de las superficies 22a y 32a ahusadas de las superficies 22a y 32a de sello de ambos del perno 20 y la caja 30 son los mismos entre si, el contacto uniforme se mantiene en un ancho de contacto amplio cuando el contacto entre las superficies 22 y 32 de sello inicia o en el proceso de integración, y se disminuye el riesgo de escoriación.

[0084] De acuerdo con el aspecto mostrado en las FIGURAS 7A a 7C, al inicio de la integración,es decir, al inicio del contacto entre las superficies 22 y 32 de sello y en el proceso de integración que le sigue, las superficies 22a y 32a ahusadas que tienen los ángulos ahusados en las superficies 22 y 32 de sello del perno 20 y la caja 30 hacen contacto entre sí de manera que son paralelos, el contacto entre las superficies 23 y 33 curvadas en el proceso de integración no se genera, y de este modo, puede disminuirse la presión de contacto máximo.

[0085] A continuación, se describirá el mecanismo 40 de amplificación de presión de contacto que tiene la junta 10 de tornillo.

Elmecanismo 40 de amplificación de presión de contacto es un mecanismo el cual aumenta la fuerza de contacto de sello inmediatamente antes de que se completa la integración y amplifica la presión de contacto, y con respecto al mecanismo que aumenta la fuerza de contacto de sello, se consideran algunos mecanismos. En un mecanismo, las formas de tornillo de cada uno de la porción 21 de tornillo macho y la porción 31 de tornillo hembra pueden formarse en los tornillos con forma de cola de milano.

[0086] La FIGURA 8 es una vista esquemática que muestra una configuración ejemplar de un tornillo 40-1 con forma de cola de milano representativo. Además, en la FIGURA 8, los números de referencia a y a' de referencia indican flancos de carga de la rosca. Los números b y b' indican flancos de acoplamiento de la rosca. Los números c y c' de referencia muestran espesores ocupados por el tornillo.

[0087] En el mecanismo 40 de amplificación de presión de contacto, los tornillos 40-1 con forma de cola de milano adyacentes a las superficies 22 y 32 de sello se bloquean entre sí pormedio de calafateo de ambos flancos de carga y acoplamiento del tornillo inmediatamente antes de que se complete la integración, y la fuerza de contacto entre las superficies 22 y 32 de sello aumenta. Por consiguiente, por ejemplo, como se muestra por el número B de referencia en la FIGURA 4C, cuando se completa la integración, en la porción en la que las superficies 23a y 23b curvadas hacen contacto la superficie 32a ahusada, la presión de contacto máximo que tiene la presión de contacto más alta que aquella de las otras porciones puede generarse.

[0088] Al menos un tornillo 40-1 de forma de cola de milano puede proporcionarse en lugares adyacentes a las superficies 22 y 32 de sello de la porción 21a y 31a de tornillo de paso superior y la porción 21b y 31b de tornillo de paso inferior. El tornillo 40-1 con forma de cola de milano de preferencia se forma por al menos 1.5 pasos para estar adyacente a las superficies 22 y 32 de sello. Sin embargo, la totalidad de la porción 21 de tornillo macho (21a y 21b) y la porción 31 de tornillo hembra (31a y 31b) es de mayor preferencia el tornillo 40-1 de forma de cola de milano.

[0089] Además, en el tornillo 40-1 de forma de cola de milano mostrado en la FIGURA 8, una superficie de cresta de rosca y una superficie de raíz de rosca es paralela al eje L de junta.En este caso, las alturas de los flancos ay a' de carga de la rosca es menor que las alturas de los flancos b y b' de acoplamiento, y entre mayor es el ángulo ahusado y más amplio el espacio entre la superficies de la cresta de rosca, mayor es la altura de los flancos a y a' de carga.

[0090] Por otro lado, en un caso donde la superficie de la cresta de rosca y la superficie de la raíz de rosca son paralelas a la linea ahusada del tornillo, los flancos aya' de carga pueden establecerse para aumentar un limite completo del margen de espesor que ocupa (el ancho en una dirección radial entre las lineas de paso que incluyen la superficie de la cresta de rosca y la superficie de la raíz de rosca) del tornillo aplicado. En comparación con el tornillo 40-1 con forma de cola de milano, una fuerza (la fuerza que amplifica la fuerza de contacto de sello inmediatamente antes de la integración), la cual sujeta el perno 20 en la caja 30 en la dirección radial cuando se acopla el tornillo, puede mejorarse adicionalmente. Por consiguiente, si el tornillo 40-1 con forma de cola de milano se utiliza, los efectos del mecanismo 40 de amplificación de presión de contacto aumentan adicionalmente. Además, es más preferible que ambos de la porción 21 de tornillo macho (21a y 21b) y la porción 31 de tornillo hembra (31a y 31b) sean el tornillo ahusado y el tornillo con forma de cola de milano.

[0091] Por ejemplo, como otro mecanismo que configura el mecanismo 40 de amplificación de presión de contacto, existe un reborde de gancho el cual se proporciona para ser adyacente a cualquiera del lado frontal o el lado posterior de cada una de las superficies 22 y 32 de sello del perno 20 y la caja 30 o ambos lados de los mismos.

[0092] Las FIGURAS 9 a 11 son vistas esquemáticas que muestran un ejemplo del reborde de gancho. En los dibujos, las FIGURAS 9 y 10 son vistas esquemáticas que muestran un caso donde un reborde de gancho se proporciona para estar adyacente a cualquiera del lado frontal o lado posterior de cada una de las superficies 22 y 32 de sello del perno 20 y la caja 30. Por otro lado, la FIGURA 11 es una vista esquemática que muestra un caso en donde dos rebordes de gancho se proporcionan para estar adyacentes al lado frontal o lado posterior de las superficies 22 y 32 de sello del perno 20 y la caja 30.

[0093] Además,en las FIGURAS 9 a 11,elnúmero 20 de referencia indica el perno. El número 30 de referencia indica la caja. El número 22 de referencia indica la superficie 22 de sello delperno 20. Un número 24 de referencia indica la superficie del reborde del perno 20.El número 21a de referencia indica el tornillomacho del perno 20. El número 32 de referencia indica la superficie de sello de la caja 30. Un número 34 de referencia indica una superficie del reborde de la caja 30.El número 31a de referencia indica un tornillo hembra de la caja 30.El número T de referencia indica las superficies 22a y 32a ahusadas en las superficies 22 y 32 de sello. Un número R de referencia indica la superficie curvada en las superficies 22 y 32 de sello.

[0094] Si las superficies 24 y 34 de reborde de gancho se proporcionan para estar adyacentes en cualquiera del lado frontal o lado posterior de cada una de las superficies 22 y 32 de sello o ambos lados de la misma, un componente radial de una fuerza de reacción generada al empalmar los rebordes opera en una dirección en la que las superficies 22 y 32 entran en contacto cercano adicional, y la fuerza de contacto de sello puede aumentar.

Ejemplo

[0095] En el ejemplo presente, para demostrar los efectos de la presente invención, al realizar el análisis del elemento finito y pruebas de integración reales con respecto a las juntas de tornillo para una tubería de acero que tiene cuatro tipos de formas de sello mostradas en las tablas 1A y IB en la porción intermedia de un tornillo de dos pasos que tiene un paso superior y un paso inferior en una unión roscada, el rendimiento de resistencia a la escoriación y rendimiento de sellado de la superficie de sello se evaluaron. Aquí, las Tablas 1A y IB muestran las formas de sello del perno. La Tabla 2 muestra las formas de sello de la caja. en en O en o

[0096] Tabla 1A 4^ (i

[0097] Tabla IB

[0098] Primero, se describirá un procedimiento del análisis de elemento finito La junta de tornillo ofrecida es una unión premium tipo integral que tiene un tornillo con forma de cola de milano. La especificación de la junta de tornillo se muestra en las Tablas 1D y IB. En el ejemplo presente, las presiones de contacto de las superficies de sello al inicio de la integración y al término de la integración se enfocan por medio del análisis de rendimiento que simula la integración de la junta de tornillo.

[0099] Acero de 13Cr (limite elástico nominal YS-794 MPa) se utilizó con respecto a los materiales números 1 y 3. Acero Q125 de carbono (limite elástico nominal YS-862 MPa (125 ksi)) el estándar API se utilizó con respecto a los materiales Nos.2 y 4.

[0100] Los resultados del análisis de elemento finito se muestra en la Tabla 2.

[0101] Tabla 2

[0102] Como es claro a partir de la Tabla 2, al inicio de la integración, los anchos de contacto de los Nos.3 y 4 en el sello aumentan en comparación de aquellos de los Nos.1 y 2, y el estado de inicio de contacto pretendido del sello puede reproducirse. Además, las presiones de contacto máximas de la superficie de sello disminuyen significativamente para ser aproximadamente 0.3 YS a 0.6 YS. A partir de los resultados, en la junta de tornillo a la que se aplica la presente invención, se encontró que las superficies de sello tienen alto rendimiento de resistencia a la escoriación .

[0103] En la Tabla 2, las presiones de contacto en el término de la integración también se muestran. A partir de la Tabla 2, se encuentra que las presiones de contacto máximas Nos.3 y 4 al término de la integración son aproximadamente dos veces la YS y aumentan significativamente en comparación con los Nos.1 y 2.

[0104] A partir de los resultados, en la junta de tornillo a la que se aplica la presente invención, se encontró que la superficie de sello tiene el suficiente rendimiento de sello al término de la integración.

[0105] A continuación, se describirá la prueba de integración real. En esta prueba, el rendimiento de resistencia a la escoriación de la superficie de sello de la junta de tornillo se evalúa por una prueba repetida de integración/desbloqueo.

[0106] Con respecto al rendimiento de resistencia a escoriación, en el estándar de prueba de API, al realizar una prueba de integración/desbloqueo con respecto al revestimiento tres veces o más, se determina que pasa la prueba si no ocurre la escoriación.

[0107] Como se muestra en la Tabla 3, el rendimiento de resistencia a la escoriación se evaluó de acuerdo con las juntas de tornillo que tienen las juntas de tornillo Nos.1', 3',y 4. Además, incluso cuando las formas de sello Nos.1 ' y 3 ' son las mismas que aquellas de los Nos.1 y 3, debido a los tamaños de los Nos.1' y 3' de juntas de tornillo son diferentes de aquellas de los Nos.1 y 3, se asignan números diferentes tales como 1' y 3'. Los detalles de las formas de sello se muestran en la Tabla 1.

[0108] Como una muestra de prueba, se realizó un tratamiento superficial en ambos del perno y la caja por pulido con arena y un compuesto del tornillo del estándar API se utilizó para un lubricante.

[0109] Los resultados de la prueba de integración/desbloqueo repetido se recolectan y muestran en la Tabla 3.

[0110] Tabla 3

[0111] Como se muestra en la Tabla 3, la escoriación ocurrió en la segunda integración/desbloqueo con respecto a la junta de tornillo No.1' . Sin embargo, la escoriación de la superficie de sello no ocurrió incluso cuando la integración/desbloqueo de tres veces o más se realizó con respecto a las uniones roscadas Nos. 3' y 4, y de este modo, se demostró que la junta de tornillo a la que se aplicó la presente invención tiene un rendimiento de resistencia de escoriación mejorado.

Descripción de los Números y Signos de Referencia

[0112] 10: junta de tornillo para tubería de acero 20: perno 21: porción de tornillo macho 21a: porción de tornillo de paso superior 21b: porción de tornillo de paso inferior 22: superficie de sello 22a: superficie ahusada 23: superficie curvada 23a: superficie curvada posterior 23b: superficie curvada frontal 30: caja 31: porción de tornillo hembra 31a: porción de tornillo de paso superior 31b: porción de tornillo de paso inferior 32: superficie de sello 32a: superficie ahusada 33: superficie curvada 33a: superficie curvada frontal 33b: superficie curvada posterior 40: mecanismo de amplificación de presión de contacto

Claims (10)

REIVIDICACIONES

1. Una junta de tornillo para una tubería de acero caracterizada porque comprende: un perno el cual incluye una porción de tornillo macho formada por un tornillo de dos pasos, y una superficie de sello que incluye una superficie ahusada y una superficie curvada adyacente a la superficie ahusada, la superficie de sello del perno se forma en una porción intermedia del tornillo de dos pasos; y una caja que incluye una porción de tornillo hembra formada por un tornillo de dos pasos, y una superficie de sello que incluye una superficie ahusada y una superficie curvada adyacente a la superficie ahusada, la superficie de sello de la caja se forma en una porción intermedia del tornillo de dos pasos, en donde un ángulo ahusado de la superficie ahusada del perno es sustancialmente el mismo que el ángulo ahusado de la superficie ahusada de la caja, en donde la porción de tornillo macho y la porción de tornillo hembra se integran al atornillar, el perno y la caja interfieren entre sí en una dirección radial mientras la superficie de sello del perno y la superficie de sello de la caja hacen contacto entre sí en un proceso de integración, y al menos una parte de la superficie del sello del perno entra en contacto cercano con al menos una parte de la superficie de sello de la caja sobre toda la circunferencia, y en donde un mecanismo de amplificación de presión de contacto, el cual aumenta una presión de contacto entre la superficie de sello del perno y la superficie de sello de la caja al término de la integración en comparación con un punto en el tiempo durante la integración, se proporciona adicionalmente.

2. La junta de tornillo para una tubería de acero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie curvada del perno puede formarse en el lado de punta del perno, y la superficie curvada de la caja puede formarse en un lado de punta de la caja.

3. La junta de tornillo para una tubería de acero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie curvada del perno se forma en un lado opuesto a un lado de punta del perno, y la superficie curvada de la caja se forma en un lado opuesto de un lado de punta de la caja.

4. La junta de tornillo para una tubería de acero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie curvada del perno se forma para encontrarse adyacente a ambos lados de la superficie ahusada del perno, y una longitud de la superficie ahusada de la caja esmayor que una longitud de la superficie de sello del perno.

5. La junta de tornillo para una tubería de acero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie curvada de la caja se forma para encontrarse adyacente a ambos lados de la superficie ahusada de la caja, y una longitud de la superficie ahusada del perno es mayor que una longitud de la superficie de sello de la caja.

6. La junta de tornillo para una tubería de acero, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la presión de contacto máximo se genera en una porción de contacto entre la superficie curvada y la superficie ahusada en una superficie de contacto entre la superficie de sello del perno y la superficie de sello de la caja en la terminación de la integración.

7. La junta de tornillo para una tubería de acero, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el mecanismo de amplificación de presión de contacto aumenta la presión de contacto entre la superficie de sello del perno y la superficie de sello de la caja al integrarse entre un tornillo con forma de cola de milano el cual se forma en un lugar adyacente a la superficie de sello de la porción de tornillo macho y un tornillo con forma de cola de milano el cual se forma en un lugar adyacente a la superficie de sello de la porción de tornillo hembra.

8. La junta de tornillo para una tubería de acero, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el mecanismo de amplificación de presión de contacto puede aumentar una presión de contacto entre la superficie de sello del perno y la superficie de sello de la caja por un reborde de gancho el cual es adyacente a cualquiera de un lado frontal o un lado posterior de cada una de las superficies de sello del perno y la superficie de sello de la caja.

9. La junta de tornillo para una tubería de acero, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque la porción de tornillo macho y la porción de tornillo hembra incluyen un tornillo con forma de cola de milano.

10. La junta de tornillo para una tubería de acero, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el ángulo ahusado de la superficie ahusada del perno y el ángulo ahusado de la superficie ahusada de la caja son de 2 ° a 10°. RESUMEN DE LA INVENCIÓN En la presente invención, se proporciona una junta roscada para una tubería de acero con:un perno que tiene una rosca macho formada de una rosca de dos pasos, y una superficie de sello que comprende una superficie ahusada y superficie curvada formada en una parte intermedia de la rosca de dos pasos; y una caja que tiene una rosca hembra formada por una rosca de dos pasos, y una superficie de sello que comprende una superficie ahusada y una superficie curvada formada en una parte intermedia de la rosca de dos pasos.El ángulo ahusado de la superficie ahusada del perno y el ángulo ahusado de la superficie ahusada de la caja son sustancialmente losmismos.La junta roscada tiene una estructura en la cual, en el curso de la sujeción de la rosca macho y la rosca hembra juntos, el perno y la caja interfieren entre sí en la dirección radial mientras que las superficies de sello del perno y la superficie del sello de la caja están en contacto, por lo que provoca que al menos parte de cada superficie de sello se encuentre en contacto cercano a través de toda la periferia; y se proporciona un mecanismo de aumento de presión de contacto para aumentar la presión de contacto entre la superficie de sellado del perno y la superficie de sellado de la caja una vez que ha concluido la sujeción.