NO343486B1 - Gjengeforbindelse med uregelmessige flanker - Google Patents

Description

GJENGEFORBINDELSE MED UREGELMESSIGE FLANKER

Oppfinnelsens bakgrunn

Oppfinnelsens område

Utførelser som fremlegges heri vedrører gjenger for rør. Nærmere bestemt vedrører utførelsene gjenger som har reduserte klaringsåpninger mellom partier av hanngjengen og hunngjengen.

Bakgrunn

Fôringsrørlengder, produksjonsrør, borerør og vektrør (omtales under ett som ”rør”) brukes ofte ved boring av, komplettering av og produksjon fra en brønn. Fôringsrørlengder kan for eksempel anbringes i et brønnhull for å stabilisere en formasjon, å beskytte en formasjon mot høye brønnhullstrykk (for eksempel brønnhullstrykk som overstiger et formasjonstrykk) og liknende. Fôringsrørlengder kan koples sammen ende mot ende ved hjelp av gjengeforbindelser, sveiseforbindelser og andre forbindelser som er kjent innen faget. Forbindelsene kan konstrueres slik at de danner en tetning mellom det indre av de sammenkoplede fôringsrørlengder og et ringformet rom som dannes mellom ytterveggene av de sammenkoplede fôringsrørlengder og brønnhullets vegger. Tetningen kan for eksempel være en elastomertetning (for eksempel en O-ringtetning), en metallisk tetning tildannet nær sammenkoplingen, eller liknende tetninger som er kjent innen faget. I noen forbindelser dannes tetninger mellom de innvendige og utvendige gjenger. Forbindelser med dette kjennetegn sies å ha en ”gjengetetning”. Som det brukes heri betyr en ”gjengetetning” at en tetning tildannes mellom i det minste et parti av hunnelementets innvendige gjenge og hannelementets utvendige gjenge.

Det vil forstås at visse betegnelser brukes heri som de vanligvis ville forstås hvor rørlengder forbindes i vertikal stilling langs rørlengdenes sentriske akse slik som når en rørstreng bygges for å senkes ned i et brønnhull. Således betegner betegnelsen ”lastflanke” den sideveggflaten av en gjenge som vender bort fra henholdsvis den ytre ende til hannelementet eller hunnelementet på hvilken gjengen er tildannet, og som bærer vekten (altså strekklast) av det nedre rørelement som henger i brønnhullet. Betegnelsen ”entreflanke” betegner den sideveggflaten av gjengen som vender mot henholdsvis den ytre ende til hannelementet eller hunnelementet og understøtter krefter som presser lengdene mot hverandre slik som vekten av det øvre rørelement under den innledende sammenkopling eller slik som en kraft som påføres for å skyve et nedre rørelement mot bunnen av et borehull (altså en trykkraft). Betegnelsen ”flate” av hunndelen er den ende av hunnelementet som vender utover fra hunngjengene og betegnelsen ”nese” av hanndelen er den ende av hannelementet som vender utover fra forbindelsens gjenger. Ved sammenkopling entres hannendens nese inn i og forbi hunnendens flate.

Én type gjenger som er vanlig å bruke for å lage en gjengetetning er en konisk gjenge. I figur 1 er det vist en forbindelse som har koniske gjenger. ”Koniske gjenger” kjennetegnes ved gjenger som øker i bredde (det vil si aksiell avstand mellom lastflanker 225 og 226 og entreflanker 232 og 231) i motsatte retninger på hannelementet 101 og hunnelementet 102. Koniske gjenger er utstrakt fremlagt i US RE 30.647 utstedt til Blose, US RE 34.467 utstedt til Reeves, US 4.703.954 utstedt til Orloff og US 5.454.605 utstedt til Mott. På hannelementet 101 smalner hanngjengekammen 222 mot hanndelens 101 fjerne ende mens hunngjengekammen 291 er vid. Ved bevegelse langs aksen 105 (fra høyre mot venstre), vider hanngjengekammen 222 seg ut mens hunngjengekammen 291 smalner.

Generelt er det vanskelig å oppnå gjengetetninger med frittløpende gjenger som har brede kammer og røtter, men den samme gjengeform kan gi gjengetetning når den brukes for koniske gjenger. Forskjellige gjengeformer kan brukes for utførelser som fremlegges nedenfor. Ett eksempel på en passende gjengeform er en semi-svalehaleformet gjenge som er fremlagt i US 5.360.239 utstedt til Klementich. En annen gjengeform innbefatter en mangefasettert lastflanke eller entreflanke som er fremlagt i US 6.722.706 utstedt til Church. En åpen gjengeform med en generelt rektangulær form er fremlagt i US 6.578.880 utstedt til Watts. Hver av de ovennevnte gjengeformer er eksempelvise gjengeformer som kan brukes for utførelser som enten har koniske gjenger eller sylindriske gjenger. Fagfolk vil forstå at læren heri ikke begrenser seg til spesielle gjengeformer.

For koniske gjenger oppnås en gjengetetning ved kontakttrykket som forårsakes ved interferens over i det minste et parti av forbindelsen mellom hannlastflanken 226 og hunnlastflanken 225 og mellom hannentreflanken 232 og hunnentreflanken 231, som skjer når forbindelsen trekkes til. Stor grad av nærhet eller interferens mellom henholdsvis røttene 292, 221 og kammene 222, 291 fullstendiggjør gjengetetningen når den skjer over i det minste et parti av hvor flankeinterferensen skjer. Høyere trykk kan beherskes med økt interferens mellom røttene og kammene (”rot-/kaminterferens”) på hannelementet 101 og hunnelementet 102 og ved økning av interferensen. Denne spesielle forbindelse innbefatter også en metallisk tetning som oppnås ved kontakt mellom korresponderende tetningsflater 103 og 104 som befinner seg på henholdsvis hannelementet 101 og hunnelementet 102.

En egenskap ved koniske gjenger, som typisk ikke har en uttalt stoppskulder i forbindelsen, er at tiltrekkingen er ”ubestemt”, og, som et resultat varierer den relative posisjon av hannelementet og hunnelementet mer for et gitt dreiemomentområde som påføres enn forbindelser som har en uttalt stoppskulder. Slik som det brukes heri referer ”tiltrekking” til å skru et hannelement og et hunnelement sammen. ”Utvalgt tiltrekking” henviser til sammenskruingen av hannelementet og hunnelementet med et ønsket moment, eller basert på en relativ posisjon (aksiell eller periferisk) mellom hannelementet og hunnelementet. For koniske gjenger som er konstruert for å ha både flankeinterferens og rot-/kaminterferens ved en utvalgt tiltrekking, så øker både flankeinterferensen og rot-/kaminterferensen når forbindelsen trekkes til (det vil si at økning av moment øker flankeinterferens og rot-/kaminterferens). For koniske gjenger som er konstruert for å ha rot-/kamklaring, minsker rot-/kamklaringen når forbindelsen trekkes til. Uansett de koniske gjengers konstruksjon, kommer korresponderende flanker og korresponderende røtter og kammer nærmere hverandre (det vil si at klaring minsker eller interferens øker) under tiltrekking. Ubestemt tiltrekking tillater at flankeinterferensen og rot-/kaminterferensen økes ved økning av momentet på forbindelsen. Således kan en konisk gjenge være i stand til å gjengetette høyere trykk for gass og/eller væske ved å konstruere forbindelsen slik at den gir mer flankeinterferens og/eller rot-/kaminterferens eller ved å øke moment på forbindelsen, men dette øker imidlertid også påkjenningen på forbindelsen under tiltrekking, noe som kunne føre til brudd i bruk.

Friløpende gjenger som brukes i rørforbindelser på oljefelt danner typisk ikke gjengetetninger når forbindelsen trekkes til. Figur 2 viser en kjent teknikks forbindelse som har friløpende gjenger. De friløpende gjenger innbefatter lastflanker 154 og 155, entreflanker 157 og 158, kammer 159 og 162 og røtter 160 og 161. Som det er typisk for en forbindelse med friløpende gjenger, baserer denne forbindelse seg på en uttalt stoppskulder som tildannes ved hjelp av kontaktflatene 151 og 152 som er innrettet på henholdsvis hannelementet 101 og hunnelementet 102. Den uttalte momentstoppskulder som er vist i figur 2 refereres vanligvis til som en ”hann-neseskulder”. I andre forbindelser kan den uttalte momentstoppskulder være tildannet ved hjelp av hunnflaten 163 og en motskulder (ikke vist) på hannelementet 101. Momentstoppskulderen kan tilveiebringe en tetning. Til forskjell fra koniske gjenger som tiltrekkes ved at hanngjengene og hunngjengene kiles, baserer friløpende gjenger seg på den uttalte momentstoppskulder for å belaste forbindelsen ved tiltrekking. For å trekke til forbindelsen som er vist i figur 2, skrus hannelementet 101 og hunnelementet 102 sammen inntil flatene 151 og 152 bringes til anslag, ved hvilket punkt hannlastflanken 154 og hunnlastflanken 155 også ligger an mot hverandre. Ytterligere moment påføres hannelementet 101 og hunnelementet 102 for å belaste flatene 151 og 152 og hannlastflanken 154 og hunnlastflanken 155 inntil den ønskede størrelse på tiltrekkingsmomentet er påført forbindelsen.

Forbindelsen som er vist i figur 2 oppnår ikke en gjengetetning på grunn av den store åpning 153 som er tilstede mellom hannentreflanken 157 og hunnentreflanken 158. Åpningen 153 oppstår på grunn av måten friløpende gjenger med uttalt momentstoppskuldrer belastes på. Påføring av moment på forbindelsen under tiltrekking mot den uttalte momentstoppskulder forårsaker at hannelementet 101 komprimeres mens hunnelementet 102 strekkes i strekk. Bemerk at når en hunnflateskulder brukes, komprimeres hunnelementet 102 mens hannelementet 101 strekkes i spenning. Kraften mellom hannelementet 101 og hunnelementet 102 påføres gjennom hannlastflanken 154 og hunnlastflanken 155. Hannentreflanken 157 og hunnentreflanken 158 belastes ikke under tiltrekking. Dette resulterer i kontakttrykk mellom lastflankene 154 og 155 og en åpning mellom entreflankene 157 og 158. Som omtalt ovenfor kan en konisk gjenge (som vist i figur 1) tildanne en gjengetetning delvis på grunn av interferensen mellom lastflankene 225 og 226 og entreflankene 232 og 231. For koniske gjenger skjer dette nær slutten på tiltrekkingen av forbindelsen på grunn av den forskjellige bredde på hanngjengen og hunngjengen. For å få liknende interferens mellom lastflankene 154 og 155 og entreflankene 157 og 158 på en sylindrisk (det vil si ikke konisk) friløpende gjenge, ville interferensen hovedsakelig være tilstede gjennom hele tiltrekkingen av forbindelsen fordi hanngjengen og hunngjengen har en vedvarende bredde. Videre ville rot-/kaminterferens, hvis det er noen, være tilstede under hovedsakelig hele tiltrekkingen av forbindelsen. Dette kunne føre til at gjengene rives og vanskeligheter ved tiltrekking av forbindelsen.

Forskjellen i gjengebredde for en konisk gjenge kommer som et resultat av at lastflankene har forskjellig stigning fra entreflankene. Gjengestigning kan angis som millimeter (evt. tommer) per omdreining. Bemerk at dette er det omvendte av en vanlig benyttet betegnelse ”gjengedeling” som vanligvis kvantifiseres som gjenger per tomme. Et diagram over stigningene for en konisk gjenge ifølge kjent teknikk er vist i figur 3A. For denne forbindelse er laststigningen 14 konstant over lengden av forbindelsen og større enn entrestigningen 12, som også er konstant. Den nominelle stigning er vist som element 10. Slik det er brukt heri refererer ”nominell stigning” til gjennomsnittet av laststigningen 14 og entrestigningen 12. Gjengen vil bli bredere med hver omdreining med forskjellen i laststigningen 14 og entrestigningen 12. Forskjellen i laststigningen 14 og entrestigningen 12 refereres noen ganger til som ”konforholdet”. For en friløpende gjenge (det vil si ikke konisk gjenge) ville laststigningen 14 og entrestigningen 12 være hovedsakelig like og forårsake at den friløpende gjenge har hovedsakelig konstant gjengebredde (det vil si konforhold null).

Vanligvis skjæres gjenger på et rør ved å bruke hovedsakelig konstant gjengestigning (innbefattet laststigningen og entrestigningen), imidlertid skjer det en viss variasjon i gjengestigningen under fremstillingsprosessen som typisk innbefatter maskinering med en fresemaskin eller en dreiebenk. Under maskinering manifesterer variasjonen i gjengestigningen seg som en svak periodisk variasjon i gjengestigningen over og under den tilsiktede verdien for gjengestigningen. Dette fenomen refereres vanligvis til som ”gjengedrukkenskap” (såkalt ”thread drunkenness”). Mengden av gjengedrukkenskap som forekommer er overveiende avhengig av maskinen som brukes. Det kan skyldes slark eller dødgang i verktøymaskinen som skjærer gjengene. Materialet som maskineres og dimensjonene på delen som maskineres er også variabler som påvirker mengden av gjengedrukkenskap. Gjengedrukkenskap kan også forekomme som et resultat av at den elektroniske styring ”jager” posisjonen for verktøymaskinen. Gjengedrukkenskap er typisk i størrelsesorden 0,001 mm (0,00005 tommer) til 0,01 mm (0,0005 tommer) fra nominell verdi og er ikke synlig med det blotte øye. Perioden for gjengedrukkenskapen er typisk minst én gang per gjengeomgang. Gjengedrukkenskap større enn normalt er synlig som ”småbølger” (såkalt ”chatter”) på gjengeoverflaten og kan resultere i at forbindelsen skrotes. Vanligvis prøver produsenter å eliminere alle variasjoner fra det nominelle, som for eksempel oppleves med gjengedrukkenskap.

Forsettlige variasjoner i gjengestigninger er fremlagt innen kjent teknikk med formål om lastfordeling. Imidlertid er ikke den foreliggende oppfinner er imidlertid ikke kjent med variasjoner i gjengestigning for å tildanne en gjengetetning for en konisk gjenge eller en friløpende gjenge. Ett eksempel på en varierende gjengestigning for spenningsfordeling er fremlagt i US 4.582.348 utstedt til Dearden et al. Dearden fremlegger en forbindelse med friløpende gjenger som har hanngjengen og hunngjengen delt i tre partier med forskjellig stigning (bemerk at Dearden refererer til gjengedeling som kvantifiseres som gjenger per tomme). I figur 3B er vist et diagram for gjengestigningene for hunnelementet og hannelementet. Som vist i diagrammet er hanngjengestigningen 21 i én ende av forbindelsen større enn hunngjengestigningen 22. I det mellomliggende parti 23, er hanngjengestigningen 21 og hunngjengestigningen 22 hovedsakelig like. I forbindelsens andre ende er hunngjengestigningen 22 større enn hanngjengestigningen 21. Hos Dearden er endringene i hanngjengestigningen 21 og hunngjengestigningen 22 trinnvise endringer (det vil si hovedsakelig øyeblikkelige endringer i stigningen). De varierte gjengestigninger fremlagt av Dearden er ment å fordele belastningen over en større del av forbindelsen, og har ingen virkning på de friløpende gjengers manglende evne til å tildanne en gjengetetning.

Dearden legger ikke frem å variere en laststigning eller entrestigning uavhengig av hverandre.

En annen forbindelse er fremlagt i US 6.976.711, og kalt ”Gjengeforbindelse spesielt for radielt plastisk utvidbar ledning” (”Sivley”). Sivley fremlegger forbindelser som har en variasjon i laststigning og/eller entrestigning på én av eller både hannelementet og hunnelementet. Et diagram av en utførelse fremlagt av Sivley er vist i figur 3C. Sivley fremlegger variering av laststigningen 14 i forhold til entrestigningen 12 i et valgt forhold over minst et parti av hanngjengen og/eller hunngjengen. I figur 3C er forbindelsen en konisk gjenge som vist ved hjelp av forskjellen mellom laststigningen 14 og entrestigningen 12. Laststigningen 14 og entrestigningen 12 konvergerer i et lineært forhold mot enden av gjengen. Sivley fremlegger forskjellige andre utførelser som har laststigninger 14 og entrestigninger 12 som varierer lineært i forhold til hverandre. Variasjonen i gjengestigninger fordeler belastningene som oppleves av forbindelsen over forbindelsens lengde.

Patentpublikasjon US 2177100 A beskriver en lekkasjesikker gjenge for gjengete rørskjøter eller liknende. Gjengen omfatter et gjenget hunnelement og et komplementært gjenget hannelement, samt midler for å tilveiebringe en flerhet av spiralformede, utvidbare tetninger mellom hvert av gjengeparene.

Patentpublikasjon US 2827313 A beskriver en forbedret gjenge som har til hensikt at et smøremiddel som smøres på gjengene før rørdelene skrus sammen, lettere bringes inn i skjøten for å virke tettende.

Patentpublikasjon US &254146 B1 beskriver en gjengetype for rørforbindelser der gjengetypen har en hanndel innrettet for tilstramming med en hunndel.

Innen kjent teknikk mislykkes friløpende gjenger som egner seg for rør for oljefeltbruk, å tilveiebringe gjengetetninger for trykkforskjeller som oppleves av rørene i nedihullsmiljøet. Koniske gjenger tilveiebringer gjengetetninger, men har vanskelig for å tette mot gasser som er vanskeligere å tette for enn fluider. All forbedring av gjengetetningene er også generelt ønskelig. Det som fremdeles trenges er en gjengetetning for friløpende gjenger og en forbedret gjengetetning for koniske gjenger.

Oppsummering av oppfinnelsen

I ett aspekt vedrører utførelser som fremlegges heri, en gjengeforbindelse som innbefatter et hannelement og et hunnelement. Hannelementet har en hanngjenge med en hanngjengekam, en hanngjengerot, en hannlastflanke og en hannentreflanke. Hunnelementet har en hunngjenge med en hunngjengekam, en hunngjengerot, en hunnlastflanke og en hunnentreflanke. Gjengeforbindelsen omfatter videre en hann-neseklaringsåpning, en hunnflateklaringsåpning og en midtgjengeklaringsåpning. Hannentreflanken har, ved én ende av midtgjengeklaringsåpningen, en uregelmessighet tildannet på seg, og, ved en annen ende av midtgjengeklaringsåpningen, har hunnentreflanken en uregelmessighet tildannet på seg. Ved tiltrekking av hannelementet i hunnelementet, har midtgjengeklaringsåpningen en mindre klaringsåpning enn både hann-neseklaringsåpningen og hunnflateklaringsåpningen.

I et annet aspekt vedrører utførelser som fremlegges heri, en fremgangsmåte for å tildanne en gjengeforbindelse. Forbindelsen innbefatter et hannelement og et hunnelement. Fremgangsmåten innbefatter å tildanne en uregelmessighet på en hannentreflanke, og å tildanne en uregelmessighet på en hunnentreflanke, hvor uregelmessigheten på hannentreflanken og uregelmessigheten på hunnentreflanken sammen danner en midtgjengeklaringsåpning.

Det beskrives også en fremgangsmåte for å fremstille en gjengeforbindelse som har en hunngjenge og en hanngjenge. Fremgangsmåten kan innbefatte a) å tildanne minst én uregelmessighet på minst én av en hanngjengekam, en hannlastflanke, en hannentreflanke, en hunnlastflanke og en hunnentreflanke, og b) redusere en klaringsåpning mellom hanngjengen og hunngjengen på en posisjon for den minst ene uregelmessighet.

Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse og de vedheftede krav.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1A viser et tverrsnitt av en kjent teknikks forbindelse som har en konisk gjenge;

Figur 1B viser et forstørret tverrsnitt av en kjent teknikks forbindelse som har en konisk gjenge;

Figur 2 viser et tverrsnitt av en kjent teknikks forbindelse som har en friløpende gjenge; Figurer 3A, 3B og 3C viser diagrammer for gjengestigninger for kjent teknikks forbindelser;

Figur 4A viser et diagram for gjengestigninger i henhold til én utførelse som fremlegges heri;

Figur 4B viser et parti av utfoldede gjenger som korresponderer med diagrammet som er vist i figur 4A;

Figur 5A viser et diagram for en gjengestigning i henhold til én utførelse som fremlegges heri;

Figurer 5B og 5C viser et parti av utfoldede gjenger som korresponderer med diagrammet som er vist i figur 5A;

Figur 6A viser et diagram for en gjengestigning i henhold til én utførelse som fremlegges heri;

Figur 6B viser et parti av utfoldede gjenger som korresponderer med diagrammet som er vist i figur 6A;

Figur 7A viser et diagram for en gjengestigning i henhold til én utførelse som fremlegges heri;

Figur 7B viser et parti av utfoldede gjenger som korresponderer med diagrammet som er vist i figur 7A;

Figur 8 viser et diagram av gjengestigninger med korresponderende tverrsnitt av gjenger med én utførelse som fremlegges heri;

Figur 9 viser et diagram av gjengestigninger med korresponderende tverrsnitt av gjenger med én utførelse som fremlegges heri; og

Figur 10 viser et diagram av gjengestigninger med korresponderende tverrsnitt av gjenger med én utførelse som fremlegges heri.

Detaljert beskrivelse

Utførelser som fremlegges heri vedrører gjenger for rør. Nærmere bestemt vedrører utførelser gjenger som har en redusert klaringsåpning mellom partier av hanngjengen og hunngjengen.

Av klarhetshensyn defineres flere betegnelser uttrykkelig nedenfor. Slik som det brukes heri, henviser ”gjengestigning” vanligvis til gruppen av stigninger som består av laststigningen, entrestigningen og den nominelle stigning.

Slik som det brukes heri, henviser ”uregelmessighet” til et avvik i en opprinnelig bane for lastflanken, entreflanken, roten eller kammen av gjengen slik at en kul tildannes på den. Etter tildanningen av uregelmessigheten, går banen i det minste delvis tilbake mot den opprinnelige bane før dannelsen av uregelmessigheten.

Slik som det brukes heri, henviser ”spirallengde” til antallet omdreininger av gjengen som kontaktoren er innrettet (”the contactor is disposed”), og kan uttrykkes med antallet grader om rørets akse (det vil si at 360 grader er en gjengedeling).

Utførelser som fremlegges heri har variasjoner i minst én gjengestigning over minst et parti av en gjenge slik at kontakttrykket mellom samvirkende lastflanker og/eller samvirkende entreflanker varierer. Noen utførelser kan også variere høyden på en gjenge (som målt fra roten til kammen) for å tildanne en gjengetetning. Økninger i kontakttrykk øker det maksimale tetningstrykk som kan oppnås av gjengetetningen ved uregelmessighetens posisjon. Reduksjoner i kontakttrykk kan brukes for å tilveiebringe steder for at en økt mengde gjengesmøremiddel skal forbli mellom hanngjengen og hunngjengen etter at forbindelsen er trukket til.

Idet vi vender oss til figur 4A, vises et diagram av gjengestigninger mot aksiell posisjon i henhold til én utførelse som fremlegges heri. Figur 4B viser en utfoldet konisk gjenge som korresponderer med diagrammet i figur 4A. Diagrammet i figur 4A viser hunnlaststigningen 14B og hunnentrestigningen 12B i forhold til hannlaststigningen 14A og hannentrestigningen 12A. I denne utførelse har hanngjengen en hovedsakelig konstant laststigning 14A og entrestigning 12A over det viste parti, mens hunngjengen har uregelmessigheter som forårsakes av variasjoner i laststigningen 14B og entrestigningen 12B. Fagfolk vil forstå at uregelmessighetene, i en annen utførelse, i stedet kan plasseres på hanngjengen.

I figur 4A begynner en uregelmessighet i hunngjengen ved punkter A1 og A2 hvor hunnlaststigningen 14B minsker og hunnentrestigningen 12B øker. Den korresponderende endring i formen på gjengen er vist i figur 4B. Ved punkter A1 og A2, begynner hunnlastflanken 226 og hunnentreflanken 231 å ”klemme på” hanngjengen. Ved punkter B1 og B2 går hunnlaststigningen 14B og hunnentrestigningen 12B tilbake til de opprinnelige verdier. Dette fortsetter i en valgt spirallengde og resulterer i et parti av hunngjengen ved hvilket økt kontakttrykk er tilstede når forbindelsen trekkes til. Ved punkter C1 og C2 øker hunnlaststigningen 14B og hunnentrestigningen 12B minker.

Mellom punkter C1, C2 og punkter D1, D2, går hunnlastflanken 226 og hunnentreflanken 231 hovedsakelig tilbake til den opprinnelige bane før starten på uregelmessigheten. I én utførelse går den ene eller begge hunnlastflanken og hunnentreflanken kanskje ikke helt tilbake til den opprinnelige bane. Videre er, i én utførelse, kanskje ikke maksimumsverdien og minimumsverdien i gjengestigningsendringer like i størrelse. For eksempel kan en gjengestigning øke med ”x” i forhold til den opprinnelige gjengestigning over en spirallengde ”L”. For å gå tilbake til den opprinnelige bane, kan den samme gjengestigning minske med 1⁄2*x under den opprinnelig gjengestigning over en spirallengde 2L. Fagfolk vil forstå at mange varianter av uregelmessigheter kan utledes uten å avvike fra den foreliggende oppfinnelses omfang. I én utførelse kan uregelmessigheten ha en spirallengde som er mindre enn cirka 360 grader. I en annen utførelse kan uregelmessigheten ha en spirallengde som er mindre enn cirka 180 grader.

Figurer 4A og 4B tilveiebringer et overdrevet eksempel på en gjengeuregelmessighet for illustrasjonsformål. Den koniske gjenge i figur 4B er delvis tiltrukket slik at det eneste kontaktpunkt mellom lastflankene 225 og 226 og entreflankene 231 og 232 er ved uregelmessigheten mellom punkter B1, B2 og punkter C1, C2. Åpningen mellom lastflankene 225 og 226 og entreflankene 231 og 232 er overdrevet for å bli synlig i figur 4B. I én utførelse kan endringen i gjengestigningen og spirallengden ved hvilken den fortsetter velges slik at uregelmessigheten er mellom cirka 0,01 mm (0,0005 tomme) og cirka 0,1 mm (0,005 tomme) i størrelse. I en annen utførelse kan uregelmessigheten være mellom cirka 0,025 mm (0,001 tomme) og cirka 0,05 mm (0,002 tomme) i størrelse. Da forbindelsen i figur 4B er trukket til forbi det opprinnelige kontaktpunkt, vil åpningen mellom lastflankene 225 og 226 og entreflankene 231 og 232 forsvinne idet kontakttrykket ved uregelmessigheten deformerer gjengen lokalt. Etter at forbindelsen er trukket til med et ønsket moment eller til en relativ posisjon av hannelementet i forhold til hunnelementet, vil større kontakttrykk være tilstede mellom lastflankene 225 og 226 og entreflankene 231 og 232 ved uregelmessighetene i figur 4B mellom punkter A1, A2 og punkter D1, D2 enn i de resterende partier av gjengene.

Spirallengden av hver uregelmessighet kan variere etter ønske, men fremstillingsfremgangsmåten kan imidlertid begrense variabiliteten av spirallengden. For eksempel kan, i én utførelse, en datamaskinstyrt dreiebenk brukes. CNC-maskiner kan styres av CNC-programmer. Typisk består CNC-programmet av posisjoner for hver styreakse. Hvis, for eksempel, CNC-dreiebenken har en aksialposisjon og en rotasjonsposisjon, ville programmet ha en aksialposisjon som korresponderer med hver rotasjonsposisjon. Fordi en CNC-dreiebenk vanligvis roterer med en fast hastighet målt i omdreininger per minutt (”RPM”), har CNC-programmet rotasjonsposisjonene i rekkefølge og ved faste inkrementer når delen roteres i maskinen. Inkrementene som er avstanden mellom rotasjonsposisjonene refereres vanligvis til som dreiebenkens ”oppløsning”.

Hvis, for eksempel, oppløsningen er cirka 90 grader, vil et datapunkt være tilstede for hvert påfølgende inkrement av cirka 90 grader. En aksialposisjon ville velges for hvert inkrement. CNC-dreiebenken vil typisk bevege aksialposisjonen med en hovedsakelig konstant hastighet mellom punkter. Hastigheten velges etter behov for å nå den neste aksialposisjon på samme tid som den korresponderende rotasjonsposisjon. Gjengestigningen kan velges ved å kalkulere verdien for inkrementene slik at den aksielle posisjon rykker fram med en avstand som er hovedsakelig lik gjengestigningen for hver omdreining. For eksempel ville en stigning på 1 tomme (25,4 mm) per omdreining gi fremrykking på 1⁄4 tomme (6,35 mm) for hver 90 grader. Fagfolk vil være i stand til å anvende læren ovenfor for bruk i andre fremstillingsfremgangsmåter. For eksempel kan en CNC-fresemaskin med 4-akset styring (X, Y, Z og rotasjonsmessig) brukes.

Den benyttede maskins oppløsning kan begrense minimums spirallengde for en uregelmessighet. For å fortsette med 90-graderseksempelet så ville minimumsuregelmessigheten være cirka 180 grader (90 grader med økt stigning, 90 grader med minsket stigning). Hvis det maksimale kontakttrykk ønskes over en større lengde (liknende figur 4A og 4B), så ville den minste spirallengden for uregelmessigheten være cirka 270 grader (90 grader med økt stigning, 90 grader med opprinnelig stigning, 90 grader med minsket stigning). Høyere oppløsning (det vil si mindre rotasjonsmessige inkrementer) tillater for større variabilitet i uregelmessighetens spirallengde. Fagfolk vil forstå at maskiner med høyere eller lavere oppløsning kan brukes for å tildanne uregelmessigheter uten å avvike fra den foreliggende oppfinnelses omfang.

Fremstillingsfremgangsmåten som brukes, og særlig den spesifikke maskin, for å tildanne gjengene med uregelmessigheter, vil påvirke den aktuelle form og størrelse av uregelmessighetene. Figur 5A viser et diagram av en hannlaststigning 14A i forhold til aksiell posisjon i henhold til én utførelse som fremlegges heri. Figur 5B viser den idealiserte form på uregelmessigheten som korresponderer med diagrammet i figur 5A, mens figur 5C viser hva som kan være den aktuelle form på uregelmessigheten som et resultat av maskinen som brukes. I figur 5A øker hannlaststigningen med en valgt mengde ved punkt A for å oppnå økt kontakttrykk mellom hannlastflanke 225 og hunnlastflanke 226. Deretter går hannlaststigningen 14A tilbake til den opprinnelige hannlaststigning 14A ved punkt B. Ved punkt C minsker hannlaststigningen 14A med omtrent samme mengde som den tidligere økning for å bringe hannlastflanken 225 til cirka dens opprinnelige bane ved punkt D. Ideelt ville hannlastflanken 225 som korresponderer med diagrammet for hannlaststigningen 14A i figur 5A være hovedsakelig som vist i figur 5B. I figur 5B endrer hannlastflanken 225 seg øyeblikkelig ved punkt A og med et konstant lineært fall (omtrent lik endringen i hannlaststigningen 14A som vist i figur 5A) inntil punkt B. Deretter begynner hannlastflanken 225, ved punkt C, å gå tilbake til sin opprinnelige bane inntil punkt D. De bevegende delers moment og styringens responstid kan resultere i en glattere uregelmessighet som vist i figur 5C. I noen utførelser kan krummingen være hovedsakelig sinusformet. Selv om den nøyaktige form på uregelmessigheten kan variere med fremstillingsfremgangsmåte, kan gevinsten av det økte kontakttrykk fremdeles realiseres.

I én utførelse kan en uregelmessighet tildannes under siste snitt (”finkutt”) av gjengen. Slik som det brukes heri refererer et finkutt til et gjengekutt som etterfølger et første kutt. Et finkutt fjerner typisk 0,5 mm (0,020 tomme) material eller mindre. Fordi mindre material fjernes under et finkutt, kan høyere maskineringstoleranser oppnås for uregelmessighetens størrelse. Det bør imidlertid bemerkes at den maskinerte uregelmessighet ka ha mindre størrelse enn det som var lagt inn i CNC-programmet. Dette er overveiende på grunn av maskinverktøyets fraskyv fra gjengen under kutting. Som et resultat kan den virkelige uregelmessighet bli bare 0,02 mm (0,00075 tomme) selv om en 0,05 mm (0,002 tomme) uregelmessighet er kodet inn i CNC-programmet. Fagfolk vil forstå at den særskilte maskins karakteristika vil resultere i variasjoner mellom uregelmessigheten som legges inn og den resulterende uregelmessighets størrelse. Dette avvik kan korrigeres for en valgt maskin ved å øke størrelsen på den innlagte uregelmessighet for at den ønskede uregelmessighets størrelse skal oppnås når den valgte maskins nøyaktighet er kjent.

Idet vi vender oss til figur 6A, vises et diagram av en hunnlaststigning 14B i forhold til aksiell posisjon i henhold til én utførelse som fremlegges heri. Figur 6B viser den korresponderende hunnlastflanke 226. I figur 6B er formen på uregelmessigheten svakt buet på grunn av maskinen som ble brukt for å tildanne gjengen. For å oppnå økt kontakttrykk mellom hannlastflanken 225 og hunnlastflanken 226, minsker hunnlaststigningen ved et punkt A. Bemerk at dette er det omvendte av figur 5A, som endret hannlaststigningen 14A for å tildanne uregelmessigheten. Å se figurer 5A og 6A i forhold til hverandre viser at enten hanngjengen eller hunngjengen kan ha en uregelmessighet for å oppnå et økt kontakttrykk ved et valgt sted på gjengene. Å redusere hunnlaststigningen 14B gir hovedsakelig det samme resultat som å øke hannlaststigningen 14A. Som vist i figur 4A er endringen i entrestigninger 12A og 12B det motsatte av laststigningene 14A og 14B. For, for eksempel å ha uregelmessigheter på hannlastflanken 225 og hannentreflanken 232 i én utførelse, kan hannlaststigningen 14A øke og hannentrestigningen 12A kan minske omkring den samme aksielle posisjon. Hovedsakelig ville gjengen bli bredere og forårsake økt kontakttrykk mellom nabohunngjengene. For å få hovedsakelig den samme virkning ved å ha uregelmessighetene på hunnelementet, kan hunnlaststigningen 14B minske og hunnentrestigningen 12B minske som vist i figur 4A.

I figurer 7A og 7B er det vist en uregelmessighet i henhold til én utførelse som fremlegges heri. Figur 7A viser et diagram av hannlaststigningen 14A, og figur 7B viser den korresponderende uregelmessighet på hannlastflanken 225. I denne utførelse øker hannlaststigningen 14A en valgt mengde ved punkt A. Ved punkt B minsker hannlaststigningen 14A med cirka den samme valgte mengde under den opprinnelige hannlaststigning 14A. Uregelmessigheten slutter ved punkt C hvor hannlastflanken 225 går tilbake til cirka sin opprinnelige bane. Den korresponderende uregelmessighet som er vist i figur 7B likner en avrundet kul.

Idet vi vender oss til figur 8, vises flere uregelmessigheter i henhold til én utførelse som fremlegges heri. Figur 8 innbefatter et diagram av hannlaststigningen 14A og hannentrestigningen 12A. Utførelsen som er vist i figur 8 kan refereres til som ”indusert gjengedrukkenskap” fordi den likner den vinglete virkning av maskinering som omtalt ovenfor. Gjengedrukkenskap kan ”induseres” ved å programmere gjengestigningsendringer inn i CNC-programmet. I figur 8 begynner den induserte gjengedrukkenskap ved punktene 801A og 801B hvor både hannlaststigningen 14A (betegnet som ”øyeblikkshannlaststigningen” i denne utførelse) og hannentrestigningen 12A (betegnet som ”øyeblikkshannentrestigningen” i denne utførelse) begynner å variere oppover og nedover, noe som resulterer i en småbølget hannlastflanke 225 og hannentreflanke 232. For å få jevn positiv og negativ drukkenskap, kan den opprinnelige økning i hannlaststigning 14A og hannentrestigning 12A ha en spirallengde L, og deretter kan den senere minskning i hannlaststigning 14A og hannentrestigning 12A ha en spirallengde 2L slik at hannlastflanken 225 og hannentreflanken 232 krysser sine opprinnelige baner. For å komme tilbake til de opprinnelige baner ved punkt 802A og 802B, bør de totale økninger i hannlaststigning 14A og hannentrestigning 12A multiplisert med de økte gjengestigningers spirallengder være hovedsakelig lik de totale minskninger i hannlaststigning 14A og hannentrestigning 12A multiplisert med spirallengdene.

I figur 8 er, for eksempel, hannlaststigningen 14A og hannentrestigningen 12A mindre enn henholdsvis den gjennomsnittlige hannlaststigning 810 og den gjennomsnittlige hannentrestigning 811 over en total spirallengde 5L. Hannlastflanken 225 og hannentreflanken 232 går tilbake til sine opprinnelige baner ved punktene 802A og 802B etter at hannlaststigningen 14A og hannentrestigningen 12A har vært over henholdsvis den gjennomsnittlige hannlaststigning 810 og den gjennomsnittlige hannentrestigning 811 over en total spirallengde 5L. Fagfolk vil forstå at spirallengdene ikke behøver å være ekvivalente hvis de absolutte verdier for minskningene og økningene i hannlaststigningen 14A og hannentrestigningen 12A ikke er like. For eksempel kan, i én utførelse, økninger i hannlaststigningen 14A være omkring 0,05 mm (0,002 tomme) per omdreining over den gjennomsnittlige hannlaststigning 810, og minskninger i hannlaststigningen 14A være omkring 0,025 mm (0,001 tomme) per omdreining under den gjennomsnittlige hannlaststigning 810. I den utførelsen kan spirallengden av minskninger i hannlaststigningen 14A være omkring dobbelt så mye som spirallengden av økninger i hannlaststigningen 14A for å komme tilbake til hannlastflankens 225 opprinnelige bane. Med andre ord kan noen utførelser variere asymmetrisk fra nominell. Fagfolk vil forstå at økningene og minskningene i gjengestigningene, til like med deres respektive spirallengder, kan variere uten å avvike fra den foreliggende oppfinnelses omfang. Videre kan utførelser ha uregelmessigheter som ikke helt går tilbake til sine opprinnelige baner.

Idet det fortsettes med figur 8, vises tverrsnitt av gjenger som korresponderer med diagrammet. Tverrsnittene er betegnet A, B og C som korresponderer med punkter A, B og C i diagrammet. Den koniske gjenge i figur 4B er delvis trukket til slik at bare kontaktpunktet mellom lastflankene 225 og 226 og entreflankene 231 og 232 er ved uregelmessighetene. I denne særskilte utførelse er de positive og negative uregelmessigheter like i absolutt verdi slik at kontakt inntreffer ved hvert av uregelmessighetenes maksima og minima ved hovedsakelig den samme tiltrekkingsposisjon. Denne kontakt er vist i tverrsnitt A og C, som er ved henholdsvis et lokalt maksimum og minimum. Ved de lokale minima av uregelmessighetene (tverrsnitt A), er entreflankene 231 og 232 i kontakt. Ved de lokale maksima av uregelmessighetene (tverrsnitt C), er lastflankene 225 og 226 i kontakt. Ved den gjennomsnittlige hannlaststigning 810 og den gjennomsnittlige hannentrestigning 811 (det vil si de opprinnelige baner) kan åpningene mellom lastflankene 225 og 226 og entreflankene 231 og 232 være hovedsakelig like, som det er vist i tverrsnitt B.

Idet forbindelsen i figur 8 trekkes til forbi den første kontakt ved uregelmessighetene, vil åpningene mellom lastflankene 225 og 226 og entreflankene 231 og 232 forsvinne idet kontakttrykket ved uregelmessighetene deformerer gjengene lokalt. Etter at forbindelsen er trukket til til et ønsket moment eller en relativ posisjon for hannelementet i forhold til hunnelementet, vil det være større kontakttrykk mellom lastflankene 225 og 226 og entreflankene 231 og 232 ved uregelmessighetenes maksima og minima enn ved de resterende partier av gjengene. Også, som omtalt tidligere, vil åpningen mellom henholdsvis røttene 292 og 221 og kammene 291 og 222 også minske eller lukke seg fullstendig når forbindelsen er trukket til.

Idet vi vender oss til figur 9, vises flere uregelmessigheter i henhold til én utførelse som fremlegges heri. Figur 9 innbefatter et diagram av hannlaststigningen 14A og hannentrestigningen 12A. Utførelsen som vises i figur 9 likner den ”induserte gjengedrukkenskap” som vises i figur 8, unntatt at hannlaststigningen 14A og hannentrestigningen 12A ikke øker og minsker unisont. I stedet øker og minsker hannlaststigningen 14A og hannentrestigningen 12A ved motstående steder slik at hanngjengen utvider seg og blir trangere ved hver av uregelmessighetene. Med andre ord er hannlaststigningen 14A større enn gjennomsnittslaststigningen 810 ved hovedsakelig de samme steder hvor hannentrestigningen 12A er mindre enn gjennomsnittsentrestigningen 811. En økning i hannlaststigningen 14A kombinert med en minskning i hannentrestigningen 12A utvider gjengen (se tverrsnitt A), mens en minskning i hannlaststigningen 14A kombinert med en økning i hannentrestigningen 12A gjør gjengen trangere (se tverrsnitt B). Under tiltrekking av forbindelsen ville kontakt mellom flankene skje ved partiene med økt bredde som vist i tverrsnitt A. Når kontakt finner sted ved de bredere partier, vil fremdeles åpninger mellom flankene være tilstede i de trangere partier som vist i tverrsnitt B. Ved utvalgt tiltrekking av forbindelsen vil hovedsakelig alle åpningene mellom flankene forsvinne, og forbindelsen vil ha økt kontakttrykk mellom flankene ved de bredere partier.

Det vises nå til figur 10 hvor flere uregelmessigheter i henhold til én utførelse som fremlegges heri, er vist på en friløpende gjenge. Figur 10 fremstiller skjematisk en hunngjenge 310 og en hanngjenge 311 ved tiltrekking. Som sådan innbefatter hanngjenge 311 en entreflanke 306, en lastflanke 304 og en hann-neseende 300. På liknende vis innbefatter hunngjenge 310 en entreflanke 305, en lastflanke 303 og en hunn-flateende 301. Bemerk at hunngjenge 310 er vist to ganger, på begge sider av hanngjengen 311 for bedre å anskueliggjøre klaringen mellom både hanngjengens 311 og hunngjengens 310 entre- og lastflanker (305&306; 303&304).

Friløpende gjenger kan ha forskjellige gjengeformer inkludert v-type gjenger, trapesgjenger og krokede gjenger (såkalte ”hooked threads”). Utførelser som er vist heri kan brukes på alle typer friløpende gjenger, men er spesielt fordelaktige brukt på en krokgjenget forbindelse som har minst én radiell metallisk tetning. Radielle metalliske tetninger er typisk plassert i forbindelsens fjerne ender, det vil si, ved hann-nesen (for tetning mot innvendig trykk) (slik som vist i figur 2 og beskrevet ovenfor angående grensesnittkontaktflater 151, 152), eller ved hunnflaten (for tetning mot utvendig trykk)(slik som vist i figur 2 og beskrevet ovenfor mellom hunnflate 163 og en ikke vist tilknyttet skulder). Under aksiell trykkbelastning, kan krokgjengede forbindelser skape radielle kraftvektorer (på grunn av krokgjengenes negative flankevinkler) som reduserer forspenningen på radielle metalliske tetninger og forårsaker at tetningen lekker. Det er derfor ønskelig å redusere radielle kraftvektorer på grunn av trykkbelastning i området for radielle metalliske tetninger.

Det kan også være ønskelig å redusere entreflankklaringen (vist som åpning 153 i figur 2 og beskrevet ovenfor) for at forbindelsen kan ta opp trykkbelastning uten unødig relativ aksiell bevegelse mellom hann og hunn, da dette også kan avlaste en metallisk tetning. Imidlertid tenderer redusering av entreflankklaringen i området for en radiell tetning til å forverre problemet med radielle tetninger som lekker under en trykkbelastning, særskilt fordi ett av elementene (hunn eller hann) alltid er tynnest i de fjerneste ender hvor de radielle tetninger vanligvis befinner seg, og vil lett deformeres under en radiell kraftvektor. Følgelig kan det være spesielt ønskelig å ha større entreflankklaring ved de fjerne ender av en krokgjenget forbindelse med radielle metalliske tetninger, mens man reduserer entreflankklaring i midten av gjengespiralen.

Det vises fremdeles til figur 10 hvor den tiltrukne forbindelse innbefatter en midtre gjengeseksjon 302, mellom et punkt B på hannentreflanken 306 og et punkt C på hunnentreflanken 305. Selv om midtgjengeseksjon 302 er vist plassert grovt sett like langt fra hann-neseende 300 og hunnflateende 301, og med en typisk lengde av grovt sett tredjedelen til halvdelen av spirallengden av gjengen fra hann-neseende 300 til hunn-flateende 301, vil en fagmann forstå at andre utforminger er innen den foreliggende fremleggelses omfang.

Som vist har lastflanker 303 og 304 konstante stigninger, mens entreflanker 305 og 306 inneholder uregelmessigheter 312 og 313. Enn videre viser figur 10 de aksielle plasseringer av hannentreflankestigning 12A og hunnentreflankestigning 12B i grafisk form. I denne utførelse befinner hannentreflankeuregelmessigheten 313 seg i hann-neseenden av midtgjengeseksjonen 302, mens hunnentreflankeuregelmessigheten 312 befinner seg i hunn-flateenden av midtgjengeseksjonen 302.

I den tiltrukne stilling som er vist, er hunnlastflanken 303 og hannlastflanken 304 i kontakt ved lastflankegrensesnittet 321, som er typisk for friløpende gjenger med minst én reell stoppende momentskulder. Bemerk at en åpning er vist ved lastflankegrensesnittet 321 bare av klarhetshensyn.

I kontrast vil vanlige friløpende gjenger ha en klaringsåpning mellom entreflankene ved tiltrekking. Denne flankeklaring er typisk i området 0,13 mm (0,005 tomme) til 0,38 mm (0,015 tomme) bred og kan strekke seg over hele lengden av gjengen. I den foreliggende fremleggelses utførelser kan det være tre distinkte entreflankeåpninger ved 307, 308 og 309. Hann-neseklaringsåpning 307 dannes ved tiltrekking mellom hanngjenge 311 og hunngjenge 310 nær hann-nese 300. Hunnflateklaringsåpning 309 dannes ved tiltrekking mellom hunngjenge 310 og hanngjenge 311 nær hunnflate 301. Midtgjengeklaringsåpning 308 dannes ved tiltrekking mellom uregelmessigheter 312, 313 og kan være mindre enn klaringsåpninger 307 og 309. Som vist kan klaringsåpninger 307 og 309 være vanlige entreflankeklaringsåpninger på 0,3 mm (0,012 tomme), mens midtgjengeklaringsåpningen 308 kan være omkring 0,076 mm (0,003 tomme). Alternativt kan klaringsåpning være omkring 0,05 mm (0,002 tomme). Fagfolk vil forstå at klaringsåpninger 307 og 309 kan være forskjellige fra hverandre i henhold til utformingen av uregelmessighetene 312 og 313.

Utførelser i henhold til den foreliggende fremleggelse kan ha den fordel at en redusert midtgjengeentreflankeklaring kan tildannes, under tiltrekking, bare nær slutten av tiltrekkingsprosessen og således minimere risken for gjengesår under tiltrekking. Enn videre kan, i noen utførelser, en redusert klaringsåpning mellom enten lastflankene, entreflankene, eller røttene og kammene av gjenger hjelpe til i dannelsen av en gjengetetning.

Mens tilstedeværelsen av en klaringsåpning kan tillate at noen høytemperaturs- og høytrykksfluider passerer gjennom, kan den av uregelmessigheter reduserte klaringsåpning tillate at en gjengeeller tetningsmasse danner en tetning med større integritet. Særskilt kan en én- eller tokomponent herdbar epoksymasse påføres gjengene før tiltrekking og herdes for å danne en gjengetetning mellom to gjengede elementer. Derfor kan den reduserte klaringsåpning gjøre at den herdede gjengemasse opplever vesentlig redusert belastning i forhold til en herdet masse i en større åpning. Det bør forstås at herding av gjengemassen kan skje enten før eller etter at rørforbindelsen bringes på plass nedihulls. I én særskilt utførelse kan en gjengemasse designes slik at herding bare inntreffer etter at forbindelsen har vært nedihulls i en viss tid ved en viss temperatur. Eksempler på herdbare gjengetetningsmasser og gjengemasser kan fås fra Master Bond, Inc. i Hackensack, N.J., i tillegg til mangfoldige andre kilder som er kjent i fagkretser.

Endringen i entreflankeklaringsåpninger kan bestemmes ved hjelp av diagrammene av entreflankestigningene 12A og 12B. Endringen mellom hann-neseklaringsåpningen 307 og midtgjengeklaringsåpningen 308 er lik arealet av uregelmessigheten på hannentreflankestigningsdiagrammet 12B. Som vist er uregelmessighetsarealet 316 generelt lik uregelmessighetslengden 314 (typisk målt i gjengedelinger) multiplisert med uregelmessighetsendringen i stigning 315 (typisk målt i tommer per deling). Hvis, for eksempel, uregelmessighetslengde 314 er halvdelen av en deling og uregelmessighetsendringen i stigning er 0,46 mm (0,018 tomme) per deling, vil endringen i klaringsåpning mellom hann-neseklaringsåpningen 307 og midtgjengeklaringsåpningen 308 være: 0,5 delinger x 0,46 mm/deling = 0,23 mm.

Utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan også ha variable gjengehøyder (det vil si uregelmessigheter på en rot og/eller en kam) på hannelementet og/eller hunnelementet. Utførelsen som er vist i figur 9 innbefatter en variasjon i hanngjengehøyden. I den særskilte utførelsen øker hanngjengehøyden ved omtrent samme sted som økninger i hanngjengebredden og forårsaker interferens mellom hunngjengroten 221 og hanngjengekammen 222, som vist i tverrsnitt A når den sammenliknes med tverrsnitt B.

Variasjoner i rot-/kaminterferens kan være spesielt nyttig for utførelser som har friløpende gjenger. Som omtalt ovenfor med hensyn på figur 2 for friløpende gjenger som har en gjengetetning som likner den til koniske gjenger, ville kjent teknikks forbindelser med sylindriske friløpende gjenger kreve interferens mellom lastflankene 154 og 155 og entreflankene 157 og 158. Den interferensen ville forekomme hovedsakelig gjennom hele tiltrekkingen av forbindelsen fordi hanngjengen og hunngjengen har en vedvarende bredde. Videre ville rot-/kaminterferensen, hvis den fins, forekomme hovedsakelig gjennom hele tiltrekkingen av forbindelsen. Dette kunne føre til rivning av gjengene og vanskeligheter med å trekke til forbindelsen.

I én utførelse, kan ett eller begge av både hannelementet og hunnelementet ha friløpende gjenger med uregelmessigheter på en lastflanke, en entreflanke, en rot og/eller en kam. Fortrinnsvis kan uregelmessighetene være plassert slik at en gjengetetning dannes på ett eller flere steder. Dette kan gjennomføres ved å velge uregelmessighetenes størrelse og plassering slik at lastflankeinterferens, entreflankeinterferens og rot-/kaminterferens forekommer nær hverandre. Således kan friløpende gjenger tilpasses for å danne gjengetetninger i én eller flere utforminger. Ved å tildanne gjengetetninger på bare et parti av de friløpende gjenger, minskes risikoen for riving sammenliknet med å ha flankeinterferenser og/eller rot-/kaminterferenser over hele forbindelsen. Fagfolk vil forstå at en uregelmessighet på en lastflanke som belastes under tiltrekking av forbindelsen, ikke behøves for å danne en gjengetetning på grunn av det høye kontakttrykk som er knyttet til en friløpende gjenges lastflanker.

På grunn av den ubestemte tiltrekking av koniske gjenger, kan det være mer ønskelig å ha alle uregelmessigheter enten på hannelementet eller hunnelementet. Alternativt kan uregelmessigheter på hannelementet og hunnelementet være på partier av gjengen som ikke berører hverandre (det vil si tilstrekkelig forskjellige aksielle posisjoner til at uregelmessighetene ikke samvirker). For friløpende gjenger som typisk har en uttalt stoppskulder, kan det også være ønskelig å ha uregelmessigheter enten på hannelementet eller hunnelementet fordi den relative posisjon av hannelementet og hunnelementet til en viss grad er ubestemt, skjønt i en mindre grad enn koniske gjenger.

Fagfolk vil forstå at den ønskede mengde kontakttrykk som skapes av uregelmessigheter kan variere basert på trykket som skal stenges for, substansen det skal tettes for og materialet som benyttes i forbindelsen. Som omtalt ovenfor resulterer et høyere kontakttrykk i evnen til å tette for et større trykk. Videre, hvis gass, som er vanskeligere å tette mot enn fluid, skal tettes for av forbindelsen, kan et større kontakttrykk være ønsket. Materialet som benyttes i forbindelsen kan begrense det maksimalt tillatte kontakttrykk. For eksempel er en korrosjonsresistent legering (CRA) typisk mer følsom for skade på grunn av lokale spenninger (slik som de som er resultat av uregelmessigheter) enn andre høyfaste stål. Fagfolk vil være i stand til å velge ønsket kontakttrykk i lys av materialet som skal brukes i forbindelsen. Alternativt kan materialet velges i lys av det ønskede kontakttrykk.

Utførelser fremlagt heri kan innbefatte ett eller flere avspenningsspor i roten av hanngjengen og/eller hunngjengen. Slike avspenningsspor læres om i US 6.050.610 utstedt til Enderle et al. Enderle fremlegger avspenningsspor som tilveiebringer en fluktvei for innfanget smøremiddel under tiltrekking av forbindelsen. Innfanget smøremiddel kan resultere i falske momentavlesninger som kan resultere i feil tiltrukne forbindelser. Videre kan innfanget smøremiddel skade forbindelsen under tiltrekking hvis trykkoppbygging inne i forbindelsen skjer. Dette problem oppstår typisk i kaldere miljøer når smøremiddelet er mer viskøst og mindre i stand til å komme ut fra forbindelsen for å lette på trykkoppbyggingen. Det kan også virke forverrende hvis forbindelsen trekkes til med høy omdreiningshastighet.

Ett problem som er knyttet til avspenningsspor i roten av hanngjenger og/eller hunngjenger som virker som en trykkavlasting, er at avspenningssporene reduserer gjengetetningsevnen i partier av gjengene som har gjengetetningen. På grunn av, som fremlagt av Enderle, at avspenningssporet kan anvendes over et begrenset parti av gjengen og ha hvilken som helst form eller varierende dybder, kan det resterende parti av gjengen benyttes til å danne innvendig og utvendig trykktetning (for eksempel ved dannelse av én eller flere uregelmessigheter på gjengen). I en slik utførelse ville en gjengetetning være tilstede hvor én eller flere uregelmessigheter er passende plassert bort fra ethvert avspenningsspor.

I én utførelse kan uregelmessighetene som er vist i figurer 8 og 9 brukes i stedet for avspenningssporene som fremlegges av Enderle. Periodisk eller indusert gjengedrukkenskap som vist i figurer 8 og 9 resulterer i små, atskilte lommer med redusert kontakttrykk eller åpninger langs gjengene. Avspenningssporene som fremlegges av Enderle fungerer i stor grad ved å tilveiebringe en utgang for overskudds gjengesmøremiddel. Som et alternativ kan de atskilte lommer tilveiebringe steder hvor smøremiddelet kan samles i forbindelsen heller enn å forlate forbindelsen. Den foreliggende oppfinner mener at innfanging av smøremiddel med jevne mellomrom mellom uregelmessigheter med økt kontakttrykk kan gi en forbedret gjengetetning. Videre vil det å ha innfanget smøremiddel sikre at tilstrekkelig smøring er tilstede i forbindelsen for å hjelpe til ved frakopling av rørene etter bruk.

Som omtalt ovenfor opptrer periodiske variasjoner fra nominelle dimensjoner naturlig (”naturlige variasjoner”) under fremstillingsprosessen. Selv om fremstillere tar forskjellige skritt for å minimere naturlige variasjoner, forekommer noen variasjoner fra nominell, og de er akseptable hvis de er innen en ønsket toleranse. Fordi de naturlige variasjoners eksakte plassering og utstrekning er ukjent under fremstilling, kan det være ønskelig at uregelmessighetenes størrelse velges slik at fordeler trekkes på tross av uregelmessighetenes plassering i forhold til naturlige variasjoner. For eksempel hvis et særskilt maskineringsoppsett (for eksempel maskin, verktøymaskin, fastspenningsapparat, material, delers dimensjoner) har en typisk forekomst av naturlige variasjoner i størrelsesorden cirka /- 0,25 mm (0,001 tomme). For å sikre at noe nytte av uregelmessighetene er tilstede i forbindelsen (heller enn å kanselleres ut av de naturlige variasjoner, kan uregelmessighetenes størrelse velges å bli omkring det dobbelte (det vil si /- 0,5 mm (0,002 tomme)) av de naturlige variasjoners størrelse.

Forbindelsens karakteristika kan påvirke den ønskede størrelse av uregelmessighetene. Ideelt, når en metallisk tetning dannes (for eksempel en gjengetetning) gnis overflatene som kommer i kontakt over en kort distanse og forårsaker ”sliping” av overflatene. Slik det brukes heri, betyr ”sliping” en lett polering eller glatting av overflatene. Hvis overflatene er i kontakt over en for stor lengde og med for stort kontakttrykk kan riving forekomme. Riving skjer når smøremiddelet forskyves fra mellom overflatene når glidende kontakt fortsetter og resulterer i en økt friksjon og varmeoppbygging. For å unngå uønsket riving, bør uregelmessigheter gis en størrelse som hindrer forlengede lengder av glidende kontakt under tiltrekking. For å danne en gjengetetning er kontakttrykk mellom samvirkende overflater (for eksempel lastflanker, entreflanker og røtter og kammer) typisk fra cirka 25% til cirka 100% av materialets plastisitetsgrense. Lukkede gjengeformer (for eksempel svalehalegjenger) tillater vanligvis at kontakttrykket ligger mot den høyere del av området. Ideelt dannes en gjengetetning ved at overflater kommer sammen over en kort distanse med kraftig økning i kontakttrykket og slutter med kontakttrykk innen virkningsområdet for dannelse av en gjengetetning.

Konisiteten i en konisk gjenge er en parameter som kan påvirke den ønskede størrelse på uregelmessigheten. Hovedsakelig bestemmer konisiteten hvor ”raskt” overflatene kommer i kontakt med hverandre. Generelt tillater høyere konisitet større uregelmessigheter enn mindre konisitet. I én utførelse kan størrelsen av uregelmessigheten velges å bli mellom cirka 0,1 og cirka 0,2 ganger konisiteten. Hvis for eksempel konisiteten (forskjell mellom laststigningen og entrestigningen) er omkring 0,5 mm (0,020 tomme), ville den ønskede størrelse på uregelmessigheten være mellom cirka 0,05 mm (0,002 tomme) og cirka 0,1 mm (0,004 tomme).

En annen faktor å ta hensyn til ved valg av uregelmessigheten er materialet som kan påvirke følsomheten for riving. CRA er for eksempel mer tilbøyelig til riving enn karbonstål. Derfor ville en forbindelse som er laget av CRA (forutsatt alle andre parametere holdes konstant) være mer utsatt for riving av gjengene enn en forbindelse laget av karbonstål som har den samme størrelse uregelmessigheter. For å hindre riving, kan forbindelser laget av CRA ha mindre uregelmessigheter.

Mens oppfinnelsen er blitt beskrevet med hensyn på et begrenset antall utførelser, vil fagfolk som har fordel av denne fremleggelse oppfatte at andre utførelser kan uttenkes som ikke avviker fra omfanget til oppfinnelsen som fremlagt heri. Følgelig bør oppfinnelsens omfang bare begrenses av de vedheftede krav.

Claims (11)

Patentkrav

1. Gjengeforbindelse som omfatter:

et hannelement (101) som omfatter en hanngjenge som har en hanngjengekam (222), en hanngjengerot, en hannlastflanke (154; 226) og en hannentreflanke (157; 232); et hunnelement (102) som omfatter en hunngjenge som har en hunngjengekam (291), en hunngjengerot, en hunnlastflanke (155; 225) og en hunnentreflanke (158; 231); en hann-neseklaringsåpning (307);

en hunnflateklaringsåpning (309); og

en midtgjengeklaringsåpning (308);

hvor hannentreflanken, ved én ende av midtgjengeklaringsåpningen, har en uregelmessighet tildannet på seg, og, ved en annen ende av midtgjengeklaringsåpningen, hunnentreflanken har en uregelmessighet tildannet på seg,

hvori ved tiltrekking av hannelementet i hunnelementet, midtgjengeklaringsåpningen har en mindre klaringsåpning enn både hann-neseklaringsåpningen (307) og hunnflateklaringsåpningen (309).

2. Gjengeforbindelse ifølge krav 1, hvor hanngjengen og hunngjengen er koniske gjenger.

3. Gjengeforbindelse ifølge krav 1, hvor hanngjengen og hunngjengen er friløpende gjenger.

4. Gjengeforbindelse ifølge krav 1, hvor den reduserte klaringsåpning er mindre enn 0,13 mm.

5. Gjengeforbindelse ifølge krav 1, hvor den reduserte klaringsåpning er mellom cirka 0,076 mm og 0,051 mm.

6. Gjengeforbindelse ifølge krav 1, som videre omfatter:

et spor tildannet på bare et parti av minst én av hanngjengeroten og hunngjengeroten, hvor den minst ene uregelmessighet er selektivt plassert for å danne en gjengetetning ved et sted borte fra sporet.

7. Fremgangsmåte for å tildanne en gjengeforbindelse som omfatter et hannelement og et hunnelement, hvor fremgangsmåten omfatter:

å tildanne en uregelmessighet på en hannentreflanke; og

å tildanne en uregelmessighet på en hunnentreflanke;

hvor uregelmessigheten på hannentreflanken og uregelmessigheten på hunnentreflanken sammen danner en midtgjengeklaringsåpning (308).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, som videre omfatter å tildanne en gjengetetning ved stedet hvor minst én av uregelmessigheten på hannentreflanken og uregelmessigheten på hunnentreflanken befinner seg.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor minst én av uregelmessigheten på hannentreflanken og uregelmessigheten på hunnentreflanken strekker seg over minst én hel deling av minst én av hanngjengen og hunngjengen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor den videre omfatter å redusere midtgjengeklaringsåpningen mellom hanngjengen og hunngjengen til mellom cirka 0,13 mm og 0,05 mm ved stedet hvor minst én uregelmessighet befinner seg.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor den videre omfatter å redusere midtgjengeklaringsåpningen mellom hanngjengen og hunngjengen til mellom cirka 0,076 mm og 0,05 mm ved stedet hvor minst én uregelmessighet befinner seg.