NO162167B

NO162167B - Roerkobling.

Info

Publication number: NO162167B
Application number: NO830566A
Authority: NO
Inventors: Bernard Plaquin
Original assignee: Vallourec
Priority date: 1982-02-18
Filing date: 1983-02-17
Publication date: 1989-08-07
Also published as: GB2116276B; DK154173C; DK154173B; FR2521675A1; IE54076B1; CS107983A2; DE3365380D1; GEP19970670B; DK69383D0; ES278066U; SU1602403A3; AU560228B2; AU1160683A; DZ508A1; GB2116276A; IE830333L; MX156310A; NO830566L; ATE21542T1; JPS58152994A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en ny rørkobling for stål-

rør og spesielt for rør beregnet for oljeindustrien. Oppfinnelsen vedrører nærmere bestemt koblinger hvor oljetettheten sikres av et par tetningsflater av svakt konisk form som kommer i kontakt med hverandre ved tilskruing av koblingen.

I denne type kobling benyttes det på hanndelen en tetnings-

flate med en diameter som er litt større enn den tilsvarende diameter av tetningsflaten på hunndelen, slik at ved stram-

ming av koblingen blir det utøvet høyt kontakttrykk mellom de to tetningsflater, idet disse trykk må være tilstrekkelige til å sikre oljetetthet under de høyeste trykk som de sammen-skrudde rør må kunne motstå.

Kjente koblinger av denne type kan omfatte kun ett par tetningsflater, som er anbragt på enden av hanndelen eller på enden av hunndelen. De kan like gjerne omfatte" to par tetningsflater anordnet på motsatte sider av gjengene anordnet hhv. på enden av hanndelen og på enden av hunndelen.

Når det gjelder utnyttelse av oljefelter er forholdene for |

tiden slik at man henter petroleumen på stadig større dyp,

noe som gjør det maktpåliggende å ha koblinger som forblir oljetette ved arbeidstrykk som kan overstige 1 000 kg/cm 2.

Likeledes kan det skje at man utnytter oljefelter på store

dyp som inneholder store andeler av korrosive elementer såsom hydrogensulfid eller karbondioksyd, slik at man tvinges til å benytte rustfrie stål som inneholder krom, nikkel så vel som andre legeringselementer. Disse to krav man stadig of-

tere møter samtidig, gjør at tidligere kjente koblinger ikke er tilfredsstillende. Det vil si, de rustfrie stål som det er nødvendig å benytte for å kunne motstå de korrosive elementer, har en naturlig tendens til å skjære seg som økes betydelig på grunn av nødvendigheten av å benytte høye kontakttrykk ved de metalliske tetningsflater.

Dette er grunnen til at de tidligere kjente koblinger som i

dag er i stand til å løse dette problem, omfatter meget sterkt

skrådde tetningsflater (av størrelsesorden 30°) i forhold til røraksen, en stopper for å begrense sammenskruingen så snart kontakt er oppnådd mellom tetningsflåtene. Det vil forstås at denne type kobling er meget vanskelig å fremstille fordi stopperen som skal begrense sammenskruingen, må plasseres ekstremt nøyaktig i forhold til de sterkt koniske tetningsflater.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en metall-mot-metall kobling som er oljetett ved høye trykk uten å gi risiko for fastskjæringsfenomener selv når koblingen lages av stål eller av stål som er rustfrie eller sterkt legert med krom, nikkel eller andre legeringselementer. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en kobling for rør, fortrinnsvis av stål eller legering, som er oljetett ved høye trykk, omfattende i det minste ett par svakt koniske tetningsflater anordnet ved i det minste én ende av koblingens hanndel eller hunndel, i hvilket par den første kontakt av tetningssonen som ligger ved enden av én del skjer mot den tilsvarende tetningsflate på den andre del, og ved denne første kontakt er konisiteten av tetningsflaten som befinner seg ved enden av én av koblingens deler, mindre enn konisiteten av den tilsvarende tetningsflate som befinner seg på den andre av koblingens deler, hvor det karakteristiske er at tetningsflåtene ved tilskruing av koblingen blir hvilende mot hverandre i sin helhet med et kontakttrykk som er tilstrekkelig til å sikre oljetetthet, hvorved koblingen har liten tendens til å skjære seg fast.

Prøver som søkeren har utført, har vist at av grunner som det ikke har vært mulig å fastslå med sikkerhet, har koblinger med slike karakteristiske trekk som angitt ovenfor kunnet skrus sammen slik at tetningsflåtene er blitt presset mot hverandre med meget høye trykk uten at det har skjedd noen skadelig fastskjæring og med tilfredsstillende oljetetthet, samtidig med at den gode overflatekvalitet på disse flater er blitt bevart, selv om koblingens deler har vært fremstilt av stål eller legeringer med mye krom, nikkel eller andre elementer og således har hatt spesiell tilbøyelighet til fastskjæring.

I henhold til oppfinnelsen må hellningen til generatrisene for et par koniske tetningsflater ved den første kontakt ha en forskjell som tilsvarer en hellning på omtrent 0,5 til 2%, fortrinnsvis mellom 0,75 og 1%, noe som tilsvarer en vinkelforskjell på mellom 3/10 og 11/10 grad, fortrinnsvis mellom 4/10 og 6/10 grad.

I henhold til oppfinnelsen bør forskjellen mellom generatrisene for de to tetningsflater være større jo lavere forholdet er mellom rørets tykkelse og diameter.

I henhold til oppfinnelsen omfatter koblingen med fordel en stopper for å begrense sammenskruingen, slik at overdreven tilskruing ikke presser hanndelen for dypt inn i hunndelen, for derved unødvendig å overskride de nødvendige kontakttrykk mellom tetningsflåtene og derved risikere å skade disse.

Foreliggende oppfinnelse kan benyttes for koblinger1 som har

koniske gjenger eller sylindriske gjenger. Den kan likeledes benyttes for koblinger som omfatter kun ett par tetningsflater eller på koblinger som omfatter to par tetningsflater hvor den ene er anordnet på enden av hanndelen og den andre på enden av hunndelen på motsatte sider av gjengene.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives nærmere under henvisning til de utførelseseksempler som er vist på vedføyede tegninger. Fig. 1 er et skjematisk snitt som viser hvorledes den før-ste kontakt mellom tetningssonen som ligger ved enden av én av delene må skje mot den koniske tetningsflate på den andre av delene. Fig. 2 tilsvarer fig. 1, men i dette tilfelle skjer kontakten ikke i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 og 4 viser skjematisk forskjellene i diameter som par-ene av tetningsflater må oppvise dersom den første kontakt skal skje i henhold til oppfinnelsen. Fig. 5 og 6 viser skjematisk en kobling i henhold til oppfinnelsen hvor tetningsflåtene er plassert på enden av hunndelen. Fig. 7 og 8 viser skjematisk en kobling ifølge oppfinnelsen hvor tetningsflåtene er plassert på enden av hanndelen. Fig. 9 og 10 viser skjematisk en kobling som har dobbelte sylindriske gjenger og hvor tetningsflåtene ifølge oppfinnelsen er plassert på enden av hanndelen. Fig. 11 og 12 viser en kobling ifølge oppfinnelsen forsynt med kjeglestumpgjenger og to par tetningsflater plassert ved enden av hunndelen. Fig. 13, 14 og 15 viser en kobling ifølge oppfinnelsen forsynt med kjeglestumpgjenger og omfattende et første par tetningsflater ved enden av hunndelen og et andre par tetningsflater i nærheten av enden av hanndelen.

På fig. 1 er det vist skjematisk hvorledes den første kontakt skjer mellom to tetningsflater i en kobling ifølge oppfinnelsen .

I utførelseseksemplet vist på fig. 1 bevirkes tetningen ved enden av hanndelen. I denne figur finner man hanndelen 1, hunndelen 2, den stumpkoniske tetningsflate 3 på hanndelen 1 og den stumpkoniske tetningsflate 4 på hunndelen 2. I henhold til oppfinnelsen må den første kontakt mellom tetningssonen ved enden av hanndelen og tetningsflaten på hunndelen skje på den stumpkoniske flate 4 på hunndelen 2 slik det er vist ved 5 på fig. 1.

På fig. 2 er det vist en måte hvor omvendt den første kontakt skjer mellom enden av hanndelen og hunndelen på en måte som ikke er i henhold til oppfinnelsen. I dette tilfelle er det første kontaktpunkt 5 ikke plassert på den stumpkoniske tetningsflate 4 på hunndelen, men på den sone som forbinder denne stumpkoniske flate med gjengene.

På fig. 3 er det vist de partier som vedrører tetningen av en kobling som på fig. 1. Punktet 6 er her også vist, hvilket er enden av den teoretiske linje av generatrisen for den koniske flate 3 på hanndelen 1, så vel som punktet 7 som er den teoretiske ende av generatrisen for den buttkoniske tetningsf late 4 på hunndelen 2.

For at betingelsene i henhold til oppfinnelsen vist på fig.

1 skal oppnås, er det tilstrekkelig at diameteren Dl av hanndelen ved punkt 6 er litt mindre enn diameteren D2^ av hunndelen ved punkt 7.

Det vil forstås at under disse forhold vil den første kontakt av hanndelen skje mot den stumpkoniske tetningsflate 4 på hunndelen. '

På fig. 4 er det vist et tilfelle hvor tetningen i henhold til oppfinnelsen skjer ved enden av hunndelen 8, idet hanndelen er vist skjematisk ved 9.

Endepunktet for den teoretiske linje av generatrisen for den stumpkoniske tetningsflate 10 på hunndelen er vist ved 12, mens det tilsvarende punkt på den teoretiske linje av generatrisen for den stumpkoniske flate 11 på hanndelen er vist ved 13. For at betingelsene i henhold til oppfinnelsen skal oppnås, er det tilstrekkelig at diameteren D'l tilsvarende punkt 13 er litt mindre enn diameteren D'2^ tilsvarende punkt 12.

Det sier seg selv at både i tilfelle av fig. 3 og fig. 4 må forskjellen som består mellom diametrene Dl, D2 og'D']_, D'2^ være tilstrekkelig liten til å muliggjøre en presspasning mellom de to tetningsflater for å oppnå det kontakttrykk som er nødvendig for å gi den forønskede oljetetthet.

På fig. 5 er det vist en kobling ifølge oppfinnelsen hvor tetningsflåtene er plassert på utsiden av røret ved enden av hunndelen 8. Gjengene 14 er vist skjematisk, hvilke mulig-gjør montering av to rørformede deler, så vel som stopperen 15 dannet på innsiden av hunndelen, mot hvilken enden av hanndelen kommer til å hvile for å unngå for stor sammenskruing av koblingen.

Fig. 6 viser i større målestokk partiet VI på fig. 5. Her er koblingen vist i det øyeblikk hvor enden av hunndelen 8 kommer i kontakt ved 5 med den stumpkoniske tetningsflate 11 på hanndelen 9 i henhold til ett av de karakteristiske trekk. ved oppfinnelsen.

På fig. 6 viser Al og K2_ vinklene som generatrisene for de stumpkoniske tetningsflater 11 på hanndelen 9 og 10 på hunndelen 8 danner i forhold til rørets akse.

I henhold til oppfinnelsen er hellningen K2_ av tetningsf laten 10 som ligger ved enden av hunndelen 8, mindre enn hellningen Al av tetningsflaten 11 på hanndelen 9 som er adskilt fra enden av hanndelen ved hjelp av hele lengden av gjengene 14. Dette er vist på fig. 6 ved det faktum at vinkelen Al_ er større enn vinkelen A2_, hvilket ved det tidspunkt hvor den første kontakt skjer ved 5, gir en vinkel B mellom de to tetningsf later 10 og 11 lik Al_ - A2.

Det er klart at ved fortsatt sammenskruing slik at enden av hanndelen 9 kommer i kontakt med stopperen 15, vil denne vinkelforskjell B minske gradvis mot null, slik at tetningsflaten 10 på hunndelen i sin helhet kommer til å hvile mot tetningsflaten 11 på hanndelen.

På fig. 7 er det vist et utførelseseksempel på oppfinnelsen hvor tetningen skjer inne i koblingen ved enden av hanndelen 1, som ved fullført sammenskruing kommer til å hvile mot stopperen 15 som forhindrer ytterligere sammenskruing og som er plassert på hunndelen 2.

Som det vil ses av fig. 8, som viser partiet VIII på fig. 7

i større målestokk, skjer den første kontakt av hanndelen 1 ved 5 mot den stumpkoniske tetningsflate 4 på hunndelen 2.

Som det har vært vist på tegningene, i henhold til oppfinnelsen, er vinkelen Al. som generatrisen for tetningsfl'aten 3

ved enden av hanndelen 1 danner med røraksen, mindre enn vinkelen A2^ som generatrisen for flaten 4 på hunndelen danner med røraksen, idet forskjellen A2^ - Al representeres av vinkelen B.

I dette tilfelle er det likeledes naturligvis slik at når koblingen er skrudd sammen og enden av hanndelen 1 hviler mot stopperen 15, vil flatene 3 og 4 ligge mot hverandre i hele sin lengde med et kontakttrykk som er tilstrekkelig til å sikre oljetetthet selv ved høye trykk.

På fig. 9 er det vist i halvt aksialt snitt sn kobling ifølge oppfinnelsen i sammenskrudd tilstand, som omfatter sylindriske gjenger 14 som har to trinn, en stopper 15 for å begrense

>

sammenskruingen anordnet ved enden av hanndelen l,;og en tet-ningssone anordnet ved enden av hanndelen og bestående av tetningsflaten 3 på hanndelen 1 og tetningsflaten 4 på hunndelen 2.

På fig. 10 er det i større målestokk vist de partier av hanndelen 1 og hunndelen 2 som omgir tetningssonen.

Som angitt på fig. 10 og i henhold til oppfinnelsen, er hellningen av flaten 3 på hanndelen mindre enn hellningen av flaten 4 på hunndelen 2.

I det viste utførelseseksempel og med et rør hvis ytre diameter er 180 mm og tykkelse 9 mm, fremstilt av stål som har et krominnhold høyere enn 20%, er hellningen av tetningsflaten 3 på hanndelen, representert ved vinkelen Al. lik 4$25%, mens hellningen av flaten 4 på hunndelen representert ved vinkelen A2^ er lik 5%, hvilket i henhold til oppfinnelsen tilsvarer en forskjell i hellningsvinkel på 0,75% før tilstramming.

På fig. 11 er det vist et spesielt utførelseseksempel på oppfinnelsen som omfatter en kobling som har stumpkoniske gjenger med tetningsflater anordnet ved enden av hunndelen, som likeledes omfatter en stopper 15 for begrensning av sammenskruingen, mot hvilken enden av hunndelen 8 kommer til å hvile.

Som det vil ses av fig. 12, er hellningen av tetningsflaten

10 på hunndelen 8, som er representert ved vinkelen A2, lik 24%, mens hellningen av tetningsflaten 11 på hanndelen 9 og representert ved vinkelen A^, er lik 25%.

I henhold til oppfinnelsen er hellningen av flaten 10 ved-enden av hunndelen 8 1% mindre enn hellningen av tetningsflaten 11 på hanndelen.

Endelig er det på fig. 13 vist et utførelseseksempel på en kobling ifølge oppfinnelsen som omfatter to tetningssoner anordnet hhv. ved enden av hanndelen 1 og ved enden av hunndelen 2.

På fig. 14 og 15 er disse to tetningssoner vist i større målestokk.

På fig. 14 kan ses hellningene A' 1_ og A'2^ av tetningsf låtene 11 og 10, og på fig. 15 hellningene A"l og A"_2 av tetningsflåtene 3 og 4. I henhold til oppfinnelsen tilsvarer A'l en hellning på 25% (eller 14°), A' 2 tilsvarer en hellning på 24% (eller 13,5°) og A"l tilsvarer en hellning på 5,25%

(eller 3°) og A"2^ tilsvarer en hellning på 6% (eller 3,5°).

Det vil ses at forskjellen i hellningsvinkel er lik 1% i tilfellet av fig. 14 og er lik 0-,75% i tilfellet av fig. 15.

I begge tilfeller ifølge oppfinnelsen er det tetningsflåtene som er plassert ved enden av den del (10 på fig. 14 og 3 på fig. 15) som har den minste hellning.

Det vil være klart at de utførelseseksempler som er beskrevet i det foregående kun er ment som eksempler som kan modifiseres uten derved å avvike fra oppfinnelsens ramme. Spesielt kan oppfinnelsen benyttes for ethvert rør og er ikke begrenset til visse ståltyper.

Claims

1. Kobling for rør, fortrinnsvis av stål eller legering, som er oljetett ved høye trykk, omfattende i det minste ett par svakt koniske tetningsflater anordnet ved i det minste én ende av koblingens hanndel (1) eller hunndel (2), i hvilket par den første kontakt (5) av tetningssonen (3) som ligger ved enden av én del (1) skjer mot den tilsvarende tetningsflate (4) på den andre del (2), og ved denne første kontakt er konisiteten av tetningsflaten (3) som befinner seg ved enden av én av koblingens deler, mindre enn konisiteten av den tilsvarende tetningsflate (4) som befinner seg på den andre av koblingens deler, karakterisert ved at tetningsflåtene ved tilskruing av koblingen blir hvilende mot hverandre i sin helhet med et kontakttrykk som er tilstrekkelig til å sikre oljetetthet, hvorved koblingen har liten tendens til å skjære seg fast.

2. Kobling ifølge krav 1, karakterisert ved at ved tidspunktet for den første kontakt har generatrisene for et par koniske tetningsflater en vinkelforskjell (B) som tilsvarer en helning på omtrent 0,5 til 2%, fortrinnvis mellom 0,75 og 1%.

3. Kobling ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den omfatter en stopper (15) for å begrense sammenskruingen, hvilken stopper begrenser strammingen av koblingen så snart de nødvendige trykk er oppnådd mellom de forskjellige punkter på tetningsflåtene.

4. Kobling ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at den omfatter to par tetningsflater (fig. 14 og 15), hvorav det ene par er anordnet ved enden av hanndelen og det andre par ved enden av hunndelen på motsatte sider av gjengene.

5. Kobling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at vinkelforskjellen mellom generatrisene for de to tetningsflater er større jo lavere forholdet er mellom rørets tykkelse og diameter.