专利名称：螺纹管连接的制作方法
技术领域：
本申请涉及几乎用于所有工业的、具有优越密封性的高压力螺紋管连接。
背景技术：
将管接头连接在一起且将它们彼此密封以避免流体从管中泄漏的螺紋管连 接，几百年来都是设计成外螺紋导程尽可能的制成与内螺紋导程接近。当今大多 数管连接螺紋为锥形螺紋，因此螺紋间的接触面压会随着其每圈转动而增加直到 达到足以避免连接松动和从管泄漏流体的程度。如果接触面压太低螺紋会松动而 如果太高，阳螺紋或阴螺紋可能产生塑性变形以致操作性有问题。当管尺寸和流 体压力增大时，为了维持强度和密封性而依次划分成从竹料到木料、黄铜、铁、 钢以及必要时到高强、高温合金的管材料，在其配合螺紋之间需要增加的径向螺
紋干涉和4矣触面压。为了实现该用途螺乡丈侧面角在与管轴一致的平面内、在牙
侧面与和管轴垂直的平面之间的间隙内进行测量；阳螺紋是具有外螺紋的管状元
件；阴螺紋是具有相配合的内螺紋的管状元件用于和阳螺乡丈进行装配； 一个螺紋 匪为螺紋回转一周；导程为在一个螺紋匝中螺紋前进的轴向长度；负牙侧为面向 更靠近牙根的牙侧；正牙侧为面向更靠近牙顶的牙侧；钩型螺紋(hook-type) 为具有负牙侧角的螺紋；"发明创造"指代的是本申请。
历史上，阳螺紋一直制成具有与相配合的阴螺紋相同的锥度和导程，直到 Watts的专利US4974882教导阳螺紋应当制成具有比阴螺紋更小的锥度，配合螺 紋之间的最大径向干涉发生在螺紋啮合的小直径端，其方^f更阳螺紋和阴螺紋的装 配，并改善螺紋强度和促进密封性。
Sivley的专利US6976711教导相配合的阳螺紋和阴螺紋的嵌入牙侧导程和/ 或承载牙侧导程的改变，例如"嵌入牙侧导程和承载牙侧导程等于从螺紋端部选
7择一间距的平均导程"和"承载牙侧导程和嵌入牙侧导程在螺紋长度的至少一部
分上不相同"，但US6976711在任何地方都没有教导相对于阴螺紋导程而改变阳 螺紋导程，也没有提及由于泊松比(Poison's Ration)而在阳螺紋与阴螺紋装配 期间造成的任何螺紋导程不匹配。鉴于Invitroge v.达生物技术实验室专利号 为04-1039-1040的专利，US6976711不是现有技术因为其既没有提及问题也没 有教导问题的解答。而根据申请人掌握的知识和信念，并没有教导出确保相配合 螺紋间的密切接触或教导出抵消由径向干涉而造成的配合螺紋导程不匹配。
为了说明本申请解决的一些问题，附图1中描述的第一类缺陷经常出现在现 有技术中例如API 5B 8-圆形管螺紋中，当阴螺紋(57)与阳螺紋(50)的装配 径向地压缩阳螺故导致其轴向地延长，并且同时径向地延伸阴螺紋导致其轴向地 缩短时，长度上的不同迫使阳螺紋嵌入牙侧(52)相对于30度的阴螺紋嵌入牙 侧(53 )压紧于是轴向力的径向分量向内移动阳螺紋端面并且因为相配合的阴螺 紋(55 )脱离啮合，其由于较少的螺紋相接触以抵抗轴向载荷而削弱了连接强度， 且其同时打开了相接触螺故之间的螺旋渗漏通道(56 )。
附图2描述了常用螺紋的第二类缺陷缺陷例如API 5B 8-圓形管螺紋，当其 遭受施加在阴螺紋(61)周围的外部流体压力后，由于装配时的螺故干涉，外部 流体压力在阳螺紋端面(62)中增加环向压应力。压力的组合使阳螺紋端发生塑 性变形，造成在释放外部压力时阴螺紋(63 )和相配合的阳螺紋(64 )之间的接 触损失，由于在轴向上和螺凝:渗漏通道(67)都留下开口，所以在仍然保持弹性 的阴螺紋恢复到原始直径而位于阳螺紋端面的塑性变形端由于环向压应力在阳 螺紋端面处最大而无法恢复到原始直径后，螺紋失去了配合和密封抵抗内部流体 压力的能力。第一类缺陷和第二类缺陷趋向发生在连接处，在那里靠近阳螺紋端 面的阳螺乡饼度比临近的阴螺紋壁厚度小。
附图6描述了常用的螺紋例如API 5B 8-圆形螺紋之间的第一接触，该接
触发生在嵌入到形成螺紋的最小啮合角(68)的旋转位置处时，啮合角形成在
管轴(25)和通过共同接触点(93)的力矢量(46)之间，最小可能啮合角等于嵌入牙侧角(81)。这样的螺紋具有阳螺紋嵌入牙侧(70)，牙顶(74)，形 成在嵌入牙侧角(81)上的阴螺紋嵌入牙侧(71)。附图7描述了阴阳螺紋之 间的第 一接触，该接触发生在嵌入到形成可能造成第三类型缺陷的高啮合角
(79)的旋转位置处时，由于阳螺紋牙顶(74)接触阴螺紋嵌入牙顶(77), 上述缺陷由过大的啮合角(79)造成，该啮合角在由力矢量(76)描述的方向 上，在位于共同接触点(82)的相配合嵌入牙侧之间产生过大的承压应力。阳 螺紋嵌入面包括形成在阴螺紋嵌入牙侧(71)和阳螺紋牙顶(74)中间的表面
(75)。表面(74, 75)可形成弧形，圆锥形或其他形状以i"更最好地避免现有 技术中由于尖角等其他形状而造成的装运损坏。API偏梯形和其他螺紋具有圆 柱形的牙顶，上述牙顶具有在相互影响的牙侧和牙顶之间的半径。在阳螺紋嵌 入到阴螺紋后，典型的相对于起始方向旋转不足一圏从而试图为螺紋设计获得 最小啮合角的旋转位置在附图6中进行了描述。依赖于嵌入时阴螺紋和阳螺紋 之间的旋转位置，啮合角可从等于牙侧角(81)的最小值到如附图7所描述的
(79)接近90度。啮合角的增大同时增大了拥有共同接触点(82)的螺紋之 间的单位支承应力，其增大了将阳螺紋旋进阴螺紋时为抵抗由管的重量造成的 摩擦力所需要的扭矩。随着啮合角的增大力矢量同时增大，并且依赖于嵌入时 管的重量，摩擦力可变得足以擦伤螺紋、使螺紋交叉和/或封锁，从而阻碍了 阳螺紋与阴螺紋正确的装配。牙顶半径越小和反转的越快，在反转时越可能具 有管惯性，该惯性在重力降低到使阳螺紋的一螺紋获得最佳位置之前造成阳螺 紋经过旋转故障点，然而，当经过了附图6描述的最佳位置，第三类缺陷的危 险性在不足一圈的旋转内会重新显现。
多年来使用的型锻的阴螺紋连接可达到管强度额定值的65%,而少数具有一定壁厚的管则可接近其强度额定值的75%。他们声称由于螺紋啮合不会通过 阴螺紋壁完全延续而是止于和螺紋具有相同锥度的型锻部，所以当螺紋同时轴 向和径向地相对于型模壁位于其理想位置时，会减少位于阴螺紋颈部的临界面 积至多到管壁剖面的75%。然而，在螺紋生产期间这样的理想位置不能进行维 护，因此现有技术中型模连接的有效率被限定在不足管强度的75%。
API全国性报表声称由于管螺紋的泄漏卯-95%的download-hole有问题， API声称在获知使用中管螺紋为何会泄露的问题上有足够的经验。错误的，自 有数据记载的1939年以来，API长期认为所有的API5B管螺紋应当使用API 5A2涂布密封，同时坚定地认为5B螺紋的尺寸和公差以及API 5A2螺紋涂泮牛 不会有实质的改变，直到1995年后Watts的专利US5427418教导出相关解决 方法。目前，没有现有技术教导出装配时，具有合适的轴向导程长度的配合 螺紋会遭受第一、第二和第三类缺陷，同时也没有教导出这些问题的解决办法， 因此本申请提出的问题和问题的解决办法改进了现有技术。
发明内容
本申请教导出如何避免类型1、 2和3的缺陷，并且同时教导出新的型模结 构以充分地改进现有技术。在螺紋管连接装配期间，阳螺统连接到阴螺紋上，其 在相配合螺紋间产生增加的径向干涉，其减小阳螺紋的直径而增大阴螺紋的直径 并且与泊松比相一致，直径的改变轴向地延长阳螺紋而轴向地缩短阴螺紋，导致 起初由相同导程组成的阴螺紋和阳螺统之间的导程不匹配。不匹配度取决于例如 螺紋直径、螺紋导程、径向干涉和管材料的泊;^比。
类型1的缺陷可通过在装配期间形成具有比阴螺紋小的导程的阳螺紋而避 免，阳螺紋轴向地延长而阴螺紋轴向地缩小以便当完全装配时，阳螺紋具有充足 的和与其配合的阴螺故相同的导程以便更好地使阳螺紋和阴螺紋牙形合适，其增加了连接的结构强度并且改进了螺紋密封高压和轻质流体的能力。阳螺紋或阴螺 紋其中一个形成恒定导程而另一个形成可调整导程以实现上述改进，阳螺紋导禾呈 短于阴螺紋导程。对于相配合螺紋之间单位直径上直径干涉的给定值，单位轴向 长度上的调整等于单位直径干涉乘以泊松比。例如，如果管螺紋具有10英寸7>
称直径和当装配时将产生0. 30"直径干涉的0.28的泊松比，那么直径上每英寸 的单位直径干涉=.030"/10"=. 003英寸，而轴向长度每英寸的相配合的阳螺紋 和阴螺紋的长度调整003x. 28 = .00084英寸。因此，当螺紋形成在l/4"的名 义导程上，则导程调整=.00084/4 = .00021",其可完全用于相配合的螺紋之一 或可在它们之间划分例如，阴螺紋导程延长.00007"而阳螺紋导程缩短.00014"。 本申请可有不同程度的精度，其依赖于螺紋的使用要求和成本限制。
沿着相配合螺紋的轴向产生的不同的径向单位干涉会发生在阴螺紋和阳螺 紋形成相同的锥度和/或当阳螺紋具有迟緩(slower)于阴螺紋的锥度时，于是可 变的导程调节是更可选择的，依赖于特殊需求时相配合螺纟丈之间的准确配合。如 果导程随着螺紋的每圈旋转而改变，这样的配合是理想的，但是在并不需要最精 确的配合时，经过若干个螺紋转圈的间隔导程才发生变化，其接近于经过每个螺 紋转圏就发生的理想的导程变化。
本申请的连接同样可以避免第二类缺陷。优选地使用在阳螺紋端面和中段具 有额外导程调整的虎克型螺紋，其重叠在上述描述的导程调整上，以在装配时向 阳螺紋的对应位置提供轴向张力，从而单独地或着与存在于相配合螺紋之间的径 向接触面压组合地将相配合螺故锁定在一起。众所周知在连接处于高张力载荷 时，虎克螺紋的负承载牙侧倾向于脱离阳螺紋而"跳出，，，然而，在此之前并没 有教导出如上所述的阳螺紋导程制成短于相配合的阴螺紋导程，而上述教导可不 依赖于径向螺紋干涉而将虎克螺紋锁定配合在一起。为此，在阳螺紋的端面和中 段之间引起张力从而在相配合的螺紋之间同时增加轴向和径向接触面压。API公 告5C3(4. 2)教导出"内部泄漏阻力等于接触面压"，但其只是依赖于由阳螺紋 的环状压缩引起的接触面压和任何其他的创造或维持接触面压的方法。给定需求 的阴螺紋和阳螺紋之间的导程长度调整，导致加在负承载牙侧角上的载荷在没有径向螺紋干涉的情况下随着相配合的螺紋将阳螺紋端螺纟丈保持于密封啮合，虽然 能在任何额定的内部和外部流体压力值和/或额定的^U成负载的组合中计算出不 同的牙侧角和直径，但是在此教导出的原则是不变的。计算和测-验指示出承载牙 侧制成与嵌入牙侧平行是可操作的，但是，应当理解出牙侧角其他组合的使用包
括在本申请的范围之内。有限元分析(FEA)已证实本申请的型模连接可用范围 至少为管强度和压力的95%,测试证明螺紋可封闭密封至连接壁厚度的结构加 压能力。
在装配期间由径向螺紋干涉造成的阴螺紋和阳螺紋之间的接触面压典型地 在啮合螺紋的中段位置最大，该位置通常是阴螺紋和阳螺纟丈组合的最厚的地方， 因此当使用阳螺紋张力的这个特征时，优选地，中段螺紋不具有最小化装配时产 生的阴螺紋和阳螺紋中段轴向压力的附加导程调整，因此当维护位于阳螺紋薄端 部的张力和避免螺紋配合的杠、动时，会逆着与阴螺紋相对轴向运动的方向精确地 装配和固定阳螺紋。于是，阳螺故端面和阳螺紋中段之间的阳螺紋通过相配合的 阴螺紋锁定在一起，该锁定通过同时在另一方向上作用于虎克螺紋负角承载牙侧 的张力实现。螺紋在最高接触面压下由相配合的中间长度的螺紋固定，该最高接 触面压在即使阳螺紋端面附近的阳螺紋由于外部流体压力引起的环状压缩而发 生塑性变形的情况下仍然维持密切的螺紋接触，原因是当内部流体眼泪随后加载 时，相配合的阳螺紋端螺故仍然保持密切的密封接触。附加的导程调整可加到所 有螺紋上、只是阳螺紋端面和中段之间、或者在较小操作载荷的情况下只是加载 到最接近阳螺紋端面的部分上。理想但不是必须，优选地装配时螺纟丈导程在阳 螺纟丈端面调整到最大且朝向阳螺紋颈减小，在阳螺紋在阳螺紋端面和长度中点之 间处于张力状态下，所有相配合螺紋实质上等于导程。对于某些工程，长度中点 和阳螺紋颈之间的阳螺紋为了确保相对于外部流体压力和/或腐蚀的密封而逆着 它们的承载牙侧发生轻微地压缩是需要的。然而，其他螺紋导程调整形式可以在 不脱离本申请的情况下使用。装配后，流体压力和工作载荷可能导致配合后的螺 紋进一步地缩短和/或延长，但是初始装配导程关系将是恒定的，原因是阴螺紋 和阳螺紋将同时延长或缩短相同值。由此得出，由于阴螺紋和阳螺紋同时延长或
12缩短，此种连接可用于可延长的管线上，直径干涉保持恒定，因此所期望的轴向 上的导程的不同也保持恒定。
具有相同的螺紋高度，形成圆柱形螺紋的管壁的径向宽度比形成锥形螺紋的 管壁的径向宽度小，因此本申请可使用薄壁管，可带着或不带径向螺紋干涉而维 持相配合螺紋的密封接触，充分地维护密切地螺紋配合以及，也可逆着机械力将 螺紋保持在理想的装配密封位置。
本申请可使用多种具有正或负牙侧角的螺紋，但优选地，使用正的小角度嵌
入牙侧和负的小角度承载牙侧，然而，本申请还可使用非虎克型螺紋例如API 5B 8-圓形螺紋以避免第一、第二和第三类缺陷。除了高性能的需求时，各种虎克型 螺紋和楔形螺紋可应用在本申请中，优选地使用Watts的专利US6578880和/或 US6682101中的楔形螺紋。怎样可带着或不带径向螺紋干涉而在相配合螺紋之间 获得和维持精确的密切接触现已明确，因此能够为任何工业或家庭服务提供可靠 的管螺紋以增加安全性、减少成本，以及保护环境免于通常由常用管螺紋造成的 有害流体泄漏的危险和因机械连接器损坏引起的灾难性后果。
今后将和其他特征组合使用的本申请的另一特征，将无需使用双支管接头或 管端锻粗件而改进连接效果，提供，其中相配合的螺纟丈啮合从阳螺紋的外径到型 锻的内表面延伸。位于阳螺紋颈部的退刀槽长期用在管螺紋中正如API报告声明 的连接那样，但在型锻阴螺紋中的螺紋退刀槽没有教导出申请人目前最好的知识 和信念。本申请的阴螺紋型模包括上锥体部，其在从阴螺玟端面，向下到下锥体 部的方向上向内变细，所述下锥体部沿着朝向管体向内延伸的较小的锥度形成。 交替地，阴螺紋型模包括中部，此中部轴向地位于上锥体和下锥体部之间在这种 情况下，中部可形成圆柱体或比上下推体部锥度小的锥体。在另一种情况下，为 了接收相配合的阳螺紋如附图三描述的阳螺紋(11)，阴螺紋形成在上部中且退
刀槽位于相邻接部分的内部型模的直径中，该相邻接部是下部或中部。因此，无 需加厚管以提供比原始管壁厚度大的阴螺紋壁厚，临界阴螺紋壁界面，选自与管
截面一样大，以提供和形成与管体一样强度的连接处。优选地，位于阴螺紋退刀 槽的阴螺紋内部型模直径制成足够大以提供围绕管内径的充足的径向宽度，以使阳螺紋端面(14 )足够宽从而在装配期间支承阴螺紋和承载装卸力。为了维护方 便，需要管连接的强度小于100°/。的管体强度，本申请可提供具有管体75%和100% 之间强度的管连接，由于阴螺紋强度如小于65%则会形成普通管。
通过如附图8所描述的限制可能发生在装配时螺紋配合嵌入牙侧之间的p齿合 角到小于80度，本申请的附加特征可确保合适的嵌入以及使用最小时间和不破 坏螺紋而进行的阴螺紋和阳螺紋的选配，然而，优选地，啮合角设计成不超过 60度，最小啮合角等于使用的嵌入牙侧角。啮合角为在管轴和通过螺紋之间的 共同接触点的力作用线之间形成的锐角，其垂直于在嵌入位置时阴螺紋和阳螺紋 之间的切线。力作用线定义了瞬时位置和典型的由嵌入管的重量而产生的在相配 合嵌入牙侧之间传递的阻力的方向。
图l是描绘由装配而造成的螺紋不匹配的API 5B螺紋的局部剖面图。
图2是描绘l吏用期间螺紋分离的API 5B连接的局部剖面图。
图3是本申请阴螺纹和阳螺紋的一个实施例的局部剖面图。
图4是本申请阴螺紋型模的局部剖面图。
图5是本申请另一阴螺紋型模的局部剖面图。
图6是描绘相配合的嵌入牙侧的低啮合角的局部剖面图。
图7是描绘相配合的嵌入牙侧的高啮合角的局部剖面图。
图8是本申请啮合角的局部剖面图。
具体实施例方式
本申请的实施例在附图3中描述阴螺紋(1)包括具有恒定导程(3)的内 螺紋(2);阴螺紋端面(4);阴螺紋中段(5);阴螺紋颈(6);阴螺玟正嵌入牙 侧(7);阴螺紋负承载牙侧(8);阴螺紋圆柱形牙顶(9)和阴螺紋牙底(10)。 阴螺紋与形成在管(28)上的阳螺紋(11)装配，阳螺紋包括具有不同轴向导 程(13 )的阳螺紋(12 );阳螺紋端面(14 );阳螺玟孔(21);阳螺紋中段(15 );阳螺紋颈(16);阳螺紋正嵌入牙侧(17);阳螺紋负^c载牙侧(18);阳螺紋圓牙主 形牙顶(19)和阳螺紋牙底(20)。阳螺紋端面上的阳螺紋导程短于其相配合的阴 螺紋的导程，/人阳螺紋端面到阳螺紋颈的方向上每转动一圏阳螺紋的导程都增加 以致在装配期间螺紋的干涉增加，对应于泊松比阳螺紋长度增加而阴螺紋长度缩 短，直到所有相配合的导程长度充分地等于在螺紋的起始位置的长度。
当想要增加或更好地维护阳螺紋端部附近的螺故接触面压，那么当与阴螺紋 装配时，通过进一步地减少阳螺紋的导程，轴向张力可能会导入阳螺紋端面与阳 螺紋中段之间的阳螺紋中。阴螺紋和阳螺紋壁最厚的组合典型地位于相啮合螺紋 的长度中点，且最厚的壁依次产生相配合螺纟丈之间的最高接触面压，因此优选地， 嵌入牙侧角足够地小以适用于中段螺紋，从而牢固地固定阳螺紋而避免相对于阴 螺紋的轴向运动，以达到密封流体压力和避免螺紋松动。阴螺紋和阳螺紋之间的 导程长度调整被要求产生负承载牙侧角上的载荷，该载荷足以不依靠径向螺紋干 涉的帮助而将阳螺紋端螺紋保持在与其相配合的阴螺紋的密封啮合位置，虽然能 计算出多种牙侧角和直径组合，但在此教导出的原则是恒定的。在阳螺紋端面和 阳螺紋中段之间预加载到阳螺紋中的轴向张力大小为当相配合的螺紋弹性或塑性 延伸或由于外部流体压力缩短时维持它们之间的密封接触。本申请允许小于需要 的、在阳螺紋端面附近的阳螺紋中的环状压缩，为了密封抵抗不稳定的状态
(fluxuating):同时地或先后地，高压和/或高温的内部或外部流体在额定值内。 合适的正嵌入牙侧角的选择至少需要考虑工作载荷；管尺寸和壁厚；管材料和 螺紋干涉。负承载牙侧角的选择应当足够大以保持螺紋能在本申请任何额定的内 部和外部流体压力及机械载荷下进行啮合，计算和测试显示与出与正7度嵌入牙 侧平行的负7度承载牙侧^A够的，然而，应当理解出其他牙侧角组合的使用也 在本申请的范围内。
附图4中描述的阴螺紋型模优选的实施例包括管(44);具有端部(38 )的 阴螺紋(27)的上型模部(32),内部圆锥面(36)，以及外部圓锥面(37);具有 内部圆锥面(34)的下部型模部(43)。型模端(38)机加工成阴螺紋端面(39) 而阴螺紋的最外面的直径才几加工成直径(40),该直径足以支岸义锥形阴螺紋(29)且提供足够强度的端部阴螺紋壁以达到操作的目的。阴螺紋从阴螺紋端面(39) 到其退刀槽进行延伸，从部分(43)中的内表面(34)经过4給点直径(")，以 致形成在退刀槽(4"和部分(43)的外表面(48)之间的临界面积与管体的截 面一样大。现在可以明确阴螺紋能在型模中机加工形成，以提供阴螺紋和阳螺紋 的临界面积可选裤，地与管截面一样大，以形成与型才莫阴螺紋全强度的连接。低部 (43)控制流体压力的能力略微次于管体的能力，因为与管体相比低部包括了较 小的"壁厚外径比"，当从原始管尺寸向外型模后，然而部分(43)获得在型模 期间进行力。工硬化的单位强度，其在型模期间在厚度上变得更恒定，并且同时， 其足够小以被邻接的较低的有压力管壁在上部或下部进行支承；而且因为管API 流体压力恒定值的计算假设出了名义管壁7-8成的管壁。因此，如果型模内部直 径至多比管内部直径大14%，那么相对于管，阴螺紋需要空载的降低的额定值。 接合点直径(41)形成足够大以获得围绕管内径(31)到阳螺紋端面(14)的足 够的径向宽度。
附图5示出另一阴螺纹型模形状，其中中间型模部(33)连接到位于内部结 合直径(46)的上部(32)和下部(43),以致阴螺紋(27)中的螺紋(29)在中 部的内表面(35)的退刀槽(42)处结束，而在内表面和退刀槽之间具有临界面 (26)，中部形成为圓柱形或具有小于部分(32, 43 )的锥度。由于部分(33)上 部和下部可能和阴螺紋具有相同的锥度，由于中部具有足够的轴向长度以允许再 切割螺紋，因此阴螺紋会损坏。虽然此处描述的螺紋已经证明能抵抗高压气体而 进行密封，但是阳螺紋端的边缘密封通过专利US2766829中通常称为金属-金属密 封的方式进行，如果有特殊的需求，该密封可加到本申请的连接中去。
附图8描述了本申请的螺紋，其改进了常用的螺紋以避免出现附图7中描述 的极端啮合角的可能性。附图8中描述的阳螺紋嵌入牙侧(70)制成当阳螺紋嵌 入阴螺紋时与阴螺故嵌入牙侧(71)在共同接触点(22)发生第一接触，本申请 中常用阳螺紋牙顶的部分(84 )被移至形成阳螺紋牙顶(91),而常用阴螺紋牙顶 的部分(83 )被移至形成阴螺紋牙顶(91 )，以便限制形成在管轴和力矢量(24 ) 之间的啮合角(92)到本申请优选的至多60度，虽然对于轻负荷螺紋可增大到80度，对于螺紋嵌入牙侧角同样如此。表面(74, 75 )为弧形但也可形成其他的形 式如圓锥形，或它们的组合例如具有从嵌入牙侧延伸的弧形面，其与牙顶(90，91) 相邻的圆锥面正切。钝角(94)形成在阳螺紋牙顶(90)和共同正切线(23)之 间，而钝角(95)形成在阴螺紋牙顶(91)和正切线(")之间，两个角都足够 大以充分地抵抗位于接触表面的机械损伤。形成在阳螺紋牙根(98)和线(85) 之间的钝角(96)足够大以减少位于阳螺紋牙根的应力集中到可接受的大小，阴 螺紋牙根具有同样的配置。当最小化牙顶和牙根之间的间隙不是为了例如获得非 常高的压力密封，那么牙才艮可形成与在(99)的半径正切，其在阴螺紋牙顶(91) 和交替的阳螺紋牙根(89)之间留出空隙(97)。在阳螺乡丈嵌入到阴螺紋时怎样限 制啮合角以避免螺紋之间过多的承压应力，提供快速和简易的配合而不造成损坏， 以及减少牙根应力集中等现已清晰。
工业上的应用性由于本申请的管连接能够密封和承载干燥气体，所以本申 请所有的实施例都可用于井下输送油和气的管道、套管、打入式管、沉井、管线、 升管、束管、和/或套管回接，其中的原因是对密封流体压力和承担机械载荷连 接来说，本申请的连接就能够起到普通管体的作用。用于炼油厂、制练厂、发电 厂、管道输油等的螺紋管连接由于松动、泄露和破裂而需限制小尺寸和低流体压 力，但是本申请的连接却不需要限制，而是可用到任何用到管的地方。
权利要求
1.一种管连接，包括具有形成导程(3)的内螺纹(2)的阴螺纹(1)，用于和具有导程(13)的外螺纹(12)的阳螺纹(11)相配合装配，所述装配螺纹设计成装配时用于径向干涉的尺寸，包括所述阳螺纹导程制成短于阴螺纹导程从而充分地抵消发生在阴阳螺纹装配期间的阳螺纹的轴向延长和阴螺纹的轴向缩短，以致在装配时所述相配合螺纹的所述导程充分地相等。
2. —种管连接，包括具有形成导程(3 )和承载牙侧(8 )的内螺紋(2 )的阴螺紋(1 )，用于和 具有导程(13 )，阳螺紋端面(14 )，阳螺紋中段(15 )和承载牙侧(18 )的外螺 紋(12 )的阳螺紋(11)相配合装配，包括在装配时中段和所述阳螺紋端面中 段之间的阳螺紋导程形成为短于相配合的阴螺紋的螺玟导程，导程的不同足以影 响阳螺紋中阳螺乡丈端面和阳螺紋中段之间的轴向拉伸载荷；在抵抗额定的工作载 荷的密封接触时，所述轴向拉伸载荷足以预载入阴螺纟丈承载牙侧以抵抗相配合的 阳螺紋承载牙侧。
3. —种管连接，包括在管(44)上的阴螺紋(27)型模，所述阴螺紋包括端面(39)，所述型模 具有上部(32)，其从所述端面朝向所述管向内变细，所述上部形成锥形内螺紋 (29 )，用以与阳螺紋(11)上的螺紋(12 )相配合啮合，所述阳螺紋具有阳螺 紋端面(14),包括所述型模具有下部(43),其从所述上部到所述管向内变细； 所述内螺紋在所述下部的内表面(34 )位置从所述阴螺紋端面到螺紋退刀槽(45 ) 向内变细，为了形成所述退刀槽和所述下部的外表面(48)之间径向位置的临界 面(26);最内部的接合直径(41)位于所述上部和所述下部的接合点；所述接 合直径形成一定的尺寸，该尺寸能提供足以围绕所述管孔的径向宽度以使阳螺紋 端面(14)具有足以支承阳螺紋的宽度和具有承载工作载荷的能力；所述下部形成于小于上部的锥度以致啮合的阴阳螺紋能从所述阳螺紋的外径到位于所述孑妄合直径下部的所述下部的所述内表面充分地延伸，由此4是供选自管强度75%和 100%之间的型才莫连才妄强度。
4. 一种管连接，包括具有形成中间牙侧(70)和阳螺紋牙顶(90)的表面(74)的阳螺紋嵌入牙 侧(70);所述连接还具有形成中间牙侧(71)和阴螺紋牙顶(91)的表面(") 的阴螺紋嵌入牙侧(71)，阴阳螺紋之间的第一接触发生在嵌入时表面(74, 75 ) 之间的共同接触点(22 )处，切线(23 )通过所述共同接触点延伸同时力矢量(24 ) 通过接触点与线(23)相垂直地延伸，啮合角(92)在管轴(25)和所述力矢量 之间形成，包括嵌入牙侧形成于以致当所述阳螺紋嵌入到所述阴螺紋时，所述 啮合角能不大于75度。
5. 如权利要求3所述的管连接，还包括中部型模部(33),其位于所述上 部和所述下部之间；所述中部具有内表面(35 ),所述中部形成比所述上或下部 小的锥度以致啮合的内螺紋和外螺紋能从所述阳螺紋外径到所述中部内表面(35 )位置的螺紋退刀槽(42 )延伸，以提供选自75°/。和100%之间管强度的型才莫 连接强度。
6. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括所有的阴螺紋形成相同的 导程，并且至少部分所述阳螺紋形成短于相配合的阴螺紋的导程。
7. 如权利要求6所述的管连接，还包括从所述阳螺紋端面朝向所述阳螺 紋颈(16)的方向上阳螺紋的导程增大。
8. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括所有的阳螺紋形成相同的 导程，并且至少部分所述阴螺紋形成长于相配合的阳螺紋的导程。
9. 如权利要求8所述的管连接，还包括从所述阴螺紋端面朝向所述阴螺 紋颈的方向上至少部分所述阴螺紋的导程增大。
10. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括螺紋形成圓柱形。
11. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括所述阴螺紋形成锥形而 所述阳螺紋形成锥度比所述阴螺紋迟緩的锥形。
12. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括所述螺紋具有足够大的 负承载牙侧角以抵抗额定工作载荷而维护所勤目配合螺紋的密封啮合。
13. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括具有承栽牙侧的所述螺 紋形成足够大的负角度以使用来自轴向拉伸载荷的径向力矢量来维护所述相配 合螺紋之间的轴向和径向接口密封压力。
14. 如权利要求13所述的管连接，还包括所述相配合螺紋具有来自装配 时直径干涉，以致影响相配合螺玟之间的界面压力，以足以抵抗额定连接之内的 所有载荷而维护相配合螺紋的密封接触。
15. 如权利要求2所述的管连接，还包括由相配合嵌入牙侧锚定在中段的 所述轴向延伸载荷；所述轴向拉伸载荷通过相配合承载牙侧充分地朝向所述阳螺 紋端面以避免所述阴阳螺紋间的相对轴向移动。
16. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括所述螺紋是楔形的。
17. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括所述螺紋具有负嵌入牙侧。
18. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括所述螺纟丈具有正嵌入牙侧。
19. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括所述螺紋具有负承载牙侧。
20. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括所述螺紋具有正承载牙侧。
21. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括所述螺紋具有形成在垂 直于所述管轴的承载牙侧。
22. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括所述螺紋具有形成在垂 直于所述管轴的嵌入牙侧。
23. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，还包括所述螺紋具有负承载牙 侧和负嵌入牙侧。
24. 如权利要求l、 2或4所述的管连接，具有上型模部(32),其朝向所述 管向内变细且形成内锥形螺紋(29)，还包括所述型模具有从所述上部向内到 所述管变细的下部(43);所述下部的内表面(34);位于所述上部与所述下部4妄 合的处最内部接合直径(41);直径(41)形成一定的尺寸，该尺寸足以使阳螺 紋端面(14)处于围绕管内径(31)的位置，所述阳螺紋端面形成足以承载工作 应力的宽度；所述下部形成小于所述上部的锥度，以致所述阴螺紋充分地从所述 阳螺紋外径到所述下部的所述内表面都能与相配合的阳螺故啮合，由此提供具有 选自所述管强度75%和100%之间的型模阴螺紋强度。
25. 如权利要求24所述的管连接，还包括中部型模部(33),其位于所述 上部和所述下部之间；所述中部具有内表面(35),所述中部形成比所述上或下 部小的锥度以致啮合的内螺紋和外螺紋能从所述阳螺紋外径到所述中部内表面(35)位置的螺紋退刀槽延伸，以提供选自75%和100%之间管强度的型模连接强 度。
26. 如权利要求25所述的管连接，还包括所述中间部形成为圆柱形。
27. —种管连接，包括形成在管(28)上具有阳螺紋颈(16)的阳螺紋(11),具有导程(13)的 外螺紋(12)，阳螺紋端面(14),阳螺紋嵌入牙侧(70)，形成在牙齿(70)和 阳螺紋牙顶(90)之间的表面(74);所述阳螺紋形成与在管(44)上型锻出的 阴螺紋(27)相配合，以致于提供朝向所述管向内变细的上型模部(32),所述 阴螺紋形成具有导程(3 )的锥形螺紋(29 )，所述阴螺紋具有嵌入牙侧(n), 形成在牙侧(71)和阴螺紋牙顶(91)之间的表面(75),包括在最内部4妄合 直径(46)处与所述上部连接的中部型模部(33);与所述中部的所述下端连4妄 的下型模部(43),所述阴阳螺紋的嵌入牙侧，其形成为当在嵌入位置时所述阳 螺紋位于所述内螺紋之内时，所述啮合角不超过75度，所述阳螺紋轴向导程短 于所述阴螺紋轴向导程，以抵消所述阴螺紋轴向延长和所述阴螺紋轴向缩短，上 述延长和缩短的情况发生在阴螺紋和阳螺紋装配期间以致所述相配合螺紋的所 述轴向导程实质上等于所述连接的配置；中段和所述阳螺紋端面之间的所述阳螺 紋导程在装配之前形成短于所述阴螺紋导程附加值，以影响装配时所述阳螺紋端 面和阳螺紋中段之间阳螺紋内部的轴向拉伸，所述拉伸足以在抵抗工作载荷的密 封接触位置轴向和径向地将所述负承载牙侧锁定在一起；所述最内部的4^直径 形成一个尺寸，以致相啮合的阴阳螺故可从所述阳螺紋外径到位于最内部4^直 径下部的所述 中部内表面内充分地延伸，由此提供选自所述管强度75°/。和100% 之间的连接强度。
全文摘要
本申请提供了长期需要的更可靠和更安全的管螺纹，其教导出(1)怎样抵消在装配期间由于阳螺纹的延长和阴螺纹的缩短而发生的管螺纹的不匹配；(2)怎样避免相配合的管螺纹的分开而不依赖径向螺纹干涉；(3)如管一样牢固的型锻的阴螺纹连接；(4)可轻易地嵌入而无破坏的螺纹。
文档编号F16L25/00GK101627248SQ200780050106
公开日2010年1月13日 申请日期2007年1月17日 优先权日2006年1月26日
发明者J·D·瓦茨 申请人:B·W·拉莫斯