一种石油管螺纹保护装置的制作方法

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一种石油管螺纹保护装置的制作方法

本发明涉及石油管道的端部螺纹保护装置领域,尤其涉及一种石油管螺纹保护装置。



背景技术:

石油管道会根据需要,在管材端部加工出内螺纹,根据螺纹加工的位置不同,石油管道的端部分为公端以及母端两种结构,在石油管道运输的过程中,螺纹往往会由于冲击和挤压而变形,这就使得管道在实际使用时对接变得十分困难,且即使勉强连接也会存在密封性变差的问题,这就严重影响管道的正常使用。为了避免在运输过程中,造成管材的螺纹以及端部损坏从而导致管材实际使用时出现对接困难的情况,所以需要对管材的螺纹以及管材的端口进行防护。现有技术通常是在管材的端部套一个保护器件,通过该保护器件来防止管材端部的螺纹变形以及管材端口受损,现有技术采用的结构在满足保护需求的前提下存在重量过高、成本过大、体积庞大的诸多问题,这就使得运输成本和其本身的制造成本均过高。

目前市场上,主流的保护器件是采用外钢内塑结构,即在塑料结构的基础上外部再附加钢套结构,如附图16、附图17所示。专利公开号为CN201020512717、CN201110163331的专利即为外钢内塑结构保护器对应钢管公端以及母端的两种保护结构。该种设计,包含钢壳及有螺纹的筒状塑料层,该螺纹的形状与被保护螺纹啮合,钢套和塑料层之间通过在钢套上打微小的冲击口,使钢套局部凹陷和塑料嵌合。此种结构,钢套长度基本和塑料保持一致。这种结构设计的优点是,钢套提供最主要的结构强度,承受外部冲击;塑料提供柔韧性,防止冲击损伤钢管螺纹。但为了制造此种保护装置,需要大量材料,既需要钢又需要塑料。且如需要材料回收的话,又需要对钢套和塑料进行分离,需要提供很多人力加工成本。因此,在外钢内塑保护环的基础上,市场上还存在另一种全塑保护环,即整体结构全部采用塑料等柔韧材料制成,如专利CN201020049858、CN200320125773所示。其一般有和钢管螺纹啮合的螺纹保护段及顶端用以提供缓冲的端部结构。相对于,外钢内塑保护器,在相同尺寸的情况下,全塑结构强度有所下降,因此为了通过API 5CT规定的石油行业管螺纹保护器试验标准,要对全塑结构进行强化,一般为增加相应尺寸。专利CN99809095提供了一个全塑结构局部优化的一个很好的范例,该专利在保证了螺纹啮合部分足够强度的基础上,大幅度提升了顶端缓冲结构的高度和截面积,进而有效的提高了全塑保护器的抗冲击强度。本发明在专利CN99809095的设计思路理念下,做更进一步的提升,通过力学分析,优化了端部缓冲部分的结构,使得在保护器顶端受到冲击的情况下,能做到更好的力学分散性能,同时,节省制造材料。



技术实现要素:

针对现有技术的不足之处本发明提供一种石油管螺纹保护装置,本发明能够克服现有技术的不足之处,其结构简单,制作方便,成本低廉,重量轻,对于端部外螺纹以及端口的防护效果好,在同等重量以及制造成本的情况下本发明的强度远大于现有的技术方案。

本发明的技术方案是提供一种石油管螺纹保护装置,具有与所需保护的管件贴合的弧形表面,包括径向居中的封口部和包围围绕所述封口部的主体部,所述主体部在径向包含相邻的由所述弧形表面延伸所区分的侧壁部和相抵部,所述侧壁部包含所述弧形表面,所述相抵部径向悬臂状设于所述侧壁部与所述弧形表面相同的一侧;

所述侧壁部、相抵部以及封口部的径向截面的中心重合;

所述主体部1轴向包含连接段和保护段;

所述侧壁部延伸至所述连接段,所述封口部2轴向尺寸小于所述相抵部轴向尺寸,所述相抵部轴向尺寸小于或等于所述保护段;

所述的侧壁部、所述相抵部以及所述封口部具有一个平齐的顶部平面。

由此,构成主体部的各个部分包括径向构成部件的侧壁部、相抵部以及封口部以及轴向构成部件的连接段以及保护段均由一次注塑成型的方式进行融合方式的固接,同时本发明在以上结构的基础上进一步保证侧壁部、相抵部以及封口部的位于保护段一侧端部所处平面重合,这就使得主体部1的端部平面构成了一个连续的、大面积的受力面,当本发明收到冲击时,这个平面就可以在第一时间最大限度的分散冲击力,其中连接段用于连接管材端口同时保护管材的连接结构,如螺纹结构。

同时连接段以及保护段在使用中因为他们本身是固接关系所以结构上牢固且可以互相传递冲击力从而使得冲击力更加快速的本分散减小了管材端口实际收到的有效冲击;由于设置的连接段与管材螺纹连接所以管材的螺纹能得到有效保护;申请人还发现当侧壁部、相抵部以及封口部的位于保护段一侧端部所处平面重合时由于能第一时间最大限度的分散冲击力,这就使得由于封口部的位置相对现有技术被抬高而使得保护段内形成了中空的结构,而中空的结构只要配和平面结构的端部其实际承受轴向冲力的最大限可以和实心结构几乎持平,同时能大幅度削减生产成本。

作为本发明的优选,延伸至所述连接段处的所述侧壁部一侧设置有用于连接并且保护钢管螺纹的螺纹结构,且所述的螺纹结构与所述相抵部设置于所述侧壁部同侧。

由此,在众多的连接方式中本发明特别优选了螺纹结构的设置目的是为了保护管端螺纹,由于管端螺纹本身凸起的部分是十分薄弱的,在承受冲击时如果管端螺纹变形,就会改变螺距,这种变形使得管道在实际使用时的连接变得十分困难,而连接段的螺纹结构与管端螺纹配合对管端螺纹起到了很好的保护,在承受冲击过程中螺纹所受到的冲击力均会从连接段的螺纹结构传递到主体部上进行分散,从而使得螺纹的受损也会减小到最低。

作为本发明的优选,所述相抵部设置在所述侧壁部的内侧,所述封口部设置在所述相抵部的内侧。

由此,用于配合螺纹外设的公端结构而确定的保护结构。

作为本发明的优选,所述的相抵部设置在所述侧壁部的外侧,所述的封口部设置在所述侧壁部的内侧。

由此,用于配合螺纹内设的母端结构而确定的保护结构。

作为本发明的优选,所述保护段端部平面上设置有向所述连接段方向凹陷形成的工具配合结构。

由此,设置的工具配合结构主要用于配合专用工具来快速拆装本发明,本发明为了配合侧壁部、相抵部以及封口部的位于保护段一侧端部所处平面重合该结构设置的功能正常发挥优选了凹陷成型的方式来设置工具配合结构,如果采用其他方式来实现工具配合结构,例如凸起型,则在承受冲击的时候会使得力的扩散不均匀,导致凸起型的工具配合结构与主体部的连接处局部受力过大,导致该处断裂。

作为本发明的优选,所述工具配合结构的下陷深度小于所述相抵部的轴向长度。

由此,工具配合结构由于是下陷的,所以有冲击力作用在工具配合结构的端口处会使得结构产生形变,而工具配合结构的封闭的底部结构可以起到一定的抵消效果,而这个抵消作用力的大小由工具配合结构的下陷深度决定,所以优选这个深度是最为合适的。

作为本发明的优选,所述工具配合结构的下陷深度小于所述相抵部的轴向长度的2/3。

由此,通过申请人大量的理论计算得出,将下陷深度的最大限控制在该数值以下是效果最好的。

作为本发明的优选,所述的保护段包括沿轴向方向依次设置的第一部、第二部以及第三部,所述的第一部的侧边为弧形,所述第二部的径向截面积由所述第一部向所述第三部方向递增或保持不变,所述的第三部与所述连接段相连。

由此,保护段的不同部位均由特别的设置目的,其中第一部的侧边设置为弧形时对于模具的脱模是十分有好处的,同时也能起到一定的力的导向作用,而第二部与第三部可以将力的传导长度加长以进一步减缓直接作用到管端的力。

作为本发明的优选,所述的工具配合结构包括固定孔,所述的固定孔对称设置在保护段端面直径两侧。

作为本发明的优选,所述的工具配合结构包固定槽,所述保护段端面直径平行且通过所述固定槽。

作为本发明的优选,所述的工具配合结构包括固定孔以及固定槽,所述保护段端面直径平行且通过所述固定槽,所述的固定孔对称设置在所述固定槽两侧。

作为本发明的优选,所述工具配合结构的侧壁上至少一侧与所述保护段侧壁连接。

由此,工具配合结构在配合工具工作时的稳固度更加高。

作为本发明的优选,所述的工具配合结构包括十字沉孔。

由此,工具配合结构可以对应吊钩式的起重方式,十字沉孔的深度根据吊钩尺寸决定,这样设置使得本发明的应用面更加广泛。

作为本发明的优选,所述的第一部与所述的第二部的厚度和小于所述相抵部的轴向长度,且大于所述的工具配合结构的深度。

作为本发明的优选,所述的封口部的轴向长度大于等于第一部的厚度,且小于等于所述工具配合结构的深度。

由此,由于封口部的存在,在45°斜向冲击的时候,可以将原本全部在轴向方向上传播的力分担一部分到封口部所在的平面,而这些在封口部所在平面的力,最终会扩散到封口端面的边沿,再沿其他角度的轴向传播。因此力学分散效果非常明显。对于90°轴向冲击,同样的道理,如果没有封口部,力将会在两个180度相对的点进行轴向传播,而有了封口部,可以在整个面上进行传播分担。

作为本发明的优选,所述第一部以及所述封口部均为实心结构。

由此,使得第一部更加牢固,因为在工具动作或者承受冲击的时候,第一部都是作为第一受力部位,所以加强该部位的牢固度是十分必要的。

作为本发明的优选,还包括金属壳体,所述的金属壳体包裹在所述的主体部外侧,所述金属壳体与所述主体部之间过盈配合。

由此,在作为公端保护器时,大于等于所述保护段长度,在作为母端保护器时,由于尺寸限制,必然小于等于所述保护段长度,作为优选,该长度必须大于等于保护段长度的1/2。对于特殊运输需求以及更加严苛的运输条件来说,如果在主体部外部增设金属壳体可以起到进一步提升结构强度以及抗冲击力的优点,但是本发明不同于其他同领域设计的是本发明并不依赖金属壳体实现抗冲击的主要目的,金属壳体是起到辅助缓冲的进一步优化作用。过盈配合的方式相对于传统的倒扣固定方式在各个方向上塑料和钢套都紧密贴合,增大了摩擦接触面积,这样消除了金属壳体与主体部之间的相对活动,大幅减小了金属壳体的松脱可能性,另一方面这种固定方式的选择也使得力与力的传递过程中的消耗提升,分散更快,利用了金属本身的强度完成形变减小力的直接冲击力,且同时塑料的主体部能第一时间分担冲击力,而不是现有的采用金属硬度相对冲击力进行直接抵消的方式,所以管端保护效果更加好。

本发明具有以下有益效果:

本发明具有有效耐受各个方向冲击力,有效保护管材螺纹,且重量轻、成本低、制造便捷的优点。

附图说明

图1为本发明第一种实施例的侧视剖面结构示意图;

图2为本发明第二种实施例的侧视剖面结构示意图;

图3为本发明第一种实施例的端部斜向受力分析图;

图4为本发明第二种实施例的端部斜向受力分析图;

图5为本发明的端部平面受力分析图;

图6为本发明的工具配合结构的第一种实施例结构示意图;

图7为本发明的工具配合结构的第二种实施例结构示意图;

图8为本发明的工具配合结构的第三种实施例结构示意图;

图9为本发明的工具配合结构的第四种实施例结构示意图;

图10为本发明的工具配合结构的第五种实施例结构示意图;

图11为本发明的工具配合结构的第六种实施例结构示意图;

图12为本发明的工具配合结构的第七种实施例结构示意图;

图13为本发明的端部斜向受力的立体受力分析图;

图14为现有技术承受垂直冲击的时候的受力分析图;

图15为本发明承受垂直冲击的时候的受力分析图;

图16为现有技术所采用的结构的示意图;

图17为现有技术所采用的结构的示意图;

图18为本发明的工具配合结构的第八种实施例结构示意图;

图中,1-主体部;1-1-侧壁部;1-2-相抵部;3-封口部;1a-连接段;1b-保护段;1b-1-第一部;1b-2-第二部;1b-3-第三部;1-4-工具配合结构;1-4-1-固定孔;1-4-2-固定槽;1-4-3-十字沉孔;2-金属壳体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示,本实用的第一种新型实施例包括主体部1以及封口部3,主体部1沿径向方向分为侧壁部1-1、设置在侧壁部1-1的内侧的相抵部1-2,封口部3设置在相抵部1-2的内侧的。该实施例主要应用在外螺纹管件上。

侧壁部1-1、相抵部1-2以及封口部3的径向截面的中心重合;主体部1沿轴向方向分为连接段1a以及保护段1b。侧壁部1-1延伸至连接段1a,封口部3与相抵部1-2不超过保护段1b。侧壁部1-1、相抵部1-2以及封口部3的位于保护段1b一侧端部所处平面均重合。延伸至连接段1a处的侧壁部1-1内侧设置有用于连接并且保护钢管螺纹的螺纹结构,且螺纹结构与相抵部1-2设置于侧壁部1-1同侧。相抵部1-2与管口端部接触一侧侧面为平面,该平面上可以设置与管口管壁厚度配合的容纳槽来进一步提升固定效果,同时也能更好的保护管口壁。保护段1b端部平面上设置有向连接段1a方向凹陷形成的工具配合结构1-4。

保护段1b包括沿轴向方向依次设置的第一部1b-1、第二部1b-2以及第三部1b-3,第一部1b-1的侧边为弧形,第二部1b-2的径向截面积由第一部1b-1向第三部1b-3方向递增或保持不变,第三部1b-3与连接段1a相连。第一部1b-1以及封口部3均为实心结构。

本发明的第一种实施例在端部受到外力冲击时如果是垂直方向的冲击力,则由于本发明侧壁部1-1、相抵部1-2以及封口部3的位于保护段1b一侧端部所处平面均重合,如图14所示,现有技术在承受垂直方向的冲击力的时候,力集中在凸起的环形壁上,而环形壁的面积有限,分力效果有限,如图15所示,本发明在承受垂直方向的冲击力的时候,力会被端部的平面最大限度的分散,即是本发明承受该冲击力的面积相对现有技术来说为倍数增大,所以其产生的压强就变的很小,相对现有技术的保护效果也就更好。

如图3与图13所示,图3中当外部的冲击力时一个斜向作用在端部的A力时,当A力到达端部时就会分解成一个沿端部平面扩散的A-2力、一个沿侧壁部1-1延伸方向传导的A-3力以及 一个沿原方向传导的A-1力,而A-1力最终会被再次分解,其中垂直方向的力沿相抵部1-2传导,而相抵部1-2的配合部件是管口,管口对来自正面的冲击力的承受能力较管件的其他部位都要来的更为强大,且该力以及是多次分解后的力,其力的大小有限,所以对管口端部造成的破坏几乎没有,且对其本身的结构破坏也十分之小,而A-2力的分解如图5所示,图5中B力即为A-2力,从图5中可知B力在到达端部侧面时快速的向端部平面的各个方向分散开,且力的矢量关系为由B力的原始方向向两侧依次矢量变短既是力量减弱,而平面本身结构使得对力的抵消效果十分显著,所以对封口部3的几乎不可能造成任何破坏,由于主体部1本身是由一次注塑完成的,力在各个部件中的传导效率也高不会造成局部点受力过大而产生破坏。

如图2所示,本实用的第二种新型实施例包括由主体部1以及封口部3,主体部1沿径向方向分为侧壁部1-1、设置在侧壁部1-1的外侧的相抵部1-2,封口部3设置在侧壁部1-1的内侧。该实施例主要应用在内螺纹管件上。

侧壁部1-1、相抵部1-2以及封口部3的径向截面的中心重合;主体部1沿轴向方向分为连接段1a以及保护段1b。侧壁部1-1延伸至连接段1a,封口部3与相抵部1-2不超过保护段1b。侧壁部1-1、相抵部1-2以及封口部3的位于保护段1b一侧端部所处平面均重合。延伸至连接段1a处的侧壁部1-1内侧设置有用于连接并且保护钢管螺纹的螺纹结构,且螺纹结构与相抵部1-2设置于侧壁部1-1同侧。相抵部1-2与管口端部接触一侧侧面为平面,该平面上可以设置与管口管壁厚度配合的容纳槽来进一步提升固定效果,同时也能更好的保护管口壁。保护段1b端部平面上设置有向连接段1a方向凹陷形成的工具配合结构1-4。

保护段1b包括沿轴向方向依次设置的第一部1b-1、第二部1b-2以及第三部1b-3,第一部1b-1的侧边为弧形,第二部1b-2的径向截面积由第一部1b-1向第三部1b-3方向递增或保持不变,第三部1b-3与连接段1a相连。第一部1b-1以及封口部3均为实心结构。

本发明的第二种实施例在端部受到外力冲击时如果是垂直方向的冲击力,则由于本发明侧壁部1-1、相抵部1-2以及封口部3的位于保护段1b一侧端部所处平面均重合,如图14所示,现有技术在承受垂直方向的冲击力的时候,力集中在凸起的环形壁上,而环形壁的面积有限,分力效果有限,如图15所示,本发明在承受垂直方向的冲击力的时候,力会被端部的平面最大限度的分散,即是本发明承受该冲击力的面积相对现有技术来说为倍数增大,所以其产生的压强就变的很小,相对现有技术的保护效果也就更好。

如图4与图13所示,在图4中当外部的冲击力时一个斜向作用在端部的A力时,当A力到达端部时就会分解成一个沿端部平面扩散的A-2力、一个沿相抵部1-2延伸方向传导的A-3力以及 一个沿原方向传导的A-1力,而A-1力最终会被再次分解,其中垂直方向的力沿侧壁部1-1传导,而侧壁部1-1在径向三个分部件中的轴向长度最长,对力的消化最彻底,从而使得作用在螺纹上的力就非常小,而保护了螺纹,且对其本身的结构破坏也十分之小,而A-2力的分解如图5所示,图5中B力即为A-2力,从图5中可知B力在到达端部侧面时快速的向端部平面的各个方向分散开,且力的矢量关系为由B力的原始方向向两侧依次矢量变短既是力量减弱,而平面本身结构使得对力的抵消效果十分显著,所以对封口部3的几乎不可能造成任何破坏,由于主体部1本身是由一次注塑完成的,力在各个部件中的传导效率也高不会造成局部点受力过大而产生破坏。

本发明的工具配合结构1-4的实施例中,工具配合结构1-4的下陷深度小于相抵部1-2的轴向长度的2/3。第一部1b-1与第二部1b-2的厚度和小于相抵部1-2的轴向长度,且大于工具配合结构1-4的深度。封口部3的轴向长度大于等于第一部1b-1的厚度,且小于等于工具配合结构1-4的深度。工具配合结构1-4的侧壁上至少一侧与保护段1b侧壁连接。

如图6所示,本发明工具配合结构的第一种实施例中,工具配合结构1-4包括固定孔1-4-1,固定孔1-4-1对称设置在保护段1b端面直径两侧。

如图7所示,本发明工具配合结构的第二种实施例中,工具配合结构1-4包固定槽1-4-2,保护段1b端面直径平行且通过固定槽1-4-2。

如图8所示,本发明工具配合结构的第三种实施例中,工具配合结构1-4包括固定孔1-4-1以及固定槽1-4-2,保护段1b端面直径平行且通过固定槽1-4-2,固定孔1-4-1对称设置在固定槽1-4-2两侧。

如图9所示,本发明工具配合结构的第四种实施例中,工具配合结构1-4包括十字沉孔1-4-3、固定孔1-4-1,固定孔1-4-1对称设置在保护段1b端面直径两侧,十字沉孔1-4-3的中心与主体部1的径向截面的中心对齐,且由于十字沉孔1-4-3主要应用在起吊结构,所以十字沉孔1-4-3的开槽深度可以超过连接段1a以确保吊钩的进入,十字沉孔1-4-3的侧壁不与保护段1b的侧壁连接。

如图10所示,本发明工具配合结构的第五种实施例中,工具配合结构1-4包括十字沉孔1-4-3,固定槽1-4-2,保护段1b端面直径平行且通过固定槽1-4-2,且固定槽1-4-2穿过十字沉孔1-4-3的一条开槽对称中线,十字沉孔1-4-3的中心与主体部1的径向截面的中心对齐,且由于十字沉孔1-4-3主要应用在起吊结构,所以十字沉孔1-4-3的开槽深度可以超过连接段1a以确保吊钩的进入,十字沉孔1-4-3的侧壁不与保护段1b的侧壁连接。

如图11所示,本发明工具配合结构的第六种实施例中,工具配合结构1-4包括十字沉孔1-4-3,固定孔1-4-1以及固定槽1-4-2,保护段1b端面直径平行且通过固定槽1-4-2,固定孔1-4-1对称设置在固定槽1-4-2两侧,且固定槽1-4-2穿过十字沉孔1-4-3的一条开槽对称中线,十字沉孔1-4-3的中心与主体部1的径向截面的中心对齐,且由于十字沉孔1-4-3主要应用在起吊结构,所以十字沉孔1-4-3的开槽深度可以超过连接段1a以确保吊钩的进入,十字沉孔1-4-3的侧壁不与保护段1b的侧壁连接。

如图12所示,本发明工具配合结构的第七种实施例中,工具配合结构1-4包括十字沉孔1-4-3,十字沉孔1-4-3的中心与主体部1的径向截面的中心对齐,且由于十字沉孔1-4-3主要应用在起吊结构,所以十字沉孔1-4-3的开槽深度可以超过连接段1a以确保吊钩的进入,十字沉孔1-4-3的侧壁不与保护段1b的侧壁连接。

如图18所示,本发明工具配合结构的第八种实施例中,工具配合结构1-4包括十字沉孔1-4-3,固定孔1-4-1以及固定槽1-4-2,保护段1b端面直径平行且通过固定槽1-4-2,固定孔1-4-1对称设置在固定槽1-4-2两侧,且固定槽1-4-2的中线与十字沉孔1-4-3的一条开槽对称中线成45°夹角,十字沉孔1-4-3的中心与主体部1的径向截面的中心对齐,且由于十字沉孔1-4-3主要应用在起吊结构,所以十字沉孔1-4-3的开槽深度可以超过连接段1a以确保吊钩的进入,十字沉孔1-4-3的侧壁不与保护段1b的侧壁连接。

上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下,本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进,均应落入到本发明的保护范围,本发明请求保护的技术内容,已经全部记载在权利要求书中。

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