(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サワー環境でパイプと連結する継手であって、
少なくとも一端に前記パイプを受け入れるボアを画定する内表面を有する連結本体と、
前記連結本体を前記パイプに機械的に接続するため、前記連結本体の前記少なくとも一端の上に嵌合するように位置するリングと、
前記連結本体の内表面に形成される主要シールと、
前記主要シールに隣接して前記連結本体の前記内表面に刻み目として形成される移行区画であって、第１の直径を有する第１の部分および第２の直径を有する第２の部分を有し、前記第１の直径が前記第２の直径よりも大きい、移行区画と、
前記主要シールおよび前記連結本体の前記少なくとも一端から内側に離隔して、前記連結本体の前記内表面に形成される中央寄りのシールと、
前記連結本体の前記少なくとも一端から内側に、かつ前記主要シールから外側に離隔して、前記連結本体の前記内表面に形成される外側寄りのシールとを備え、
前記リングが力によって前記連結本体の前記少なくとも一端の上に嵌合されると、前記リングおよび前記連結本体が、前記主要シール、前記外側寄りのシール、および前記中央寄りのシールに、前記パイプに永久的な変形を生じさせるのに十分な連結力を加えることにより、漏れがない形で前記パイプを前記連結本体に接続するとともに、
前記主要シールが、第１の主要シール、第２の主要シール、および第３の主要シールを含み、
前記第１の主要シール、前記第２の主要シール、および前記第３の主要シールそれぞれの間に溝が位置しており、
前記第１の主要シールが、前記第２の主要シールおよび前記第３の主要シールの両方から内側に離隔しており、
前記第１の主要シールが、第１のシール直径で前記連結本体の前記内表面に位置し、
前記第２の主要シールおよび前記第３の主要シールの両方が、第２のシール直径で前記連結本体の前記内表面に位置し、
前記第１のシール直径が、前記第２のシール直径よりも大きい、ことを特徴とする継手。
【請求項２】
前記移行区画が前記主要シールと前記中央寄りのシールとの間に位置し、
前記第１の直径が前記主要シールに直接隣接して位置する、請求項１に記載の継手。
【請求項３】
前記移行区画が中央寄りの移行区画および外側寄りの移行区画を含み、
前記中央寄りの区画が前記主要シールの内側に隣接して位置し、
前記外側寄りの区画が前記主要シールの外側に隣接して位置する、請求項１に記載の継手。
【請求項４】
少なくとも前記第１の主要シールおよび前記第２の主要シールに隣接した前記中央寄りの移行区画および前記外側寄りの移行区画が、各シールの直径上の位置に対してほぼ同様の内径を有する、請求項３に記載の継手。
【請求項５】
前記連結本体の前記内表面に形成されるねじれ隆起部であって、前記外側寄りのシールの内側または外側のどちらかに位置するねじれ隆起部と、
前記連結本体の外表面に位置する円周方向のフランジであって、前記リングが押し付けられる停止部を提供するフランジとをさらに備え、
前記主要シール、前記中央寄りのシール、および前記外側寄りのシールがそれぞれ円周方向で連続する、請求項１に記載の継手。
【請求項６】
前記第１の主要シール、前記第２の主要シール、および前記第３の主要シールがそれぞれ平らな台形面を供する断面形状を有し、
前記台形面は、前記パイプを押し下げるように位置している、請求項１に記載の継手。
【請求項７】
前記外側寄りのシールが二重シールであり、
前記二重シールは、前記パイプを押し下げるように構成された、隣接する独立した一対のシールを含む、請求項１に記載の継手。
【請求項８】
前記リングが内側に移動可能であり、
前記リングが内側に駆動されるにつれて、前記主要シール、前記外側寄りのシール、および前記中央寄りのシールを前記パイプに対して連続して封止する、請求項１に記載の継手。
【請求項９】
前記外側寄りのシール、前記中央寄りのシール、前記主要シールがそれぞれ、前記リングが個々のシールの上に押し込まれるにつれて、前記パイプに食い付くか、または前記パイプを変形させる、請求項８に記載の継手。
【請求項１０】
前記リングが、前記外側寄りのシール、前記主要シール、および前記中央寄りのシールを前記パイプに対して連続して封止する、圧縮面を含むスエージリングである、請求項１に記載の継手。
【請求項１１】
前記スエージリングが、前記リングの端部に隣接して位置する第１のセグメントと、前記リングの前記端部から内側に位置する第２のセグメントとを有する、請求項１０に記載の継手。
【請求項１２】
前記スエージリングがキックダウン区画をさらに備える、請求項１０に記載の継手。
【請求項１３】
前記連結本体が第１の端部および第２の端部を有し、
前記第１の端部および前記第２の端部が互いの鏡像であり、リングが各端部に位置する、請求項１に記載の継手。
【請求項１４】
前記連結本体が、前記パイプを受け入れる第１の端部と、フランジとして役立つ第２の端部とを有する、請求項１に記載の継手。
【請求項１５】
溶接を伴わずにサワー環境でパイプと連結する継手であって、
前記パイプを受け入れるボアを画定する内部を有する連結本体と、
前記連結本体を前記パイプに機械的に連結するために前記連結本体の端部の上に嵌合するように位置するスエージリングと、
主要シールと、前記主要シールから外側に位置する外側寄りのシールと、前記主要シールから内側に位置する中央寄りのシールと、をさらに備え、
前記主要シールが、第１の主要シール、第２の主要シール、および第３の主要シールを含み、
前記第１の主要シール、前記第２の主要シール、および前記第３の主要シールそれぞれの間に溝が位置するとともに、
前記第１の主要シールが、前記第２の主要シールおよび前記第３の主要シールの両方から内側に離隔しており、かつ、前記第１の主要シールの直径が前記第２の主要シールおよび前記第３の主要シールのいずれかの直径よりも大きく、
前記スエージリングおよび前記連結本体が、前記主要シール、前記外側寄りのシール、および前記中央寄りのシールに、前記連結本体および前記パイプに永久的な変形を生じさせるのに十分な連結力を加えることにより、漏れがない形で前記パイプを前記連結本体に接続するとともに、
前記スエージリングおよび前記連結本体が、サワー環境での腐食に耐性をもつ高強度の低合金炭素鋼で形成される、ことを特徴とする継手。
【請求項１６】
前記高強度の低合金炭素鋼が、ＵＮＳ４１３０００またはＵＮＳ４１４０００等級である、請求項１５に記載の継手。
【請求項１７】
サワー環境でパイプと連結する継手であって、
少なくとも一端に前記パイプを受け入れるボアを画定する内表面を有する連結本体と、
前記連結本体を前記パイプに機械的に接続するために前記連結本体の前記少なくとも一端の上に嵌合するように位置するリングと、
前記連結本体の前記内表面に形成される主要シールと、
前記主要シールから外側に位置する外側寄りのシールと、
前記主要シールから内側に位置する中央寄りのシールと、備え、
前記主要シールは、第１のシール、第２のシール、および第３のシールを含み、
前記第１のシールが前記連結本体の前記内表面に対して第１の直径で内側に位置し、
前記第２のシールが前記連結本体の前記内表面に対して第２の直径で内側に位置し、
前記第３のシールが前記連結本体の前記内表面に対して第３の直径で内側に位置し、
前記第１の直径、前記第２の直径、および前記第３の直径の少なくとも１つが他の直径とは異なり、
前記シールがそれぞれ、前記パイプの表面に食い付くかまたはそれを変形する歯を形成するとともに、
前記第１のシールが、前記第２のシールおよび前記第３のシールの両方から内側に位置し、かつ、
前記第１の直径が前記第２の直径および前記第３の直径のいずれかよりも大きく、
前記リングおよび前記連結本体が、前記主要シール、前記外側寄りのシール、および前記中央寄りのシールに、前記連結本体および前記パイプに永久的な変形を生じさせるのに十分な連結力を加えることにより、漏れがない形で前記パイプを前記連結本体に接続する、ことを特徴とする継手。
【請求項１８】
前記主要シールに隣接して位置する移行区画をさらに備え、
前記移行区画が、前記連結本体の前記内表面の刻み目であり、第１の直径を有する第１の移行部分および第２の直径を有する第２の移行部分を有し、
前記第１の直径を有する前記第１の移行部分が、前記第１のシールに隣接して位置し、前記第２の移行部分の前記第２の直径よりも大きい直径を有する、請求項１７に記載の継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１月４日出願の米国仮特許出願第６１／２９２，１２２号に対する優先権を主張し、その開示の全体を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
この技術は流体継手に関する。詳細には、この技術は、サワー用途に使用される、パイプを機械的に取り付け封止する流体継手に関する。
【背景技術】
【０００３】
水の存在下でのＨ２Ｓによって、腐食、割れ、またはふくれの状態で炭素鋼パイプラインに損傷が起こることがある。Ｈ２Ｓの鋼への影響は、硫化物応力割れ（ＳＳＣ：sulphide stress cracking）などの外部応力を必要とするもの、水素誘起割れ（ＨＩＣ：hydrogen induced cracking）などの外部応力を必要としないもの、ならびに腐食として分類することができる。サワー環境中の二酸化炭素の存在は、鋼の腐食速度を増加させる傾向がある。また、ＳＳＣおよびＨＩＣ両方に対する鋼の感受性も増加させることがあるとともに、ＨＩＣに対する影響がより顕著になる。
ＳＳＣは、印加される外部応力または残留している外部応力を受けて発達する、初期の単一かつ直線的な粒内割れによって特徴付けられる。それは、腐食ピット（もしくは応力集中部として作用することがある他の特徴）で、または水素割れメカニズム（例えば、ふくれ）を通して始まり、次に印加応力の方向に対して垂直な脆性破壊へと伝搬することがある。高強度鋼におけるＳＳＣは、相当な分岐（branching）を有する傾向があるが、低強度鋼の場合はほとんどそれを有さない。ＳＳＣは、溶接部で、または溶接部近辺の熱影響部で生じることがある。通常、ＳＳＣは、５５０メガパスカル（ＭＰａ）超過の引張り強さを備えた炭素鋼で生じる。しかし、ＳＳＣの破損は５５０ＭＰａ未満の引張り強さを備えた鋼でも生じていた。これは主として、溶接物を急速冷却して、局所的な高硬度領域が作り出されることによる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，４６７，７５２号
【特許文献２】米国特許第７，５７５，２５７号
【特許文献３】米国特許第６，６９２，０４０号
【特許文献４】米国特許第６，１３１，９６４号
【特許文献５】米国特許第５，７０９，４１８号
【特許文献６】米国特許第５，３０５，５１０号
【特許文献７】米国特許第５，１１０，１６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＨＩＣは、通常、溶接部では生じず、むしろスラグ介在物を有するパイプ本体領域で生じる。スラグ介在物は、拡散する水素の回収場所としての役割を果たす。ＨＩＣは、直線状の割れおよび段階的な割れという２つの基本的な形態を伴う。ＨＩＣは、外部応力の存在とともに、またはその存在なしで、ＲＣ２２を大きく下回る硬度値を備えた低強度鋼で生じることがある。鋼表面の腐食は原子状水素（atomic hydrogen）を生み出す。この原子状水素が、金属の自然発生的な不規則部分（非金属介在物および積層など）で捕捉されるまで、鋼に浸透し拡散する。この原子状水素は、水素分子に組み込まれ、鋼の降伏強さを超えてふくれを形成するのに十分な大きさまでガス圧を高める。隣接するふくれは、通常は鋼の圧延方向に平行な割れとして伝搬することがある。
【０００６】
ＨＩＣに関連した別の現象は、鋼管および溶接継手における水素脆化である。水素脆化は、一般に、水素浸透の結果としての金属の延性損失を意味する。水素脆化に対する感受性は、材料の化学的性質（chemistry）および微細構造に依存する。したがって、パイプおよび溶接物の異なる領域が、水素の存在によって異なったように脆化することがある。したがって、サワー用途では、溶接の使用を回避することが望ましい。それに加えて、場所、厳しい条件、ガスの存在などに起因するか否かにかかわらず、特定の環境では溶接が困難なことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に記載される教示に従って、サワー環境におけるパイプ連結用の継手が記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】２つのパイプをともに連結するための対向する端部を有する、一例の継手を示す斜視図である。
【図２】図１に例示した継手を示す平面図である。
【図３】図１に例示した継手の断面図であり、連結されていない継手の端部にあるリングを示す図である。
【図４】図１に例示した継手の一端またはスリーブを示す断面図である。
【図５】図１に例示した継手の本体におけるシール面の一部を示す分解組立図である。
【図６】図１に例示した継手の一端またはスリーブを示す断面図であり、パイプが本体内部に位置した状態で本体の端部に部分的に装着されたリングを示す図である。
【図７】図６に類似した断面図であるが、本体の端部に完全に装着された位置にあるリングおよびそれに関連するスリーブおよびパイプの変形を示す図である。
【図８】図７に類似した断面図であるが、互いに重なり合う様々な部品の部分を示す図である。
【図９】パイプに連結する単一の端部と、その反対側の端部に画定されたフランジとを有する代替例の継手を示す斜視図である。
【図１０】図９に例示した継手の平面図である。
【図１１】図９に例示した継手の右端面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
一例の継手１０は、溶接を、機械的に取付けられる継手（機械取付け継手）と置き換えるのに利用される。機械取付け継手は、腐食プロセス流体もしくはガス（硫化水素など）の存在下など、ＮＡＣＥ（防蝕技術協会）環境または用途で使用するのに適する。従来の溶接継手に代えて機械取付け継手１０を使用することによって、コストが低減されるとともに、継手の品質、安全性、および信頼性が改善される。例示の継手１０を、１／４インチ（０．６４ｃｍ）ＮＰＳ〜４インチ（１０．１６ｃｍ）ＮＰＳのサイズ範囲などの薄肉パイプまたは厚肉パイプのいずれかを接続するのに利用してもよいが、他のパイプサイズもこの例示の継手１０から利益を得てもよい。
【００１０】
例示の継手１０は、添付図面に示されるように、円筒状のコンタクト領域の長さに沿って、駆動リング１４、本体１２、およびパイプ１６の間で予め定められた干渉比（ratio of interference）を含む。例示の継手１０は、パイプ１６に装着することができ、破裂および熱膨張（曲げ疲れ）に関するＡＳＭＥ  Ｂ３１の適格要件を満たす。例示の継手１０はまた、腐食媒体に暴露される継手／パイプの加工硬化（work hardening）に対する嵌合圧縮（fitting compression）の影響を最小限に抑える。これにより、例示の継手１０を組み込む継手／パイプアセンブリがＮＡＣＥ  ＴＭ０１７７腐食試験の要件を満たすことができる。
【００１１】
図１〜８は、シール３０、３２、３４の間の移行区画２４、２６とともに、パイプ１６と、継手１０の本体１２の内表面３に画定されるシール３０、３２、３４との間の直径方向および軸線方向の関係を示す。また、図１〜８は、本体１２の外部２２とリング１４の内表面との間の直径方向および軸線方向の関係も示す。例示の継手１０は、ＡＩＳＩ−ＳＡＥ  ４１３０低合金等級の炭素鋼材料から作製される。継手の幾何学形状と材料の組み合わせによって、ＮＡＣＥ用途における条件を満たす継手性能がもたらされる。
【００１２】
図１〜８に示される例は、パイプ本体１６を受け入れるようにそれぞれ構成された、２つの対向する端部４２ａ、４２ｂを有する継手１０である。図９〜１１に示される例は、パイプ本体１６を受け入れる単一の端部４２ａを有し、他方の端部はフランジ１８として役立つ。他のタイプの継手も本明細書の教示を利用してもよい。
【００１３】
図１を参照すると、継手１０は、連結本体１２および少なくとも１つのスエージリング１４を含む。図１〜８に示される例は２つのスエージリング１４を有し、一方で図９〜１１に示される例は１つのスエージリング１４を有する。連結本体１２およびリング１４はともに、パイプ本体１６を継手１０に接合するのに利用される。構成要素は、中心軸を中心にしてほぼ対称である。
【００１４】
連結本体１２は、第１のスリーブ１２ａ（図２の連結本体１２の右側を形成する）および第２のスリーブ１２ｂ（図２の連結本体１２の左側を形成する）を含む。第１のスリーブ１２ａは第１のパイプ本体１６を受け入れるものであり、第２のスリーブ１２ｂは第２のパイプ本体１６を受け入れるものである。以下で詳述するように、スエージリング１４がパイプ区画１６を受け入れた個々のスリーブ１２ａ、１２ｂに軸線方向で押し付けられると、スリーブ１２ａ、１２ｂは管またはパイプ区画に機械的に接続され、それを封止する。本体内部は、パイプ１６が本体１２内部に入り込む軸線方向移動を止める停止部８０を有する。
【００１５】
連結本体１２およびスエージリング１４は、ＡＩＳＩ−ＳＡＥ  ４１３０低合金等級の炭素鋼など、高強度の低合金炭素鋼で形成される。他の炭素鋼としては、ＵＮＳ４１３０００およびＵＮＳ４１４０００等級が挙げられる。炭素鋼の化学組成は、ＮＡＣＥ用途に使用されるプロセス薬品と適合性があり、厳しい環境条件下でわずかな腐食、厳しい環境条件下での有効性を示し、顧客に容認される材料である。それに加えて、炭素鋼は、例示の継手１０の機械的負荷要件のあらゆる局面をサポートすることができる性質を有する。当業者には知られているように、他の材料も所望に応じて利用してもよい。但し、溶接の必要性を回避するため、サワー用途においては炭素鋼を利用することが有利である。上述したように、パイプ１６のサイズは変動してもよく、例示の継手１０は特定のパイプサイズに限定されない。
【００１６】
図９〜１１を参照すると、継手１０の正確な構成は変動することができ、必ずしも図１〜８に示される同軸構成の２つのスリーブ１２ａ、１２ｂを含まなくてもよい。例えば、継手１０は、一体的に形成するか、または別の構成要素もしくは別のタイプの継手と接続するように構成してもよい。また、継手１０は、１つまたは複数の対応するパイプ１６に接続するように様々な位置で延在する任意の数のスリーブを有してもよい。特定の例としては、継手およびボール弁の組み合わせとすることができ、その場合、継手１０は、参照により全体が本明細書に明示的に組み込まれる同一出願人による米国特許第６，４６７，７５２号に記載されるのと同様の形で、ボール弁と組み合わせ可能である。同一出願人による米国特許第７，５７５，２５７号、第６，６９２，０４０号、第６，１３１，９６４号、第５，７０９，４１８号、第５，３０５，５１０号、および第５，１１０，１６３号も、参照により全体が本明細書に明示的に組み込まれる。図９〜１１に示される例は、一方の側のスリーブ１２ａと他方の側の垂直フランジ１８とを有する。フランジ１８を表面に連結するため、フランジ１８は、シール面２８とボルトを受け入れる孔３８とを含む。継手の幾何学形状は、溶接管継手を必要とするすべてが単一体になった図９〜１１に示されるフランジなどの構成、または標準的なＡＳＭＥ継手の他の標準的な構成にすることができる。
【００１７】
図３に示すように、継手１０は軸線方向でそれ自体の鏡像である。したがって、スリーブ１２ａについてのいかなる考察もスリーブ１２ｂに適用可能であり、繰り返さないこととする。
【００１８】
スリーブ１２ａは、円周方向のフランジまたは隆起部２０を含む。フランジまたは隆起部２０は、本体１２の外表面２２から半径方向外側に延在する。隆起部２０は、当業者には知られているように、継手１０をパイプ本体１６に接続するときに、スリーブ１２ａを隣接したスエージリング１４に接合するのに使用される。リング１４をフランジ２０に対して駆動するのに工具（図示なし）が使用されてもよい。
【００１９】
図３〜５を参照すると、スリーブ１２ａは、連結本体１２とパイプ１６の間を封止するとともに連結本体１２をパイプ１６に機械的に接続する、複数の離隔したシールを含む。これらのシールには、主要シール３０、中央寄りの（inboard）シール３２、および外側寄りの（outboard）シール３４が含まれる。シール３０、３２、３４は、連結本体１２の内表面３６から内側に延在する。本明細書で使用するとき、「中央寄りの」および「外側寄りの」という用語は、全体として、外部フランジ２０または端部４２などからの、相対的な軸線方向の間隔を示すのに使用される。したがって、外側寄りのシール３４は、中央寄りのシール３２よりも長い距離だけ、フランジ２０に対して軸線方向で離隔される。外側寄りのシール３４は、パイプラインの内圧に対するバックアップとして使用される安全シールである。外側寄りのシール３４はまた、外部環境からの湿気または汚れなど、外部環境がシールに入り込むのを制限するように機能する。二重の外側寄りのシール３４が設けられ、パイプの低い表面品質によって封止がより困難なことがある場合など、厳しい環境に有用である。適用例としては、北海またはアラスカなどの場所に位置する、陸上または沖合いの石油掘削装置が挙げられるであろう。二重シール３４は追加の保護を提供するのに利用される。一方のシールが故障した場合、他方のシールがバックアップとして役立つ。外側寄りのシール３４は、以下で詳述する台形の主要シールをより小さくしたものであり、外側寄りのシール３４を構成する２つのシールはブレンド半径（blending radius）によって互いに融合される。
【００２０】
図３〜８を参照すると、主要シール３０は、主要な流体シールおよびパイプ１６との機械的接続を提供するのに役立つ。主要シール３０は、連結本体１２のフランジ２０および端部４２から軸線方向に離隔した、第１の歯５０、第２の歯５２、および第３の歯５４を含む。歯５０、５２、５４は、溝４４によって互いからわずかに分離される。移行区画または壁区画２４、２６は、主要シール３０の前後に位置する。移行区画２４、２６は、歯５０、５２、５４をパイプ１６に押し込むのに、または駆動リング１４の形状に適応させるのに使用される。移行区画２４、２６はまた、スリーブ１２ａがパイプ１６上を減圧することを可能にする。移行区画２４、２６はまた、３つの主要シール歯５０、５２、５４がともに噛合することを可能にし、結果としてパイプ１６との接合がより良好になる。図５および８は、ある種の変形または食付き（biting）を必要とする、本体１２とリング１４との間の重なり合い領域８４を示す。リングがこの領域８４で本体を越えて移動するため、歯のいずれかがパイプ１６に食い付かなければならないか、パイプ１６が変形しなければならないか、あるいはリング１４および／または本体１２が変形しなければならない。
【００２１】
主要シールの外側寄りに位置する移行区画２６は、パイプ壁１６から離れる方向で第１の直径へと、次に第２の直径へと直径が減少する傾斜を有する。外側寄りの移行区画２６は、第１の直径を有する第１の部分と第２の直径を有する第２の部分とを有する。第２の部分の壁の第２の直径は、第２の直径に到達する地点から外側寄りのシール３４に達するまで、ほぼ一定である。
【００２２】
第２の中央寄りの移行区画は、主要シール３０の中央寄りに位置する。中央寄りの移行区画は、外側寄りの移行区画と同様に、第１の直径を有する第１の部分と第２の直径を有する第２の部分とを有する。中央寄りのシール３２がどれだけ近接しているかに応じて、第２の部分の長さは第１の移行区画の場合よりも短い。
【００２３】
図５に示されるように、主要シール３０の第２の歯５２および第３の歯５４は、台形の断面を有し、パイプ壁１６に対して第１の直径Ｄ１で内側に離隔している。歯の面まで下向きに延びる側壁の角度はほぼ等しい。歯５０、５２、５４の台形形状は、従来の設計の場合よりも堅牢であり、パイプ１６を押し下げるより多くの質量を提供する。歯の質量は従来の設計に比べて２倍である。歯５０、５２、５４はまた、より低品質であり得るパイプの外径面に連結本体１２を装着することに関連する問題に対処するため、従来技術で知られているものよりも質量が大きい。
【００２４】
それに加えて、主要シール３０の歯５０、５２、５４は、各歯５０、５２、５４の根元の半径によって、スリーブ１２ａの内壁に融合される。これは、応力を減少させ、壁の破損を防止する助けとなる。各歯５０、５２、５４の根元の半径は、応力集中の可能性を低減するように最適化されてもよい。
【００２５】
第１の歯５０も台形の断面を有し、パイプ壁１６に対して第２の直径Ｄ２で内側に離隔している。第２の直径Ｄ２は、第２の歯５２、第３の歯５４の第１の直径Ｄ１の間隔よりも大きい。移行区画２４、２６は、リング１４がスリーブ１２ａの外表面の上に押し付けられるにつれて、歯５０、５２、５４をパイプ１６に押し込むのを助けるのに使用される。
【００２６】
中央寄りのシール３２は、主要シール３０とフランジ２０との間に位置する。主要シール３０と同じく、中央寄りのシール３２はパイプ１６との流体シールおよび機械的接続をもたらす。中央寄りのシール３２は単一の歯であるが、１つまたは複数の適切な溝４４によって互いに分離可能な複数の歯によって形成することができる。中央寄りの移行区画２４は、中央寄りのシール３２と主要シール３０との間に位置する。
【００２７】
図６および７を参照すると、本体１２は、少なくとも１つの耐ねじれ隆起部（anti-torsion ridge）７０をさらに含む。本明細書では、単純にするために耐ねじれ隆起部を「ねじれ隆起部」と呼ぶ。ねじれ隆起部７０の位置を、外側寄りのシール３４とスリーブ１２ａの端部４２との間に示しているが、ねじれ隆起部７０は主要シール３０と外側寄りのシール３４との間に位置してもよい。ねじれ隆起部７０は主に、本体１２とパイプ１６との間のねじれ荷重を支えるために設けられる。耐ねじれ隆起部７０は、主要シール３０によるパイプ１６の直径の減少がねじれ隆起部７０とパイプ１６との間の係合に干渉しないように十分な距離だけ、主要シール３０から軸線方向外側に離隔される。ねじれ隆起部７０は、好ましくは、ねじれ荷重により良好に抵抗するため、摩擦表面を有する。この摩擦表面は、ローレット切り、ブローチ削りなどによって形成することができる。
【００２８】
図４を参照すると、本体１２の外表面２２は、ランド４６と端部４２との間の内部部分（interior portion）５６を有する。内部部分５６は、ランド４６およびフランジ２０よりも相対的に小さい直径を有する。本体１２の内部部分５６は、端部４２に隣接した摩擦増加区画５８を有する。摩擦増加区画５８は、係止メカニズムまたは緩み防止溝（anti-backoff grooves）とも呼ばれる。摩擦区画５８は、複数の隆起部６０を含む。隆起部６０は、スエージリング１４が本体１２に完全に装着されると、スエージリング１４を連結本体１２上でより良好に保定する。摩擦隆起部６０は、スエージリング１４が本体１２から滑り落ちるかまたは外れるのを防ぐ助けとなる。端部４２に隣接して設けられる別の特徴は、約２０°以上のテーパ角を好ましくは有するテーパ６２である。テーパ６２は、スエージリング１４を本体１２上に最初に装着する助けとなる。スリーブ１２ａの外表面２２は、部分５６とランド４６との間に位置する傾斜区画４８を有する。それに加えて、別の傾斜６６がフランジ２０に隣接して位置する。
【００２９】
スエージリングまたは駆動リング１４は、シール３０、３２、３４がパイプ１６に食い付いて、本体１２とパイプ１６を封止するとともに機械的に接続するため、スリーブ１２ａの上に環状に受け入れられ、フランジ２０に向かってスリーブ１２ａに沿って軸線方向で押しやられるようにサイズ決めされる。スエージリング１４は、中央寄りの部分１４ａおよび外側寄りの部分１４ｂを含む。外側寄りの部分１４ｂまたはリング１４は、中央寄りの部分１４ａよりも全体的に厚い。リング１４は端部１４ｂの第１のランド６８を含み、第１のランド６８は、複数の隆起部６０を含む。隆起部６０は、本体の摩擦区画５８と噛合する摩擦区画７２を形成する。第１のランド６８は、第１の上昇（ramped up）部分８２に接続される。第１の上昇部分８２は、リング１４をスリーブ１２ａ上で心出しするのを助け、また干渉部分をスリーブ１２ａ上に送り込み導くのを助ける先行面として役立つ。一般に、リング１４の表面は、リング１４をスリーブの上に装着しやすくする助けとなる。
【００３０】
スエージリング１４は、内表面７４をさらに含む。内表面７４は全体的に円筒状で、端部１４ｂで上昇区画７６に連結される。表面６６および５６は圧縮面として役立つ。
【００３１】
上昇部分７６は、リングの内表面７４よりも大きい直径を有する。図示されないが、当業者には知られているように、リング１４はキックダウンテーパ（kickdown tapered）セグメントも含んでもよい。キックダウンセグメントは、リング１４が完全に装着されたときに主要シール３０の近傍に画定される隆起部とすることができる。上昇区画７６の角度は傾斜４８の角度にほぼ一致し、スエージリング１４がランド４６を越えて軸線方向で移動するのを容易にする。
【００３２】
図６を参照すると、スエージリング１４は、プレ装着位置にある連結本体１２上に部分的に装着または事前組立てされて示される。この位置では、スエージリングの上昇区画７６は、主要シールのランド区画７４に隣接するが、それに対してわずかに離隔している。締まり嵌めによって、スエージリング１４は維持され、連結本体１２上にプレ装着位置で顧客に配送することができ、それによって最終エンドユーザによる使用および装着の容易さが促進される。
【００３３】
図７を参照すると、パイプ１６に対して継手１０を機械的に接続し、パイプ１６を封止する目的で、パイプ１６が挿入された状態のスリーブ１２ａにスエージリング１４を完全に装着するため、装着工具（図示なし）を使用して、工具係合フランジ２０に向かってスエージリング１４をスリーブ１２ａ上にさらに押し込むことができる。パイプ１６が挿入された状態の連結本体１２上へとスエージリング１４を軸線方向に移動させることによって、本体１２の、特に本体１２のシール３０、３２、３４がパイプ１６に向かって、またはパイプ１６内へと半径方向に移動して、それらのシールおよび機械的接続が作り出される。それに加えて、パイプ１６は変形し、連結本体１２も変形する。
【００３４】
本体１２およびスエージリング１４は、スエージリング１４がプレ装着位置から最終装着位置へと移動するにつれて、装着シール３０、３２、３４がすべて好ましい順序で一度に１つずつ連続してセットされ、回復負荷力が主要シール３０に加えられるように構成される。先行するシールが完全にセットされるまで、まだセットされていないシールによるパイプ１６との変形接触は存在しない。シールのセットとは、シールの１つまたは複数の歯がパイプ１６と加締めされる、または変形接触するように押し込まれることを意味する。シールのセットは、シールの１つまたは複数の歯がパイプ１６に完全に押し込まれたとき（例えば、スエージリング１４の特定の区画によって内側に押し込まれた結果として、シール３０もしくは３２もしくは３４の直ぐ反対側にある外表面２２がそれ以上半径方向に移動しないとき）に、完了した（すなわち、完全にセットされた）とみなされる。
【００３５】
あるいは、シールの完全なセットは、駆動リング１４がシールの１つもしくは複数の歯をパイプ１６の最も奥に押し込んでいるとき、または駆動リング１４がシールを越えて移動するにつれて、駆動リング１４の作動テーパ（actuating taper）が直径の一定した円筒状区画に対して平らになっているときとして定義することができる。パイプ１６は、一般的に、シール３０、３２、３４が表面に食い付き続け、パイプ１６が可塑的に変形するか、または半径方向内側に移動し始めて、恒久的な変形をもたらすにつれて、その弾性限界を超えて応力を受けるようになる。図７に示されるように、主要シール３０の歯５０、５２、５４は、パイプ１６に食い付き変形し、それら自体がある程度変形する。これは、パイプ１６の外部に見られるあらゆる粗いまたは不規則な表面欠陥を埋めるように機能する。
【００３６】
本体１２が半径方向に移動し、パイプ１６が変形するのと同時に、スエージリング１４の半径方向外側への移動が生じる。スエージリング１４のこの半径方向の移動は一般に弾性的であり、結果としてスエージリング１４の直径がわずかだけ増加する。
【００３７】
図７に示されるように、スエージリング１４は、図示される最終装着位置へと軸線方向で本体のスリーブ１２ａ上に押し付けられる。この位置では、スエージリング１４は本体のフランジ２０に当接するか、またはそれと係合する。あるいは、スエージリング１４は、フランジ２０と接触することなくそれと近接して位置することができる。最終装着位置では、シール３０、３２、３４がすべてセットされるとともに、ねじれ隆起部７０がパイプ１６に食い付く。緩み防止溝とも呼ばれる、連結本体１２の内部部分５６の係止メカニズム５８と、スエージリングの係止メカニズム７２との間の協働は、スエージリング１４自体が軸線方向でスリーブ１２ａから外れるのを防ぐか、または少なくともその可能性を低減する。
【００３８】
歯、スエージリング１４、およびパイプ１６の変形に加えて、連結本体１２も変形する。図７に示されるように、スリーブ１２ａの薄肉部分７８はスエージリングの輪郭に沿う傾向がある。これは、リング１４が様々なシールを連続して封止するにつれて、圧力閉込め（pressure containment）によって引き起こされる。このことは、半径方向外側に変形したスリーブ部分７８が、駆動リング１４を継手１０上で保持する助けとなるという点で利益を有する。これは緩み防止溝５８、７２によってもたらされる助けに追加される。
［実施例］
【００３９】
例示の継手１０の試験を、炭素鋼４１３０タイプの材料を使用して行った。その際、Ａ３３３／Ａ１０６パイプに１．５インチ（３．８１ｃｍ）および２インチ（５．０８ｃｍ）の継手を用いた。アセンブリの内部暴露試験は、ＮＡＣＥ  ＴＭ０１７７溶液Ａを使用して３０日間の期間で行った。溶液Ａは、０．５％の氷酢酸で酸性化した５％ＮａＣｌである。試験は、室温（約７６°Ｆ（２４．４４℃））のＨ２Ｓを１気圧にして行って、硫化物応力割れ（ＳＳＣ）を評価した。溶液および試験標本を、最初にＮ２で脱気し、続いて一定期間にわたってＨ２Ｓを連続的にパージした。ＰＨは最初は２．７であり、ＰＨが３．８に達すると補充した。ＳＣＣまたは応力腐食の形跡は、いずれのサンプルでも観察されなかった。したがって、継手１０は、ＮＡＣＥ  ＭＲ０１７５、ＮＡＣＥ  ＭＲ０１０３−２００７、およびＩＳＯ  １５１５６に列挙されているＨ２Ｓ分圧温度制限内で、サワー運用用途に適していることがわかった。１５ｐｓｉａというＨ２Ｓの制限的な分圧で、任意の温度が可能である。好都合なことに、炭素鋼の一般に知られている材料および等級がサワー環境での継手として有効であることが見出され、それによって継手を互いに溶接する必要性が回避される。
【００４０】
継手１０をパイプ１６上に装着するためには、パイプ１６を連結本体１２の開口部に滑り込ませる。次に、リング１４を、フランジ２０にほぼ接触するまでスリーブ１２ａの上に押し込む。
【００４１】
継手１０の様々な部品は、棒材、鍛造物、または管材から機械加工されてもよい。
【００４２】
サワー環境でパイプ１６と連結する例示の継手１０は、連結本体１２、リング１４、主要シール３０、移行区画２４、２６、中央寄りのシール３２、および外側寄りのシール３４を含む。連結本体１２は、その少なくとも一端にパイプ１６を受け入れるボアを画定する内表面を有する。リング１４は、前記連結本体１２をパイプ１６に機械的に接続するため、連結本体１２の少なくとも一端の上に嵌合するように位置する。主要シール３０は、連結本体１２の内表面上に形成される。移行区画２４、２６は、主要シール３０に隣接して連結本体１２の内表面に刻み目として形成される。移行区画２４、２６は、第１の直径を有する第１の部分および第２の直径を有する第２の部分を有し、第１の直径は第２の直径よりも大きい。中央寄りのシール３２は、連結本体１２の少なくとも一端、および主要シール３０から内側に離隔して、連結本体１２の内表面に形成される。外側寄りのシール３４は、連結本体１２の少なくとも一端から内側に、かつ主要シール３０から外側に離隔して、連結本体１２の内表面に形成される。リング１４が力によって連結本体１２の少なくとも一端の上に嵌合されると、リング１４および連結本体１２が、主要シール３０、外側寄りのシール３４、および中央寄りのシール３２に連結力を加えて、漏れがない形でパイプ１６が連結本体１２に接続される。
【００４３】
移行区画は、主要シールと中央寄りのシールとの間に位置してもよく、第１の直径は主要シールに直接隣接して位置してもよい。移行区画は、主要シールの内側に隣接して位置する中央寄りの移行区画、および主要シールの外側に隣接して位置する外側寄りの移行区画を含んでもよい。主要シールは、少なくとも第１の主要シールおよび第２の主要シールを含んでもよく、前記少なくとも第１および第２の主要シールに隣接した中央寄りおよび外側寄りの移行区画は、各シールの直径位置（diametral position）に対してほぼ同じ内径を有してもよい。
【００４４】
継手は、連結本体の内表面に形成されるねじれ隆起部を含んでもよく、ねじれ隆起部は、外側寄りのシールの内側または外側のどちらかに位置する。継手は、本体の外表面に位置する円周方向のフランジを含んでもよい。フランジは、リングが押し付けられる停止部を提供する。主要シール、中央寄りのシール、および外側寄りのシールはそれぞれ、円周方向で連続してもよい。
【００４５】
主要シールは、第１の主要シール、第２の主要シール、および第３の主要シールを含んでもよく、第１、第２、および第３の主要シールそれぞれの間に溝が位置する。第１の主要シールは第１の直径で連結本体の内表面に位置してもよく、第２の主要シールは第２の直径で連結本体の内表面に位置してもよく、第３の主要シールは第３の直径で連結本体の内表面に位置してもよい。第１の直径、第２の直径、および第３の直径の少なくとも１つは、他の直径とは異なる。前記主要シールはそれぞれ台形面を有してもよい。
【００４６】
外側寄りのシールは二重シールであってもよい。リングが内側に駆動されるにつれて、主要シール、外側寄りのシール、および中央寄りのシールをパイプに対して連続して封止するように、リングは内側に移動可能である。外側寄りのシール、中央寄りのシール、および主要シールはそれぞれ、リングが個々のシールの上に押し込まれるにつれて、パイプに食い付くか、またはパイプを変形させる。リングは、外側寄りのシール、主要シール、および中央寄りのシールをパイプに対して連続して封止する、圧縮面を含むスエージリングである。スエージリングは、リングの端部に隣接して位置する第１のセグメントと、リングの端部から内側に位置する第２のセグメントとを有してもよい。スエージリングは、キックダウン区画をさらに含んでもよい。
【００４７】
連結本体は、第１の端部および第２の端部を有してもよく、第１および第２の端部は互いの鏡像であり、リングが各端部に位置する。連結本体は、パイプを受け入れる第１の端部と、フランジとして役立つ第２の端部とを有してもよい。
【００４８】
別の実施例では、溶接を伴わずにサワー環境でパイプと連結する継手は、連結本体と、スエージリングとを含む。連結本体は、パイプを受け入れるボアを画定する内部を有する。スエージリングは、本体をパイプに機械的に連結するために連結本体の端部の上に嵌合するように位置する。リングおよび連結本体は、サワー環境での腐食に耐性をもつ高強度の低合金炭素鋼で形成される。高強度の低合金炭素鋼は、ＵＮＳ４１３０００またはＵＮＳ４１４０００等級であってもよい。
【００４９】
別の実施例では、サワー環境でパイプと連結する継手は、その少なくとも一端にパイプを受け入れるボアを画定する内表面を有する連結本体と、前記連結本体をパイプに機械的に接続するために連結本体の少なくとも一端の上に嵌合するように位置するリングと、連結本体の内表面に形成される主要シールとを含む。主要シールは、第１のシール、第２のシール、および第３のシールを含む。第１のシールは連結本体の内表面に対して第１の直径で内側に位置し、第２のシールは連結本体の内表面に対して第２の直径で内側に位置し、第３のシールは連結本体の内表面に対して第３の直径で内側に位置する。第１の直径、第２の直径、および第３の直径の少なくとも１つは、他の直径とは異なる。上記したシールはそれぞれ、パイプの表面に食い付くかまたはそれを変形する歯を形成する。
【００５０】
第１のシールは、第２および第３のシールの内側に位置してもよい。第１の直径は第２および第３の直径よりも大きくてもよい。移行区画は主要シールに隣接して位置してもよい。移行区画は、連結本体の内表面の刻み目であり、第１の直径を有する第１の移行部分および第２の直径を有する第２の移行部分を有する。第１の直径を有する第１の移行部分は、第１のシールに隣接して位置し、第２の移行部分の第２の直径よりも大きい直径を有する。
【００５１】
「ほぼ」という用語は、本明細書で使用するとき、概算の用語である。
【００５２】
権利請求した例の様々な特徴を上述しているが、それらの特徴は単独でまたは任意の組み合わせで使用されてもよいことを理解すべきである。したがって、権利請求した例は、本明細書で描写される特定例のみに限定されるものではない。
【００５３】
さらに、権利請求した例が関連する技術の当業者には、変形および修正が想到されることを理解すべきである。本明細書に記載した実施例は例示である。本開示により、当業者が、請求項に列挙される要素に同じように相当する代替の要素を有する代替の設計を作成し使用することが可能になってもよい。したがって、意図される範囲は、請求項の文言と異ならない、または本質的に異ならない他の例を含んでもよい。本開示の範囲は添付の請求項に記述されるようにしかるべく定義される。
【符号の説明】
【００５４】
１０  継手
１２  連結本体
１４  リング（スエージリング）
１６  パイプ
３０  主要シール
２４，２６  移行区画
３２  中央寄りのシール
３４  外側寄りのシール
【図１】
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【図２】
0005643841.tif 000003
【図３】
0005643841.tif 000004
【図４】
0005643841.tif 000005
【図５】
0005643841.tif 000006
【図６】
0005643841.tif 000007
【図７】
0005643841.tif 000008
【図８】
0005643841.tif 000009
【図９】
0005643841.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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