专利名称：耐外压的螺纹管接头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于管子的螺纹接头，更为具体地说，用于供石油与天然气工业用的钢管和用于由这种接头制成的连接管，这种接头由于其抵抗外部高压的严密密封而具有特殊意义。
背景技术：
已知一些用于石油与天然气工业的管接头，其中接合部由一拧进一内螺纹母件的外螺纹公件构成，两条公和母螺纹彼此啮合。这种接头用以生产油气井抽油管柱或套管管柱。
取决于油气开采井条件的严酷程度，上述接头的基本结构是以已知方式通过为其配置多种型式的密封装置(如合成材料环圈)或彼此支承的金属表面而予以完成的。
一项可以列举的范例在欧洲专利EP 0488912之中描述，此专利说明了一种带锥度的螺纹接头，在位于靠近公件自由端的公螺纹之后的区域中配置一带锥度的公表面，而在母件的相应区域中配置一相应的带锥度的母表面，这对公和母表面当接头处在旋接位置上时彼此抵靠形成相对于管子内部流通的流体的内部密封表面。EP 488912中所述的接头还配置一肩台，其能够使两公和母螺纹件在旋接时彼此相对地精确定位。
对于某些应用场合，接头必须抵挡流通在管子之中的内部流体压力和存在于管子外侧的外部压力并保持密封。这样一种密封当外压很高(比如超过600巴)时对于接头的可靠性来说是至关重要的，无论所涉及的流体是液体或气体或二者的混合物。在此情况下，超出一给定压力时，诸如EP 488912之中所述的内部密封表面就不能抵挡从外到内沿着螺纹的流体渗入并随后可使所述内部密封表面所在的公唇缘变形或甚至破裂，并因而会渗入管子内部。
为了克服这一难题，已经有人提议为EP 0488912所述类型的接头配置一密封表面，该表面位于母件自由端附近。
法国专利FR 7712851因而叙述了一种接头，其配置一在公件自由端附近的内部密封表面和在母件自由端附近的外部密封表面。对于内压和外压都应当是严密的。不过，按照FR 7712851，这两个密封表面中的任一个都关联到一个肩台，该肩台使接头的功能和制作要困难得多。当尺寸公差不是完全得到遵守时或当旋接扭距过大时，会产生异常变形，这种变形可能从根本上改变了两个密封表面的功能并使它们对于管子内侧的流体和管子外侧的流体丧失了密封作用。
制作这样一种接头首先由于为其正确地执行功能所需的机加工公差，其次由于为制作一内部密封表面和一外部密封表面二者必需的材料量而很昂贵，它需要采用较厚的管子。
先前技术还披露了一些接头，其中公和母件包括一种带锥度的或平直的螺纹段，其由两个沿径向和沿轴向偏离的独立螺纹区(这种螺纹区也可以称作台阶)构成，两个螺纹区均配置密封表面。
EP 0767335中就是这种情况，它叙述了一种接头，该接头包括一个带有两个独立地沿径向和沿轴向偏离的螺纹区的带锥度螺纹段，连同一靠近公件自由端的内部密封表面和一靠近母件自由端的外部密封表面。不过，由于靠近母件自由端的外部密封表面的状况，这一密封表面因为管子端部处没有足够的材料以保持所述表面刚性而不能抵挡很高的压力。
其次，EP 0149612叙述了一种接头，包括一螺纹段，该螺纹段带有两个沿径向和沿轴向偏离的、具有不同锥度的独立螺纹区，在二者之间设置一个由在旋接期间处于支承接触的公和母表面构成的密封表面，该接头还包括一靠近公件自由端的内部密封表面和一在公件自由端处的倾斜肩台。
由于两个沿径向和沿轴向偏离的独立螺纹区的结构，EP 0149612的接头要求较厚的管壁，并由于相应的价格和体积，难以设想它以一种联接器的形式制成。
发明内容
本发明致力于提供一种螺纹管接头，在相对外压密封的同时，并不具有上述各种接头的那些缺点。
因而探寻一种接头，其在很高外压下是密封的，同时对内压也保持密封，而且简单、坚固和在所需的材料数量和管子厚度方面以及机加工方面都是经济的。
“坚固”一词指的是一种可以抵挡比如600巴至1500巴量级的高压的接头，并且容易现场装配。
也已经探寻了生产一种螺纹管接头，此种接头与业已存在的各种接头的差别尽可能小，其中与螺纹段包括两个独立的沿径向和沿轴向偏离的螺纹区的各种螺纹接头相反，螺纹段由一单一的螺纹区构成，而且可以从那些带有一单一的螺纹区的接头中生产出来而不必修改组件的结构。
也已经研制了一种接头，其具有单一的密封装置，可以用以既抵挡内压也抵挡外压。
本发明的接头目的在于生产管线和管柱。
其应用范围不限于石油和天然气工业，而是可以延伸到任何出现或可能出现同样类型问题的应用场合。
一种非限制性范例是地热液体或含蒸汽水的抽取。
这种接头是由任何金属材料制成的，如钢或者铁或非铁合金，特别是具有所需机械特征和所构想的应用场合所需的耐腐蚀强度的金属材料。
本发明的螺纹管接头属于包括一设置在第一管子端部处的公件和一设置在第二管子端部处母件的那种型式。
公件包括由单一的公螺纹区构成的外部公螺纹段而母件包括由单一的母螺纹区构成的内部母螺纹段，公螺纹区对应于母螺纹区，以致它们可以一个旋接到另一个里面。
公和母螺纹段是带锥度的而一止动装置可把接头的旋接终止在某一设定位置处。
一密封装置夹置在公与母件之间，此装置是由公件上的一公支承表面和母件上的一母支承表面构成的，这两个支承表面能够在接头被旋接时彼此形成支承接触并分别设置于用于公支承表面的公螺纹区的整体上的中心区域内和用于母支承表面的母螺纹区的一整体上的中心区域内，在各中心区域内相应的公和母螺纹段是断开的。
术语公螺纹区和母螺纹区的“整体上的中心区域”(其中公和母螺纹段都是断开的)指的是一个区域，该区域基本上在公和母螺纹区沿着接头轴线的中点处，或者在公和母螺纹区沿着接头轴线的中点任一侧延伸一段长度的部分内，该长度至多是沿着螺纹区接头轴线长度的1/4。
优选地是，公螺纹区和母螺纹区被认为是既包含完善的螺纹也包含不完善的或渐逝的(vanishing)或不完整的端部螺纹。
在下文中，这一密封装置将简单地称作“中心密封装置”，要理解为这一用语在考虑所提供的信息时不必限制性地予以解释。
可以在某一设定位置上终止公件在母件之中的旋接的止动装置可以或是借助直接连结于各螺纹段的装置或是借助独立于各螺纹段的装置来构成。
由于各螺纹段是带锥度的，它们自然具有某种干涉配合，而且一如所知，直接连接于各螺纹段的止动装置可以通过旋接到某一预定扭矩或借助在旋接结束时重合的两个标记(一个位于公件上和一个位于母件上)而予以构成。
至于独立于各螺纹段的装置，止动装置可以是一肩台，在所需的位置上该肩台阻止公件在母件中的连续的相对旋接。
取决于本发明接头的所构想的工作条件，接头可以只包括如上所述的一个单一的密封装置，即中心密封装置，或者除此中心密封装置之外，它也可以包括一第二密封装置。
第二密封装置优选地是一种本为已知的装置，诸如一种金属一金属支承接触，它由两个支承表面予以确保，后者分别设置成一个靠近公件的自由端而另一个在母件的相应部分上。
中心密封装置可以属于任何类型或形式，只要它们在接头旋接期间可以彼此形成支承表面。
作为一项范例，可以采用两个圆柱表面，公支承表面具有的直径稍大于母支承表面的直径，以便确保在旋接时两个表面的某种干涉配合，造成密封。
也可能使用至少一个圆柱表面，而另一表面比如是环曲的，或者具有任何可以与前者形成干涉接触的性质。
公支承表面和母支承表面不必具有同样类型的几何形状。
优选地是，中心密封装置的至少一个支承表面(公表面或母表面)由一带锥度的表面构成，其锥度与螺纹段锥度在同一方向上，但其中优选地是相对公件和母件的共同轴线的角度大于螺纹锥体相对于此轴线的角度。
通过非限制性范例，中心密封装置的公和母支承表面之间的接触距离可以在1至10mm的范围之内。
公和母件的螺纹段可以属于任何型式，诸如比方三角形或梯形API(美国石油学会)螺纹段，后者由API命名为“锯齿形”，为举世皆知的名称，而且为设计所述类型螺纹段的业中人士所普遍采用。
在锯齿形螺纹段的情况下，它们可以具有负向的承载侧面，特别是在关联于一肩台的时候，能使各螺纹段更好地啮合在一起。
本发明还涉及利用本发明接头使两根管子螺纹连接，该接头的结构已如上述。
可以有许多改型。
在第一改型中，连接是整体式的，如上所述，有待连接的每根管子在其两端的每一端处交替地设置有本发明接头的一公件和一母件。
因而，两根管子的整体连接是通过把第一管子端部处的公件拧进第二管子端部处的母件而进行的。
取决于各管子的构型和厚度，优选地是把母件制成在外径事先已经扩大的管子的端部上，公件则制作在需要时其端部可以比如通过热成形予以加厚的管子上。
在第二改型中，两根管子的连接具有联接型式，亦即，是采用接合两根管子的一联接器形成的，并利用了两个本发明的接头，其结构已如上述。
在此情况下，如上所述的公件制成在每根管子端部处，而如上所述的母件制成在联接器的每一端部处，有待连接的两根管子两端处的两个公件被拧进联接器的两个母件。
在此情况下，在第一实施例中，有待连接的两根管子的各自自由端可以在旋接终止时在联接器内部形成某种相互支承关系，从而构成一个能够在设定位置上终止旋接的肩台。
在联接式连接装置的第二实施例中，每根管子的自由端与一设置在联接器中心部分内的止动凸块形成抵靠关系。
各个附图和范例说明了本发明的各种接头和连接的一些非限制性范例。
图1表明在一非连接位置上本发明的一种螺纹接头的公和母件的一局部轴向剖面。
图2表明在连接位置上图1所示的本发明的接头。
图3表明在连接位置上本发明接头的一局部轴向剖面，此接头是图2接头的一种改型。
图4表明在连接位置上本发明接头的一局部轴向剖面，此接头是图2接头的另一种改型。
图5是图2部分1的放大图，表明本发明接头中心密封装置的第一实施例。
图6是图5的一种改型，并表明本发明接头中心密封装置的另一实施例。
图7是图5的另一种改型，并表明本发明接头中心密封装置的另一实施例。
图8表明采用本发明两个螺纹接头的、本发明螺纹式和联接式连接在连接位置上的一个轴向剖面，联接器包括中心止动凸块。
图9表明采用本发明两个螺纹式接头的、另一本发明螺纹式和联接式连接在连接位置上的一个轴向剖面，联接器不具有中心止动凸块。
图10表明采用本发明两个螺纹式接头的、又一本发明螺纹式和联接式连接在连接位置上的一个轴向剖面，联接器不具有中心止动凸块。
具体实施例方式
为了更好地表现本发明，各附图都有意画成示意图；各尺寸、角度和尺寸比例都不必考虑，某些尺寸是相当夸大的。
图1和2表明一局部轴向剖面，此剖面通过一穿过公件1和母件2的共同轴线X1-X1的平面，两件分别设置在本发明螺纹接头5的第二钢管3和第二钢管4的端部处。
这两个公和母件1、2在图2中示为连接起来，接头5处在其旋接位置上。图1表明旋接之前的两件。
为了更好地图示连接之前的接头，母件2在图1中示为从其轴线X1-X1偏离。
在其上形成母件2的管子4端部6的外径大于管子延续部分4的直径，在6处的此直径是通过扩张管子端部而制成的。
公件1包括由一公螺纹区Fm构成的外部公螺纹段7。螺纹段7是带锥度的并按习惯由相对于螺纹顶部和根部的两条螺纹段切向母线来示意性地表明。
此螺纹段7形成在单一锥体上，而螺纹具有一已知的几何形状并属于一种适合于接头及其各种工作条件的所需用途的类型。
与其中螺纹段在每一公和母件上包括两个沿径向和沿轴向偏离的独立螺纹区(或两个螺纹台阶)的一些螺纹式接头，诸如EP 0767335之中所述的接头相反，本发明的接头形成为带有由单一螺纹区构成的螺纹段的接头。
因而公螺纹区Fm认为是单一公螺纹区，其长度Lm包含螺纹段从一端到另一端的轴向长度，这一长度包含两端处的不完善或渐逝的或不完整的一些螺纹。
母件2具有一带锥度的内部母螺纹段8，其对应于公螺纹段7并由一单一母螺纹区Ff构成，以类似于螺纹段7的方式画出。
它包括一单一螺纹区，其长度包含螺纹区从一端到另一端的轴向长度，此长度含有在两端处的不完善或渐逝的或不完整的一些螺纹。
中心密封装置9在螺纹段7、8处夹置在公件1和母件2之间。
此装置9是一公支承表面10和一母支承表面11构成，后二者分别设置在公螺纹区Fm和母螺纹区Ff的一个整体上的中心区内，在此区内相应的公和母螺纹段被断开，而这两个支承表面10和11在如图2之中9处所示的接头连接位置上能够形成相互的支承接触。
因而表面10与11之间的金属对金属接触压力造成一种连续环状表面形式的密封，可阻挡从管子3、4外部到内部或反过来的任何流体渗入。
术语“公螺纹区Fm和母螺纹区Ff的整体上的中心区”指的是沿着长度Lm和Lf位于中间的一个区域或在长度Lm和Lf中点的任一侧延伸等于螺纹长度Lm、Lf的1/4的一个区域，此位置是作为必须予以阻挡的外部流体压力和管子厚度的函数而加以选定的。
为了表面10和11在旋接终了时完美地配合，本发明的接头包括一止动装置，可以在公件1相对于母件2的某一设定的相对轴向位置处终止旋接。在图1和2的情况下，这一止动装置是以公知方式由两个在公件1上和母件2上画成粗线的标记12、13构成的。两件1、2的旋接可以在两个标记12、13重合时停止下来，如图2之中所示。
两个标记12、13设置成在公螺纹段7与母螺纹段8之间产生某种干涉配合，由于各螺纹的带锥度形状能够使公螺纹段7与母螺纹段8之间产生一种螺纹干涉配合。
术语“干涉配合”指的是在公螺纹区7上一点处相对于接头轴线的半径与旋接之后在母螺纹区上相应点处相对于接头轴线的半径之间在Lm和Lf区域范围内在旋接之前存在的正偏差。
优选地是，支承表面10、11之间相对于接头轴线所测定的干涉配合配置得至少等于并优选地是大于螺纹7、8之间存在的干涉量，从而可减少两个支承表面达到连接位置的旋接跨距。
中心密封装置9的每一侧，公螺纹区Fm和母螺纹区Ff的两个螺纹段都断开，以致接头可以旋接和脱开而无任何困难，这将在比如图5、6和7中看到。
采用上述中心密封装置9所获得的密封对于抵挡外部高压是特别有效的，因为在整体上的中心位置上的公和母支承表面10、11是由相对于公件1和母件2上的管子厚度来说足够大的金属厚度予以支承的。
优选地是，至少对于某些工作条件，应当加以注意，以便在公件1上，公支承表面范围内的材料厚度至少是管子3厚度为50％。
当接头的密封表面一如比如EP 0488912之中那样位于公件端部处螺纹段以外，这些条件是不可能满足的。
在公件这种支承的范围内增大厚度会导致某种问题，由于接头会不得不具有过低的锥度而在把公件嵌入母件方面会造成一些困难并会需要母件过大的直径和长度并从而过分昂贵。
本发明的接头可以按照带有单一螺纹区的通常带锥度的螺纹段予以制作。
因而与螺纹段包括两个独立的沿轴向和沿径向偏离的螺纹段或台阶的先前技术的接头相比，需要薄得多的管子，因而本发明的接头更加紧凑、材料更加便宜并更加容易机加工。
其次，由于中心密封装置9在整体上的中心位置，公螺纹区可以伸展到公件的端部14而带有完善的螺纹，从这一部位起计算母件2的效率。
因而就母件而言可以减小接头的体积，亦即，此母件2的外径，相对于在公件端部处配置密封表面的某种传统的接头来说可以减小。
同样，母螺纹段8朝着母件的自由端延长，直至达到管子3的适当外径为止。因而管子3的接头效率是100％。这一点对于在母件自由端处配置支承表面的接头来说是不可能的。
图3表明图1和2接头的一种改型。
此接头15在连接位置上示作一局部轴向剖面；只画出轴线X2-X2以上的部分。
至于图1和2中的接头5，它包括一公件16和一母件17，它们各自配置一相应的公18和母19单一带锥度的螺纹区。
一中心密封装置20设置在公18和母19螺纹段的整体上的中心区之内，此时基本上在母螺纹区19之内的长度L′f中点处。
能使公件16旋接到母件17里面终止在一设定的位置上的止动装置此时由一肩台21构成，后者是由母体上一内部台肩22形成的，此台肩横交于轴线X2-X2，而公件16的端部23支承在它上面，此端部已配置所需的形状，以致它可以支承在台肩22上。
从而，连接接头15时的旋接被台肩21终止，此时达到所需的旋接扭矩。
显然，事情安排得以致螺纹段18、19和中心密封装置20都由于存在的干涉而形成一种干涉配合。
如果需要，在此情况下可以采用“锯齿”式(美国石油学会命名)公和母螺纹段18、19，后者带有负的齿侧，以便使公螺纹段18在母螺纹段19之中更好地啮合并因此使肩台21相对侧上螺纹段的齿侧处于支承接触之中。
图4表明图1和图2接头的另一改型在轴线X3-X3以上的一轴向局部剖面。
在其连接位置上，此接头24具有一公件25和一母件26，各自配置一相应的公27和母28单一单锥度的螺纹区。
中心密封装置29基本上位于沿着母螺纹区28长度L″f的中间。与图1的装置一样，此装置是由在连接位置上彼此抵靠的一公密封表面和一母密封表面构成的。
此时，构成了能使公件25向母件26里面的旋接被一肩台30终止在某一设定位置上的止动装置，其方式类似于图3的实例，母件26的带锥度的上凸台肩31作为公件25相应的下凹带锥度端部32的一个支承表面。
在此情况下，肩台30具有一凹入锥度，这样一种肩台也就称作凹入锥度肩台，而在图3的情况下，肩台21垂直于轴线X2-X2。
其次，接头24包括一第二密封装置33，位于公27和母28端部的内部端点34与肩台30之间，此装置由一公的上凸带锥度表面35构成，后者在连接位置上与一相应的母的下凹带锥度表面36形成紧密支承接触。
虽然中心密封装置29可以发挥作用以确保针对管子内部流体和针对管子外部流体的密封，但在某些特别严重的情况下，可能重要的是保留中心密封装置29作为针对外部流体的密封，并如图4的情况那样，设置第二密封装置33，在此情况下为两个密封表面形式，但并不局限于此，此装置可确保针对内部流体的严密密封。
在一种改型中，此密封装置可以由一密封圈构成，比如，本来即为已知的一种密封装置。
当接头具有一诸如33的第二密封装置时，有可能使中心密封装置29朝着母件端部偏移。
优选地是，所述中心密封装置保持在具有长度L″f的母螺纹段片段A-B的界限之内，A表示L″f的中点而B是位于母件26自由端一侧上L″f一半的中点处的点。
当接头只包括中心密封装置时，比如如图3之中所示，如果此装置要发挥作用以形成针对外部和内部物料的密封，则优选地是中心密封装置20通过将它定位于表示L′f长度1/4的片段CD之内而从具有长度L′f的母螺纹段中间长度C处的中心位置偏移，此偏移这次是朝向公件16的自由端。
在所有情况下，在穿过此中心密封装置并垂直于轴线而其轨迹线为P1-P1(图3)或P2-P2(图4)的剖面之中、中心密封装置(20、29)的范围处，确保了充分量的材料设置在公(h1m，h2m)和母(h1f，h2f)件一侧以支承各密封表面。
借助于非限制性范例，h1m、h2m和h1f、h2f，在保持接近于管子3、4厚度的50％的同时，可以改变在所述厚度的30％至80％量级上变化。
h1m和h2m的数值甚至可以稍微大于管子主体厚度的80％，如果公件内部周边表面的直径比如通过把公件端处的壁部做成锥形的而已经做得小于管子主体的直径。
下面图5、6和7表明了几种改型中的图2区1的放大形态。
图5表明带锥度的公螺纹段7和带锥度的母螺纹段8，由它们相应的螺纹齿连接并表示出来。
借助于非限制性范例，螺纹段是本为已知的“锯齿”式梯形API螺纹段，带有彼此支承的公34和母35承载侧面以及公36和母37入扣侧面(stabbing flank)。
母螺纹段8齿顶38由于各螺纹共同干涉而对公螺纹段7齿根39呈干涉配合并相应地公螺纹段各齿抵靠母螺纹段的各齿根。
显然，母螺纹段与公螺纹段之间可以设想具有不同的关系，而要在旋接时总会产生干涉配合。
作为一项范例，母螺纹段8齿顶38由于各螺纹段共同干涉而可以对公螺纹段7齿根39呈干涉配合，而公螺纹段齿顶并不抵靠母螺纹段的齿根。
G1和G2表明圆锥的母线，限定了公7和母8螺纹段的最大空间需求。为了容易理解，各切向母线的斜率有意地夸大了。
公7和母8螺纹段二者都被断开一个设定的长度以便为中心密封装置9腾出地方。此长度可以变化螺纹段3至5个节距的量级。
构成密封装置9的公10和母11支承表面是具有母线G3的各平行截锥表面，其斜率最好是大于各螺纹段的斜率。
母线G1、G2的斜率与各支承表面母线G3的斜率之间的差别α优选地是限定于20°。
当接头被旋接时，表面10、11以确保密封的接触压力彼此抵靠。
此接触压力完全随着表面10、11处的干涉量增大而增大，此干涉导致弹性变形，而该变形产生所述压力。
图5有意地按照旋接之前的几何形状示出表面10、11以便表明这两个表面之间的真实干涉，亦即垂直于接头轴线X1-X1而测定的d1。干涉量愈大，两表面的接触压力愈大。
当两个表面在旋接状态下以一接触压力彼此相对接触时，接触线沿着母线G3。
支承表面10、11由间隙40、41围绕，上游和下游都需要这些间隙以允许公件啮合在母件之中并旋接而无任何问题，并允许机加工工具脱开。
图6和7表示中心密封装置的改型42、43。
在图6中，公支承表面44是由一截锥表面构成的，后者的母线G4平行于螺纹7、8的母线G1和G2。母支承表面45是由一环曲表面构成的。
在图7中，公支承表面46是环曲的，而母支承表面是截锥的，具有的母线G5平行于母线G1和G2。
两支承表面的干涉分别在它们最大的那一处位置，即d2、d3处示出。
示于图6和7的各支承表面具有的优点是，它们是带有比图5中表面10和11的的装配印迹短的印迹的表面。不过，表面44/45或46/47产生的接触压力的分布不同于针对表面10、11的分布。
本发明所述及的公和母支承表面可以具有任何形式，只要它们在接头连接位置上是能够彼此顶靠的。
优选地是，这些支承表面的最大尺寸是由存在于母线G1与G2之间的空间来确定的，后者确定了螺纹段空间需求的界限。
实际上，为了分别加强中心密封装置9、42、43的效果和/或表面10-11、44-45、46-47的相互支承，并且当接头包括诸如33的第二密封装置时，如果需要提高第二密封装置的效率，则可以引导人们减小或甚至取消位于中心密封装置一侧上各部分螺纹段之一的螺纹齿顶与各螺纹齿根之间的径向干涉。
为此目的，在两件之一上，即在接头的公件上或在母件上，通过加工公螺纹段时单独处理母线G1部分或在加工母螺纹段时单独处理母线G2部分而将母线G1和G2的位置以一个相对于接头轴线测定的、在0.005mm至0.10mm范围之内的距离分开，所述部分在诸如5、6、7的图中表明在中心密封装置的左侧上，以及同时部分切向母线G1或G2在诸如5、6、7的图中表明在中心密封装置的右侧上。
这样，两母线G1或G2部分，也就是说位于中心密封装置左侧上的部分和位于中央密封装置右侧上的部分，在相对于接头轴线稍微沿径向偏移所示距离大小的同时，保持平行。
此上刚刚说明的并基本上保持基于本文中前已说明的一单一的母螺纹区和一单一的公螺纹区的接头整体功能在其原理方面完全不曾修改而密封特性在每一具体情况下可通过中心密封装置区两侧之间的各螺纹段之一的公或母螺纹段的径向偏移而获得改善。
图8、9和10表明两根管子之间一联接式连接的三种实施例，各自采用本发明的两个接头。
图8表明通过采用一联接器51的、两根管子49、50的连接48轴线X4-X4的一个轴向剖面。
联接器51配置一中心止动凸块5，而联接器51的每一端具有一母件55、56。
53-55和54-56相应的结合构成本发明的接头。
公件53、54和母件55、56各件的结构对应于上面作出的说明并联合在一起而各自构成本发明的一个接头。在此情况下，如图4之中，每一接头除了中心密封装置57、58之外，还包括在图4中33处所述型式的一个第二密封装置59、60。
用于在某一设定位置上终止公件旋接到母件里的止动装置此时由联接器51的止动凸块52构成，后者作用为与示于图4中30处的肩台同样型式的肩台61、62。
本发明的连接因而也是由本发明的两个接头构成。
图9是图8实施例的一项改型，并表明沿着经由联接器65连接两根管子63、64的本发明一种连接的轴线的轴向剖面。
与图8相反，联接器65不包含如同图8中止动凸块52的凸块。
在此情况下本发明的两个接头，由形成连接装置的各个公和母件66-67和68-69构成，包含一共同肩台70，通过使公件66、68的端部71、72彼此支承接触而形成。
这一共同肩台构成了一共同装置，用于本发明的这两个接头在一设定位置处终止旋接以使每一接头中心密封装置73、74的公和母支承表面重合良好。
其次，第二密封装置设置在构成连接装置的各接头螺纹区以外联接器中心区之内75、76处，此时它是以已知方式通过比如两个带锥度干涉表面的金属对金属支承而形成的。
为了提高共同肩台70中心定位的精度，台阶77、78以台肩形式形成为在构成连接的每一接头的公件66、68上和母件67、69上。
制成在联接器65之中的各母台肩之间的轴向距离配置成稍小于公件66、68端部71、72支承在它们的共同肩台70上时各公台肩之间的轴向距离，从而这些台肩决不阻挡公件66、68端部71、72的支承接触。
图9还表明只是公和母台肩的台阶77一侧处在接触之中，微小的轴向游隙存在于相应公与母台肩之间的台阶28一侧上。
台阶77、78各自公和母台肩的位置配置成在联接器中部之内旋接期间，亦即在其对称轴线Y1-Y1的平面上或在此平面紧邻处，形成共同肩台70。
图10是图9实施例的一项改型并表明沿着经由联接器81接合两根管子79、80的本发明一种连接的X6-X6的轴向剖面。
与图9相反，由相应的公和母82-83和84-85构成的形成连接的本发明的两个接头各自只包括它们的中心密封装置86、87。
与图8和9相反，没有第二密封装置。
连接装置还包括一共同肩台89和形成在公件82、84上和母件83、85上的台阶90、91，后者作用为把肩台89精确定位在联接器对称平面Y2-Y2之内或靠近此平面。
设置所需的轴向游隙，以致这些台阶的功能类似于如图9所述的那些。
相反，连接的中心区88不具有密封表面，而公件82、84的非螺纹端部以自由径向游隙在联接器81中心区88之内滑动直至顶靠在89处。
显然，采用本发明单一接头可以按照本发明制成整体式两根管子的连接装置。
对于这样一种连接装置应当参照图1和2，比如以及图3和4。
在此情况下，有待连接的每根管子3、4在其两端处交替地设置有本发明的公件或母件，而通过把第一管子3一端上的公件旋接到第二管子4一端处的母件2的里面形成连接。
如以上说明之中表明，本发明的接头和用这些接头形成的连接是特别轻便的，同时具有所需的外部和内部密封品质。
这是由以下事实造成的，即与包括两个沿径向和沿轴向偏离的螺纹区的现有接头相反，螺纹段是由单一螺纹区构成的，在螺纹段所形成的锥体上没有间断。
其次，由于中心密封装置的位置所在，螺纹段的完善螺纹在不添加第二密封装置时可以延展到两端。
这意味着，接头的张紧效率(关键截面)高于在各螺纹段端部处具有密封表面、同样尺寸接头的张紧效率。
显然，螺纹段的锥体选定成公件可以容易地啮合在母件之内。
优选地但非限制地是，各螺纹段相对于轴线的斜度选定为2.86°或更大。
意在抵挡高压的本发明的接头和连接装置通常但并非唯一地由大直径、厚管制成。
可以作出本发明的大量改型，所有这些改型全都处在本申请各项权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种螺纹管接头，包括设置在第一管子(3)端部处的公件(1)和设置在第二管子(4)端部处的母件(2)以及一密封装置，公件(1)包括外部带锥度的公螺纹段(7)而母件(2)包括对应于公螺纹段(7)的内部带锥度的母螺纹段(8)，其特征在于，公螺纹段(7)包括单一的公螺纹区而母螺纹段包括单一的母螺纹区，并且，密封装置(9)是中心密封装置，其由公支承表面(10)和母支承表面(11)形成，后二者在接头的连接位置上可以彼此支承，这些支承表面设置在用于公支承表面(10)的公螺纹区的和用于母支承表面(11)的母螺纹区的整体上的中心区域之内，在此区域内相应的公和母螺纹段断开，还设置止动装置(12、13、21)，以便在接头连接位置上的一设定位置上终止公件(1)旋接到母件(2)里面。
2.按照权利要求1所述的接头，其特征在于，公螺纹区和母螺纹区既包括完善的螺纹，也包括带有不完善的或渐逝的或不完整端部的螺纹。
3.按照权利要求1或2所述的接头，其特征在于，中心密封装置设置在从公或母螺纹区的中点向所述中点的任一侧延伸至多等于所述螺纹区长度的1/4的长度的区域内。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的接头，其特征在于，可以把公件旋接到母件内终止在接头连接位置上的设定位置上的止动装置是由直接连结于各螺纹段(12、13)的装置构成。
5.按照权利要求1至3中任何一项所述的接头，其特征在于，可以把公件旋接到母件内终止在接头连接位置上的设定位置上的止动装置是由独立于各螺纹段的装置构成。
6.按照权利要求5所述的接头，其特征在于，独立于各螺纹段的装置是一肩台。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的接头，其特征在于，中心密封装置的至少一个支承表面，即，公表面或母表面，是由带锥度的表面构成的，该表面的锥度与螺纹段的锥度在同一方向，而且其中优选地是相对于接头轴线的角度大于螺纹段锥体相对于此轴线的角度。
8.按照权利要求7所述的接头，其特征在于，带锥度的支承表面相对于接头轴线的角度大于螺纹段锥体相对于此轴线的角度的数值至多20°。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的接头，其特征在于，公和母支承表面的最大空间需求是由存在于限定各螺纹段空间需求界限的母线(G1-G2)之间的空间来限定的。
10.按照权利要求1至9中任一项所述的接头，其特征在于，中心密封装置的公支承表面和母支承表面是两个带锥度的表面，其锥度优选地是大于各螺纹段的锥度。
11.按照权利要求1至10中任一项所述的接头，其特征在于，包括第二密封装置。
12.按照权利要求1至11中任一项所述的接头，其特征在于，相对于各螺纹段之一，公或母螺纹段来说，位于密封装置一侧上的确定各螺纹段空间需求界限的母线部分相对于位于中心密封装置另一侧上的同一母线部分的管子轴线稍微沿径向偏移。
13.按照权利要求11或12所述的接头，其特征在于，第二密封装置是由位于公件自由端附近的公支承表面和位于母件相应部分之上的母支承表面形成的，公和母表面在旋接接头期间彼此形成支承接触。
14.按照权利要求1至13中任一项所述的接头，其特征在于，中心密封装置公和母支承表面处的干涉大于公螺纹段与母螺纹段之间的干涉。
15.一种两根管子的整体式螺纹连接，其特征在于，它是由如 1至14中任一项所述的接头制成的，接头的公件制成在第一管子的端部，而母件制成在第二管子的端部。
16.按照权利要求15所述的连接，其特征在于，母件制成在已经被扩展的管子的一端处，而公件制成在已经可选择地加厚的管子的一端处。
17.一种两根管子的螺纹式和联接式连接装置，其特征在于，它是由两个如权利要求1至16中任一项所述的接头制成的，公件(53、54)制成在管子(49、50)的每一端处，而母件(55、56)制成在联接器(51)的每一端处，每一管子的公件连接在联接器一端的每一母件之中。
18.按照权利要求17所述的连接，其特征在于，在连接位置上，每一公件(49、50)的自由端与构成中心止动凸块(52)的联接器(51)一部分形成支承接触，从而形成两个肩台(61、62)。
19.按照权利要求17所述的连接，其特征在于，在连接位置上，公件(66、68)的两个自由端(71、72)彼此形成支承接触，从而形成一共同肩台(70、89)。
20.按照权利要求19所述的连接，其特征在于，形成台肩的台阶(77、78、90、91)制成在靠近联接器中心部分的每一公件(66、68)和每一母件(67、69)之中，这些台肩可使所述共同肩台(70、89)精确定位。
全文摘要
本发明涉及一种螺纹管接头,尤其是用于石油和天然气工业,并涉及由所述接头制成的管子组件。所述接头包括设置在第一管子(3)端部处的公件(1)和设置在第二管子(4)端部处的母件(2)。公件(1)配置有外部带锥度的公螺纹段而母件(2)配置有对应于公螺纹段的内部带锥度的母螺纹段。中心密封装置(9)由公支承表面和母支承表面形成,这两个表面彼此贴靠并分别地设置在公和母螺纹段的中心区域之内,在其中所述各螺纹段已断开,当组装接头时,此装置可确保密封状态。所述接头和由该接头所形成管子组件由于它们在高外压作用下的密封特性而具有特殊的重要性。
文档编号E21B17/08GK1379851SQ0081449
公开日2002年11月13日 申请日期2000年10月17日 优先权日1999年10月21日
发明者蒂里·诺埃尔 申请人:法国瓦罗里克·曼尼斯曼油汽公司