NO313602B1 - Gjengeforbindelse for rör og fremgangsmåte for dannelse av en slik gjengeforbindelse - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en gjengeforbindelse som angitt i innledningen til det etterfølgende patentkrav 1 og en fremgangsmåte for dannelse av en slik gjengeforbindelse.

En gjengeforbindelse for rør i henhold til den foreliggende oppfinnelse har tilknytning til rør som benyttes ved utforskning og produksjon fra petroleumsforekomster for utnyttelse av den geotermiske energi og for alle anvendelser der metallrør skal sammenføyes ende mot ende.

Selv om gjengeforbindelsen i henhold til oppfinnelsen kan benyttes ved alle disse anvendelser og særlig for dannelse av produksjonsrør eller foringsrør for petroleums-område, er den særlig egnet for rør med forholdsvis stor diameter, slike som benyttes for å danne foringsrør.

Forskjellige typer gjengeforbindelser for metallrør muliggjør at det samtidig kan oppnås høy mekanisk styrke og god tetning.

Det benyttes således oftest monteringshylser som på hver ende har en utsparing med koniske, innvendige gjenger, i hvilke enden av et rør som har koniske, utvendige gjenger kan tilkobles.

Generelt medfører slike gjenger i seg selv ikke at det sikres tilstrekkelig tetning i skjøten, ettersom petroleum eller gass under trykk kan strømme langs gjengene på grunn av de opptredende klaringer. Bruken av fett som inneholder faste partikler, slik som grafitt, minsker slik lekkasje, men eliminerer den ikke. Ofte utstyres dessuten slike skjøter med ringformede tetningssoner, som på grunn av tilskruing som bevirker en tilstrekkelig elastisk deformasjon muliggjør at det kan oppnås tettende anlegg metall mot metall.

Tette forbindelser av denne typen er således beskrevet i FR-patent 14 89 013. Denne gjengeforbindelsen omfatter en anleggssone dannet på enden av et tappelement i forbindelsen, av en konisk, konkav flate som danner anlegg mot en motsvarende, konisk, konveks flate. En konisk, konveks anleggssone nær anlegget på tappelementet danner samtidig anlegg mot en konisk, konkav flate og sikrer tetning metall mot metall. EP-patentsøknad 91420417.7 beskriver en forbedring av denne typen skjøt.

Denne typen tetter skjøter er meget effektiv, men krever en betydelig tykkelse i hylse-delen på grunn av et fremspring som disse soner for anlegg og anslag er dannet på.

For å unngå denne ulempen beskriver EP-patent 0027771 en gjengeforbindelse for rør, med hylser, i hvilken endene av disse rør har fremre kanter som danner anlegg mot hverandre inne i hylsen etter tilskruing. I henhold til patentet har de fremre kanter en særskilt profil, f.eks. konisk og konkav, for å bevirke en ekspansjon av diameteren til disse fremre kanter som ligger mot den indre veggen i hylsen, for således å danne tetning metall mot metall på dette nivå.

Således kan tykkelsen til hylsen minskes, men anleggsflatene på de fremre kanter deformeres plastisk ved gjentatt tilskruing og løsskruing, slik at tetningen avtar progressivt, ikke bare på nivå med disse anleggsflater, men også i kontaktflatene mellom den fremre kanten av disse flater og den indre veggen i hylsen. Dessuten, avhengig av graden av tilskruing av endene i hylsen, kan den mekaniske styrken i slike forbindelser variere innen et stort område, hvilket medfører driftstilstander som er lite reproduserbare og lite pålitelige i den sonen der de fremre kanter av rørene ligger mot hverandre.

Det har vært søkt etter muligheten til å oppnå en i praksis tilstrekkelig grad av tetning ved å modifisere utførelsen av en slik forbindelse i betydelig grad. Det har også vært forsøkt å gjøre egenskapene til forbindelsen pålitelige og konstante til tross for de gjentatte tilskruinger og løsskruinger som den utsettes for. Det har særlig vært forsøkt, ved å kombinere virkningen av de forskjellige komponenter i forbindelsen, å gi de koniske gjenger en vesentlig grad av tetning, i tillegg til den mekaniske forbindelse som de bevirker. Dessuten har det vært forsøkt å regulere på en reproduserbar og nøyaktig måte den geometriske stilling til de forskjellige tappkomponenter i forhold til hylsekomponentene i forbindelsen. Det har vært forsøkt å danne gjenger som har øket motstandsevne mot aksial påkjenning og samtidig en meget stor motstandsevne mot innvendig trykk, for å unngå fare for brist i gjengene, og profilen til gjengene har også blitt utformet slik at det oppnås meget god tetning, mens det muliggjøres gjentatt tilskruing og løsskruing med liten fare for fastkiling.

Det har også særlig vært søkt etter muligheten for en nøyaktig bestemmelse av graden av tilskruing som utføres i fabrikk, for å sikre på en reproduserbar måte en tilstrekkelig tilskruing av et første tappelement i en utsparing i en hylse og å muliggjøre en senere tilskruing av det andre tappelementet, f.eks. på bruksstedet, i den andre utsparingen i den samme hylsen, med en passende grad av tiltrekking, for å oppnå tilstrekkelig tetning.

Det har vært søkt etter en utførelse som fører til en forbindelse som er økonomisk og enkel å danne på bruksstedet og i fabrikken.

Gjengeforbindelsen for metallrør som er gjenstand for oppfinnelsen muliggjør at disse resultater kan oppnås.

Gjengeforbindelsen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved de trekk som fremgår av patentkrav 1. Fremgangsmåten kjennetegnes ved de trekk som fremgår av patentkrav 1 5.

Gjengeforbindelsen omfatter en hylse med to utsparinger som hver har koniske, innvendige gjengepartier, og som befinner seg langs den samme aksen, med de samme dimensjoner, idet det i hvert av disse er innskrudd et rørelement med koniske, utvendige gjengepartier som tilsvarer gjengepartiene i utsparingen, hvilket rørelement utenfor den enden av gjengene som har liten diameter omfatter en ugjenget endesone som ender i en endeflate, idet de to endeflatene på de to tappelementer etter tilskruing ligger mot hverandre.

Dimensjonene til tappelementene og utsparingene ér slik at etter tilskruing danner endeflatene på endesonene av tappelementene anlegg langs et plan vinkelrett på aksen til hylsen, og dette planet ligger hele tiden i en nøyaktig bestemt aksial stilling, fortrinnsvis i umiddelbar nærhet av midten til hylsen.

Snittet til den aksiale passasjen dannet i hylsen mellom de to gjengede utsparinger er slik at det i hele lengden av passasjen er tilstrekkelig klaring mellom de ytre vegger til de to ugjengede endesoner på de to tappelementer og den indre veggen som vender mot passasjen i hylsen til å muliggjøre dannelse av forbindelsen.

I montert tilstand er det ingen tetning metall mot metall i forbindelsen mellom de ytre vegger til de to ugjengede endesoner på de to tappelementer og den indre veggen som vender mot den aksiale passasjen i hylsen. Det kan imidlertid, selv om det ikke tilstrebes, være diskontinuerlig og ikke-tettende kontakt mellom visse soner av den aksiale passasjen i hylsen og de sonene som vender mot de ytre vegger på de ugjengede endesonene.

De ytre vegger og den indre veggen kan ha forskjellige geometriske fasonger som bestemmes av muligheten til å oppnå de klaringer som er beskrevet ovenfor. Disse fasonger kan f.eks. være koniske langs den felles akse.

På en særlig fordelaktig måte er snittet til den aksiale passasjen sylindrisk i likhet med den ytre veggen til de to ugjengede endesonene på de to tappelementene, og den felles aksen er aksen til forbindelsen.

For å oppnå en tilstrekkelig, kontrollert, nøyaktig, men ikke for kraftig tiltrekning av hvert av tappelementene i utsparingen omfatter forbindelsen stoppeskuldre. I det minste én av utsparingene er således utstyrt med en stoppeskulder med en stoppeflate som er beregnet til å danne anlegg mot anleggsflaten på en tilsvarende skulder dannet på det tilhørende tappelement.

Når bare én utsparing har en skulder, er det først og fremst fra siden av denne utsparing som det tilhørende tappelement skal innskrus og trekkes til under dannelse av forbindelsen.

For å unngå å måtte gjøre tappelementene forskjellige for å kunne skille mellom de som har en skulder og de som ikke har en skulder gis hylsen der bare én utsparing er utstyrt med en skulder en slik form at utsparingen som ikke er utstyrt med en skulder kan inneholde ethvert tappelement i innskrudd og tiltrukket tilstand enten dette er utstyrt med en stoppeskulder eller ikke.

Foretrukket utstyres hver av utsparingene med en stoppeskulder som har en anleggsflate innrettet til å komme til anlegg mot anleggsflaten på en tilsvarende skulder dannet på hvert av de to tappelementer.

De to anleggsflatene på de to skuldrene til tappelementene er i den samme avstand fra den fremre flaten på den tilhørende endesonen, og de to anleggsflatene på de to skuldrene i hylsen er i samme avstand fra midtplanet til den aksiale passasjen, som generelt tilsvarer midtplanet til hylsen, og den innbyrdes avstand mellom anleggsflaten på skuldrene til tappdelene, når de fremre flater på endesonene er i anlegg, er litt større enn avstanden mellom anleggsflatene på skuldrene i hylsen. Denne lille forskjellen i avstand bestemmes i henhold til oppfinnelsen slik at etter innskruing og tiltrekking av de to tappelementer til anlegg mellom de fremre flater danner i det minste et av de to parene av skuldre en liten klaring mellom de to anleggsflatene som vender mot hverandre.

Denne lille klaringen er forutbestemt på bakgrunn av geometrien til de utvendige og innvendige gjenger som er omtalt i det følgende, idet tiltrekkingen av tappelementet i utsparingen skjer i ønsket grad for å oppnå en tilfredsstillende tetning og mekanisk sammenføyning, og de fremre kanter for anlegg på tappelementene befinner seg slik som forklart ovenfor.

Stoppeskuldrene kan befinne seg i forskjellige stillinger i forhold til gjengene.

Dimensjonene til tappelementene og utsparingene samt beliggenheten til stoppeskuldrene i hylsen og på tappelementet eller tappelementene bestemmes slik at i innskrudd og tiltrukket tilstand er det et nøyaktig og regulert inngrep mellom gjengene, hvilket medfører anleggstrykk mellom topper og bunner til gjengene på grunn av geometrien til gjengene, som skal forklares i det følgende.

I henhold til oppfinnelsen har de utvendige gjenger, i en aksial lengde som utgjør en del av den totale lengden til den gjengede sonen, hvilken lengde omfatter de manglende gjenger, en konstant høyde som er lik høyden til de innvendige gjenger.

Fortrinnsvis er det partiet av den totale lengden av den gjengede sonen der de utvendige gjenger har en konstant høyde som er lik høyden til de innvendige gjenger i det minste lik V* av den totale lengden til den gjengede sonen.

På en særlig fordelaktig måte er høyden til de utvendige og innvendige gjenger den samme i hele lengden av den gjengede sonen der gjengene har sin fulle høyde.

Dermed, og ved valg av den samme nominelle verdi og de samme toleranser for høyden av de utvendige og innvendige gjenger, maksimeres anleggsflatene for trykkanlegg metall mot metall mellom topper og bunner for mot hverandre vendende gjenger, og klaringen mellom topper og bunner på gjengene er i størrelsen 0,05 mm. Dermed muliggjør profilkarakteristikken til gjengene og stoppeskuldrene at det på hver side av hylsen kan oppnås tilstrekkelig og kontrollert anleggstrykk for å sikre tetning, mens det unngås ukontrollerte deformasjoner av hylsen.

Dessuten begrenses klaringen langs aksen mellom gjengene, det vil si klaringen mellom flanker på de utvendige og innvendige gjenger, til et minimum som er nødvendig for å unngå fenomener med friksjon og å unngå fastkiling.

Fortrinnsvis, i innskrudd og tilskrudd tilstand, bestemmes profilen til de utvendige og innvendige gjenger slik at de aktive flanker (belastede flanker) på de utvendige og innvendige gjenger er i kontakt, med trykk metall mot metall, mens det for koblings-flankene er en klaring i størrelsen 0,03-0,09 mm.

Videre er fortrinnsvis forskjellen i avstand mellom anleggsflaten til de utvendige skuldre og anleggsflatene på den innvendige skulder slik tilpasset at etter innskruing og tiltrekking av tappelementene i utsparingene, med anlegg mellom de fremre kanter, er den samlede klaring mellom anleggsflatene til de to parene av utvendige og innvendige skuldre fortrinnsvis mindre enn 1 mm, med et gjennomsnitt på 0,4 mm.

Oppfinnelsen angår også fremgangsmåten for å danne gjengeforbindelsen i to trinn. I henhold til fremgangsmåten utføres f.eks. i en fabrikk en foreløpig sammenføyning av tappelementet på et første rør og en hylse, ved at tappelementet skrus inntil det skjer en tiltrekking slik at anleggsflaten på den utvendige skulderen kommer til anlegg mot anleggsflaten på den motsvarende innvendige skulderen. På dette tidspunkt, i det foreliggende tilfellet, passerer den fremre kanten på den ugjengede endesonen midtplanet med noen tiendedels mm.

Ved montering, f .eks. på bruksstedet, av det andre tappelementet utføres innskruing inntil de to endekanter kommer til anlegg mot hverandre med en viss grad av tiltrekking.

Tiltrekkingen av det andre tappelementet i utsparingen utføres fortrinnsvis med et moment som er tilstrekkelig til å bevirke en liten tilbakeføring av den første endekanten, idet anleggsflatene på de tilsvarende skuldre på det første tappelementet forblir eller ikke forblir i anlegg, fortrinnsvis uten at tilbakeføringen av den første fremre kanten skjer forbi midtplanet, og fortrinnsvis uten at dette skjer så langt at det oppstår kontakt mot de tilsvarende anleggsflatene på skuldrene til det andre tappelementet i det tilfellet at slike skuldre finnes.

Fortrinnsvis har de fremre kanter på de to ugjengede endesoner en ringformet flate som hovedsakelig er plan og befinner seg i et plan vinkelrett på aksen til hylsen.

Fortrinnsvis, for å oppnå god motstandsevne mot aksialt strekk og utriving av de utvendige gjenger fra utsparingen har de utvendige og innvendige gjenger en negativ vinkel i den aktive flanken. Denne vinkelen utgjør fortrinnsvis mellom 3 og 15° i forhold til et plan vinkelrett på aksen til gjengene.

Koblingsflanken til de utvendige gjenger har fortrinnsvis en større vinkel i absolutt verdi, for å forenkle innføringen og fjernelsen av verktøy. Denne vinkelen er f.eks. omtrent 10 - 45° i forhold til et plan vinkelrett på aksen til gjengene. Det foretrekkes likeledes, for å forenkle innføring av tappelementet i utsparingen uten å skade gjengene ved fasthekting, at koblingsflensen i partiet med størst diameter som går over i toppen til de utvendige gjenger, har en vinkel som fortrinnsvis utgjør mellom 30 og 70° i forhold til et plan vinkelrett på aksen til gjengene.

Fortrinnsvis, særlig for bedre kontroll av dimensjonene til gjengene etter bearbeiding, dannes det i den gjengede sonen der gjengene har sin fulle høyde, ved toppen og bunnen av de utvendige og innvendige gjenger, en helning som er parallell med helningen til gjengene. Denne helning er f.eks. 2,5 til 8 % i forhold til aksen til forbindelsen.

Fortrinnsvis befinner de utvendige stoppeskuldrene seg mellom enden av den gjengede sonen med liten diameter og begynnelsen av den ugjengede endesonen som er innført i den ringformede passasjen i hylsen mellom de to utsparinger. De innvendige stoppeskuldrene befinner seg således på hver sin side av denne ringformede passasjen.

For de mest vanlige anvendelser av disse forbindelser benyttes komponenter av legert eller ulegert karbonstål, alt etter bruksforholdene. For særskilte bruksforhold benyttes rustfrie eller varmebestandige stål eller andre metaller eller legeringer.

For å minske faren for friksjon ved sammenskruing og løsskruing av forbindelsen i henhold til oppfinnelsen benyttes et egnet smøremiddel, slik som olje eller fett med passende viskositet. Fortrinnsvis kan det benyttes en behandling av overflaten som nedsetter friksjonskoeffisienten og forhindrer friksjon. Denne behandlingen kan begrenses til hylsene, og kan f .eks., i det tilfellet at komponentene er av ulegert stål eller lavlegert stål, være en fosfatering med Zn- eller Mn-fosfat. Denne behandlingen muliggjør at det kan benyttes en olje ved montering av gjengeforbindelsen. Fosfateringen kan også erstattes av påføring av et tynt lag av et passende metall, slik som Cu, Cr, Ni, Sn, Pb eller andre metaller, f.eks. ved elektrolyse. Det benyttes oljer eller fett som er kompatible med de meget små klaringer mellom de utvendige og innvendige gjenger.

De vedføyde figurer og de etterfølgende eksempler beskriver på en ikke begrensende måte en utførelse av forbindelsen og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 1 viser skjematisk og i snitt en gjengeforbindelse i henhold til oppfinnelsen, idet

snittet bare er vist ovenfor symmetriaksen.

Fig. 2 viser forstørret den midtre sonen i fig. 1, og viser tilstandene ved tiltrekking av

de to tappelementer mot hverandre.

Fig. 3 viser forstørret og i sammenføyd tilstand de koniske utvendige og innvendige

gjenger i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 1 viser skjematisk og i snitt en gjengeforbindelse 1 som omfatter en hylse 2 av stål, utstyrt med to utsparinger 3 og 4 med akse X1-X1. Utsparingene er utstyrt med koniske, innvendige gjengepartier 5, 6, i hvilke er tilkoblet de koniske, utvendige gjengepartier 7,8 på tappelementene 9, 10 på to rør av stål som skal sammenkobles.

Hvert tappelement 9, 10 omfatter, utenfor enden 32 med liten diameter av det gjengede parti en ugjenget endesone 11,12 som har en endeflate 13, 14. Disse endeflater med de samme dimensjoner omfatter hver en ringformet anleggsflate som hovedsakelig er plan og befinner seg i et plan vinkelrett på aksen X1-X1 til hylsen. Lengden av hver endesone 11, 1 2 er slik bestemt at endeflatene 13, 14 er beregnet til å komme til anlegg mot hverandre, med en viss grad av tetning, når hvert tappelement 9, 10 er tilstrekkelig tilskrudd i utsparingen. Anleggsplanet til disse endeflater er således i nærheten av midtplanet X2-X2 til hylsen 2. Ytterflaten 15, 16 til den ugjengede endesonen 11, 1 2 er sylindrisk og har mindre diameter enn innerflaten 1 7 til den ringformede, aksiale passasjen i hylsen 2 som likeledes er sylindrisk. Klaringen mellom disse ringformede flater som vender mot hverandre er tilstrekkelig til at den elastiske deformasjon som skyldes tilskruingen av tappelementene 9, 10 i utsparingene 3, 4 og den tilsvarende tiltrekkingen av endeflatene 13, 14 som ligger mot hverandre ikke kan danne kontinuerlig og tettende anlegg i hele omkretsen av disse utvendige flater 1 5 og 1 6 mot den innvendige flaten 17.

For å bestemme den tilskrudde stillingen og å unngå for sterk tiltrekking av hvert tappelement 9, 10 i den tilhørende utsparing 3, 4 benyttes to par stoppeskuldre 18, 18-1 og 19, 19-1 for å regulere tiltrekkingen. De to anleggsflatene 18, 19 og stoppeskuldrene til tappelementene er i samme avstand fra den fremre kanten 13, 14 på den tilhørende endesonen 11, 12, og de to anleggsflatene 18-1, 19-1 på stoppeskuldrene i hylsen er i samme avstand fra midtplanet X2-X2 til hylsen. Dessuten er avstanden mellom anleggsflatene 18-1 og 19-1 på de to stoppeskuldrene i hylsen mindre enn avstanden mellom anleggsflatene på de to skuldrene på tappelementene, når de fremre flatene 13, 14 på endesonene 11, 1 2 er i anlegg. Denne forskjellen i avstand bestemmes slik at når de to tappelementene 9, 10 er skrudd kraftig inn i utsparingene 3, 4 ved innskruing er de fremre flatene 13, 14 skrudd til anlegg mot hverandre, og det foreligger en liten klaring d1 på nivå med i det minste et par av anleggsflatene, slik som 18, 18-1, slik som vist i fig. 1 og 2. Det skal påpekes at klaringen d1, bortsett fra elastiske deformasjoner, er det dobbelte av den lengden som skiller planet til den fremre flaten på tappelementet som danner anleggsplanet fra midtplanet til hylsen. I tilfellet med en forbindelse mellom rør med f.eks. 355,6 mm ytterdiameter kan den samlede klaringen d1 vanligvis være omtrent 0,1 5 - 0,4 mm.

For å danne gjengeforbindelsen i henhold til oppfinnelsen, slik som vist skjematisk i

fig. 2, kan tappelementet 10 først sammenføyes med hylsen 2, i utsparingen 4, f.eks. i en fabrikk, inntil anleggsflatene 19, 19-1 kommer til anlegg mot det tilhørende paret av stoppeskuldre. På dette tidspunkt passerer den fremre flaten 14 på endesonen 12 midtplanet X2-X2, med en lengde som tilnærmet er lik halvparten av den samlede

klaring d1. Denne stillingen til endesonen 12 og den fremre flaten 14 er angitt med stiplede linjer. Deretter utføres tilkoblingen, f.eks. på bruksstedet, enten ved en første montering eller ved en reparasjon av en rørledning, av det andre tappelementet 9 ved innskruing i utsparingen 3 inntil den fremre flaten 13 kommer til anlegg mot den fremre flaten 14. På dette tidspunkt kan det konstateres at det er en klaring lik

d1 mellom anleggsflatene 18, 18-1 på stoppeskuldrene til tappdelene og hylsen. I praksis er det nødvendig å oppnå tilstrekkelig tiltrekking av de fremre flater som er i anlegg. Denne tiltrekking kan medføre en adskillelse av anleggsflatene 19, 19-1 og eventuelt ved for kraftig tiltrekking at flatene 18, 18-1 kommer til anlegg. I praksis vil økningen av dreiemomentet for tiltrekking utover det som danner anlegg mellom de fremre flater skje hurtig og således muliggjøre kontroll ved måling av momentet og/eller ved måling av vinkelforskyvningen og graden av tiltrekking som er nødvendig for å oppnå den ønskede tiltrekking av de fremre flater 13, 14 mot hverandre. Denne plassering av stoppeskuldrene i kombinasjon med profilen til de utvendige og innvendige gjenger muliggjør, slik det skal forklares i det følgende, en regulering av kontakttrykkene til ønsket nivå i gjengene og at det således kan oppnås den ønskede grad av tetning på nivå med gjengene.

Det skal påpekes at i tilfellet av for kraftig tiltrekking av tappelementet 9 kan ikke dette drives videre etter anlegg mot anleggsflatene 18, 18-1 på stoppeskuldrene, og dette medfører en tilsvarende tilbakeføring av anleggsplanet mellom de fremre flater 13, 14 og dette anlegget mellom anleggsflatene 18, 18-1 medfører en ekstra sikkerhet for korrekt sammenskruing av gjengeforbindelsen.

Fig. 3 viser forstørret og i sammenføyd tilstand de koniske gjenger som i henhold til oppfinnelsen muliggjør at mekanisk styrke og tetning kan kombineres.

Langs i det minste fjerdedelen av den samlede lengden til den gjengede sonen, hvilken lengde omfatter de manglende gjenger, og fortrinnsvis i hele lengden av den gjengede sonen der gjengene har sin fulle høyde, er høyden hm til gjengene på tappdelen valgt slik at den er lik høyden hf tii gjengene til hylsen, og toleransene er de samme for hm og hf, fortrinnsvis i størrelsen ± 0,025 mm.

Høydene hm og hf er målt vinkelrett på aksen X1-X1 til forbindelsen, og bare aksen X5-X5 som er parallell med aksen X1-X1 er vist i fig. 3.

Resultatet er, bortsett fra klaringer som skyldes toleranser, som har et maksimum på 0,05 mm, at toppene slik som 21 på de utvendige gjenger slik som 22 som tilhører gjengepartiet 7 og tappelementet 9 i fig. 1 og 2, i tiltrukket tilstand er i kontakt med bunnene 23 til de innvendige gjenger som befinner seg mellom gjengene 24 og 25 som tilhører gjengepartiet 5 i hylsen 2.

På samme måten er toppene slik som 27 på de innvendige gjenger slik som 25 i kontakt med bunnene slik som 26 til de utvendige gjenger som befinner seg mellom gjengene 22 og 28 som tilhører gjengepartiet 7.

Tangentene X3-X3 og X4-X4 i bunnene og på toppene av de utvendige og innvendige gjenger er innbyrdes parallelle og skrådd i forhold til en akse X5-X5 som er parallell med aksen X1-X1 for gjengene, med en vinkel A. Denne vinkelen, som kan variere innen vide grenser, avhengig av diameteren til rørene og stigningen til gjengene, ligger f.eks. mellom 1,8 og 3,6°.

Geometrien, dimensjonene og maskineringen av gjengepartiene 5, 6 i hylsen 2 og gjengepartiene 7, 8 på tappelementene 9, 10 er bestemt for, på bakgrunn av den generelle konisitet, å sikre sammenkobling mellom tappelementet 9, 10 og utsparingen 3, 4 i sammenskrudd tilstand. Denne sammenkobling er fullstendig kontrollert og konstant på grunn av stoppeskuldrene. Det er dermed oppnådd, slik som vist i fig. 3, en mekanisk forbindelse som er meget massiv, og i tillegg har, slik det vil fremgå av det følgende, den aktive flanken slik som 29 en negativ helning.

Som vist i fig. 3 er vinkelen til den aktive flanken 29 på hver gjenge slik som 22 på tappdelen og 24 i hylsen, negativ, dvs. at flanken er skrådd utover i forhold til et plan vinkelrett på aksen X1-X1 for gjengene er bunnen til denne aktive flanken. I tilfellet med det foreliggende eksempel er denne vinkelen B1 -10°, og kan fortrinnsvis velges i intervallet mellom omtrent -3 og -1 5°. Det skal bemerkes at i tilfellet med en innvendig gjenge slik som 22, som er tiltrukket i utsparingen 23, er det ingen klaring mellom den aktive flanken som 29 og flanken på den innvendige gjengen 24 som den danner anlegg mot.

Koblingsflanken på den innvendige gjengen slik som 22 er skrådd i det nedre partiet 30 mot det indre med en vinkel B2 på omtrent 20° i forhold til et plan vinkelrett på aksen X1-X1 nær bunnen av denne koblingsflanken 30.

Denne vinkelen B2 kan f.eks. variere i intervallet mellom omtrent 10 og 45°. Fortrinnsvis er den større i absolutt verdi enn vinkelen til den aktive flanken, for å forenkle maskineringen og monteringen av forbindelsen. Denne koblingsflanken omfatter eventuelt og fortrinnsvis i det øvre partiet en avfasning 31 som er skrådd i en vinkel B3, som i tilfellet i fig. 3 er omtrent 55° i forhold til et plan som går vinkelrett på X1-X1. Denne vinkelen B3 kan f.eks. variere mellom omtrent 30 og 70°. Denne avfasningen, slik det er forklart i den generelle beskrivelsen, muliggjør en minskning av faren for sammenhekting av de utvendige og innvendige gjenger, i tilfellet av ukorrekt sentrering, ved innføring av tappelementet i utsparingen og ved starten av sammenskruingen.

Som vist i fig. 3 finnes det en liten klaring d2 mellom koblingsflanken og den motstående flanken på den innvendige gjengen, slik at ved tiltrekkingen dannes det anlegg mellom toppene til de utvendige og innvendige gjenger og utsparingene, hvilket medfører en liten elastisk deformasjon som sikrer en effektiv tiltrekking.

Denne klaringen d2 må i alle tilfeller være tilstrekkelig liten til ikke å bevirke lekkasje eller mangel på tetning langs gjengene i en skruelinjeformet bane.

Et middel for å minske eller hindre denne lekkasjebanen er å benytte et smøremiddel, olje eller fett som kan inneholde en forutbestemt mengde av fine faste partikler, slik som grafitt eller bly. Fjernelse av disse avsatte partikler før løsskruing er mulig, men representerer en ekstra operasjon som må utføres. Oftest foretrekkes det å benytte en klaring som er så liten som mulig, langs i det minste et parti av den aksiale lengden av gjengene, f.eks. langs i det minste tredjedelen av den samlede, aksiale gjengelengden, og denne klaringen kan ha en verdi d2 som kan ligge mellom omtrent 0,03 og 0,09 mm på koblingsflanken, når klaringen på den aktive flanken anses for å være null. Bruken av en olje eller fett med en passende viskositet muliggjør således at tetningen kan reguleres med størrelsen til d2.

Det benyttes fortrinnsvis forutgående overflatebehandling, slik som Zn- eller Mn-fosfatering i tilfellet med en hylse av karbonstål eller lavlegert stål, hvilket minsker friksjonskoeffisienten for et stål i kombinasjon med en olje med tilpasset viskositet.

Oftest er det tilstrekkelig å utføre overflatebehandling på hylsen.

I stedet for fosfatering kan det benyttes avsetning av metall med liten tykkelse, slik som f.eks. elektrolytisk avsetning av Cu, Cr, Ni, Sn, Pb eller andre metaller. Disse avsetninger kan utføres på et stort antall ulegerte eller legerte stål, rustfrie eller varmebestandige stål og dessuten på andre metaller eller legeringer. Andre metoder for avsetning kan også utføres på kjent måte for å minske friksjonskoeffisienten og

hindre fastkiling.

Dessuten, på grunn av geometrien og dimensjonene til de utvendige gjenger i forhold til geometrien og dimensjonene til de innvendige gjenger i kombinasjon med det beskrevne systemet med sperreskuldre reguleres anlegget i montert stilling mellom utsparing og tappelement nøyaktig, og de to ender av forbindelsen behandles og monteres som om de var uavhengige.

Resultatet er en forbindelse som til tross for fraværet av separate tetteflater ved gjengene sikrer en utmerket grad av tetning mot væsker slik som vann eller petroleum ved de vanskelige produksjonstilstander som opptrer i petroleumsindustrien, hvilke produksjonstilstander ikke gjør det mulig å benytte standard gjengeforbindelser.

Forbindelsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse medfører dessuten fordelen

med å være økonomisk, fordi den mangler en ekstra tykkelse i hylsen som skal danne et anleggsfremspring for tappelementene, samt enkel montering på bruksstedet,

særlig på grunn av utformningen og klaringene i den aksiale passasjen dannet i hylsen.

En slik forbindelse kan benyttes for et stort dimensjonsområde, men er særlig interessant for sammenkobling av rør med stor diameter, f.eks. foringsrør i petroleumsbrønner, f.eks. med ytterdiametere i området 127 mm til 508 mm, idet dette brukseksempel og dimensjonene ikke er begrensende.

Claims (1)

1. Gjengeforbindelse for rør, omfattende en hylse (2) utstyrt med to utsparinger (3,

4) med koniske, innvendige gjengepartier, (5, 6), idet et tappelement (9, 10) på et rør, utstyrt med koniske, utvendige gjengepartier (7, 8) er innskrudd i hver utsparing, hvilket tappelement omfatter en ugjenget endesone (11, 12) som er innført i en ringformet, aksial passasje, (17) i hylsen (2), hvilken endesone omfatter en fremre flate (13, 14) og de fremre flater på de to tappelementer (9, 10) kommer til anlegg mot hverandre ved slutten av innskruingen, idet i det minste et par utvendige og innvendige sperreskuldre anordnet på tappelementet og utsparingen (18, 18-1, 19, 19-1) muliggjør en nøyaktig aksial anbringelse av hvert tappelement (9, 10) i utsparingen (3, 4), med de fremre flater (13, 14) i anlegg, karakterisert ved at de ugjengede endesoner (11, 1 2) er innført med klaring inne i den ringformede, aksial passasjen (17), idet de utvendige gjenger (22, 28) langs en aksial lengde som utgjør en del av den samlede lengden til den gjengede sone har en konstant høyde (hm) som er lik høyden (hf) til de innvendige gjenger (24, 25), og det er anlegg mellom de utvendige og innvendige gjenger. 2. Gjengeforbindelse som angitt i krav 1, og som er utstyrt med to par utvendige og innvendige stoppeskuldre anordnet i de to utsparinger og på de tilhørende tappelementer. 3. Gjengeforbindelse som angitt i krav 2, i hvilken hver utvendige stoppeskulder (18, 19) befinner seg mellom enden med liten diameter på den utvendig gjengede sone og starten av den ugjengede endesonen (11, 12), idet hver innvendige stoppeskulder (18-1, 19-1) befinner mellom enden med liten diameter av den innvendig gjengede sonen og starten av den aksiale passasjen (17) i hylsen. 4. Gjengeforbindelse som angitt i ett av kravene 2 eller 3, i hvilken avstanden mellom anleggsflatene (18, 19) på de utvendige skuldre, når de fremre flater (13, 14) er i anlegg, er større enn avstanden mellom anleggsflatene (18-1, 19-1) på de innvendige skuldre. 5. Gjengeforbindelse som angitt i ett av kravene 1 - 4, i hvilken den aksiale lengden langs hvilken de utvendige gjenger (22, 28) har konstant høyde (hm) lik høyden (hf) til de innvendige gjenger (24, 25) er i det minste en V* av den samlede lengden til den gjengede sonen.6. Gjengeforbindelse som angitt i ett av kravene 1 - 5, i hvilken de utvendige gjenger (22, 28) har en konstant høyde lik høyden (hf) til de innvendige gjenger (24, 25) i hele lengden av den gjengede sonen der gjengene har sin fulle høyde. 7. Gjengeforbindelse som angitt i ett av kravene 1 - 6, i hvilken den aktive flanken (29) på de utvendige gjenger 22, 28) og på de innvendige gjenger (24, 25) har en negativ vinkel. 8. Gjengeforbindelse som angitt i ett av kravene 1 - 7, i hvilken koblingsflanken (30) på de utvendige gjenger 22, 28) har større helning i absolutt verdi enn helningen til den aktive flanken (29). 9. Gjengeforbindelse som angitt i ett av kravene 1 - 8, i hvilken koblingsflanken (30) i det øvre partiet (31) har en helning på 30 - 70°. 10. Gjengeforbindelse som angitt i ett av kravene 1 - 9, i hvilken den gjenværende klaring (d2) på nivå med koblingsflanken (30, 31) til de utvendige gjenger (22, 28) er i området 0,03 - 0,09 mm. 11. Gjengeforbindelse som angitt i ett av kravene 1 - 10, i hvilken klaringen mellom toppene (21) og bunnene (23) av gjengene er i området 0 til 0,05 mm. 12. Gjengeforbindelse som angitt i ett av kravene 1 - 10, i hvilken toppene (21, 27) og bunnene (23, 26) til de utvendige og innvendige gjenger (22, 28; 24, 25) er parallelle med helningen (X3-X3) til gjengene. 13. Gjengeforbindelse som angitt i ett av kravene 1 - 1 2, i hvilken overflatetilstanden til hylsen er modifisert ved en behandling som minsker friksjonskoeffisienten og hindrer fastkiling. 14. Gjengeforbindelse som angitt i ett av kravene 1 - 1 2, i hvilken de fremre ender (13, 14) har en ringformet flate som hovedsakelig er plan og befinner seg i et plan vinkelrett på aksen (X1-X1) til hylsen. 1 5. Fremgangsmåte for dannelse av en gjengeforbindelse som angitt i ett av kravene 1-14, karakterisert ved at det utføres en første sammenføyning av en hylse (2) og et første, gjenget tappelement (10) ved sammenskruing og tiltrekking inntil det dannes anlegg mellom den ene og den andre av anleggsflater (19, 19-1) på det første paret av skuldre, hvoretter det utføres innskruing av det andre tappelementet (9) inntil det dannes anlegg mellom fremre ender (13, 14) på disse to tappelementer, under opprettholdelse av en klaring (d1) mellom anleggsflatene på det andre paret av skuldre (18, 18-1).