專利名稱：管的螺紋接頭的制作方法
按照本發(fā)明的管的螺紋接頭涉及石油及天然氣礦藏的勘探或開采用的管或套管的制造工業(yè)中所使用的管，以及任何可能遇到相同問題如地?zé)岬膽?yīng)用場合使用的管。
由于必須保證管，一般是金屬管的端部之間連接的密封性，所以會遇到許多困難。
最常用的管接頭具有錐螺紋，錐螺紋只要很少幾圈就可以獲得穩(wěn)定的旋緊，且機(jī)械強(qiáng)度高，且沒有螺紋松脫的危險。
另一方面，由于高壓下的石油或天然氣容易沿螺紋存在的間隙流通，因而上述螺紋不能保證接頭的密封。使用帶有不同類型的細(xì)固體顆粒的油脂只能延遲上述泄漏，但并不能消除之。
另一方面，大家知道，可以借助在每個接合件上加工出的環(huán)形抵接和支承表面區(qū)域來實(shí)現(xiàn)密封，通過旋緊使金屬間密封接觸，這會伴隨出現(xiàn)彈性變形問題。已經(jīng)知道有許多帶有陰、陽螺紋件的接頭的實(shí)施例，它們可以獲得金屬件之間密封連接的特別好的性能。這樣的實(shí)例可見專利申請EP—0488912A3中描述的接頭。錐形陽螺紋件具有一個由凹形錐面形成的抵接區(qū)，它可抵接一個凸形錐面；鄰近陽抵接面的一個錐形凸形支承面區(qū)域同時抵接錐形凹表面。
按照EP488912，一導(dǎo)向面可以避免陽支承面經(jīng)常損壞的危險，例如當(dāng)陽件插入陰件時在陰螺紋中會造成陽支承面的劃傷。
用這種方式制成的接頭，雖然具有良好的密封性，但是其缺陷是需要顯著的容差。
已經(jīng)提出的其它方案尚未完全令人滿意。
專利申請EP0027771A1描述了一種利用一套筒的管接頭，其中，兩陽件的前緣在套筒中相互抵接。另外，上述前緣設(shè)有凹錐形已設(shè)有錐形凹形狀，其有利于陽件端部的膨脹，從而使陽件抵接套筒的內(nèi)壁，套筒的中央?yún)^(qū)域是圓筒形的。該專利描述了可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改進(jìn)的各種具體形狀，一方面的改進(jìn)在于在上述前緣上的接觸密封性，另一方面的改進(jìn)在于在套筒的圓筒形壁和相對于鄰近上述前緣的陽件的側(cè)面之間的接觸密封性。
這種接頭有效地減小了套筒的厚度，簡化了其內(nèi)部的機(jī)加工工藝，但是它至少具有兩大缺陷，其一，在旋緊其側(cè)緣時，最好呈錐形的抵接面會塑性變形，而且反復(fù)旋緊和松開螺紋會加劇上述變形，破壞抵接的密封，也破壞在套筒上的側(cè)向支承面的密封；其二，在長柱形管的情況中，由于其重量引起的軸向拉應(yīng)力可能削弱或破滅抵接接觸，同時，這也影響到套筒上的側(cè)向支承面，因而當(dāng)?shù)纸幼饔孟r，陽件端部區(qū)域所施加的徑向壓力也會消失。
專利申請GB2146085A描述了一種用于高壓、蒸汽、天然氣或石油的管的螺紋接頭。
該專利申請重復(fù)了專利申請EP27771的基本特征。在該申請中，由于在套筒內(nèi)兩陽件的錐形凹形狀，兩陽件的前緣通過其外緣抵接。充分旋緊時，這些前緣在內(nèi)部方向形成的V形開口同時閉合，這是由于存在膨脹和在套筒中央?yún)^(qū)域內(nèi)壁上的抵靠的緣故。
象在EP27771中的情形一樣，抵接區(qū)域包括一個第一密封區(qū)，以及旋緊與套筒內(nèi)壁的抵接形成的徑向接觸構(gòu)成一個第二密封區(qū)。肩部可以限制每一陽件在套筒內(nèi)的軸向位移。
按照上述英國專利申請的接頭實(shí)際上具有與上述歐洲專利申請相同的優(yōu)點(diǎn)和相同的缺點(diǎn)。
即使用倒圓的邊緣來替代錐形的凹邊緣，實(shí)際上也不能避免在前緣相互旋緊過程中前緣的咬住和塑性變形現(xiàn)象。另外，似乎很難實(shí)現(xiàn)充分的和可以再現(xiàn)的徑向位移以填充在套筒壁和鄰近前緣相應(yīng)的陽件的壁之間的空隙。
在這種情況下，如果管柱作用的拉力過大，上述第一和第二密封區(qū)都會完全失去其密封性能。
對于保留減小厚度的套筒如上面最好提到的兩份文件中描述的套筒的優(yōu)點(diǎn)的可能性已經(jīng)進(jìn)行了研究。這些優(yōu)點(diǎn)實(shí)際上是消除了過量跟部的效果，在上述EP488912等文件中描述的抵接和支承面是在上述跟部中加工的。
對于低成本地生產(chǎn)雙重密封的接頭(一方面是靠抵接，另一方是靠支承面密封)的可能性，從原理上進(jìn)行了研究，這就是在接頭中由于抵接的松釋尤其是管柱的大的重量造成的抵接松釋不應(yīng)直接影響支承面密封的水平。
由于反復(fù)周期性地松開和旋緊陽件，接頭陽件前緣之間金屬對金屬接觸質(zhì)量會迅速惡化，為避免出現(xiàn)這種危險已進(jìn)行了研究。
對第二密封區(qū)的建立地進(jìn)行了研究，為了便于機(jī)加工，限制了其軸向長度，第二密封區(qū)并不需要顯著增加套筒厚度，這是由于在第二密封區(qū)取得的密封的程度，在陽件的前緣之間抵接接觸的可能松釋過程中，并不以可以注意到的方式改變。
對于兩個陽件在套筒內(nèi)相互抵接時形成精確的和可以再現(xiàn)的軸向安置方面產(chǎn)生的問題也作了研究，以便能夠以可靠的和可以再現(xiàn)的方式解決上述問題，同時避免不充分或過度相對旋轉(zhuǎn)陽件而引起擰緊方面的危險。
按照本發(fā)明的管的螺紋接頭包括一個套筒，其兩端設(shè)有陰螺紋室，其適于接納兩根必需接合的管的陽螺紋端件。每個上述陽件的端部包括一個端面，其內(nèi)緣可以包括一圓角或鈍角。在確定每個陽件無螺紋的這個端部區(qū)域的軸向長度時，要使其端面當(dāng)這些陽件完全旋入其各自的陰螺紋室時可相互抵接。上述兩抵接面之間的緊密接觸最好構(gòu)成金屬間的密封接觸。在上述接觸形成之前先有另一種密封的金屬間接觸，它是在每個陽件的端部區(qū)域(最好鄰近端面)的周壁的一個環(huán)形區(qū)和套筒的內(nèi)壁的相應(yīng)環(huán)形區(qū)之間的接觸。上述兩環(huán)形區(qū)具有錐形面，其母線傾斜于套筒的軸線。錐形面的母線最好與軸線形成5°—25°角，且最好在其中央?yún)^(qū)域相互平行，但是，這些錐形面在其端部可具有與相鄰壁連接的曲面。這些錐形面的方向，使其越接近套筒的中央直徑越小。這些錐形面的位置和尺寸使得每個陽件的錐形面在旋緊過程中與套筒的相應(yīng)的陰表面接觸，這兩個表面之間的干涉形成一個錐形支承面，即金屬間密封面。上述支承面在說明書或權(quán)利要求書中可以稱為支承面或密封面。
上述錐形支承密封面母線的長度最好大約為0.5—5mm。這些錐形支承面的密封特性取決于所達(dá)到的應(yīng)力水平，涂覆層的表面狀態(tài)和特性和/或所使用的潤滑劑。當(dāng)所生產(chǎn)的接頭在其使用過程中要承受多次旋緊和旋松循環(huán)時，上述涂覆層和/或潤滑劑起著特別重要的作用。
使用具有很短母線的錐形支承面得益于每個陽件在套筒中精確的軸向定位，使兩管的端部抵接面在接頭旋緊的過程中可以嚴(yán)格地、再現(xiàn)地定位在接頭幾何形狀產(chǎn)生最大有效性的位置上。也就是說，在相對于套筒的中央平面精確限定的公差區(qū)域以內(nèi)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，在套筒和管上采用了肩部止動系統(tǒng)，在套筒上其最好設(shè)置在陰密封面附近。在套筒上的肩部最好有2個，其位置與套筒的中央平面等距。但是螺紋接頭也可以只具有在套筒的相應(yīng)于旋緊一個陽件的接合側(cè)的一個肩部。每一個上述肩部具有一個環(huán)形止動面，其朝向與相應(yīng)陽件向前移動方向相反。每個陽件本身具有一個肩部，其設(shè)有一個與套筒的環(huán)形止動面相應(yīng)的環(huán)形止動面，使其前進(jìn)受到套筒相應(yīng)肩部的阻擋。當(dāng)有兩個肩部止動于套筒上時，兩陽件的環(huán)形止動面分開的軸向距離，當(dāng)這兩個陽件處于抵接位置時，要受到機(jī)加工公差的影響，使其稍大于固定在套筒上的肩部的環(huán)形面之間的間隙，因此，在正常工作條件下，當(dāng)兩陽件的端面相互抵接時存在一定的間隙。
因此，上述肩部不能防止兩陽件的抵接。
按照本發(fā)明的接合的一個實(shí)施例包括旋入第一陽件，直至兩錐形密封面形成干涉，然后第一對肩部阻止前移。此時，第一陽件的端面稍許伸過套筒的中央平面。再旋入第二陽件，直至兩錐形密封面形成干涉，然后兩管的端面抵接。如果繼續(xù)，則第一陽件稍有彈回，而對錐形面的密封無不良影響，然后由第二對肩部止動。上述操作方法可以保證在最佳條件下旋下，在抵接兩管的端面的情況下有一定的密封程度，重要的是在錐形密封面上有極好的密封。
為了獲得最佳效果而無過度擰緊抵接的危險，只要精心控制肩部需要的間隙就可以了，其目的不是產(chǎn)生附加密封，而是使接頭可精確定心。一般來說，接頭的幾何形狀的計算要考慮到制造公差，當(dāng)接頭在正常條件下裝配時，第二陽件不會受到第二對肩部的阻礙。在上述條件下，只使用位于套筒一側(cè)的環(huán)形止動面。這樣，為了實(shí)用的目的，可以使用只在一側(cè)具有一個環(huán)形肩部止動器的套筒。雖然在這種情況下，只有旋入設(shè)有一個止動肩部的套筒陰螺紋室中的陽件必須設(shè)有相應(yīng)的止動肩部，但是，在套筒未設(shè)止動肩部一側(cè)的幾何形狀最好使陽件的端部可以旋入，而不管其是否設(shè)有止動端部。在所有陽管的端部上可設(shè)置止動肩部，不過，套筒在一側(cè)配備有一個止動肩部。在一個推薦的方式中，當(dāng)套筒只在一側(cè)有一肩部時，在工廠或車間中，可將一相應(yīng)陽管端旋入套筒設(shè)有肩部的一側(cè)中并定位而形成螺旋接頭，而另一陽管端在現(xiàn)場旋入并定位以完成裝配。但是，為了實(shí)用的原因，推薦的方案是，套筒的加工包括兩個對稱的止動肩部，這樣的套筒可以從任一側(cè)使用，兩肩部之間分開的距離的計算按照上述方式進(jìn)行。
位于每個陽件端部的端面可以是平的，也可以不是平的。當(dāng)它是平的時候，端面垂直于管的軸線。它也可以相對于垂直于軸線的平面有稍許錐度，例如幾度或不足一度，或者也可具有其它形狀。兩陽件的兩個端面在旋入位置上的共同抵接面最好是平的，且垂直于套筒的軸線。上述垂直于軸線的共同抵接平面可以由每個陽件的垂直于軸線的平端面取得，或者也可以由具有與軸線的垂面有小傾角的錐端面彈性變形取得，上述錐端面在接觸壓力下，連同陽件端部的變形共同形成一個共同抵接面，在旋緊位置，該共同抵接面是平的，且垂直于套筒的軸線。
螺紋可以是錐螺紋，在這種情形中，螺紋在接合位置時構(gòu)成正或負(fù)或零干涉，或者螺紋可以是圓柱形的。在錐形螺紋的情形中，最好形成正干涉，這種螺紋當(dāng)處于旋緊位置時可保證陽螺紋和陰螺紋之間的徑向連接。
關(guān)于止動肩部，從實(shí)例中可以看出，可能有若干位置。雖然推薦最接近的位置，但是這些肩部可以分隔開來設(shè)置，例如，將其沿著陽螺紋和陰螺紋的中間設(shè)置。這些螺紋可以是圓柱形的，可有不同的直徑，由構(gòu)成止動肩部的環(huán)形面分開。
形成按照本發(fā)明的接頭的一個特別有利的實(shí)施例可以使陽件的凸錐形面和套筒的相應(yīng)凹錐形面之間形成的金屬間的密封得以保持，而不管工作中的極端條件和松開再旋緊循環(huán)的次數(shù)如何。
按照這個具體實(shí)施例，每個凸錐形面通過其大直徑端連接于一個最好呈圓柱形的表面上，這樣可保證通過一復(fù)曲環(huán)形連接面與一個陽止動肩部的連接。
在這種情況下，凸錐形面的母線宜為1—5mm，最好長度為2±1mm，與軸線的傾角為5°—25°。復(fù)曲連接面的母線具有一個1—25.4mm，最好為4—8mm的半徑。該母線的弧度角，在與一圓柱形面連接處，等于凸錐形面的傾角。凸錐形面在其小直徑端連接在陽件的端面上，最好是借助一復(fù)曲面連接，其母線的半徑基本小于前述尺寸。
由于套筒的凹錐形面必須與陽件的凸錐形面相配合，因而它具有相同度數(shù)的母線傾角，但是長度稍大一些。其上端直徑大于凸錐形面相應(yīng)端的直徑，并借助一個最好為圓柱形的表面連接在陰止動肩部上。
已經(jīng)注意到，通過適當(dāng)選擇凹、凸錐形面的尺寸和傾角及凸錐形面連接于面向上的圓柱形面的主半徑和該凸錐形面連接于端壁的副半徑，在旋入每個陽件的擰緊過程中，上述兩表面相互壓迫的應(yīng)力可得到更好的分布。
特別還注意到，在旋入凸、凹錐形面以后，最大的擰緊應(yīng)力作用在凸錐形面大直徑端區(qū)域和較窄的凸面壓靠的凹錐形面之間。按照陽件和套筒的共同軸線旋入陽件端部時的位移使增大壓力的這個區(qū)域沿著凹錐形面滑動，并將磨損和劃傷分布在套筒的涂覆有保護(hù)層的一部分表面上。
在保護(hù)層的較寬區(qū)域上的磨損和劃傷的分布使其壽命顯著延長，延緩了金屬剝除的危險。與此相反，未作保護(hù)的凸錐形面的局部磨損和劃傷并沒有相同的危險。如前所述，陽件和套筒的端部區(qū)域的幾何形狀經(jīng)調(diào)整，當(dāng)陽件的端面達(dá)到套筒的中央平面(位于兩個陰螺紋室之間)時，使在兩錐形面之間的緊固可保證極好的金屬間密封。這種密封可以通過兩陽件在上述中央平面附近的前端相互壓緊而保持。如上所述，在套筒每側(cè)成對的陽、陰止動肩部的位置的確定，使得相應(yīng)的止動面不能在套筒的每側(cè)進(jìn)入接觸。實(shí)際上，在這些對止動面之間的整個間隙調(diào)整在大約0.1—0.5mm。套筒可以只有一個止動肩部。在這種情況下，凹錐形面的螺紋側(cè)即上端被一個形狀適于陰螺紋的表面連接。在止動肩部和陰螺紋開始部分之間產(chǎn)生的空間中最好設(shè)有一環(huán)形空間，以便可以在加工陰螺紋時引入或除去機(jī)械工具。
現(xiàn)對照以下附圖以非限定的方式描述按照本發(fā)明的金屬管螺紋接頭的特征及其具體實(shí)施例。


圖1是按照本發(fā)明接頭的剖面圖，只畫出軸線上方的部分。
圖2是圖1所示接頭在未擰緊前的中央?yún)^(qū)域的剖面圖。
圖3是圖2所示中央?yún)^(qū)域擰緊后的剖面圖。
圖4是按照本發(fā)明的具有抵接肩部的接頭的剖面圖。
圖5是按照本發(fā)明的，具有設(shè)置在不同直徑螺紋段之間的肩部的接頭的剖面圖。
圖6是按照本發(fā)明的具有錐形密封面的接頭的剖面圖，其中，凸錐形面向上延伸有一個復(fù)曲面。
圖1表示按照本發(fā)明的螺紋接頭1的剖面。圖中軸線X1—X1是接頭軸線，只畫出了接頭的上半部。
接頭1包括由兩金屬管(未畫出)的端部構(gòu)成的陽件2，3。陽件2，3具有與套筒10的陰室8，9的相應(yīng)螺紋6，7嚙合的錐形螺紋4，5。這些螺紋最好與軸線X1—X1具有大約2.5—10％的斜度，且最好為已知的具有正干涉的類型，從而保證在擰緊位置陽件和陰室之間無間隙的徑向連接。
每個陽件2，3的環(huán)形端面具有垂直于每個陽件軸線的環(huán)形平面，陽件軸線在擰緊后與X1—X重合。
圖2和3放大地示意表示接頭1中央?yún)^(qū)域13的剖面。在圖2的情形中，陽件2，3還未達(dá)到室8，9的底部。每個陽件具有基本呈錐形的周面1 4，15，陽件在端面11，12處接合。因而14，15是凸錐面，其軸線是陽件的軸線，與軸線X1—X1重合，在其頂點(diǎn)具有5°～25°的半角。該表面的母線長度是上述角的函數(shù)，也是接頭直徑的函數(shù)?？梢钥闯觯總€錐形面14，15在其小端與端11，12連接，其大端與由垂直于軸線X1—X1的環(huán)形平面構(gòu)成的止動肩部16，7連接，上述平面與陽螺紋的小直徑端連接。止動肩部16，17和凸錐形面14，15之間的距離最好不大。如圖2所示，套筒10包括一個垂直于軸線X1—X1的對稱面，其按照X2—X2平分圖2?？梢钥闯觯诒纠刑淄矁?nèi)壁包括一個窄的環(huán)形區(qū)18，它是圓柱形的，由X2—X2平分。這種圓柱形區(qū)18在其它種類的實(shí)施例是沒有的。在區(qū)18的兩側(cè)接有基本呈凹錐形的表面19，20，其軸線為X1—X1，其小端相反，且對稱于線X2—X2。表面19，20的母線與軸線X1—X1傾斜大約5°～25°，該傾角等于或基本等于凸錐形面14，15的傾角。錐形面的小、大端直徑與錐形面19，20的小、大端直徑在確定時應(yīng)使得陽件2，3在陰室8，9中完全旋入，端面11，12在線X2—X2的平面附近抵接之后，每個上述錐形面相互接觸對應(yīng)的表面。
圖3示意地表示當(dāng)陽件2，3旋入直至端面11，12在線X2—X2的平面附近抵接時發(fā)生的干涉現(xiàn)象。虛線14A和15A表示凸錐面的母線14，15如果不與凹錐形面19，20接觸將達(dá)到的位置。
大家知道可在密封表面避免咬住現(xiàn)象，另外如果必要，在螺紋上可利用化學(xué)處理，如用Zn或Mn的磷化處理，或者鍍上Cu，Ni等金屬層，或者其它表面處理。也可以單獨(dú)地或與上述表面處理一起使用各種潤滑劑如油脂或油。
在圖1—3所示的情形中，在止動肩部21，22和相應(yīng)的陰螺紋6，7之間，在套筒內(nèi)設(shè)有自由環(huán)形空間23，24。如必要，這些空間用于接納過剩的油脂并避免壓力的增加，從而在相繼的擰緊和松釋循環(huán)中有助于接頭的潤滑并保持良好的狀態(tài)。這些空間也用作機(jī)加工中退出加工刀具。
特別是設(shè)有止動肩對16—12和17—22，使接頭的接合特別有效率。接合時首先將第一陽件2旋入相應(yīng)的陰室8，直至檢測到擰緊轉(zhuǎn)矩突然中止增大，由于兩相應(yīng)止動肩部16—21接觸而阻止前進(jìn)。一般來說，當(dāng)?shù)谝魂柤M(jìn)入套筒過程中端面11稍許超過線X2—X2的平面。然后，旋入第二陽件，在擰緊過程中，由于螺紋5—7和錐形面15—20的干涉，可注意到轉(zhuǎn)矩值的首次增大，然后是端面11，12的抵接。在第二陽件稍許推回第一陽件的端面11，在擰緊位置，兩端面11—12位于與線X2—X2的平面形成小間隙“e1”的一個平面上?？紤]到公差和旋緊轉(zhuǎn)矩的因素，可能出現(xiàn)兩端面11—12在擰緊位置處于與X2—X2的平面重合的位置的情況。在接頭擰緊位置，在第二陽件的陽肩部17和陰肩部22表面之間可以觀察到一個小間隙“e2”，見圖3，而第一陽件的陽肩部16和陰肩部21的表面是相互接觸的。
由于使用了這種接頭，可以肯定產(chǎn)生兩個金屬間連接，第一個是在端面11—12處，第二個是在錐形支承面14—19，15—20處，其具有最可靠的密封程度。已經(jīng)注意到，在第二次擰緊后，第一對肩部稍許松釋，但如上所述，第一對肩部16—21仍保持基本的接觸。
圖4表示圖1—3所示接頭接合時的變型。圖4的變型包括使止動肩部最大程度地靠近。
如圖所示，兩個陽止動肩部31，32被包括在凸錐形密封面33，34的小端和陽件37，38的端面35，36之間，可以看出，套筒41的止動肩部39，40之間的距離等于或稍大于圖2和3中所示的圓柱形區(qū)18的長度。因此，圓錐形密封面42，43的位置實(shí)際上是不變的，因而這種接頭的使用狀態(tài)是不變的。同樣，當(dāng)擰緊時，如圖4所示，在肩部32—40間有一個小間隙“e3”，當(dāng)端面抵接時，抵接面與線X2—X2的平面形成一個小間隙“e4”。
圖5表示性能的另一種類型，按照這種變型，兩處使用圓柱形螺紋以替代錐形螺紋。如圖5所示，套筒51被局部切去，止動肩部在能保證兩處陰、陽螺紋連接的區(qū)域位于每個陽件如54處和陰室57處。陽和陰螺紋在陽件54和56的兩處52，53，在陰室57的56處。
每個陽件如54的兩個螺紋部分的直徑變化形成了構(gòu)成陽止動肩部如58和陰止動肩部如59的環(huán)形表面。接頭的其它特征沒有變化。
實(shí)施本發(fā)明使用的螺紋可以為任何種類的螺紋如圓錐或圓柱螺紋，也可是任何形狀的，如帶有具有正或負(fù)角的負(fù)載凸緣的偏梯形螺紋。它們可以包括一個或二個水平，這種情況下，肩部可設(shè)在不同于圖5所示的位置上。
圖6示意地表示按照本發(fā)明的管的組件，它可以進(jìn)一步增加對密封表面的磨損和劃傷的耐受力，以便進(jìn)一步改善在使用中多次松釋再擰緊的循環(huán)過程中的性能。
圖6放大地表示接頭套筒61的剖面，它具有兩陰室如62，其設(shè)置在垂直于套筒61軸線的對稱平面X3—X3的兩側(cè)，只畫出了軸線上方的剖面部分和位于對稱面X3—X3左側(cè)的兩陰室之一。
在機(jī)加工后，套筒經(jīng)過表面處理如磷化處理以改善對磨損和腐蝕的耐受能力。
圖6表示一陽件63的端部區(qū)域，它局部地旋入螺紋室62中，處于凸、凹錐形密封表面64—65接觸之前的狀態(tài)。
凸錐形密封面64的母線與陽件縱軸線傾斜大約13°，陽件縱軸線與套筒軸線重合。該母線大約2mm長，從其大直徑端部66延伸有復(fù)曲連接面，其母線67為一圓弧α，其張角大約為13°，半徑大約為4mm，上述復(fù)曲面與錐形面66相切。一圓柱形表面，其不必與復(fù)曲面相切，母線標(biāo)號為68，它可保證復(fù)曲面67和陽止動肩部69之間的連接。凸錐形面的小直徑端70借助圓角72與垂直于陽件縱軸線的環(huán)形端面71相連接，圓角72基本呈錐形并帶有小半徑。
凹錐形面65最好比凸錐形面64長，其上端73的直徑大于凸錐形表面端部66的直徑。端部73借助圓柱形表面74連接著陰止動肩部75。在該止動肩部上方，在開如陰螺紋區(qū)之前，最好設(shè)置一個無螺紋區(qū)76，在機(jī)加工中，無螺紋區(qū)可用于引入和退出機(jī)加工刀具，該環(huán)形區(qū)域的長度最好至少為螺紋節(jié)距的1.5倍。
圖中虛線輪廓表示恰好在肩部69—75接觸前陽件在陰室內(nèi)的位置，此時環(huán)形端面71處于中央平面X3—X3。還可以看出，兩錐形面64，65之間的金屬間密封接觸的形成是在端面71到達(dá)中央平面X3—X3之前。還可以看出，兩錐形面64，65的會合伴隨著凸面64在凹面65上的向下滑動，同時，凹面65回跳，凸面64變壓，如虛線64.1所示，這表現(xiàn)了當(dāng)端面達(dá)到平面X3—X3時，相互接觸的錐形面64，65所處位置的情況。
如前所述，計算和經(jīng)驗(yàn)表明，兩錐形面64，65之間的最大壓力最好處于凸錐形面鄰近于復(fù)曲面67的大直徑區(qū)域66內(nèi)。該區(qū)域在凹錐形面66上的滑動，借助磨損和劃傷區(qū)的擴(kuò)展和保護(hù)層，限制了磨損和劃傷的發(fā)生。
在錐形面上可取得極好的密封，這種密封可以特別好地耐受反復(fù)地擰緊和松釋操作。
對上述實(shí)施例可作各種修改和變化而并不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.金屬管的螺紋接頭，它包括一個設(shè)有兩個陰螺紋室(8，9，57)的套筒，兩根金屬管的陽件(2，3，37，38，54)可借助螺紋接合在所述陰螺紋室中，每個所述陽件在其端部具有一個無螺紋抵接區(qū)，終止于一個端面(11，12，35，36)，其特征在于在擰緊位置，陽件的端面相互抵靠，且形成金屬間的接觸，每個陽件鄰近于具有一凸錐形面(14，15，33，34)的無螺紋圓周區(qū)域以陽件的軸線作為其軸線，上述錐形凸表面，當(dāng)完全旋入時，適于以正干涉接觸所述陰螺紋室的凹錐形面(19，20，42，43)，從而形成密封的金屬間支承面，止動肩部使陽件可以精確地軸向定位，因此，所述端面在其抵接的、擰緊位置上處于一個相關(guān)于套筒的中央平面精確限定的公差區(qū)域內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于每個陽件的端面是平的且處于垂直于陽件軸線的平面內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的螺紋接頭，其特征在于在套筒兩側(cè)的陰螺紋室中都設(shè)有所述止動肩部，呈環(huán)形止動面的形式，其定向與相應(yīng)陽件前移的方向相對，每個陽件具有相應(yīng)的環(huán)形面，其適于與陰螺紋室中的所述環(huán)形止動面配合工作。
4.如權(quán)利要求1或2所述的螺紋接頭，其特征在于所述止動肩部只設(shè)在套筒一側(cè)的相應(yīng)陰螺紋室中，呈環(huán)形止動面的形式，其定向與相應(yīng)陽件前移的方向相對，至少每個準(zhǔn)備旋入一個具有帶環(huán)形止動面的止動肩部的陰螺紋室的陽件具有一個適于與所述陰螺紋室的環(huán)形止動面配合工作的相應(yīng)環(huán)形面。
5.如權(quán)利要求4所述的螺紋接頭，其特征在于每個陽件具有一個用作止動肩部的環(huán)形面，并且同樣可以旋入具有或不具有環(huán)形止動面的陰螺紋室。
6.如權(quán)利要求3—5中任一項所述的螺紋接頭，其特征在于所述止動肩部包括在套筒陰螺紋室內(nèi)設(shè)在所述凹錐表面(19，20)和陰螺紋(6，7)的端部之間基本垂直于套筒軸線的平面上的環(huán)形面(21，22)，所述環(huán)形面適于抵靠所述凸錐形面(14，15)和陽螺紋(4，5)的端部之間的相應(yīng)陽件的壁上制成的相應(yīng)的環(huán)形面(16，17)。
7.如權(quán)利要求3—5中任一項所述的螺紋接頭，其特征在于所述陰螺紋室的止動肩部(39，40)位于所述凹錐形密封面(42，43)和套筒的中央?yún)^(qū)(X2—X2)之間，所述陽件(37，38)的止動肩部(31，32)位于端面(35)和凸錐形密封面(33，34)之間。
8.如權(quán)利要求3—5中任一項所述的螺紋接頭，其特征在于在螺紋在兩個水平上的情況下，陰螺紋室(57)的止動肩部(59)位地可保證螺紋的兩個水平之間的連接的區(qū)域內(nèi)，陽件(54)的兩個止動肩部位于陽螺紋的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)。
9.如權(quán)利要求3或6—8中任一項所述的螺紋接頭，其特征在于位于套筒兩側(cè)的止動肩部的間距是以下述方式指定的，即，當(dāng)它們在擰緊位置時，兩陽件的端面緊密相互抵接，且兩對止動肩部中的至少一對上留有小間隙。
10.如權(quán)利要求1—9中任一項所述的螺紋接頭，其特征在于在無螺紋端(63)陽件的周壁上形成的凸錐形面(64)的大直徑端(66)借助一個帶有復(fù)曲面形狀的環(huán)形接合面與一個連接表面(68)相連接。
11.如權(quán)利要求10所述的螺紋接頭，其特征在于在與凸錐形面(64)配合工作的套筒(61)的內(nèi)壁上形成的凹錐形面(15)，其大直徑端(73)的直徑大于所述凸錐形面的大直徑端(66)的直徑，且其母線平行于并長于所述凸錐形面的母線。
12.如權(quán)利要求1—11中任一項所述的螺紋接頭，其特征在于所述凸錐形面的母線長0.5—5mm且與陽件的軸線傾斜5°～25°角。
13.如權(quán)利要求1—6中任一項所述的螺紋接頭，其特征在于所述凸錐形面(64)的小直徑端通過半徑為0.2—1.5mm的復(fù)曲連接面(72)與所述端面(71)相連接。
14.如權(quán)利要求1—13中任一項所述的螺紋接頭，其特征在于在所述套筒內(nèi)，在每個室的無螺紋區(qū)中，一環(huán)形空間(76)鄰近于錐形螺紋的開始端以便能夠機(jī)加工螺紋。
15.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于兩陽件的兩上端面的共同支承表面在擰緊位置是平的且垂直于套筒的軸線。
16.如權(quán)利要求1—15中任一項所述的螺紋接頭，其特征在于所述陽件的和兩個陰螺紋室的螺紋是帶有正干涉的錐形螺紋。
17.如權(quán)利要求1—15中任一項所述的螺紋接頭，其特征在于陽件的和兩個陰螺紋室的螺紋是圓柱形螺紋。
18.如權(quán)利要求1—15中任一項所述的螺紋接頭，其特征在于陽件的和兩個陰螺紋室的螺紋是兩個水平的螺紋。
19.如權(quán)利要求1—18中任一項所述的螺紋接頭，其特征在于陽件的和陰螺紋室的螺紋是帶具有正或負(fù)角的負(fù)載凸緣的偏梯形螺紋。
20.在按照權(quán)利要求3或6—19中任一項的螺紋套筒和兩金屬管的兩陽件之間進(jìn)行接合的方法，其特征在于將第一陽件旋入一陰螺紋室直至檢測到擰緊轉(zhuǎn)矩的增加，此時兩相應(yīng)的止動肩部接觸而使前移停止，然后將第二陽件旋入陰螺紋室，直至兩陽件的端面相互抵接并作用所需要的擰緊轉(zhuǎn)矩，在擰緊結(jié)束時，在相應(yīng)于第二陽件的兩止動肩部之間留下一個小間隙。
全文摘要
本發(fā)明的接頭與生產(chǎn)石油管件或套筒所使用的金屬管之間的密封連接相關(guān)。這種接頭包括一個套筒(10)，它設(shè)有兩個適于接納兩管的陽件(2，3)的陰螺紋室(8，9)，兩陽件的端面(11，12)在套筒內(nèi)相互抵靠，一個靠近每個管的端面(11，12)的環(huán)形凸錐形區(qū)(14)以密封方式抵靠套筒的一個環(huán)形凹錐形區(qū)。止動肩部(16)保證每個陽件是定心。本發(fā)明的接頭應(yīng)用在石油工業(yè)及與地?zé)峄蛘羝嚓P(guān)的領(lǐng)域。
文檔編號E21B17/08GK1125303SQ9511728
公開日1996年6月26日 申請日期1995年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月13日
發(fā)明者蒂埃里·諾爾, 辻村琢也 申請人:瓦盧萊克石油天然氣公司, 住友金屬工業(yè)株式會社