NO164931B - Skrukobling for staalroer, fremgangsmaate for dennes fremstlling og apparat for fremgangsmaatens utfoerelse. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en gjenget skjøt for stålrør, særlig beregnet til bruk i petroleumsindustrien f en fremgangsmåte til fremstilling av skjøten samt en maskin til utførelse av fremgangsmåten.

Det er allerede kjent gjengede skjøter for stålrør beregnet til bruk i petroleumsindustrien og som omfatter et hunnelement forsynt med konisk gjenging og en skruestopper ved den indre ende av gjengingen, så vel som et hannelement forsynt med utvendig konisk gjenging utformet for inngrep i hunnelementets innvendige, koniske gjenging, og en endestopper beregnet til å samvirke med hunnelementets skruestopper.

Når slike skjøter ikke er maskinbearbeidet i endene av rør-seksjoner som har blitt maskinert ved smiing eller stuking, hender det ofte, spesielt ved rør med liten diameter og begrenset tykkelse,at skruestopperne som er plassert ved enden av hannelementet og innenfor hunnelementets gjenging har seksjoner som er for svake til å ta opp de påkjenninger de utsettes for.

Dette skyldes at stopperens bredde for eksempel ved et stål-rør, som er 60 mm i diameter og 5,5 mm tykt, bare kan være 3 til 3,5 mm, hvilket begrenser til ca. 150 kgm det vridningsmoment som kan utøves på denne skjøt ut over kontakt av stopperne uten å frembringe permanent deformasjon som setter den gjensidige utskiftbarhet av elementer i fare.

Når en betrakter de ulike anvendelsesbetingelser for rør utstyrt med slike skjøter (trekking eller aksial sammentrykking og et indre eller ytre trykk), er det nødvendig å sikre en viss massivitet hos skjøten ved å påføre en forutbestemt for-spenning i området for skruestopperne.

Av de samme årsaker er det dessuten nødvendig å sikre radialt inngrep (negativ klaring) mellom hannelementet og hunnelementet, et inngrep som er oppnådd ved bruk av konisk gjenging.

Dette skyldes at det skruende vridningsmoment ved en skjøt

av dette slag er lik summen av det vridningsmoment som er nød-vendig for å overvinne radialt inngrep (dvs. forsenkning ved å skru hannelementet inn i hunnelementet inntil enden av hannelementet stopper mot hunnelementets innvendige stopper) og det vridningsmoment hvormed enden av hannelementet angriper aksialt mot hunnelementets stopper.

Ved betraktning av fremstillingstoleransene er det også kjent at det vridningsmoment som er nødvendig for å overvinne radialt inngrep og for å bringe enden av hannelementet mot hunnelementets stopper, kan variere over et forhold på i det minste 1 til 4, avhengig av hva slags skjøt det dreier seg om. Dette innebærer at det gjenværende vridningsmoment som tillater aksialtrettet angrep av enden av hannelementet mot stopperen av hunnelementet er i stand til å variere over et meget stort område.

I enkelte tilfelle hender det til og med, særlig ved rør av begrenset diameter at en, ved betraktning av gjengingenes maskineringstoleranser, kommer frem til et områdte a.v skruende vridningsmoment som er meget begrenset., id<;>et ubeft.y;d'ellgj økning i toleransene til og med kam gij:ør.e dette vridhingsmo^-mentonuråde Lik null. i noem tilfelle..

For å skjønne dette, problem bedre, kan en i fig. 1 se en gjengingskurve for en skjøt av dette slag, og hvor abscissen representerer hannelementets overdiameter i forhold til hunnelementets diameter i det øyeblikk enden av hannelementet stopper mot hunnelementets stopper, idet ordinaten representerer det vridningsmoment skjøten utsettes for.

Kurvene OAA' og OBB<1> korresponderer til skjøter av den samme type, men hvis gjenger befinner seg ved grensene for maski-neringstoleransene, kurven OAA' korresponderer til en skjøt hvor enden av hannelementet angriper mot enden av hunnelementet etter påføring av begrenset vridningsmoment ved overvin-nelse av det radiale inngrep av hannelementet i hunnelementet, mens OBB<*> korresponderer til en skjøt hvor enden av hannelementet bare ligger an mot enden av hunnelementet etter betydelig vridningsmoment for å overvinne

hannelementets radiale inngrep i hunnelementet.

Kurven OAB i fig. 1 svarer til en økning i vridningsmoment som er nødvendig for å overvinne økende inngrep før enden av hannelementet angriper mot enden av hunnelementet.

Det fremgår at denne kurve stiger forholdsvis langsomt. På den annen side, når enden av hannelementet bringes an mot enden av hunnelementet, øker vridningsmomentet meget hurtig uten en vesentlig økning i radialt inngrep, hvilket skyldes det faktum at det da bare frembringes begrenset dreining av hannelementet i forhold til hunnelementet.

Punktene A' og B' svarer til vridningsmomenter som medfører plastisk deformasjon som gjør skjøtene ubrukelige eller i det minste innebærer at de ikke kan skiftes gjensidig ut. Disse vridningsmomenter opptrer ved enden av hannelementet og på enden av hunnelementet.

Det fremgår at det vridningsmoment som påføres skjøten, fra det øyeblikk enden av hannelementet er i kontakt med enden av hunnelementet og til det øyeblikk hvor alvorlige deforma-sjoner opptrer på stopperflåtene, er stort sett det samme som de fremstillingstoleranser som forefinnes i høyde med gjengene. Dette avsløres i fig. 1 gjennom det faktum at deler av kurven AA' og BB' har stort sett den samme lengde.

Det er på basis av disse kurver OAA' og OABB' at man kan bestemme det fastklemmende vridningsmoment som må påføres skjø-ten, hvilket vridningsmoment har vist seg å ligge mellom grensene Cl og C2.

Det fremgår av fig. 1 at den skjøt som er lagt til grunn for kurven OAA' for et gitt fastklemmende vridningsmoment svarer til begrenset radialt inngrep og et betydelig trykk på skruestopperne .

På den annen side svarer den skjøt som er lagt til grunn for kurven OABB<1> for et gitt sammenklemmende vridningsmoment til betydelig radialt inngrep og et begrenset trykk på skruestopperne .

Under disse forhold vil det forstås at det for å bestemme en sone for fastklemmende vridningsmoment, som vil være stort nok og på samme tid sikre tilstrekkelig inngrep ved gjenge-nivået samt et tilstrekkelig aksialt trykk på skruestopperne, er av interesse å bringe punktene A og B på kurven i fig. 1 nær inntil hverandre, dvs. å plassere stopperen av hvert av skjøtens elementer i forhold til dens gjenger så nøyaktig som mulig.

Gjenstanden for den foreliggende oppfinnelse er en ny skjøt av. den angitte art som oppviser fordelen av på hvert av sine elementer å ha en skruestopper, som på den ene side er plassert nøyaktig i forhold til gjengen og hvis mekaniske fasthet på den annen side er blitt økt ved kaldbearbeiding.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en gjenget skjøt for stålrør, særlig beregnet til bruk i petroleumsindustrien, og av det slag som omfatter et hunnelement utstyrt med en innvendig konisk gjenging ved hvis ende det finnes en skruestopper, og et hannelement som på enden er utstyrt med en utvendig konisk gjenging svarende til hunnelementets, og en skruestopper hvis form svarer til hunnelementets, hvilken skjøt utmerker seg ved. at hannelementets og hunnelementets stoppere hver er maskinbearbeidet ved kalddeformasjon og fastning ved hjelp av et verktøy utstyrt med gjenging som er i stand til å gripe inn i eller inn på det motsvarende elementets gjenging.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører likeledes en ny fremgangsmåte til fremstilling av den ovenfor angitte skjøt, hvilken fremgangsmåte er karakterisert ved at man utfører en første maskinbearbeiding på skjøtens hannelement og hunnelement og fortsetter til endelig maskinering av gjengene, idet bare fla.tene av skruestopperne holdes i grovmaskinert tilstand; man bruker en hanngjengelære på gjengingen av hunnelementet og en hunngjengelære på gjengingen av hannelementet, hvilke to lærer hver er forsynt med et merke som er slik anbragt at når disse to gjengelærer er skrudd sammen for hånd, befinner de to angjeldende merker seg på den samme generatrise; at man på hunnelementet av skjøten merker av merket av hannlæren og på hannelementet merker av hunnelementets merke; at man fører inn en utvendig gjenget stålspindel med høye mekaniske egenskaper i hunnelementet, hvilken spindel på

sin ende har den form som hunnelementets skruestopper må ha, og hvilken hannspindel på omkretsen er utstyrt med et merke som korresponderer med den allerede nevnte hunnlæres merke når sistnevnte lære er bragt i inngrep med og for hånd er skrudd inn på nevnte spindel; at man ved hjelp av en maskin som er i stand til å utøve et økt vridningsmoment roterer den gjengede hannspindel i forhold til hunnelementet av skjø-ten slik at spindelens merke bringes i en på forhånd fastsatt avstand forbi hunnelementets merke, kaldbearbeider den flate som representerer hunnelementets skruestopper ved hjelp av enden av hannspindelen; at man skruer hannspindelen ut av hunnelementet, og at man utfører en operasjon av den samme type på hannelementet ved hjelp av en hunnspindel som er utstyrt med et merke som korresponderer med den allerede nevnte hannlæres og som skrus inn på enden av hannelementet inntil spindelens merke bringes i en på forhånd fastsatt avstand forbi hannelementets merke.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe tilveie en maskin beregnet til å gjennomføre den ovenfor angitte fremgangsmåte, hvilken maskin kjennetegnes ved at den består av en hannlære og en hunnlære som er forsynt med gjenger som kan gripe inn i gjengene av skjøtens hunnelement og hannelement, idet hver av disse lærer har et merke som er slik anbragt at disse to merker, når de to lærer er skrudd sammen manuelt, befinner seg på den samme generatrise, hvilken maskin også omfatter en hannspindel og en hunnspindel med gjenger og arbeidsflater som svarer til gjengene og flatene på skruestopperne av hannelementet og hunnelementet, idet hver av hvilke spindler er utstyrt med et merke som er slik anbragt at lærenes og spindlenes merker, når hannspindelen er skrudd inn i den allerede nevnte hunnlære og når hunnspindelen er skrudd inn på den allerede nevnte hannlære, befinner seg på den samme generatrise.

For å forklare oppfinnelsen bedre, vil det nå bli beskrevet et illustrativt utførelseseksempel, som ikke på noen måte er begrensende, idet fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i form av et eksempel er anskueliggjort på vedføyede tegninger, hvor: Fig. 1 er en kurve som representerer det vridningsmoment som utøves på skjøten som følge av inngrepet mellom gjengene på hannelementet og hunnelementet; Fig. 2 viser et deltverrsnitt av en hannlære ifølge oppfinnelsen; Fig. 3 viser et deltverrsnitt av en hunnlære ifølge oppfinnelsen; Fig. 4 er en kurve som viser det vridningsmoment som- er. nød-vendig for å oppnå en gitt rotasjon av hannelementet i. forhold til hunnelementet; Fig. 5 er et tverrsnitt under den endelige maskinbearbeid!ing med hannspindelen på hunnelementets skruestopper; Fig. 6 er et frontriss av den i fig. 5 benyttede spindel; Fig. 7 er et tverrsnitt av en spindel som tillater endelig maskinbearbeiding av skruestopperen av skjøtens hannelement; og Fig. 8 representerer fastskruings-vridningsmomentene som en funksjon av inngrepet mellom gjengene på skjøtene ifølge oppfinnelsen.

De forklaringer som vedrører fig. 1 er gitt foran under be-skrivelsen av teknikkens stand.

Fig. 2 viser skjematisk et tverrsnitt av hunnelementet 1 som

er utstyrt med innvendige gjenger 2 og en skruestopper 3.

Ved den illustrerte fremgangsmåte er denne skruestopper 3 en plan stopper perpendikulær på rørets akse, men det sier seg selv at denne stopper kunne ha annen form, f.eks. konisk, konkav eller konveks, eller også oppvise en mer komplisert form, såsom bestående av to koniske flater med motsatt koni-sitet.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er hunnelementets gjenger fullstendig maskinbearbeidet, mens skruestopperens 3 flate bare utsettes for formaskinbearbeiding som etterlater en maskinbearbeidingsklaring på denne stopper som foreligger uansett de maskineringstoleranser som kan opptre under frem-stillingen av hunnelementet.

Av fig. 2 fremgår det likeledes en hannlære 4 som er utstyrt med utvendige gjenger 5 svarende til hunnelementets gjenger 2, idet læren 4 griper inn i hunnelementets gjenger uten å komme i kontakt med noen annen del av dette element, for der-ved å tillate fri innskruing for hånd av læren 4 inn i gjengene 2. Læren 4 omfatter en krage 6 som er utformet med en utsparing 7 som kan oppta enden av hunnelementet. Kragen 6

er utformet med en langstrakt utskjæring 8, som tillater at det lages et merke i overensstemmelse med oppfinnelsen på

den ytre generatrise av hunnelementet 1.

Dette merke 9 kan lages ved merking ved hjelp av en passer-spiss eller ved en malingsstrek eller lignende strek.

Det fremgår av fig. 3 at hannelementet 10 av skjøten er utstyrt med utvendige gjenger 11 hvis form svarer til hunnelementets innvendige gjenger 2. Hannelementet har en skruestopper 12

på sin ende.

I overensstemmelse med oppfinnelsen utføres endelig maskinbearbeiding av gjengene, mens flaten på skruestopperen 12 etterlates i den formaskinerte tilstand, dvs. med et ubetydelig overskudd av materiale, uansett maskinbearbeidingsto-leransen for enden av hannelementet.

Av fig. 3 fremgår også en hunnlære 13, som består av en ring utstyrt med innvendige gjenger 14 svarende til hannelementets gjenger 11.

I overensstemmelse med oppfinnelsen kan læren 13 for hånd skrus inn på hannelementets gjenger 11 uten å være i kontakt med hannelementet unntatt gjennom gjengene. Hunnlæren 13 er ved sin omkrets utformet med en langstrakt utskjæring 8, hvorigjennom det kan lages et merke 15 hvis beliggenhet er slik at når hunnlæren 13 skrus inn på hannlæren 4, blir de to utskjæringer 8 beliggende i forlengelsen av hverandre.

De to utskjæringer 8 i hannlæren og hunnlæren svarer med andre ord til den samme generatrise når de to lærer er skrudd sammen for hånd, dvs. uten noe merkbart vridningsmoment.

Fig. 4 viser en kurve AA"A " E x F' som representerer det vridningsmoment som under sammenskruingen opptas bare av skjøtens stopper som en funksjon av dreiningsvinkelen mellom hannelementet og hunnelementet. Som forklart i forbindelse med fig. 1, viser det seg at når ytterenden av hannelementet når frem mot hunnelementets skruestopper, øker vridningsmomentet meget hurtig på lineær måte som en funksjon av dreining svarende til delen AA' av kurven, hvorved den plastiske deformasjon ved skruestoppernes nivå bringer kurven til å krumme ubetydelig forbi punkt E~ som svarer til ødeleggelse av skruestopperne.

På den annen side vil det ses at dersom man utøver en dreining av hannelementet i forhold til hunnelementet opp til punkt D", som svarer til kaldherding (fastning) på grunn av permanent deformasjon av stoppernes overflater, når en skruer de to elementer fra hverandre og deretter skruer dem sammen igjen, oppnås en vridningsmomentkurve langs ADD'E'F".

Det viser seg med andre ord at den permanente deformasjon av skruestopperne setter en i stand til å øke størrelsen av den lineære del av kurven DD' under den endelige sammenskru-ing av skjøten.

Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse er basert på utnyttelse av dette fenomen, som tillater en økning i stør-relsen av den lineære del av vridningsmomentkurven. I den ene halvdel av fig. 5 er i tverrsnitt vist en hannspindel 16

i inngrep med et hunnelement 1.

Fig. 6 viser et frontriss av denne spindel 16 som omfatter gjenger 17 svarende til gjengene 2 av hunnelementet, og en fremre arbeidsflate 18 hvis form svarer til den form som hunnelementets skruestopper 3 må ha.

Denne spindel er av stål med høye mekaniske egenskaper.

I overensstemmelsen har den et merke 19 hvis beliggenhet ble fastsatt med hunnlæren 13 påskrudd for hånd på spindelen, idet merket 19 befinner seg like overfor utskjæringen 8.

Fig. 7 viser et halvt tverrsnitt av hunnspindelen 20 som også er utstyrt med innvendige gjenger 21 svarende til utvendige gjenger 11 på hannelementet og som oppviser en arbeidsflate 22 i form av en skulder hvis form svarer til den form enden av hannelementet må ha.

Den ytre del av hunnspindelen 20 har også et merke 23 som har en slik beliggenhet at dette merke 23 korresponderer med slis-sen 8 i hannlæren 4 når sistnevnte er skrudd for hånd inn på hunnspindelen.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er maskineringen av hannspindelen og hunnspindelen slik at avstanden L ved hunnspindelen mellom flanken på en gitt gjenge 24 ved merket 23 og flaten 22 svarer til avstanden L ved hannspindelen mellom samme flanke 24 av den samme gjenge ved merket 19 og flaten 18 ved enden av hannspindelen.

Med andre ord, når hannspindelen er skrudd inn på hunnspindelen for hånd, dvs. uten merkbart vridningsmoment, vil flaten 18 på hannspindelen i det øyeblikk merkene 19 og 23 korresponderer komme i kontakt med flaten 22 av hunnspindelen og det er inntrått et radialt inngrep ved gjengingens nivå.

Under disse omstendigheter vil det forstås at når hannspindelen med kraft skrus inn i hunnelementet, hvor skruestopperen 3 har en maskinbearbeidingsklaring, og når det utøves tilstrekkelig vridningsmoment på spindelen til å bringe merket 19 en på forhånd fastsatt strekning forbi merket 9 som ble laget på hunnelementet, såsom tidligere forklart, oppnås ved fastning eller deformasjonsherding på samme tid en økning i hardheten og elastisiteten hos metallet nær skruestopperens 3 flate og eksakt posisjonering av denne flate i forhold til gjengingen.

Det vil også ses at det samme resultat oppnås på hannelementet hvis ende ganske enkelt er formaskinert, når hunnspindelen 20 skrus inn på enden av dette element og. når man ved hjelp av et tilstrekkelig vridningsmoment bringer merket 23' på spindelen en på forhånd fastsatt strekning forba merket.

15 på hannelementet.

Nevnte på forhånd fastsatte strekning, som svarer til avstanden mellom merket på spindelen og det på det rørformede element, er en funksjon av størrelsen på de krefter foranledig-et av radialt inngrep som man ønsker å ha ved gjengenes nivå på den sammenklemte skjøt; jo større inngrep, desto større strekning.

Som det fremgår oppnår man ifølge oppfinnelsen den fordel gjennom enkle og effektive midler å bedre de mekaniske egenskaper hos en skjøt og også posisjonering av flatene på skruestopperne i forhold til gjengene på en nøyaktig måte, til tross for fremstillingstoleranser.

Fig. 8 viser vridningsmomentkurver svarende til fig. 1 i tilfelle av skjøter fremstilt i samsvar med oppfinnelsen.

Det fremgår at de lineære deler AA"og BB'er større enn i det i fig. 1 illustrerte tilfelle som svarer til nå kjente skjøter. Dette skyldes økningen i spenning som kan opptas av

skruestopperne.

Ettersom flatene på skruestopperne i overensstemmelse med oppfinnelsen dessuten er posisjonert med meget større presi-sjon i forhold til gjengene, ligger punktene A og B mærmere hverandre, slik at de til punktene A og B svarende vridningsmomenter befinner seg nærmere hverandre.

Dette innebærer at det er mulig å velge en sone for vridningsmomenter Cl, C2 som er svært meget større enn ved skjø-ter ifølge teknikkens stand, slik at det sikres en aksial påkjenning på skruestopperne som» er betydelig, større;,, hvorved det oppnås bedre sikkerhet med hensyn, til overdreven skruing.

Claims (3)

1. Gjenget skjøt for stålrør, særlig beregnet tii bruk i petroleumsindustrien, og av det slag som omfatter et hunnelement (1) forsynt med innvendig konisk gjenging (2) på hvis ene ende det finnes en skruestopper (3), og et hannelement (10) som på sin ende er forsynt med utvendig konisk gjenging (11) svarende til hunnelementets gjenging og en skruestopper (12) hvis form svarer til hunnelementets (1) skruestopper, karakterisert ved at hannelementets (12) og hunnelementets (3) stoppere hver er maskinbearbeidet ved kalddeformasjon og fastning ved hjelp av et verktøy (16, 20) utstyrt med gjenging (17, 21) i stand til å gripe inn i eller inn på det motsvarende elementets gjenging (2, 11).

2. Fremgangsmåte til fremstilling av en skjøt som angitt i krav 1, karakterisert ved at man utfører en første maskinbearbeiding på skjøtens hannelement og hunnelement, fortsetter til endelig maskinering av gjengingene (2, 11) og etterlater bare flatene av skruestopperne (3, 12) i grovmaskinert tilstand; at man bringer en hanngjengelære (6) i inngrep med hunnelementets gjenging (2) og en hunngjengelære (13) i inngrep med hannelementets gjenging (11) , hvilke to lærer hver er utstyrt med et merke (8) som er slik anbragt at når disse to gjengelærer er skrudd sammen for hånd, er de to angjeldende merker (8) plassert på den samme generatrise; at man på hunnelementet av skjøten merker av hannlærens merke (8) og på hannelementet merker av hunnlærens merke; at man i hunnelementet fører inn en gjenget hannspindel (16) av stål med høye mekaniske egenskaper, hvilken spindel på sin ende har den form som hunnelementets skruestopper (3) må ha og hvilken hannspindel (16) på sin omkrets er utstyrt med et merke (19) som korresponderer med merket (8) på den nevnte hunnlære når sistnevnte er i inngrep med og er skrudd for hånd inn på nevnte spindel; at man ved hjelp av en maskin som er i stand til å utøve et høyt vridningsmoment roterer den gjengede hannspindel (16) i forhold til-skjøtens hunnelement slik at spindelens merke (19) bringes på den samme generatrise i en på forhånd fastsatt avstand forbi hunnelementets merke (9) og deformasjonsherder den flate som omfatter hunnelementets skruestopper (3) ved hjelp av hannspindelens ende; at man skrur hannspindelen (16) ut av hunnelementet (1); og at man på hannelementet (10) utfører en operasjon av samme type ved hjelp av en hunnspindel (20) som er utstyrt med et merke (23) svarende til merket (8) på den allerede nevnte hunnlære og som med kraft skrus inn på enden av hannelementet inntil spindelens (20) merke (23) er bragt i en på forhånd fastsatt avstand forbi hannelementets merke (15).

3. Maskin til utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 2, karakterisert ved at denne maskin består av en hannlære (6) og en hunnlære (13), utstyrt med gjenger (5, 14) som er i stand til å gripe inn i gjengene av skjøtens hunnelement og hannelement, hver av hvilke lærer omfatter et merke (9, 15) som er slik anbragt at disse to merker (9, 15), når disse to lærer (6, 13) er skrudd sammen for hånd, befinner seg på den samme generatrise, hvilken maskin også omfatter en hannspindel (16) og en hunnspindel (20) utformet med gjenger (17, 21) og arbeidsflater (18, 22) svarende til gjengene (2, 11) og til flatene på skruestopperne (3, 12} av hannelementet (10) og hunnelementet (1), hver av hvilke spindler er utstyrt med et merke (19, 23) som. er slik anbragt at lærenes og spindlenes merker (9,15; 19, 23), når hannspindelen er skrudd inn i den allerede nevnte hunnlære og hunnspindelen er skrudd inn på den allerede nevnte hannlære, befinner seg på den samme generatrise.