專利名稱：管子用螺紋接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用螺紋連接的管子接頭或組件，并且涉及在工業(yè)上應(yīng)用的管子，特別是在管子生產(chǎn)輔助設(shè)備的管道系統(tǒng)中的管子所使用的組件或螺紋連接件，或者在探測或開采油井或氣井的作業(yè)中使用的套管的組件或螺紋連接件，以及出于任何目的在可能需要將管路或管子附件在例如地?zé)釓S或蒸汽廠中組裝起來的場合下所用的螺紋組件或連接件。本發(fā)明的螺紋組件在油井或氣井的套管中所用的金屬管的組件中是特別有用的，這在下面將進(jìn)行解釋。除了特定的情況之外，在本文中所用的術(shù)語-組件，接頭或連接件，具有相同的意義。當(dāng)談到管子時(shí)，它指任何類型的目前存在的或在工業(yè)上應(yīng)用的管子，管子部件或管子附件等，該類管子通常是金屬管子。
許多種用于石油或氣體輸送管子的組件，從機(jī)械特性和密閉性觀點(diǎn)來講，甚至在苛刻的使用條件下，都可以產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果。某些這類組件涉及使用在兩端設(shè)置有截頭圓錐體陽螺紋部分的管子，它利用有兩個相應(yīng)的截頭圓錐體陰螺紋部分的連接器組裝起來。這種方式的組裝件的優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)樵陉柭菁y部分和陰螺紋部分之間可以產(chǎn)生的確實(shí)過盈的存在，它可以把兩個組裝件變成剛性的。
然而，這些連接器的外徑大于相應(yīng)管子的外徑，并且當(dāng)這些組件用于套管管子時(shí)，要求鉆孔具有增大的直徑。在深度超過4000米深度的很深井的情況下，鉆井的第一套管柱的原始直徑，因而鉆井在地面附近的直徑，采用這些連接器時(shí)可能是采用其外徑稍稍大于相應(yīng)的套管柱的管子的細(xì)連接器時(shí)的兩倍那么大。
為了防止出現(xiàn)這些困難，可以采用不帶連接器或套筒的組件。此時(shí)，每個管子零件有一個陽螺紋端部和一個陰螺紋端部，組成一個細(xì)的組件。這些組件或連接件一般稱為整體組件或連接件，以有別于使用連接器或套筒的組件或連接件。
這種整體性的組件通常把對應(yīng)于陰螺紋那一端的管子直徑加以擴(kuò)張，而把對應(yīng)于陽螺紋的那一端的管子直徑加以縮小。這樣作是為了使管子在壁厚上有足夠的材料，以便確保連接管子的組件的幾何和機(jī)械強(qiáng)度。
還可以通過利用兩個連續(xù)部分的螺紋而不僅是一個部分的螺紋，同時(shí)從一部分到另外一部分的螺紋的尺寸有所變化，來進(jìn)一步加強(qiáng)陽-陰組件的強(qiáng)度。因此，美國專利4624488介紹了一種螺紋組件，它包括有不同螺紋直徑的兩個圓筒形螺紋部分，這使得它有可能將一個中央環(huán)形對接表面放在這兩個部分之間。該對接表面使得它可以作到螺紋的充分上緊，而同時(shí)又可避免螺紋的過分?jǐn)Q緊。在帶有負(fù)承載齒腹的螺紋的情況下，該對接表面就可以作到使這些螺紋擰緊在它們的負(fù)齒腹上，而這可以減小由于拉伸應(yīng)力作用而被拉脫開的危險(xiǎn)。而這拉伸應(yīng)力可能與強(qiáng)大壓力結(jié)合或不與其結(jié)合。
美國專利4570982描述了一種包括兩個螺紋部分的相似組件，其螺紋是圓筒形或截頭圓錐體形的。其螺紋的承載齒腹有一個負(fù)傾斜角，在螺紋部分之間的對接表面有在相反的方向上傾斜的母面。一個密封表面設(shè)置在每個鄰近中央對接表面的部分處，以便由于對接表面和負(fù)承載齒腹的聯(lián)合作用來確保金屬對金屬的緊密接觸。
在上述的兩個專利的案例中，兩個零件中每個零件在中央?yún)^(qū)域的壁厚，在其直徑是小的對接表面的一側(cè)，有由相鄰螺紋部分的螺紋高度進(jìn)一步減小的值。因此每個組件的零件有一個區(qū)域其臨界厚度與相應(yīng)零件的額定壁厚比較是減小了。
為了增加機(jī)械強(qiáng)度，一種減小在連接件端部的截頭圓錐體螺紋的高度的方法在英國專利GB1587836中有所介紹。在該專利的附圖6和7中，可見包括所謂退刀螺紋的螺紋端部。但是該專利不適于構(gòu)成細(xì)而高阻力的組件。
PCT專利申請WO93/18329描述了一種管子用螺紋組件，它通過利用一個穩(wěn)定的中央臺階而形成有一種密閉連接。該組件包括兩個彼此位移的截頭圓錐體螺紋，其中之一至少在其靠近中央臺階的端部有退刀螺紋。如圖5(A，B，C)或10(A，B，C)所示，每個中央臺階部分彎曲成環(huán)形鉤的形狀，該兩個環(huán)形鉤適宜彼此穿入。根據(jù)說明書的介紹，該相互穿入可以產(chǎn)生幾個金屬對金屬的連續(xù)的緊密密封，它在以后可以保持很好的密閉性。采用退刀螺紋由于減小了陽螺紋和陰螺紋咬死的危險(xiǎn)而方便組裝，并且還可以增加組件中兩個部件的每一個在中央?yún)^(qū)域附近的有用部分。
雖然在該P(yáng)CT專利申請中描述的中央臺階的特殊的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可能是用來起著對接和密封連接的雙重作用，但是經(jīng)驗(yàn)表明，這樣的部件要以滿意的方式實(shí)現(xiàn)這兩個作用是很困難的。事實(shí)上，如果希望在某一點(diǎn)處制止陽件向陰件內(nèi)部的前進(jìn)，以便防止過分?jǐn)Q緊，則對接表面必須首先有很高的強(qiáng)度。當(dāng)中央對接表面處于組件的兩個部件有大的橫截面的區(qū)域并且形成得可以使它們緊密地連接在一起時(shí)，則可以較為容易地達(dá)到這一結(jié)果。另一方面，要獲得良好的密封性，必須使接觸表面有彈性緊密接觸，因?yàn)?，否則的話，則會冒著僅僅通過彈性變形的方式來獲得密閉性的危險(xiǎn)。在本案中，在連續(xù)的擰緊和松開的過程中，連接件迅速地喪失其密封性能。該密封性能的喪失主要是由于表面受到磨損破壞這一事實(shí)。
上述的PCT專利申請指出采用潤滑劑，例如API潤滑劑，可以改善接頭的密封性能。但是這種類型的潤滑劑是有缺點(diǎn)的，特別是在溫度較高的情況下，可以在環(huán)形折疊的部位留下固體殘積物，如圖5(A，B，C)中所示。之后這些殘積物將妨礙鉤子的相互正確穿入。另外，在該P(yáng)CT文件中描述的螺紋組件利用了特定的螺紋形狀，特別是燕尾槽形式的螺紋，其制造和使用較這類用途的已知的標(biāo)準(zhǔn)螺紋更加困難和昂貴。
考慮到這些問題，本發(fā)明人調(diào)查了制造用于特別是石油輸送管子和經(jīng)常用于大深度鉆探的其它管子的細(xì)螺紋組件同時(shí)使其具有簡單和有效結(jié)構(gòu)的可能性。本發(fā)明人首先在阻止變形方面努力使中央對接結(jié)構(gòu)盡可能堅(jiān)固，以便容許精確地設(shè)定陽件向陰件前進(jìn)的深度。在組件的中央?yún)^(qū)域附近，本發(fā)明人努力為每個陽件和陰件獲得盡可能大的臨界壁厚，同時(shí)借助于其外徑接近或稍稍大于切制出組件的管子體的中央部分的組件。
使金屬對金屬的密封也能有效地阻止內(nèi)，外過壓，而特別是能夠在其整個長度上保護(hù)組件的螺紋以防止流體從內(nèi)側(cè)或外側(cè)滲入的可能性也進(jìn)行了研究。本發(fā)明人還研究了給予這些金屬間的密封所需要的彈性的可能性，以便盡管有從可能結(jié)合有或可能不結(jié)合有內(nèi)，外過壓的拉伸或軸向壓縮，甚至由于組件相對于其軸線彈性彎曲而產(chǎn)生的彈性變形，它們?nèi)钥梢员３制涿荛]性。
本發(fā)明人還探索了在經(jīng)過許多次擰緊和松開的循環(huán)以后保持這種密封的可能性。
最后，本發(fā)明人還探索了利用簡單的機(jī)械加工方法，同時(shí)容許組件以一次操作容易安裝達(dá)到所有這些結(jié)果的可能性。其中，中央對接表明不僅可以控制組件的機(jī)械上緊情況而且還能控制獲得密封性的條件。
本發(fā)明的目的在于提供能夠達(dá)到某些或全部上述結(jié)果的整體連接式管子用螺紋接頭。
本發(fā)明的用于連接兩個管子的螺紋接頭包括放置在欲連接的管子端部的一個陽件和一個陰件。陽件設(shè)置有外螺紋，陰件設(shè)置有與陽件的螺紋相對應(yīng)的內(nèi)螺紋。這些螺紋的每一個都包括兩個徑向位移的截頭圓錐體部分，每個零件的這兩個部分由一個環(huán)形對接表面分開。每個部分在其端部的每一端都設(shè)置有退刀螺紋部分。
有利的是，螺紋由其承載齒腹有負(fù)斜度的螺紋組成。
在每個螺紋端部區(qū)域的退刀螺紋的高度是由沿著螺紋中部的延長部分就位的外或內(nèi)截頭圓錐體表面與平行于管子軸線的內(nèi)或外圓筒形表面的匯聚而限定。
環(huán)形對接表面的高度基本上等于鄰近該中央對接表面的限定退刀螺紋高度的兩個圓筒形表面的徑向間隔。在螺接作業(yè)的終了，陽件和陰件的對接表面的嚙合使陽螺紋的承載齒腹擰緊在陰螺紋上。當(dāng)這些螺紋具有帶負(fù)角的承載齒腹時(shí)，擰緊力的徑向分量將增加陽件和陰件彼此間的徑向附著力。彼此相靠的對接表面形成一個臺階式的中央對接表面。除了視情況而定的特定情況以外，在此后所用的術(shù)語，對接或?qū)颖砻婊蚺_階，將具有相同的意義。
在陽件和在陰件上，在位于與中央對接表面對置的每個螺紋部分端部之外的每個退刀螺紋區(qū)域，布置有一個密封表面。位于中央對接表面的同側(cè)的兩個密封表面的尺寸，位置和結(jié)構(gòu)彼此對應(yīng)，并且在組裝后的的接頭上構(gòu)成一個環(huán)形的流體密閉的金屬對金屬的接觸區(qū)域。
這樣，在接頭的每一側(cè)上的兩個密封表面構(gòu)成了分別抵抗在管子內(nèi)和管子外循環(huán)的流體的內(nèi)外壓力的環(huán)形密閉區(qū)域，并且當(dāng)使陽件在環(huán)形中央對接表面處靠在陰件上時(shí)彼此彈性地上緊。
這些密封表面可以由在接頭組裝期間產(chǎn)生確保金屬對金屬接觸的彈性變形的所有表面構(gòu)成，而所有這些密封表面不一定有相同的形狀。
有利的是，這些密封表面形成為截頭圓錐體表面。這些截頭圓錐體表面的角度最好在8-12度之間，該角度是相對于接頭的共同縱向軸線測量的。這些值決不是限制性的。與每一對承載表面(密封表面)相對應(yīng)的角度值不一定與另外一對承載表面相對應(yīng)的角度值一樣。一般來講，這些承載表面是單獨(dú)設(shè)計(jì)的，以便在組裝的接頭上獲得由在彈性范圍內(nèi)的變形而得到的密閉性。
如以后要說明的，在構(gòu)成本發(fā)明的螺紋接頭時(shí)互相配合的不同的因素容許我們獲得一種其直徑接近或僅稍大于管子的直徑的接頭，其具有極好的機(jī)械特性和極好的密閉性。
如在先指出的，接頭包括兩個截頭圓錐體螺紋部分。在其每一端部，每一部分有少量的稱為退刀螺紋的螺紋，為此，每個螺紋的非常小的初始高度從螺紋部分的起點(diǎn)基本按照線性方式增加，直至其達(dá)到螺紋部分中部的螺紋的高度。對于陽件的兩個螺紋部分，該結(jié)果的獲得，是通過將在這些部分的每個部分的大直徑區(qū)域的起點(diǎn)處的螺紋的根部加工成具有恒定斜度，并且因而具有從起點(diǎn)直至螺紋中部的端部逐漸減小的直徑，而作到的。將相應(yīng)的陽螺紋的牙頂加工成具有恒定的直徑，因而具有從螺紋部分的起點(diǎn)直至中部的起點(diǎn)然后直至平行于螺紋根部的斜度延伸的具有恒定螺紋高度的部分的終端逐漸增加的高度。
從中部的小直徑端部開始，將陽螺紋的根部加工成具有恒定的直徑，而將陽螺紋的牙頂繼續(xù)以恒定的斜度加工，直至截頭圓錐體表面和圓筒形表面相交。
對于陰件來講，加工是這樣進(jìn)行的，即，即使退刀螺紋的殘余高度很小，也使陽螺紋和陰螺紋部分在退刀螺紋區(qū)域彼此可以穿入。為達(dá)到這一點(diǎn)，則按照剛才對陽件描述的相反的方法來進(jìn)行。對于陰螺紋的兩個部分的每一個部分，從大直徑區(qū)域的起點(diǎn)開始，將螺紋的根部加工成具有恒定的直徑直至中部的起點(diǎn)，然后以恒定的斜度加工，包括具有退刀螺紋的最后區(qū)域。螺紋的牙頂在增加高度的區(qū)域和中部以恒定的斜度加工，然后以恒定的直徑在具有退刀螺紋的最后區(qū)域進(jìn)行加工。
可見，在這樣獲得的組件中，陽件中部的臨界壁厚區(qū)域?qū)?yīng)著陽螺紋的根部的截頭圓錐體的包容表面與最接近相應(yīng)管子的端部的螺紋部分的陽螺紋的牙頂?shù)膱A筒形包容表面相交會的直徑。對于陰件來講，在陰件的中部的臨界壁厚區(qū)域?qū)?yīng)著陰螺紋的根部的截頭圓錐體包容表面與最接近相應(yīng)管子端部的螺紋部分的陰螺紋的牙頂?shù)膱A筒形包容表面相交會的直徑?？梢?，這樣限定的兩個直徑之間的徑向距離相當(dāng)于可以給予兩個螺紋部分之間的環(huán)形對接區(qū)域的最大高度。利用所述的退刀螺紋，對于某一對接高度，則可以給予每個零件的臨界厚度盡可能大的值。在每個螺紋部分的每一端處的退刀螺紋的數(shù)目取決于在中部的螺紋的高度和螺距。實(shí)際上，這些終端區(qū)域的每一個大都包括3-4個螺紋，但是，該值在任何方面也不是限制性的。
接頭的兩個零件的彼此之間的機(jī)械強(qiáng)度在很大程度上取決于螺紋部分的輪廓形狀。有利的是，我們可以利用這樣的螺紋，它的承載齒腹可以以負(fù)傾斜角確保在螺接條件下的接頭上的金屬對金屬的接觸，也就是說，此時(shí)，螺紋的承載齒腹有向螺紋的外部傾斜的母面。該負(fù)角相對于垂直于零件軸線的平面大都在3-20度之間，最好在5-15度之間。如在先指出的，通過使陽件和陰件相靠之后將它們上緊，該傾斜度可以使螺紋區(qū)域彼此上緊，并因而避免在螺紋處脫開的危險(xiǎn)。
中央臺階對接表面(我們將它的高度確定為陽件和陰件以及螺紋部分的尺寸大小的函數(shù))可以具有相對于與該零件的軸線垂直延伸的直平面有0值的斜度。也可以相對于該直平面有0-20度之間的斜度。該傾斜度是指向陽件內(nèi)側(cè)的方向。該傾斜度有助于在中央部分將組件的兩個零件彼此上緊。
入扣齒腹最好相對于與軸線垂直延伸的直平面是向螺紋的內(nèi)部傾斜的，其傾斜角大于或等于承載齒腹的角度，例如在8-30度之間。
為了便于陽螺紋在陰螺紋中入扣，有利的是，在靠近螺紋牙頂附近使入扣齒腹具有一個倒角。其角度大于入扣齒腹角度的該倒角所具有的斜度相對于靠近螺紋根部的同一齒腹區(qū)域是增加的。
在中部的螺紋的高度例如約為管子壁厚的6-12％。兩個螺紋部分的每一個部分相對于軸線的的斜度例如為1/16-1/10。這些值都不是限制性的。
如果給予中央對接表面一個不過分大的高度，那么，則可以使接頭提供極好的機(jī)械特性，因?yàn)樵趯颖砻娓浇年幖完柤呐R界壁厚，特別是由于具有退刀螺紋的兩個截頭圓錐體螺紋部分，是足夠的。
中央對接表面的高度例如約為管子壁厚的10-35％。
如在先指出的，由于在臺階附近的區(qū)域有很大的零件剛度，不可能在該區(qū)域獲得良好的金屬對金屬的密閉性。相反，通過按照在先說明的將密封表面放在接頭上，則可以在組件的兩端獲得在最佳狀態(tài)下的金屬對金屬的密閉性。在陽件的螺紋部分的小直徑端部之外的小壁厚端部和陰件的大壁厚端部之間形成了一個環(huán)形的金屬對金屬的內(nèi)密閉接觸區(qū)域，而在陰件的螺紋部分之外的小壁厚端部和陽件的大壁厚的相應(yīng)的端部之間形成了一個第二個環(huán)形的金屬對金屬的密閉接觸區(qū)域。陽件和陰件的對置的密封表面所有的的幾何形狀，尺寸大小和位置，使得在接頭的螺接期間，薄壁零件的端部將在其直徑稍稍改變的情況下在環(huán)形的金屬對金屬的密閉接觸區(qū)域彈性變形，與此同時(shí)，厚壁直徑基本保持不變。
最好是給予這些密封表面這樣的一種形狀，使得金屬對金屬的密閉接觸在窄的但是界限分明的環(huán)形區(qū)域發(fā)生。
密封表面沿著接頭軸線的延伸長度這樣確定，使得由于作用在端部的拉或壓作用力，或者由于外或內(nèi)的過壓而產(chǎn)生的組件中一個零件相對于另外一個零件的相對位移，即使在每個環(huán)形的金屬對金屬的密閉接觸區(qū)域的兩個承載表面之間有適當(dāng)?shù)奈灰茣r(shí)，也不會改變這些外和內(nèi)的密封的密閉性能。
由于有這些環(huán)形的金屬對金屬的密封區(qū)域，則可以防止來自內(nèi)或外側(cè)的有壓流體滲入螺紋部分而與其接觸。因此可以防止螺紋部分，或者對接區(qū)域的腐蝕的任何及所有危險(xiǎn)，以及由于壓力作用而產(chǎn)生的任何脫開的危險(xiǎn)。
為了改善密閉表面的質(zhì)量，特別是改善對磨損的抵抗力，可以以已知的方式對組件的陽件和陰件實(shí)施表面處理，例如，利用磷酸鋅或磷酸錳，或利用鍍銅或任何其它金屬，或者涂以固體潤滑層，例如，二硫化鉬，或者利用常常伴有適當(dāng)潤滑的其它處理。
對于某些用途，可以提供例如由彈性體制成的由一個環(huán)組成的輔助密閉裝置。它可以容納在緊鄰陽件的遠(yuǎn)端的邊緣處的適當(dāng)溝槽中。這樣，就可以保護(hù)確保金屬對金屬接觸的密閉表面免受來自內(nèi)部的流體的腐蝕性的侵蝕。根據(jù)該環(huán)放置的情況，還可以確保內(nèi)部直徑(平接)的幾何連續(xù)性，并且可以避免液體流的任何紊流區(qū)域。
欲組裝的每個管子在一端設(shè)置有一個陽件而在另外一端設(shè)置有一個陰件。
當(dāng)參照附圖考慮以下的描述時(shí)，將可容易地對本發(fā)明及其附加優(yōu)點(diǎn)獲得更加充分的了解，其中

圖1是本發(fā)明的未組裝的接頭的陽件和陰件沿著它們的XI-XI軸線的縱向半剖視圖，陽螺紋和陰螺紋僅用陽螺紋和陰螺紋的牙頂和牙根的外表面形狀來代表。
圖2是陽件和陰件組裝起來的本發(fā)明的接頭的剖視圖；圖3是本發(fā)明接頭的截頭圓錐體的陽螺紋部分的形狀沿著縱向軸線XI-XI的局部剖視圖；圖4是本發(fā)明接頭的陽件的端部區(qū)域的局部剖視圖，示出了位于陽件端部的密封表面的形狀。
圖1是位于兩個管子38，39(僅示出了它們的端部)的端部的兩個部分，陽件1和陰件2，的縱向半剖視圖，從而形成了在圖2中示意性地示出的在兩個管子38，39之間的接頭3。這些管子有相同的外徑和內(nèi)徑，但是為使圖1清晰起見，陰件2故意地從其軸線XI-XI位移開了。
每個陽件和陰件有兩個螺紋部分，對于陽件1分別為螺紋部分4，5，而對于陰件2分別為螺紋部分6，7。一個環(huán)形對接表面或者臺階24-1，24-2位于它們之間。這些螺紋部分4，5和6，7的中間部分是截頭圓錐體的，陽件的和陰件的4個截頭圓錐體螺紋部分4，5和6，7在它們的每一端都有一個螺紋的高度遞減為0值的退刀螺紋區(qū)域。螺紋高度的減小或者通過將螺紋的牙頂加工成相對于陽件或者陰件的軸線為恒定直徑來實(shí)現(xiàn)，如在陽螺紋部分4，5的區(qū)域8和9和在陰螺紋部分6和7的區(qū)域10和11所見。或者通過相對于軸線加工出恒定直徑的螺紋牙根來實(shí)現(xiàn)，如在陽螺紋部分4和5的區(qū)域12和13和在陰螺紋部分6和7的區(qū)域14和15所見。因此可見，當(dāng)將這兩個陽件和陰件組裝起來時(shí)，它們的螺紋無論在螺紋的中部還是在退刀螺紋的端部區(qū)域都可以完全嚙合在相應(yīng)的溝槽中。
如圖2所示，在這些端部區(qū)域，退刀螺紋的牙頂和牙根通過外截頭圓錐體表面16，17或者內(nèi)截頭圓錐體表面18，19(它們每個延長了螺紋的中部表面)與內(nèi)圓筒形表面20，21或者外圓筒形表面22，23的匯合而向外側(cè)受限或者向內(nèi)側(cè)受限。可見，這些圓筒形表面21和22的直徑之間的差相當(dāng)于在組件3的中央?yún)^(qū)域的環(huán)形對接表面或者臺階24的徑向高度“D”。該環(huán)形對接表面或者臺階24是通過使陽件1和陰件2(圖1)的兩個表面24-1，24-2彼此相靠而形成的。作為一個非限制性實(shí)例，徑向高度“D”可以在管子壁厚的10％和35％之間。
應(yīng)當(dāng)指出，臺階24不起任何密閉或者密封作用。對接表面24-1，24-2的母面垂直于組件的軸線XI-XI..最終可以使該母面相對于軸線XI-XI傾斜大約90-70度，該母面當(dāng)從其大直徑部位向其小直徑部位延伸時(shí)朝向陽件的內(nèi)側(cè)和內(nèi)端。
陽螺紋的承載齒腹，例如30(圖3)，的母面相對于與陽件的軸線XI-XI垂直延伸的一條直線具有大約-3至-20度，最好是-10度±5度，的負(fù)傾斜角A。在螺接時(shí)，具有負(fù)承載齒腹的這些螺紋和對接表面24之間的配合可以使陽件1和陰件2彼此上緊。這實(shí)際上消除了在螺紋處脫開或者分離的危險(xiǎn)。
在陽件上的和在陰件上的垂直于XI-XI軸線的臺階(對接)表面24-1和24-2，對于一個給定的徑向差D，將增加接頭的機(jī)械強(qiáng)度，并且因此還可以給予陽件臨界壁厚E1和陰件臨界壁厚E2一個盡可能大的值。在中央?yún)^(qū)域沒有金屬對金屬的密閉表面(該處表面的效果，如所述的，由于該區(qū)域的剛性是不能令人滿意的)則可以使兩個截頭圓錐體螺紋部分4，5和6，7移得彼此靠近一些，從而改善兩個陽件和陰件之間的連接作用。
為便于陽螺紋在陰螺紋溝槽中的插入或者入扣，有利的是，可以給予入扣齒腹，例如31，一個斜面，它的母面有一個在絕對值上大于承載齒腹角度的負(fù)傾斜角的正傾斜角，該傾斜角的值大約為+8度至+30度。在該實(shí)例中，給予承載齒腹一個-10度的負(fù)傾斜角，而給予入扣齒腹一個大約+25度的傾斜角?；蛟S還可以通過如下措施進(jìn)一步方便入扣，即在入扣齒腹的上端制出倒角，從而產(chǎn)生一個相對于延伸到入扣齒腹底部的入扣齒腹相鄰部分增加大約15-35度的斜度。
如圖1，2和4所示，兩個流體密閉的金屬對金屬的密封表面27，28布置在接頭的螺紋部分之外的內(nèi)端和外端。在所示的實(shí)例中，這些密封表面基本上是在陽件和陰件上有所需要的傾斜度從而可以彼此接觸的截頭圓錐體表面，同時(shí)，該接觸伴隨著相應(yīng)的薄環(huán)形壁的彈性變形。該彈性變形對于陽件的遠(yuǎn)端是壓縮變形，而對于陰件的遠(yuǎn)端則是擴(kuò)張變形。
圖4示出了在沿著軸線XI-XI的半剖視圖中完全擰入陰件2的底部中的陽件1的遠(yuǎn)端。它清楚地示出了在密閉表面27-1和27-2之間存在的過盈情況，為便于解釋起見，它示成了重疊的情況。最后的退刀螺紋部分出現(xiàn)在32處。實(shí)際上，陽件1的遠(yuǎn)端33的壓縮形式的彈性變形容許其密閉表面27-1彈性地壓在陰件2的厚壁部分的相應(yīng)的表面27-2上，同時(shí)彈性變形幾乎完全發(fā)生在遠(yuǎn)端33上。
這樣在組件的內(nèi)側(cè)形成的環(huán)形的金屬對金屬的密閉接觸區(qū)域可以保護(hù)螺紋不讓含在管子內(nèi)部的流體滲入。為防止密閉表面本身腐蝕的危險(xiǎn)，如果必要，可以放置一個填充陽件1的遠(yuǎn)端33和陰件2的內(nèi)端35之間間隙的彈性環(huán)29。有利的是，該可變形的環(huán)的尺寸可以填充陽件1的遠(yuǎn)端33和陰件2的內(nèi)端35之間的容積，并且將確保從有陰件的管子38的內(nèi)徑36到陽件的內(nèi)徑37的通道的連續(xù)性。
在陰件2的薄壁遠(yuǎn)端34和陽件1的厚壁部分之間構(gòu)成的金屬對金屬的外密封表面28的結(jié)構(gòu)與剛才對密封表面27所描述的結(jié)構(gòu)相似。在擰緊接頭時(shí)，在彼此接觸的密閉表面之間存在著過盈，同時(shí)伴隨著陰件薄壁的彈性擴(kuò)張變形。
如此獲得的螺紋的雙重保護(hù)原來在防止螺紋內(nèi)部產(chǎn)生任何過壓的危險(xiǎn)方面也是特別有效的。陽件和陰件的薄壁遠(yuǎn)端33和34的彈性容許它們與一個組件相對于另外一個組件的任何相對位移保持同步，特別是在受到拉和壓的作用的情況下。
重要的是要指出，彼此相靠的唯一表面是環(huán)形對接表面24-1和24-2。在任何情況下，在接頭擰緊期間，陽件1的遠(yuǎn)端33都不會與陰件2的內(nèi)端35相靠。對于陰件2的遠(yuǎn)端34與在陽件1的端部的對置表面的情況也是如此。
根據(jù)其上形成有本發(fā)明的整體接頭的管子的尺寸，如果需要，可以使陰件2的端部的外徑在螺紋部分7，和端部34的部位具有附加的厚度。這可以通過，至少在端部的一部分上，在制造接頭部分之前，使該陰件2的外徑40擴(kuò)張而作到。因此圖1示出了在一部分長度上保持了管子的原來直徑41的陰件2。該直徑41由在標(biāo)號43和44表示的區(qū)域之間的基本上是截頭圓錐體形狀的連接部分42連接在端部的擴(kuò)張直徑40上。
同樣，對于其上形成有陽件1的管子39的內(nèi)徑45，也可以以相似的方式進(jìn)行。此時(shí)，如圖1所示，可以至少在端部的一部分上，使內(nèi)徑46減小。這里是在螺紋部分4和端部33的部位使該直徑減小。而連接，同以前一樣，是以在區(qū)域48和49之間的截頭圓錐體47的形式來進(jìn)行的。這樣則可以得到較大的強(qiáng)度，而沒有采用連接器或者套筒的不便。
陰件2的外徑的擴(kuò)張和陽件1的內(nèi)徑的縮小也示于附圖2中。
這樣制成的本發(fā)明的整體接頭，由于該組件的在其中央?yún)^(qū)域的極為緊湊的結(jié)構(gòu)，而兼有非常大的機(jī)械強(qiáng)度，并且由于布置了環(huán)形的金屬對金屬的緊密接觸區(qū)域，利用了密封表面的彈性變形的密閉作用，而具有極好的密閉性。如早已指出的，采用在本領(lǐng)域眾所周知的適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砑夹g(shù)，將可以大大改善密閉表面的耐磨性能和經(jīng)受多次上緊-松開的操作而不喪失其密閉性的性能。
顯然，按照上述教義，還可以對本發(fā)明作出許多改進(jìn)和變更。因此可以理解，本發(fā)明還可以按照在這里具體描述之外的其它的方式實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種用于管子的螺紋接頭，它包括一個有外螺紋的陽件，該陽件包括兩個徑向位移的截頭圓錐體的螺紋部分，該螺紋具有帶有負(fù)角的承載齒腹，該外螺紋的該兩個截頭圓錐體的部分由一個第一環(huán)形對接表面分開，該陽件在其對置的軸向端部有形成密閉表面的外表面，該外螺紋的該兩個截頭圓錐體部分的每一個在其對置的兩端有退刀螺紋部分；一個有內(nèi)螺紋的陰件，該陰件包括兩個徑向位移的截頭圓錐體的螺紋部分，該螺紋具有帶有負(fù)角的承載齒腹，該內(nèi)螺紋的該兩個截頭圓錐體部分由一個第二環(huán)形對接表面分開，該陰件在其對置的軸向端部有形成密閉表面的內(nèi)表面，該內(nèi)螺紋的該兩個截頭圓錐體部分的每一個在其對置的端部都有退刀螺紋部分，其中，該陽件和陰件相互構(gòu)型，使得該陽件和陰件可以通過將該外螺紋和內(nèi)螺紋螺接直至該第一和第二對接表面彼此靠在一起而統(tǒng)一起來，其中a)該退刀螺紋的每一個的牙頂和牙根由該陽件和陰件之一的一個截頭圓錐體表面和該陽件和陰件中的另外一個的一個圓筒形表面的匯聚而在徑向上受限，b)該對接的第一和第二對接表面形成一個中央對接表面，c)該陽件和陰件的密閉表面成對地配合，形成兩個有環(huán)形接觸區(qū)域的使流體密閉的密封表面。
2.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，圓筒形表面包括在第一環(huán)形對接表面匯合并且將該外螺紋分開的兩個徑向位移的圓筒形表面和在第二環(huán)形對接表面匯合并且將該內(nèi)螺紋分開的兩個徑向位移的圓筒形表面。
3.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，該第一和第二的對接表面的每一個的母面相對于接頭的軸線是傾斜的，該傾斜角在90度和70度之間。
4.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，每個該對接表面的徑向高度在管子厚度的10％-35％之間。
5.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，在中間部分的螺紋的高度在管子壁厚的6％-10％之間。
6.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，每個該螺紋的承載齒腹的負(fù)角的值在3-20度之間。
7.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，每個該螺紋的入扣齒腹有8-30度之間的正角。
8.如權(quán)利要求7所述的螺紋接頭，其特征在于，該入扣齒腹有一個倒角，該倒角有相對于入扣齒腹的相鄰部分在15-35度之間的正傾斜角。
9.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，該陽件和陰件的以及該密閉表面的該截頭圓錐體部分是傾斜的，使得該陽件和陰件的壁厚朝向其遠(yuǎn)端減小，其中，該密封表面的每一個包括在陽件和陰件中相應(yīng)的一個的薄遠(yuǎn)端上的并與陽件和陰件中的相應(yīng)的一個厚端上的該密閉表面中的另外一個相配合的該密閉表面的一個，使得當(dāng)將該外螺紋和內(nèi)螺紋進(jìn)行螺接直至該第一和第二對接表面彼此相靠時(shí)，該薄遠(yuǎn)端可以彈性變形。
10.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，該密閉表面是截頭圓錐體形狀的。
11.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，它包括一個容納在該陰件內(nèi)的密閉環(huán)，使得該密閉環(huán)在該陽件和陰件通過將該外螺紋和內(nèi)螺紋螺接直至該第一和第二對接表面彼此相靠而統(tǒng)一起來時(shí)，占據(jù)在該陽件的遠(yuǎn)端和該陰件的內(nèi)端之間的空間。
12.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，該截頭圓錐體螺紋相對于管子軸線的斜度在1/16-1/10之間。
13.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，陰件形成在一個管子上，它的外徑大于朝向陰件的遠(yuǎn)端的中間部分的一個外徑。
14.如權(quán)利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，陽件形成在一個管子上，它的內(nèi)徑小于朝向陽件遠(yuǎn)端的中間部分的內(nèi)徑。
全文摘要
一種整體式接頭包括陽件1和陰件2，陽件1和陰件2的直徑接近管子的直徑。每個陽件和陰件具有兩個位移的截頭圓錐螺紋部分4，5，6，7，通過利用截頭圓錐體表面16，17，18，19和圓筒形表面20，21，22，23的匯聚而在該螺紋的兩端形成有退刀螺紋的部位。中央對接表面24與負(fù)齒腹螺紋配合，以便加強(qiáng)陽件與陰件的螺接，而兩個內(nèi)、外環(huán)形金屬對金屬的密閉區(qū)域27，28可以防止流體從兩端滲入螺紋區(qū)域。
文檔編號F16L15/06GK1155639SQ9612015
公開日1997年7月30日 申請日期1996年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月3日
發(fā)明者A·蘭克里, M·巖本 申請人:瓦盧雷石油和氣體公司, 住友金屬工業(yè)株式會社