NO170901B - Sylindrisk gjengeforbindelse - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår sylindriske gjengeforbindelser og særlig slike forbindelser anvendt på rørgods som brukes i olje- og gassindustrien.

Rørgods innbefatter generelt et antall enkelt-rørlengder som hver har en tappende og en muffeende. En forbindelse

omfatter tappenden på én rørlengde sammenskrudd med muffeenden på den tilstøtende rørlengde. Slike ender kan enten ha konisk avsmalnende ("tapered") eller stort sett sylindrisk form. For de forbindelser som er sylindriske ansees de sylindriske ender å ha en nominell radiell dimensjon som forblir konstant fra én omdreining til den neste ved tilsvarende deler av gjengen

(f.eks. bunndimensjon, toppdimensjon).

Sylindriske ender er så godt som aldri virkelig sylindriske. Ofte fremstilles gjenger ved fresing av de utvendige gjenger på tappenden og innvendige gjenger på muffeenden. Visse freseoperasjoner gir uvegerlig en svak konisitet ("taper") både på tappenden og muffeenden, slik at tappendens minste radielle dimensjon er i det første gjengeomløp og muffeendens største radielle dimensjon er i det første gjenge-omløp.

Vanligvis omfatter også gjengene på både tappenden og muffeenden to gjengesett som er adskilt ved et trinn, slik at gjengesettet på tappenden nærmest dens spiss har en redusert radiell dimensjon i forhold til gjengesettets andre og større dimensjon. Tilsvarende har muffeendens gjengesett nærmest den åpne ende en større radiell dimensjon enn det andre gjengesett beliggende dypere inne i muffeendens åpning.

Sylindriske gjengeforbindelser er konvensjonelt utført slik at de løper fritt gjennom størstedelen av deres inngreps-omløp. Dvs. der er radiell klaring mellom gjengetoppene på tappenden og gjengebunnene på muffeenden. Følgelig er der ingen friksjon mellom gjengetoppene og -bunnene når de første antall omdreininger utføres. På grunn av den tidligere nevnte svake konisitet som oppstår ved freseprosessen kan den radielle klaring, idet gjengene nærmer seg fullstendig sammenskruing, reduseres til det punkt der negativ klaring inntrer bare for de siste få gjenger, slik at større og større dreiemoment

må påføres inntil fullstendig sammenskruing er oppnådd.

Den metalliske tetning eller skulderkontakt oppnås ved den sist beskrevne sylindriske forbindelse i én eller flere av tre flater: i metallområdet mot spissen fra den fremre gjenge på tappenden, i trinnområdet mellom gjengesettene, og i området bak den siste gjenge på tappenden. Trinnområdet mellom gjengesettene er en dreiestopp-skulder og danner ingen tetning slik som de andre steder. Inngrep er generelt bare på den innledende montasje. På grunn av den permanente distor-sjon forårsaket av den innledende montering av deler, vil kontakt-virkningen på de etterfølgende montasjer i dette område ikke være store. Ved den ovenfor omtalte kjente forbindelse er det fare for avgnaging eller -riving av én eller flere av disse flater når forbindelsen tiltrekkes ved den eller de siste sammenskruings-omdreininger når den skarpe linje av sammenfallende koniske flater tvinges sammen.

Det vil også være klart at gjengefresingen ikke innvirker på de plane tetningsområder eller -arealer, og følgelig vil den ved fresingen innførte konisitet ved gjengene kanskje ikke innføres ved tetningsområdene, som ideelt holdes på en tilsvarende konisitetsgrad.

US patent 4.244.607 beskriver en forbindelse hvor tappenden med hensikt er utstyrt med en svak konisitet i forhold til muffeendeelementet. Dvs. tappenden avsmalner mer enn muffeenden. Følgelig er gjengene frittløpende inntil de siste gjenger kommer i inngrep. Dreiemomentet blir større og større inntil sammenskruing er fullført. En slik konstruksjon bare overdriver standardproduktet, og innfører muligvis også en viss kontakt ved gjengens belastningsflanke i tillegg til gradvis å eliminere den frittløpende radielle klaring. Avri-ving reduseres ikke i forhold til standard-gjengekonstruksjo-nen. Belastningen på gjengene blir ikke jevnt fordelt, men virker hovedsakelig på de gjenger som ligger sterkest an mot hverandre (dvs. som har den største bruddbånd-virkning).

Det er derfor et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret sylindrisk gjengeforbindelse som er frittløpende bortsett fra innføringen av negativ klaring i området ved den siste eller de to siste omdreininger før fullstendig sammenskruing uten de ulemper som opptrer ved forbindelsen beskrevet i US patent 4.244.607.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret sylindrisk gjengeforbindelse som har en mer kontrollert eller styrt negativ klaring i kontaktområdet med høyt dreiemoment, enn kjente forbindelser.

Et annet formål ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret sylindrisk gjengeforbindelse som gir et jevnere fordelt dreiemoment-påvirket område enn kjente forbindelser.

Enda et formål ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret sylindrisk gjengeforbindelse som gir et større område med jevnt fordelt dreiemoment, slik at fordelene ved en jevnt utført forbindelse oppnås selv om der forekommer noen sår i deler av slikt område.

Disse formål oppnås ved en sylindrisk gjengeforbindelse som angitt i det etterfølgende krav 1. Fordelaktige utfø-ringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige etterføl-gende krav.

Det skal videre bemerkes at foreliggende oppfinnelse innebærer den ytterligere fordel at den tillater rørlengder med koplingsender som er forbedret ifølge oppfinnelsen å utskiftes eller blandes med rørlengder uten de her beskrevne trekk. Ved forbindelser som har en tappende eller muffeende med gjenger forbedret ifølge foreliggende oppfinnelse, blir forbindelsen tilsvarende forbedret, selv når den motsvarende ende ikke omfatter forbedringen.

Tappenden av en sylindrisk gjengeforbindelse omfatter et gjengesett med liten diameter, som begynner på et sted bak front-tetningsområdet, et trinn til et mellomliggende tetningsområde med større diameter mellom gjengesettene, og et gjengesett med stor diameter, som begynner bak det mellomliggende tetningsområde og ender foran det bakre tetningsområde. Én eller to av de fremre gjengeomløp i gjengesettet med liten diameter på tappenden omfatter en gjenge som har et redusert bunnparti (større radiell dimensjon enn normalt) eller et forstørret topparti (større radiell dimensjon enn normalt) eller begge deler. Alternativt, eller i tillegg, har det motsvarende, samvirkende gjengeomløp på muffeenden med redusert bunnparti (mindre radiell dimensjon enn normalt) et for-størret topparti (mindre radiell dimensjon enn normalt).

Videre alternativt, eller i tillegg, omfatter ett eller to av de siste gjengeomløp på gjengesettet med stor diameter en gjenge med et redusert bunnparti og et forstørret topparti eller begge deler. Også alternativt eller i tillegg, har de motsvarende samvirkende gjengeomløp på ett eller begge gjengesettene på muffeenden et redusert bunnparti eller et forstør-ret topparti svarende til tappendens bunn- og topp-utforming som ovenfor beskrevet.

Med en slik konstruksjon er gjengene frittløpende inntil negativ klaring opptrer. Deretter, under den siste del av omdreiningen, vil muffeendens ekspansjon og tappendens krymping skje forholdsvis jevnt over området med øket negativ klaring.

Slik at den måte hvorved de ovenfor angitte trekk, fordeler og formål med oppfinnelsen, såvel som andre som vil fremgå, skal oppnås og kan forstås i detalj kan en nærmere beskrivelse av den ovenfor kort sammenfattete oppfinnelse finnes ved henvisning til de utføringsformer av oppfinnelsen som er illustrert i de tilknyttete tegninger, hvilke tegninger utgjør en del av denne fremstilling. Det skal imidlertid bemerkes at de tilknyttete tegninger bare viser en foretrukket utføringsform av oppfinnelsen og skal derfor ikke ansees å begrense dens omfang, for oppfinnelsen kan gi adgang til andre like effektive utføringsformer. Figur 1 er et partielt sideriss, i snitt, av en tappende og en muffeende for en forbindelse som er utført i samsvar med foreliggende oppfinnelse før sammenskruing. Figur 2 er et partielt sideriss, i snitt, av forbindelsen vist i figur 1 etter sammenskruing. Figur 3 er et skjematisk riss i større målestokk av kontaktområdet med negativ klaring i forbindelsen ifølge foreliggende oppfinnelse.

Idet det henvises til tegningene og i første rekke til figur 1, er der vist et partielt sideriss, i snitt, av en tappende 10 av forbindelsen ifølge oppfinnelsen rett overfor en motsvarende muffeende 12. Tappenden har et fremre gjengesett 14 med mindre diameter som begynner ved et sted bak det fremre tetningsområde eller front-tetningsområdet 16. Gjengesettets 14 bakre parti grenser til et mellomliggende skulderområde 18 som har en utvidet radiell dimensjon fra gjengesettet 14 og danner et trinn opp til et andre gjengesett 20. Gjengesettet 20 har en utvidet diameter i forhold til det første gjengesettet 14 og er beliggende mellom det mellomliggende skulderområde 18 og det bakre tetning/skulder-område 34.

På lignende måte omfatter den åpne ende av muffeenden 12 et tetningsområde 24 lengst inne, hvilket tetningsområde samvirker med tetningsområdet 16 på tappenden 10. Beliggende inntil tetningsområdet 24 er et gjengesett 26 som samvirker med tetningsområdet 14 på tappenden 10.

Mellom-skulderområdet 28 er beliggende foran eller utenfor gjengesettet 26 og samvirker med skuIderområdet 18. Området 28 danner også et trinn til det andre gjengesett 30 på muffeenden 12, hvilket gjengesett samvirkende motsvarer gjengesettet 20 på tappenden. Den siste gjenge, eller gjenge-forlengelsen 22 på gjengesettet 20 kommer i kontakt med den første gjenge 32 på gjengesettet 30 når forbindelsen opprettes. Disse flater virker imidlertid ikke til å danne en effektiv tetning.

Det skal bemerkes at tetningsområdene er mulige tetningsområder for opprettelse av innbyrdes anlegg metall mot metall i en typisk sylindrisk forbindelse vist, men i en spesiell forbindelse kan det hende at en tetning ikke forekommer ved én eller flere av disse områder.

Gjengesettene 14 og 20 på tappenden er typisk utformet fra respektive ugjengete overflater med en utvendig diameter med noe større radiell utstrekning enn gjengetopp-dimensjonen. Under fryseoperasjonen skjer der en viss avsmalning av hvert gjengesett 14 og 20, idet avsmalningen på tegningen blir gradvis radielt større fra høyre mot venstre eller fra tappende-spissen mot anslagsskulderen 34 som grenser mot tetningsområdet 22.

På lignende måte er de innvendige gjenger i muffeenden 12 også utformet ved en freseprosess. På lignende måte skjer en avsmalning av gjengene fra en virkelig eller regulær sylindrisk dimensjon slik at den radielle dimensjon blir noe mindre jo dypere gjengene skjæres inn i muffeåpningen, eller fra venstre mot høyre på tegningen.

Det skal bemerkes at gjengene er konstruert først for å løpe fritt. Dvs. der er radiell klaring mellom gjengenes toppdimensjon og den motsvarende bunndimensjon på gjengene når tappen roteres i forhold til muffeenden. Ved én eller begge de fremre to gjenger på gjengesettet 14 tillates imidlertid en toppdimensjon som er noe større enn de øvrige toppdimensjoner. Alternativt tillates bunndimensjonen i ett av de siste to omløp av gjengesettets 14 gjenger å være litt grunnere. Dvs. den radielle dimensjon er litt større enn normalt. Dette betyr at med alle andre gjengedimensjoner i standard utførelse som ovenfor beskrevet, når tappenden 10 roteres i forhold til muffeenden 12 under sammenskruing, løper gjengene fritt inntil den siste eller de to siste omløp av gjengesettet 14 kommer i kontakt med de siste eller dypeste motsvarende omløp på muffe-gjengesettet 26. Negativ klaring eller "interferens" vil da opptre ved de posisjoner som i figur 1 og figur 2 er betegnet som interferens-flater, hvilke tegninger viser forbindelsen i fullstendig sammenskrudd tilstand.

Alternativt, eller i kombinasjon med modifisering av topp- og/eller bunndimensjonen til i det minste ett eller to omløp av gjengesettet 14 er det også mulig tilsvarende å endre dimensjonene til ett eller to av de dypeste omløp av gjengesettet 26 i muffeenden 12. For å endre gjengene i muffeenden 12 må bunnen gjøres grunnere, for derved å minske den radielle dimensjon ved dette punkt fra standard, og/eller toppdimensjonen må gjøres noe større, for derved også å minske den radielle dimensjon av tilsvarende gjenge ved toppen i forhold til standardutførelsen.

Slik det skal forklares senere innebærer en slik innfø-ring av negativ klaring eller interferens flere fordeler. For å gjøre en forbindelse enda mer fordelaktig er det imidlertid også mulig å øke den negative klaring av det siste eller de to siste omløp av gjengesettets 20 tappende på samme måte og/eller det første eller de to første omløp av muffeendens 12 gjengesett 30 som ligger nærmest åpningen. Dvs. de motsvarende bunndimensjoner kan gjøres grunnere enn standard og de motsvarende toppdimensjoner kan gjøres større enn standard.

På grunn av den avsmalning som opptrer i alle gjengesett, som tidligere beskrevet, vil rotasjonen av de reduserte bunndimensjoner og/eller de forstørrete toppdimensjoner ikke interferere med gjengenes frittløpende utforming før den siste eller de to siste omdreininger av forbindelsen foretas. Ved dette punkt øker dreiemomentet. I motsetning til teknikkens stilling som har sammenfallende konisk avsmalning, f.eks. som vist i patent 4.244.607, skjer økingen i forbindelse med en jevn overflate og følgelig skjer ekspansjonen av muffeenden og krympingen av tappenden over en større aksiell strekning enn ved slik kjent teknikk. Videre er områdene 16, 18, 22, 24, 28 og 32, som ikke avsmalnes under fresing av gjengene, belastet, ikke ved sammenfallingen av koniske overflater, men jevnt etterhvert som tiltrekkingen skjer for fullføring av forbindelsen.

Det skal bemerkes at økingen i det metalliske kontakt-orar åde fra gjengebunn til gjengetopp innebærer at det nødven-dige dreiemoment for å løse forbindelsen er større og må påfø-res for en større tilbakedreining enn ved den kjente teknikk. Det skal også bemerkes at ved den kjente teknikk er inter-ferensområdets beliggenhet noe usikker sammenlignet med det å opprette en interferens ved anvendelse av den styrte endring av bunn- og toppdimensjonene ifølge ovenstående beskrivelse. Ettersom alle de samvirkende flater kommer i kontakt stort sett samtidig (selv om der er sørget for en svak rotasjons-skråflateeffekt ved interferensens innledning), skjer gjengeinngrepet og tetningsflateinngrepene begge ved ikke-konisk null grader, hvilket innebærer en markert fordel i forhold til de kjente konstruksjoner som ikke oppviser en slik null-grad-tetning.

Det skal også bemerkes at kontakten ikke begynner med at en metallkant skraper mot en flate og derved gir opphav til avskraping.

Figur 3 viser i større målestokk hva som skjer enten ved en reduksjon i bunndimensjon eller en forstørrelse av topp-dimens jonen for å skape den ovenfor omtalte radielle negative klaring eller intereferenskontakt. Standard bunndimensjon til en gjenge i muffeenden 12 er angitt ved linjen 36, dersom denne bunndimensjon var grunnere som angitt ved linjen 38, så ville en standard toppdimensjon i den motsvarende tappende-gjenge gi en jevn negativ klaring over tverrsnittsområdet 40. I virkeligheten vil muffeenden ekspandere og tappenden krympe for at den negative klaring skal skje.

På lignende måte vil øking av toppdimensjonen til en muffegjenge fra en standard-dimensjon angitt ved linjen 42 til en utvidet dimensjon angitt ved linjen 44 forårsake et interferensområde 46, dvs. et område med negativ klaring. Dette interferensområde er lik det ovenfor omtalte området 40, som er den dimensjon som bevirker en ekspansjon av muffeenden 12 og krymping av tappenden 10 slik at den negative klaring opp-tas under sammenskruing. Det skal bemerkes at både området 4 0 og området 46 har ensartet tverrsnittsdimensjon og er ikke konisk avsmal-nende, slik som ved teknikkens stilling. Det skal videre bemerkes at områdene 40 og 44 er de såkalte II bruddbånd"-områder som er i dreiemoment-inngrep når forbindelsen opprettes og som må skrues ut av interferens når forbindelsen skal oppløses.

Det skal forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til de viste og omtalte utføringsformer ettersom det kan lages mange modifikasjoner som er innlysende for fagmenn på området. F.eks. kan, om ønskelig, ytterligere gjenger utføres med negativ klaring, for ytterligere å øke det totale område i dreiemoment-inngrep. Én eller to av gjengene i gjengesettet 14 er tetningen 18 eller på gjengesettet 2 6 nær området 28 kan behandles på samme måte som ovenfor beskrevet for å oppnå ytterligere bruddbånd-kontakt. Faktisk er det å behandle slike gjenger for seg selv, og ikke slik behandle gjengene for kontakt ved "interferens-flate"-kontaktene vist i figur 1 og 2, en akseptabel alternativ konstruksjon.

Claims (7)

1. Sylindrisk gjengeforbindelse omfattende en tappende (10) og en muffeende (12) med frittløpende radiell klaring mellom gjengene til respektive gjengesett (14, 20; 26, 3 0) på tappenden (10) og muffeenden (12) og med en gjengeutforming som gir interferens (negativ klaring) under den siste omdreining av i det minste enten tappenden (10) eller muffeenden (12) forut for fullstendig sammenskruing, karakterisert ved at der utvikles jevn radiell interferens i interferens-gjengeutformingen som har en stort sett jevn radiell bunn-til-topp-dimensjon og som ikke er konisk avsmalnende.

2. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste enten tappenden (10) eller muffeenden (12) varierer svakt radielt, slik at den frittløpende radielle klaring minsker ved hver gjengeomdreining under sammenskruing.

3. Forbindelse ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den radielle interferens opptrer i tappendens (10) første eller siste gjenge.

4. Forbindelse ifølge krav 2 eller 3, hvor både tappenden (10) og muffeenden (12) omfatter to gjengesett (14, 20; 26, 30) med et mellomliggende trinn (18, 28), idet der er fritt-løpende radiell klaring mellom gjengene i hvert sett, karakterisert ved at hvert gjengesett (14, 20;

26, 30) er utstyrt med den jevne radielle interferens innenfor gjengenes siste omdreining før fullstendig sammenskruing.

5. Forbindelse ifølge krav 4, karakterisert ved at den jevne radielle interferens opptrer i tappendens (10) første eller siste gjenge i hvert gjengesett (14, 20).

6. Forbindelse ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at hvert av gjengesettene (14, 20; 26, 3 0) både på tappenden (10) og muffeenden (12) utvikler den jevne radielle interferens innenfor den siste omdreining av gjengene forut for fullstendig sammenskruing.

7. Forbindelse ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den interfererende gjengeutforming med jevn radiell dimensjon tilveiebringes ved å anvende en tapp-gjengebunn av større radiell dimensjon enn tappendens (10) gjenger med stort sett jevne, ikke-koniske, radielle dimensjoner, ved å anvende en tappgjenge-topp av større radiell dimensjon enn tappendens (10) gjenger med stort sett jevne, ikke-koniske, radielle dimensjoner, ved å anvende en muffe-gjengebunn med mindre radiell dimensjon enn muffeendens (12) gjenger med stort sett jevne, ikke-koniske, radielle dimensjoner, eller ved å anvende en muffe-gjengetopp med mindre radiell dimensjon enn muffeendens (12) gjenger med stort sett jevne, ikke-koniske, radielle dimensjoner.