专利名称：对过扭矩和压力有高抵抗能力的螺纹管接头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对连接管形构件的管接头中的过扭矩和压力有极强抵抗能力的螺纹管接头。本发明尤其是但不局限于此地涉及用于传输液体或高压气体如蒸汽、天然气或石油的管接头以及用于钻探杆或天然气、石油的生产中或用于输送液体或气体的管道的管接头。
在目前用于上述目的的主要管接头类型中包括一个在其内圆周表面上制有螺纹的承接件和一个在其外圆周表面上也制有对应于内螺纹的螺纹的插接件，其中插接件通过螺旋接合过程被插装在承接件中。被称为管口的其中一个构件(通常是插接件)的自由边缘具有一个沿轴向取向的环形表面，这个表面被压在另一个构件的对应表面(扭矩肩)上。在这些类型的管接头中，可能存在或不存在在其中一个构件的自由末端径向取向且在将其压在一个径向指向另一个构件的对应表面上时起密封面作用的另一个表面。轴向取向的环形表面因管接头的装配而保持处于受压的状态下。管接头能承受的最大扭矩受第一构件的自由末端和扭矩肩区域的形状及尺寸的限制。目前，管接头在插接件自由末端的轴向取向的表面与承接件的对应表面的尺寸之间有相似性并且在管口的抵抗面积和肩部的抵抗面积之间也有相似性。但是，当在装配时或在随后用装配好的钻探杆进行工作时增大作用在目前的管接头上的扭矩的情况下，在扭矩肩中产生的拉应力的组合促进了剪切材料并迫使肩部破裂的应力的发展，由此因扭转应力而在管接头中产生了一个薄弱点或临界区。为了改善有这种应力的管接头的性能，通常的作法是增大管口的厚度和扭矩肩的厚度，从而增大过扭矩的承载能力。但是，这也更容易使密封因管口刚度的增大以及因而增大的接触压力而失灵。另外，增大管口的厚度要求在旋拧接合之前调整管子的自由末端。这影响了材料的性能并使加工过程复杂化。
本发明的主要目的是提供一种改进的管接头，它消除或减少了上述现有技术中的缺陷如扭矩肩过早失效并同时提高了管接头承受扭转应力的能力。
本发明的目的还在于提供密封面的接触压力可保持有限大小并由此减小产生失灵危险的管接头。
本发明的另一个目的是提供一种能够不造成明显改变就使在内部循环的流体的流线形状保持稳定的管接头。
为了实现上述目的，本发明的管接头包括一个其内圆周表面上制有螺纹的承接件和一个其外圆周表面上也制有对应于承接件的螺纹的螺纹的插接件。插接件通过螺旋接合被插装在承接件中，由此将这两个构件连接起来。一个基本上沿轴向取向且位于其中一个被称为管口的构件的自由末端上的环形表面紧密地接触一个基本上沿轴向朝另一个构件取向并被称为扭矩肩的相对的环形表面。第一构件的轴向取向的环形表面以其最小半径与管的内表面相交。或者，它与一个平行于管子轴线的圆柱形表面相交。或者，它与一个同时和管子内表面相交的截头圆锥形表面相交，而第二构件的轴向取向的环形表面在其最小半径处和一个与管子轴线形成一个在5°和25°之间的角B的截头圆锥形径向取向的表面相交。该表面同时与一个平行于管子轴线的内圆柱形表面相交。或者，它与该圆柱形表面形成一个小于5°的角。
根据本发明，扭矩肩的构造允许通过在产生主要的剪切应力(这造成传统管接头中的机械结构失效)的平面内增大扭矩肩的抵抗部分而使管接头具有更大的抗过扭矩的能力。因此，明显地提高了常用接头中薄弱区的抵抗力。这种抵抗力的增强是在没有增大管口厚度并且没有在管口具有金属-金属接触的密封面时更易造成咬死的情况下实现的。
根据这种设计结构，第一构件对应于插接件，它具有一个基本上沿轴向取向且与插接件中的管子轴线的垂直面形成角A的表面，它在压力下接触一个基本上沿轴向定向且与承接件中的垂直于管子轴线的表面形成角A的对应表面。
结合附图将会更好地理解本发明，其中
图1是按照本发明的管接头结构的轴向剖视图；图2和3是图1所示管接头局部的放大的轴向剖视图；图4示出了当管接头处于装配状态时图2和3所示的部分；以及图5示出了本发明管接头的另一个可行结构的轴向剖视图。
图1示出了一个管接头，它包括一个插接件1和一个承接件2。在这个设计方案中，承接件部分地设有连接节3，它也设有一个第二承接件2a，以便连接第二插接件1a。每一个插接件1、1a在末端设有一个管段4、4a，如图所示，它们可以一体地连接到管段上或可以单独地制造并被焊接在管段上或通过其它方式进行固定。
如图所示，每个插接件1、1a具有一个制有螺纹的截头圆锥形外圆周表面5、5a。每个承接件2、2a对应地具有一个也制有螺纹的截头圆锥形内圆周表面6、6a，以便容纳并连接对应的插接件。所述构件可以按常规地形成螺纹。圆周表面上的螺纹在插接件的自由末端7、7a和对应的承接件表面6、6a的内端附近结束，当将构件完全连接起来时，一个基本上沿轴向指向各插接件7、7a的自由末端(管口)的表面被引导成与一个对置的且基本上沿轴向定位在承接件的肩部(扭矩肩)8上的对应表面密封地对接，如在图2、3中更具体地表示的那样，其中在图2和3中只示出了插接件1的自由末端7和肩部8的对应部分以及承接件2的内邻接表面。
如图2所示，插接件1的自由末端7(被称之为管口)设有一个径向取向的第一外环形表面9和一个轴向取向的第二环形表面10，所述第二环形表面与管子轴线的垂直平面形成角A。表面9可以包括或不包括一个被设计用来在其接触承接件的对应表面时产生管接头的密封效果的环形区或表面。第二表面10可以结束于部位11处，部位11在插接件的内表面上具有预定直径。或者，第二表面可以结束于一个第三内圆柱形表面12处，或者按另一方案，它可以结束于用虚线表示的一个截头圆锥形表面13处。该表面13结束于插接件的内表面上。表面9和10通过具有曲率半径R1的环形表面14相连。被称为管口的该插接件的一个特点在于管口的厚度或定义Tn，它是表面9、10的实际交点与点11之间的距离，其中点11是表面10的终点，所述距离是沿管子轴线的垂直平面测得的。
如图3所示，承接件2设有对应于插接件的表面9、10的表面15、16，它们通过曲率半径为R2的环形表面17相连，出于装配的原因，这个曲率半径应大于曲率半径R1。表面16在点18处与截头锥面19相连，所述截头锥面与管子轴线形成其值在5°和25°之间的角B。表面19同时在点20处与内圆柱形表面21相连。或者，表面21可以与管子轴线形成一个小于5°的角。由表面16、19和21构成的承接件部分构成了必须承受由在装配或工作中的扭转力产生的压负荷的“扭矩肩”。Th或“肩厚度”被定义为表面15、16的实际交点与表面19、21的交点20之间的距离。按另一种方案，在表面16和19的交点18处，可以包括一个斜边或一致半径。
作为本发明的一个条件，可以在管口的厚度Tn和肩部的厚度Th之间建立以下关系1.1≤Th/Tn≤1.4。
由本发明规定了表面19的角度值5°≤B≤25°。
图4具体地示出了图2所示插接件在其处于与图3所示承接件的最终装配位置时的自由末端。对应表面10、16在压力下紧密接触。表面9、15可能接触或者可能没有接触，这取决于管接头是否具有任何形式的金属-金属密封面。当表面10和16之间的压力由于增大的扭力引起更高的应力或由于管接头中的压力而增大时，由表面16、19和21限定出的区域(称之为扭矩肩)将以比传统管接头更大的能力来承受所产生的拉应力。
另外，表面12、19和21为在管内的液体流动或气体流动提供了光滑的过渡区。
尽管针对其中的承接件设有连接节的管接头描述了本发明，但是本发明同样可用于一个如图5所示的钟口接头，在这种情况下，插接件和承接件22、23与管段4、4a的末端一体地相符，并且一个与图2中所示的那个表面一样地大致沿轴向定位于插接件的自由边部24中的表面接触一个基本上沿轴向取向并对应于前述表面的表面，与图3所示的表面一样，该表面在扭矩肩25中配置了承接件23。
权利要求
1．一种对过扭矩和压力有高抵抗能力的螺纹管接头，包括一个其内圆周表面上制有螺纹的承接件和一个具有一对应于承接件的内圆周表面的外圆周表面并要被装入承接件中的插接件，所述插接件制有螺纹，以便与承接件的螺纹配合，其中一个上述构件在其自由末端上设有一个基本上沿轴向取向的环形表面，而另一个构件设有一个基本上沿轴向取向并且与上述环形表面彼此相互对应且在最终装配位置上接触第一构件的表面的环形表面，该表面必须传递来自扭矩的作用力并对管接头施加压力，其特征在于，基本上沿轴向取向的承接件的环形表面以其最小半径与和管子轴线形成角为B的截头圆锥形第二表面相交，该表面同时与一个平行于管子轴线的圆柱形表面相交，并且承接件的上述三个表面是扭矩肩的一部分，它们具有满足以下公式的尺寸和倾斜角的组合1.1≤Th/Tn≤1.45°≤B≤25°其中Th对应于在基本上沿轴向取向的承接件环形表面的外半径与下述交点之间所测的肩部厚度，该交点是与管子轴线成角B的表面与平行于管子轴线的圆柱形表面的交点，而Tn对应于在从插接件的自由末端起基本上沿轴向取向的环形表面的外半径和该表面同管子的内圆周表面或同与管子内表面相交的截头圆锥形表面的交点之间所测的管口厚度。
2．如权利要求1所述的螺纹管接头，其特征在于，所述插接件的自由末端具有径向定向于其外半径上的一个表面或表面组合，该表面紧密接触承接件中的一个表面或一系列对应表面，以便给管接头提供密封。
3．如权利要求1所述的螺纹管接头，其特征在于，所述承接件设有一个带有两个对置的承接件的连接节，所述插接件的一体地设置在管子的一个末端上。
4．如权利要求1所述的螺纹管接头，其特征在于，所述承接件一体地设置在管子的一个末端上，且所述插接件一体地设置在管子的一个末端上。
全文摘要
一种对过扭矩和压力有高抵抗能力的螺纹管接头包括一个带内螺纹的承接件和一个带外螺纹的插接件。通过螺纹面在插接件末端和承接件之间形成管连。当构件完全装配好时,构件之一的自由末端中轴向取向的表面压在另一个构件的对应的扭矩肩上。该扭矩肩由与第一构件的对应管口重合地取向的第一表面和管子轴线成角B的截头圆锥形第二表面构成。这种几何形状提高了管接头对过扭力矩的抵抗力,而不必增大管口的轴向环形面与扭矩肩的对应表面之间的净接触面。
文档编号E21B17/042GK1289019SQ0012686
公开日2001年3月28日 申请日期2000年9月7日 优先权日1999年9月21日
发明者加夫列尔·卡卡格尼奥 申请人:西德尔卡有限公司