DE2021652A1

DE2021652A1 - Verbindung fuer metallische rohrfoermige Bauteile

Info

Publication number: DE2021652A1
Application number: DE19702021652
Authority: DE
Inventors: Pontillo Emilio A; Blose Thomas L
Original assignee: Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1969-05-05
Filing date: 1970-05-02
Publication date: 1970-11-19
Also published as: DE2021652C3; FR2047274A5; DE2021652B2; NL166094B; GB1302104A; US3572777A; BE749912A; NL166094C; NL7006082A

Description

DipUng. Egon Prinz : _rr:,,,_fln01cn

Dr. Gerirud Hauser _{Oooo MünchQn 60i} ^v ■'· '■''·· *>% U 4 I D Ό Δ

Dipl.-Ing. Gottfried LeiSer Ernsbergerstrasse 19

Patentanwälte

Telegramme: Lobyrinlh München

Telefon: 83 15 10 Postscheckkonto ι München 117078

Armco Steel Corporation

703 Curtis Street

M i d d 1 e t ο w η , Ohio/V.St.A.

Unser Zeichen: A 1527

Verbindung für metallische rohrförmige Bauteile.

Die Erfindung bezieht sich auf eine aufgeschraubte und verankerte oder integrale Verbindung für rohrförraige Bauteile, wie beispielsweise Rohre, Futterrohre und Bohrgestänge oder Bohrrohre, wie sie bei Erdölbohrungen verwendet werden, wobei diese Verbindung komplementäre, konische Dichtungsoberflächen aufweist und eine ringförmige, äußere Schulter am Einsteckteil und eine ringförmige, innere Schulter am Aufnahmeteil, wobei wenigstens eine dieser Schultern eine Sekundärabdichtung bildet.

Der Einsteckteil und der Aufnahmeteil weisen komplementäre, konische ^iehtungsoberflachen auf, die mit einem sogenannten PhonographXinish oder einer Rillenoberfläche ausgestattet ist, wie es in der USA-Patentschrift 3 224 799 beschrieben ist. Die ineinander eingreifenden Gewinde haben eine verhältnismäßig große Steigung und sind an einem verhältnismäßig steilen Kegel angeordnet. Der Aufnahmeteil ist mit vollen Gewinden ausgestattet und der Einsteckteil weist verschwindende Gewinde auf. Wenn die Verbindung hergestellt ist, greifen die Gewinde am Einsteckteil über ihre volle Länge ein. Die Form der Gewinde kann diejenige sein, wie sie in der USA-Patentschrift 3 224 799 beschrieben ist oder es kann sich um ein Trapezgewinde oder um ein Sägezahngewinde oder um abgeänderte Formen dieser Gewinde handeln.

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Der Einsteckteil weist eine ringförmige, äußere Schulter auf, die sich gegen das Ende des Aufnahmeteils anlegen kann, wenn die Verbindung hergestellt ist und der Aufnahmeteil weist eine ringförmige, innere Schulter auf, an die sich das Ende des Einsteokteils anlegen kann. Obwohl der Einsteclcteil und der Aufnahmeteil sich im wesentlichen gleichzeitig an die entsprechendenSchultern anlegen können, erlauben es die Bearbeitungstoleranzen, daß jede der Schultern zuerst anliegt, wobei ein maximales Spiel an der zweiten Schulter, gemessen axial ;zur Verbindung, von 0,254 ram auftreten kann. Die anfangs in Q Anlage gebrachte Schulter kann also eine axiale Deformation von 0,254 mm maximal erleiden, wobei diese Deformation an jedem Teil auftreten kann oder wobei diese Deformation zwischen den beiden Verbindungsteilen verteilt sein kann, ehe die zweite Schulter in Anlage gelangt. Diese axiale Deformation von U,254 mm wird für die Betriebsbedingungen der Verbindung nicht als kritisch betrachtet.

Für Ölbohranlagen, bei denen nicht korrodierende Flüssigkeiten oder Gase geleitet werden, sollte die innere Schulter des Aufnahmeteils integral mit diesem Aufnähmest teil ausgebildet sein und die oben angegebenen Toleranzen haben.

Für Ölbohranlagen und andere Anwendungszwecke, bei denen korrosive Flüssigkeiten oder Gase geleitet werden sollen, wird die innere Schulter der Muffe durch ein getrenntes Element aus Kunststoff oder aus einem anderen geeigneten korrosionsbeständigen Material gebildet, wobei diese Schulter die gleiche Konfiguration aufweist wie im Fall der integralen Ausbildung. Wenn dieses getrennte Element vorgesehen ist, so sind die Bearbeitungstoleranzen derart, daß das Ende des Steckkopfs gegen die innere Schul-

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ter der Muffe im wesentlichen anliegt, ehe die äußeren Schultern in Anlage gegeneinander gelangen. Dies dient dazu, sicherzustellen, daß das Ende des Steckkopfs in Abdichtungslcontalct mit der inneren Schulter aus korrosionsfestem Material gelangt. Da die Rohre, die verwendet werden, um ein korrosives Medium zu führen, mit einem korrosionsbeständigen Material ausgekleidet sind, welches sich über die radiale Fläche des Endes des Steckkopfs erstreckt, erfolgt die Abdichtung an der Schultergrenzfläche durch eine axiale Anlage von zwei Kunststoffoberflächen oder korrosionsbeständigen Oberflächen.

Die komplementären, konischen Oberflächen bilden eine Primärdichtung und ein Satz der zusammenwirkenden Enden und Schultern bildet eine Sekundärdichtung. Diese Sekundärdichtung wird vorzugsweise durch die Anlage des Endes des Steckkopfs gegen die Dichtung gebildet, welche gegen die Schulter der Muffe anliegt. Die Schultern und die entsprechenden Enden der beiden Teile sind etwas unter— schnitten, um eine Verriegelung zu erzielen. Das Unterschneiden der inneren Schulter stellt sicher, daß keine Trennung der Sekundärdichtung erfolgt, wenn die Verbindung unter einer Zugbelastung steht und wenn die Verbindungsstelle durch den Innendruck der Flüssigkeiten oder Gase belastet wird.

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

Fig. i eine Teilschnittansicht einer Verbindungsstelle mit zwei Rohrabschnitten, wobei die Verbindung aus einer Muffe besteht und wobei die Enden der beiden Rohrstücke die Steckköpfe bilden und wobei ein getrenntes Element aus Kunststoff die inneren Schultern der Muffe bildet,

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Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 und zwar ohne

das getrennte Kunststoffelement, Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Dichtungselements

und
Fig. 4 eine auseinandergezogene Ansicht des Steckkopfs und der Muffe, wobei die Unterschneidung an der Schulter veranschaulicht ist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Rohrabschnitte 10. Es sei bemerkt, daß es sich hierbei um Rohre, Ummantelungen oder Bohrrohre oder Bohrgestänge handelt, wie sie bei Gas- und Ölbohrlöchern verwendet werden. Es sei ebenfalls an dieser Stelle bemerkt, daß in der Zeichnung eine aufgeschraubte und verankerte Verbindung dargestellt ist, daß die Erfindung jedoch ebenfalls auf eine sogenannte integrale Verbindung anwendbar ist, bei der der Gewindeabschnitt des Rohrs durch eiirrSchmiedetechnik verstärkt ist, um mehr Metall in dem Bereich zur Verfugung zu haben, in den die Gewinde eingeschnitten werden.

Die Kupplungsmuffe ist in Fig. l mit 11 bezeichnet und diese Kupplungsmuffe weist Innengewinde an jedem Ende auf, welches in Eingriff mit dem Ende eines Rohrabschnitts gelangt.

Die spezielle Form der Gewinde ist nicht kritisch, obwohl vorzugsweise die Gewinde derart ausgebildet sind, wie es in der USA-Patentschrift 3 224 799 dargestellt und beschrieben ist. In jedem Fall sind die Gewinde auf einem konischen Abschnitt aufgebracht und die Steckköpfe haben vorzugsweise verschwindende Gewinde, während die Muffe volle Gewinde aufweist. Dies ermöglicht eine einfache Bearbeitung zum Zweck einer wirtschaftlichen Fertigung und vereinfacht die Herstellung im Gelände. Die Muffe

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kann mittels eines Standard-Gewindekopfs rait dem Gewinde versehen werden und der Steckkopf kann durch die Verwendung einer üblichen Drehbank mit einem Gewinde versehen werden»

Der Steckkopf 10 weist eine äußere, konische Dichtungsoberfläche 12 auf und die Muffe hat eine innere, konisch ■ verlaufende Dichtungsoberfläche 13₀ Die Oberflächen 12 und 13 sind komplementär zueinander ausgebildet. Diese Oberflächen sind vorzugswoiso mit oinom sogenannten Phonograph-finish odor mit einer Rillenoberfläche aus- g

gerüstet, wie es in der USA-Patentschrift 3 224 799 beschrieben wird. Diese komplementären Oberflächen bilden eine Primärdiehtung und stellen eine leckdichte Verbindung an den Dichtungsoberflächen sicher auch dann,, wenn die Verbindung nicht vollständig angezogen ist. Die HiI-lenoberflache ermöglicht nicht nur eine ausgezeichnete Abdichtung, sondern verhindert auch ein Festfressen der Verbindung, wenn diese mehrmals auseinander-genommen und zusammengebaut wird. -

Der Steckkopf weist eine äußere Ringschulter 14 auf und diese Schulter ist unterschnitten, wie es deutlich aus Fig, 4 zu erkennen ist. Der Winkel a liegt im Bereich zwischen etwa 5° bis zu etwa 10°.'Das zusammenwirkende Ende der Muffe 11 weist ebenfalls eine unterschnittene Oberfläche 15 auf und derWinkel b ist im wesentlichen der gleich wie der Winkel a. Die Anlage der beiden Oberflächen 14 und 15 kann eine Sekundärdichtung ergeben. Die abgewinkelten Schultern am Ende des Steckkopfs und an der Muffe verhindern eine Lösung. Wenn die Winkel a und b kleiner sind als 5°, dann kann das Ende 15 der Muffe 11 nach oben steigen und außer Kontakt mit der Schulter 14 des Steckkopfs gelangen, wenn ein hohes Drehmoment aufgebracht wird. Wenn andererseits diese Winkel größer

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sind als etwa 10 , so kann die Verbindung nicht richtig funktionieren» Das Problem, das hierbei auftritt, besteht darin, daß der nicht abgestützte Gewindeabschnitt am Ende der Muffe sich nach innen verbiegt, wenn die Winkel groß genug sind, um eine Kraftkomponente längs der aneinander anliegenden Oberflächen zu erzeugen, die plastisch das Ende der Muffe verformt und dieses radial nach innen bewegt. Diese deformierte Ende der Muffe beschädigt das Gewinde, wenn die Verbindung die nächsten Male wiederhergestellt werden soll» Wenn nicht das verschwindende Gewinde am Steckkopf wäre, welches den Zwischenraum bewirkt und eine Deformation des Muffenendes ermöglicht, könnten die Winkel a und b viel größer als etwa 10° sein. Der kritische Winkel von etwa 5 bis zu etwa 10 für die gegeneinander anliegenden Oberflächen ist bei der erfindungsgemäßen Verbindung erforderlich, damit die axiale Kraftkoraponente ausreichend groß ist, um eine Bewegung der Muffe in jeder Richtung längs dieser Oberflächen zu verhindern«

Die Sekundärdichtung ist zwischen dem Ende 16 des Steckkopfs und der inneren Ringschulter 17a der Muffe vorgesehen. Die Schultern 17a sind vorzugsweise unter dem gleichen Winkel unterschnitten wie die Oberflächen 14 und 15 und die Enden der Einstecklcöpfe 16 sind mit dem gleichen Winkel unterschnitten, um zu verhindern, daß einer der Teile über deiu anderen steigt, wenn ein hohes Drehmoment aufgebracht wird. Da die mit Anlage Metall gegen Metall gegeneinander anliegenden inneren Dichtungsglieder vollständig von komplementären Oberflächen getragen werden, kann der Maximalwinkel anstatt 10 für die äußere Dichtung hier etwa 20 betragen.

Wenn die Rohrverbindung für Leitungen verwendet wird, in denen korrosive Medien geführt werden, wird die innere

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Ringschulter der Muffe vorzugsweise durch eine Dichtung 17 gebildet. Die Dichtung 17 ist ringförmig und sitzt in einer Nut 18 in der Muffe 11, wie es in Fig« 3 dargestellt ist. Dieser Dichtungsring hat einen T-fbrmigen Querschnitt und weist Flansche 17b und Schultern 17c auf. Diese Schultern 17c sind unter dem gleichen Winkel unterschnitten, wie es in Verbindung mit der Oberfläche 17a erläutert wurde. Da die Neigung besteht, daß die Dichtung 17 aus der Nut 18 herausgezogen werden kann und zwar durch Kräfte, die durch das Ende des Steclckopfs ausgeübt werden, sollte der Unterschneidungswinkel an don Steckköpfen und an den entsprechenden Oberflächen der Dichtung den Wert von etwa 10° nicht übersteigen.

Wenn die Verbindung hergestellt ist, liegt das Ende des Steckkopfs gegen die Oberfläche 17c der Dichtung an und der Flansch 17b verhindert, daß die Dichtung während der Herstellung der Verbindung herausgedrückt wird. Die Unterschneidung der Oberflächen 16 und 17c sichert, daß die Dichtung zwischen diesen Oberflächen nicht getrennt wird, wenn die Verbindung unter einer Zugbelastung steht.

Die Dichtung 17 besteht vorzugsweise aus einem halogenierten Kohlenwasserstoffester, wie beispielsweise aus einem fluorierten Kohlenwasserstoffester, der unter dem Handelsnamen Teflon erhältlich ist oder einem chlorierten Kohlenwasserstoffester, der unter dem Handelsnamen Penton erhältlich ist.

Die Bearbeitungstoleranzen der Verbindung sind derart und befinden sich an solchen Stellen, daß, wenn die innere Schulter eine getrennte korrosionsbeständige Dichtung ist, die innere Schulter zuerst anliegt, um einen Dichtungskontakt sicherzustellen. Wenn die innere Schulter ganz te i Ii.

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rait der Muffe ausgebildet ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, können entweder die äußere Schulter oder die innere Schulter zuerst zur Anlage gelangen und zwar mit einer maximalen axialen Toleranz der anderen Schulter von 0,254 mm.

Es sei bemerkt, daß die Dichtung 17 insbesondere dann erwünscht ist, wenn korrosive Flüssigkeiten durch das Rohr hindurchgeleitet werden. Für gewöhnliche Zwecke kann die Schulter, die durch die Dichtung 17 gebildet wird, einfach ein Teil der Muffe 11 sein und integral mit dieser ausgebildet sein.

Selbstverständlich kann eine Dichtung aus dem gleichen Material wie die Dichtung 17 zwischen den Oberflächen und 15 angeordnet sein.

Es können Abänderungen vorgenommen werden, die im Rahmen der Erfindung liegen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

!.Verbindung für metallische rohrförmige Elemente mit einem Steckkopf und einer Muffe, die ineinander greifende Gewinde mit verhältnismäßig großer Ganghöhe haben und die auf verhältnismäßig steilen Kegel flächen angeordnet sind, wobei die Muffe voll durchgehende Gewinde aufweist und die Steckköpfe verschwindende Gewinde und wobei die Gewinde an der Muffe über ihre volle Länge in Eingriff stehen und wobei die Steckköpfe und die Muffe komplementäre Dichtungsoberflächen aufweisen, die gegen- g über den Ge\vinden axial verschoben und radial versetzt sind, um einen vollen konischen Oberflächenkontakt über eine wesentliche Länge der Überlappungsstrecke zu bilden, wobei lediglich Oberflächendeformätionen der komplementären Dichtungsoberflächen stattfinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckköpfe äußere Ringschultern aufweisen, daß die Muffe eine innere"Hingschulter hat, daß das Ende der Muffe gegen die äußere Ringschulter des Steckkopfs anliegt, um ein Übergreifen zu verhindern, daß das Ende des Steckkopfs gegen die innere Schulter der Muffe anliegt, wenn die Verbindung hergestellt ist, um eine lecksichere Dichtung herzustellen, daß das Ende der Muffe und die äußere Ringschulter des Steckkopfs unter einem Winkel von etwa 5 bis zu etwa 10 gegenüber dem Radius der Verbindung unterschnitten sind und daß das Ende des Steckkopfs und die innere Ringschulter

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unter einem Winkel von etwa 5 bis zu etwa 20 gegenübel dem Radius der Verbindung unterschnitten sind.
2. Verbindung nach Anspruch 1, dcidurch gekennzeichnet, daß die innere Ringschulter der Muffe durch eine Dichtung aus einem halogenierten Kohlemvassorstoffester gebildet

des Steckkopfs und der Ringschulter etwa 10° gegenüber

ist und daß der maximale Unterschneidungswinkel des Endes des Steckkopfs und der Ringschulte: dem Radius der Verbindung beträgt.

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3. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung einen Flansch aufweist, über den hinweg sich der Steckkopf erstreckt, um ein Herausquetschen der Dichtung während der Herstellung der Verbindung zu verhindern,
4. Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eine aufgeschraubte und verankerte Verbindung ist und daß die Dichtung einen T-förmigen Querschnitt aufweist, dessen Querstrichabschnitt in einer

W llingnut in der Muffe sitzt, die im wesentlichen in der

Mitte der Muffe liegt.
5. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckköpfe und die Muffe derart bemessen sind, daß, wenn eine der äußeren oder inneren Schultern miteinander in Kontakt gelangen, der Trennabstand der anderen Schultern nicht größer ist als 0,254 mm und daß die Elemente, die zuerst miteinander in Eerührung gelangen, sich etwas deformieren können, um einen Dichtungskontakt zwischen den anderen Elementen zu erlauben.
6. Verbindung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckköpfe und die Muffe derart bemessen sind, daß das Ende des Steckkopfs gegen die Schulter der Dichtung anliegt, ehe die äußere Schulter am Steckkopf in Kontakt mit dem Ende der Muffe gelangt.
7. Verbindung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die komplementären, konischen Dichtungsoberflachen mit einem Phonographfinish ausgestattet sind.
8. Verbindung nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Ringschulter der Muffe aus dem Metall dieser Muffe gebildet ist.

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