专利名称：管连接的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管连接，尤其地涉及一种气密的管螺栓连接(在该种管连接的 情形下，部件在连接区域中借助于根据DIN 8593的接合通过压靠(Anpressen)和压入 (Einpressen)来连接)，其包括内管件和外管件或者两个带有外套筒的内管件。
背景技术：
管、至少无缝的管(其可由不同的材料来制成)应用于油田产品和/或气田产品 的垂直且水平地还在较大距离上的运送，并且由于在实际的运用和使用中的连接的高的密 封品质需要高的应力。一种已经长期所使用的管连接(其基本上在几何形状的基础设计方案方面示出了 现有技术)如此地来形成，即，内管件和外管件具有平截圆锥体形状(kegelstumpffbrmig) 的彼此贴靠的、带有在内管件的末端方向上朝向彼此的大约1 10的倾斜度的密封面，该 密封面与在轴向上相反指向的平截圆锥体形状的止挡面共同作用。在此，密封效果可通过 管端部的互相的轴向上彼此的压靠(完全地接合)，例如借助于螺纹拧紧和诸如此类的方 式来实现。为了在现场中给定的作用到管道处的应力情况下改进管连接的密封性或密封的 品质，但是同样为了在管构件拆卸和重新装配时实现维持管连接的密封品质，已经提出了 带有连接的密封面和止挡面的特别的结构的多种几何形状的实施形式。然而，复杂的密封 面成型大多数与用于管端部的连接区域的去毛刺(spanabhebende Bearbeitung)的较高的 费用和与制造上的降低的经济性相联系。文件US 7 334 821B2公开了一种带有管内部件的桶状的、截面中为凸状的密封 面和接着该密封面的带有末端的止挡面的突出的突起(Fortsatz)的管连接。如此，管构件 的压合面应在管连接的完全接合中应获得增大的锥度，并且产生改进的密封效果。然而，用 于构建复杂地成型的密封区域的制造费用显得较高。
发明内容
基于根据现有技术的管连接的基本的几何形状的设计方案，本发明的目的在于， 在可制造性的高的经济性的情形下公开一种新型的管连接，其导致了在实际的现场应用 (Feldeinsatz)中的管道的改进的使用特性，并且其有助于管路的拆卸和重新装配。改进的管道的使用特性尤其地涉及到既在高的内部压力的情况下又在高的外部 压力的情况下以及在管线的叠加的拉应力、压应力及弯曲应力的情况下维持相应的管连接 的密封性，其中，应使连接区域中的所谓的卡住现象(Fresserscheirumg)降低到最小，并 且应改进连接的松开和重新完全接合。所提出的目的根据本发明在之前提到的类型的管连接的情形下由此来解决，即， 利用三个区域构建连接，其中，管件或者管件和套筒的连接区域的压配合部O^resssitz) 和止挡部具有合作的、在端部方向上从内管件朝管轴线倾斜的平截圆锥体形状的压配合面并且在端侧处具有与该压配合面相反指向的平截圆锥体形状的止挡面，并且以无接触的方 式利用同轴的间隙或空腔来形成用于部件的处于连接中的部件的压配合部和止挡部的过 渡部。利用本发明所实现的优点可理解为协同地基本上提高压配合面处的面压力且 有利地使压配合面定位成与止挡面隔开。与之相关联的还有连接区域中的局部的、机 械的材料应力的大小的普遍的优化和避免考虑到在材料中出现的弹性变形和裂纹开始 (Rissinitiation)而引起的应力集中。借助于广泛的研究已发现，在挤压超过额定值期间和在叠加的拉应力、压应力及 弯曲应力期间根据本发明的管连接的密封特性完全地得以保持。
根据FE (有限元)方法及弹性确定的计算已经得出，通过在连接区域中的根据本 发明的几何形状更确切地说利用压配合面和止挡面之间的空腔的构造来产生多重的优点。一方面，通过空腔在相对于现有技术具有相同的连接的纵向距离的情况下缩短或 减小压配合面或者密封座面，这导致了较高的密封面挤压。无接触地布置的过渡部在负载动力学上产生了提高的、很大程度上均勻的单位面 压力，并且因此产生了压配合面处的密封，其中，通过轴向上相对于止挡面隔开在系统弯曲 时仅产生局部的面压力的可接受的差异。如有可能叠加的拉应力和压应力仅轻微地影响连 接的密封性，因为压配合面具有大约1 10的微小的倾斜度。有利地，在管件的连接区域中的空腔作为润滑剂槽(khmiermitteltasche)来起 作用，并且改进了分布，并在现场管道的密封性的组装情况下降低了润滑剂的压力。当根据本发明的优选的实施形式连接区域的压配合部和止挡部的在管件之间以 无接触的方式形成的过渡部通过来自外管件的内壁面的同轴的凹进部来形成时，既实现了 合适的机械的材料应力，又实现了有利于连接的密封性的应力状态。在内管件压入到外管件中时，在形成连接的完全接合时在压配合面的区域中构造 了高的、基本上径向上指向的力，该力在该区域中导致了带有外管壁的材料的切向的、弹性 的拉伸的扩大。通过来自在接着的过渡区域中的外管件的内壁面的同轴的凹进部和因此直到止 挡面的区域中的管件的接触免除(Berilhrungsfreistellung)，在外管壁的切向方向上不再 提供弹性的拉伸，然而在其中轴向上指向的拉力起作用，该拉力通过内管的止挡面压到外 管件的那些止挡面上而形成，并且引起了轴向上的弹性的拉伸。在连接区域中根据本发明如此地最大程度地降低局部复杂的(komplex)应力状 态，其中，根据本发明过渡区域的构造促成了较大的弹性的拉伸值，并且即使在管线的复杂 的应力时也确保了连接的密封性。以合适的方式，在过渡区域中的凹进部在截面中具有无棱角的轮廓，因为由此最 大程度地避免在外管的内表面处的应力集中，并且排除了裂纹开始和疲劳断裂危险。当内管件在过渡部的区域中从末端继续的压配合面朝向止挡面以倒圆的方式 (gerundet)形成，则可消除带有局部的塑性的材料变形的局部的应力集中，并且可改进止 挡面的配合。特别好的结果可利用带有& = 0. 9至1. 5mm的半径或用于& = 0. 2至0. 6mm 的TUBING的棱边倒圆来实现。有利地，在外管件中同轴的凹进部在截面中从压配合面至凹进部轮廓利用0. 5至1.0mm的过渡半径来形成，并且直到止挡面以无棱边的方式来成型。如此在压配合面和凹进 部的边界区域中可靠地避免压应力集中。广泛的且有针对性的研究已得出，无接触地布置的过渡部的长度相对于有效的压 配合部的长度的商以合适的方式应具有0. 4至1. 7的、优选地0. 6至1. 5的值，以用于实现 根据本发明的管连接的最优的密封情况。从包含所有的通常的管直径中得出这些明显宽的值区域。尺寸相关的评价公布了，对于带有大于4 英寸的外径的管、所谓的套管 (Futterrohr)或者CASING,商优化地位于0. 4至1. 2，优选地位于0. 6至1. 0。相反地，对于竖管或者输送管(其具有小于/等于4 英寸至大约1.66英寸并且 更小的外径)即在所谓的TUBING的情形下确定无接触地放置的过渡部的长度相对于压配 合部的长度的优化的商为0. 9至1. 7，优选地为1. 1至1. 5。为了实现带有提高的密封性的管连接的合适的且高品质的紧凑的实施形式，外管 件应相对于直径朝向止挡面具有大约为1 10的压配合面的倾斜度，并且止挡面相反指向 地相对于轴线法向(Axnormale)具有β = 10°至20°、优选地β = 15°的角度Beta。如从试验中已得出的那样，当压配合面和/或止挡面应具有小于Ra = 3. 2 μ m然 而大于Ra = 0.4的表面粗糙度(根据DIN 4777IS0/DIN4287/1作为平均粗糙度值来测量)， 则尽可能在压配合面没有所谓的卡住的情况下，可使用高的单位压力负载，并且尽可能不 受限制的管连接的拆卸是可能的。在这方面假设，最优的润滑剂量可定位在处于上述粗糙 度极限中的粗糙的表面轮廓的凹陷部中，以便获得期望的特性。在效应技术方面，根据本发明的管连接可通过不同的器件(其轴向上将管件挤压 到一起)而完全地接合。有利地，已知的螺栓连接已证实为有效的。
下面借助于示意性的图纸仅示出根据本发明的管连接的一个实施形式。其中图1在轴向的剖面中显示了管连接。
具体实施例方式在图1中在轴向的剖面中显示了内管I和外管A的管连接。在管的连接区域中，内管件I具有带有压配合面II的平截圆锥体面，该压配合面 II相对于管直径末端上以1 10的值倾斜。接着压配合面II末端以朝管纵向轴线X以 15°的角度β相反指向地倾斜的方式成型有止挡面21，该止挡面21示出了带有端侧的密 封面的止挡部2和内管端部。外管件A在处于完全接合的管件连接时在连接区域1中以压配合面Al最接近地 贴靠在内管的压配合面II处。在连接区域1 (其包括压配合面II和1Α)和带有管件的止挡面的区域2之间设置 有过渡区域3，在该过渡区域3中存在来自外管A的内壁的凹进部RA，在管件I和A之间成 型有空腔R，并且使部件在该区段中以无接触的方式布置。在外管件A中，压配合面IA和凹进部轮廓3Α之间的边界区域以0. 8mm的半径倒圆，其中，之后同轴的凹进部RA的直到止挡面2A的整个内壁面3A以无棱边倒圆的方式构建。
权利要求
1.一种管连接、尤其为气密的管螺栓连接，在所述管连接中，部件在连接区域中借助于 根据DIN 8593的接合通过压靠和压入来连接，所述管连接包括内管件(I)和外管件(A)或 者两个带有外套筒(A)的内管件(I)，其特征在于，利用三个区域构建连接，其中，所述管件 或者所述管件和套筒的连接区域的压配合部(1)和止挡部( 具有合作的、在端部方向上 从内管件朝向管轴线U)倾斜的平截圆锥体形状的压配合面(II，1A)并且在端侧处具有相 对于所述压配合面(1I，1A)相反指向的平截圆锥体形状的止挡面ΟΙ，2Α)，并且以无接触 的方式利用同轴的间隙或空腔(R)来形成用于所述部件的处于连接中的所述部件的压配 合部⑴和止挡部⑵的过渡部⑶。
2.根据权利要求1所述的管连接，其特征在于，所述连接区域的所述压配合部和所述 止挡部的在所述管件之间以无接触的方式形成的所述过渡部C3)通过来自所述外管件(A) 中的内壁面(3A)的同轴的凹进部(RA)来形成。
3.根据权利要求1或2所述的管连接，其特征在于，在所述过渡区域(3)中的凹进部 (RA)在截面中具有无棱角的轮廓(3A)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的管连接，其特征在于，在末端继续的压配合面 (II)和所述止挡面的过渡部(3)的区域中以倒圆的方式形成所述内管件(I)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的管连接，其特征在于，所述外管件(A)中的所述 同轴的凹进部(RA)在截面中从所述压配合面(IA)至所述凹进部轮廓(3A)以0. 5至1. Omm 的过渡半径(Ro) (Ro = 0. 5-1. 0)来形成，并且直到所述止挡面OA)以无棱边的方式成型。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的管连接，其特征在于，无接触地布置的所述过 渡部(3)的长度相对于所述压配合部(1)的长度的商得出0. 4至1. 7、优选地为0. 6至1. 5 的值。
7.根据权利要求6所述的管连接，其特征在于，对于根据API5CT的基本上为带有大 于4 英寸的外径的套管的CASING管，以与所述内管件(I)无接触的方式布置的所述过渡 部(3)的长度相对于所述压配合部(1)的长度的商得出0. 4至1. 2、优选地为0. 6至1. 0的值。
8.根据权利要求6所述的管连接，其特征在于，对于根据API5CT的基本上为带有4 英寸和更小的例如1. 66英寸的外径的竖管或者输送管的TUBING管，以与所述内管件(I) 无接触的方式布置的所述过渡部(3)的长度相对于所述压配合部(1)的长度的商得出0.9 至1. 7、优选地为1. 1至1. 5的值。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的管连接，其特征在于，所述外部件㈧具有相对 于所述直径大约为1 10的所述压配合面(IA)的倾斜度，并且所述止挡面以K)相对于轴 线法向具有10°至20°、优选地大约15°的角度Beta。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的管连接，其特征在于，所述管材料至少在所述 连接区域中进行热力学处理或者调质处理，并且具有提高的材料强度。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的管连接，其特征在于，所述压配合面(II，1A) 和/或所述止挡面(2I，2A)具有根据DIN 4777IS0/DIN4^7/1确定作为平均粗糙度值的、 小于= 3. 2 μ m然而大于= 0. 4 μ m的表面粗糙度。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的管连接，其特征在于，所述管件的接合借助于 螺栓连接来建立。
全文摘要
本发明涉及一种管连接、尤其地气密的管螺栓连接(在该种管连接的情形下，部件在连接区域中借助于根据DIN 8593的接合通过压靠和压入来连接)，其包括内管件(I)和外管件(A)或者两个带有外套筒(A)的内管件(I)。为了改进在实际的现场应用中的使用特性，尤其地为了在叠加的应力时维持相应的管连接的密封性，根据本发明设置有，利用三个区域建立连接，其中，管件或者管件和套筒的连接区域的压配合部(1)和止挡部(2)具有合作的、在端部方向上从内管件朝向管轴线(x)倾斜的平截圆锥体形状的压配合面(1I，1A)并且在端侧处具有相对于压配合面(1I，1A)相反指向的平截圆锥体形状的止挡面(2I，2A)，并且以无接触的方式利用同轴的间隙或空腔(R)来形成用于部件的处于连接中的部件的压配合部(1)和止挡部(2)的过渡部(3)。
文档编号E21B17/042GK102057128SQ200980121333
公开日2011年5月11日 申请日期2009年5月26日 优先权日2008年6月3日
发明者C·特多里厄, G·弗里茨 申请人:奥钢联管柱有限责任两合公司