应力减小螺纹结构的制作方法

本文公开的实施例涉及用于联接和分离螺纹连接件的螺纹结构。更具体地，本文公开的实施例涉及一种螺纹结构，其减小应力并改善经历循环和/或振动载荷的螺纹连接件的疲劳寿命。

背景技术：

螺纹连接件广泛用于石油和天然气工业中以将一个或多个装置连接在一起。这些类型的螺纹连接件经常经历显着的振动力和/或显着的循环载荷。一个例子包括高压往复泵，例如多路柱塞泵。这些类型的泵具有流体端，该流体端包括阀、柱塞、衬套以及其他部件，其由动力端驱动，该动力端将驱动轴的旋转转换成流体端中的柱塞的往复运动。这些类型的泵会以高达10桶/分钟的速度和高达20000磅/平方英寸(psi)的压力将流体泵送到钻井孔中。

流体端通常包括三个或更多个柱塞孔。每个柱塞孔容纳往复式柱塞。往复式柱塞通过密封螺帽联接到流体端，密封螺帽包括与流体端的阴螺纹对接的阳螺纹。通常，阳/阴螺纹具有相同的类型或形式。当流体端部运行时，阳/阴螺纹的螺纹界面以循环方式经受剪切力。特别地，螺纹沿着剪切平面受到应力，该剪切平面在流体端部的操作期间基本上平行于螺纹的纵向轴线，这导致疲劳并最终导致螺纹界面的失效。额外地或替代地，螺纹界面可能经历振动力，该振动力可能导致松动以及连接的过早失效。

因此，需要一种新的和改进的螺纹界面，其防止上述故障。

技术实现要素：

在一个实施例中，提供了一种用于螺纹连接件的螺纹结构并且其包括多个螺纹，其中每个螺纹的至少一部分包括根部，该根部具有从中心点延伸到根部的根部半径，并具有从其两侧延伸的平面螺纹面。

在一个实施例中，提供一种螺纹连接件并且其包括阳螺纹结构和与阳螺纹结构不同的阴螺纹结构，其中阴螺纹结构包括根部，该根部具有从中心点延伸到根部的根部半径和从根部半径的两侧延伸的平面螺纹面。

附图说明

图1a是螺纹连接件的一个实施例的剖视图。

图1b是图1a的螺纹连接件的剖视图的一部分的放大视图。

图2a是图1a和1b中所示的螺纹连接件的阴部分的剖视图。

图2b是图2a中所示的螺纹连接件的阴部分的剖视图的一部分的放大视图。

图3a、3b、4a、4b、5a、5b、6a和6b分别是可以与图2a和2b中所示的阴部分一起使用以形成如图1a和1b所示的螺纹连接件的阳部分的剖视图。

为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。可以预期在一个实施例中公开的元件可以有利地与其他实施例一起使用而无需具体叙述。

具体实施方式

本公开的实施例克服了传统螺纹连接件的缺点。在传统的螺纹连接件中，阳螺纹和阴螺纹结构相同或相似，这在受到循环拉力时沿螺纹连接件的纵向轴线产生大的剪切应力。这种大的剪切应力经常导致螺纹连接件在疲劳时在螺纹的根部处断裂。另外，传统螺纹连接件的阳螺纹和阴螺纹结构紧密配合在一起，这导致锁死(galling)和/或液压锁定(hydrolocking)。

本公开的实施例包括应力消除螺纹结构。本公开的实施例包括具有改善的疲劳寿命的螺纹结构，其可以在循环加载情形中使用，例如在石油和天然气工业中使用的高压往复泵。本公开的实施例包括螺纹连接件，该螺纹连接件包括具有与阴螺纹结构的轮廓接合的轮廓的阳螺纹结构，其中各轮廓是不同的并且构造成减小螺纹连接件内的应力。与传统的螺纹结构相比，本文所述的螺纹结构的实施例还抵抗由振动力引起的松动。

尽管这里描述的螺纹结构的实施例涉及多路柱塞泵的螺纹连接件，但是锁死螺纹结构可以用作任何其他类型的装置的螺纹连接件。这里描述的阴螺纹结构的实施例可以与任何类型的阳螺纹一起使用。这里描述的阴螺纹结构的实施例也可以用作阳螺纹结构，反之亦然。

图1a是螺纹连接件100的一个实施例的剖视图。螺纹连接件100包括阳部分105和阴部分110。阳部分105包括阳螺纹结构115，并且阴部分110包括阴螺纹结构120。在一个实施例中，螺纹连接件100的阳部分105可以形成密封螺帽125的一部分，该密封螺帽拧入多路柱塞泵135的柱塞孔130的阴部分110中。

在多路柱塞泵135的操作期间，当加压流体被泵入和输出多路柱塞泵135时，力(由箭头137表示)作用在螺纹连接件100上。该力是循环的，因为多路柱塞泵135内的压力从约0psi到约20000psi反复波动。循环力对螺纹连接件100施加应力和疲劳。

图1b是图1a的螺纹连接件100的剖视图的一部分的放大视图。在该实施例中，阳螺纹结构115是acme螺纹类型。阴螺纹结构120包括顶部140、螺纹面145a、145b和根部150。当螺纹连接件100被组装时，螺纹面145a接触阳螺纹结构115的顶部155的边缘。

螺纹面145a与顶部155的边缘之间的接触有助于减小在受到拉力时施加到螺纹连接件100的剪切应力。特别地，当力(如箭头137所示)施加到螺纹连接件100时，所产生的应力矢量(如箭头160所示)向内指向并且相对于阳部分105的纵向轴线成一角度。因此，与传统的螺纹连接件相比，减小了在纵向方向上施加到螺纹连接件100的剪切应力的量。

螺纹连接件100的阴螺纹结构120是根据该实施例修改的唯一螺纹，并且阴螺纹结构120允许在阳部分105上使用标准螺纹。阴螺纹结构120重定向剪切力使得螺纹连接件100上的疲劳减小。另外，阴螺纹结构120包括弯曲的根部半径165，而不是传统螺纹结构中使用的平坦根部半径。

阴螺纹结构120的根部150包括与每个平面或平坦的螺纹面145a、145b接合的根部半径165。根部半径165在根部150的顶点和阳螺纹结构115的顶部155之间提供大的间隙170。另外，在每个螺纹面145a、145b的表面与阳螺纹结构115的表面之间形成间隙175。间隙170、175在螺纹接触表面周围提供增加的面积或体积，以用于润滑脂、污垢和其他外来碎屑迁移，从而减小锁死和/或液压锁定的可能性。

阴螺纹结构120的螺纹面145a、145b以彼此不同的角度定位。第一螺纹面145a以第一角度180a形成，并且第二螺纹面145b以第二角度180b形成。在一个实施例中，第一角度180a比第二角度180b大例如大约50％至大约100％。在一个实施例中，第一角度180a为约14度(或在约14度至约15度的范围内)，并且第二角度180b为约50度。

图2a是图1a和1b中所示的螺纹连接件100的阴部分110的剖视图，其中没有阳部分105，以更清楚地示出阴螺纹结构120。图2b是图2a的阴部分110的剖视图的一部分的放大视图。清楚地示出了螺纹面145a、145b、顶部140和根部半径165。根部半径165可以从位于根部150中心的点200延伸。

阴螺纹结构120可具有在每英寸约2至约20个螺纹的范围内的螺距。阴螺纹结构120的标称直径可以在约0.25英寸至约15英寸之间。

图3a-3b、4a-4b、5a-5b和6a-6b分别是阳部分的剖视图，所述阳部分可以拧入具有如图2a和2b所示的阴螺纹结构120的阴部分110中以形成图1a和1b的螺纹连接件。

图3a是具有阳螺纹结构115的阳部分300的剖视图，该阳螺纹结构115是acme螺纹类型(其还可包括acme短和acme短“m1”螺纹类型)。图3b是放大的图3a的阳螺纹结构115的剖视图的一部分。如图3b所示，阳螺纹结构115包括螺纹面305、平根部310和具有倒角边缘320的顶部315。阳部分300的螺纹结构115可以与阴部分110的阴螺纹结构120一起使用，以形成图1a和1b的螺纹连接件100。螺纹面305相对于根部310和/或顶部315的平面以相同的角度设置，并与倒角边缘320相交。

图4a是具有阳螺纹结构115的阳部分400的剖视图，该阳螺纹结构115是acme短“m2”螺纹类型。图4b是图4a的阳螺纹结构115的剖视图的放大部分。如图4b所示，阳螺纹结构115包括螺纹面405、平根部410和具有倒角边缘420的顶部415。阳部分400的阳螺纹结构115可与阴部分110的阴螺纹结构120一起使用，以形成图1a和1b的螺纹连接件100。螺纹面405相对于根部410和/或顶部415的平面以相同的角度设置，并与倒角边缘420相交。

图5a是具有阳螺纹结构115的阳部分500的剖视图，该阳螺纹结构115是美国锯齿形螺纹类型。图5b是图5a的阳螺纹结构115的剖视图的放大部分。如图5b所示，阴螺纹结构115包括螺纹面505、平根部510和顶部515。阳部分500的阳螺纹结构115可与阴部分110的阴螺纹结构120一起使用，以形成图1a和1b的螺纹连接件100。螺纹面505是平面的并且相对于根部510和/或顶部515的平面以不同的角度设置，并且与顶部515相交。

图6a是具有阳螺纹结构115的阳部分600的剖视图，该阳螺纹结构为“v”形螺纹类型。图6b是图6a的阳螺纹结构115的剖视图的放大部分。如图6b所示，阳螺纹结构115包括螺纹面605、平根部610和顶部615。阳部分600的阳螺纹结构115可与阴部分110的阴螺纹结构120一起使用，以形成图1a和1b的螺纹连接件100。螺纹面605相对于根部610和/或顶部615的平面以相同的角度设置，并且与顶部615相交。

另外，虽然示例性地描述了阴螺纹结构120的变型，但是阳螺纹结构115可以类似地修改并且与传统的阴螺纹结构一起使用。

虽然前述内容针对本公开的实施例，但是因此可以在不脱离本公开的基本范围的情况下设计本公开的其他和进一步的实施例，并且本发明的范围由所附权利要求确定。