(57)【要約】一端に雄ねじ部分１１を有する第１管長部１０を含む管用のねじ付き継手。第２の管２０は、相補的雌ねじ部分を一端に有する。前記管長部は、前記ねじ部分の軸線方向長さの大部分に沿って互いに係合するようになっており、前記ねじ部分のねじ山が長手方向軸線に対して同一方向で傾斜するとともに鋭角をなす。雄ねじ部分１１は、雌ねじ部分の相補的なストッパー肩に隣接する雄ストッパー肩１５まで延在している。相補的なストッパー肩は、丸められた先端を有する円錐形受容部形状の凹みを有する。雄ねじ部分の円錐形ストッパー肩または雌ねじ部分の円錐形受容部の、管軸線と事実上平行である、第１円錐面１３が、１つ以上の曲面部２４を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に雄ねじ部分（１１）を有する第１管長部またはピン（１０）と、一端に相補的雌ねじ部分を有する第２管長部またはボックス（２０）とを含む管用のねじ付き継手であり、これらのねじ部分が、ねじ部分の軸線方向長さの大部分に沿って相互係合するようになされ、それらのねじが、前記管長部の長手方向軸線に対して同一方向で傾斜するとともに、鋭角をなしており、前記雄ねじ部分が、前記他の部分の相補的なストッパー肩に隣接する雄ストッパー肩（１５）まで延在し、前記相補的ストッパー肩が、丸められた頂部を有する円錐形受容部形状の凹みを含む前記管用ねじ付き継手において、
前記雄ねじ部分の前記円錐形ストッパー肩、または、前記雌ねじ部分の円錐形受容部の、前記管軸線と実質的に平行である第１円錐面（１３，２２）が、１つ以上の曲面部を含むことを特徴とする管用ねじ付き継手。
【請求項２】
前記曲面部の表面が１つの円の円周上にある請求項１に記載されたねじ付き継手。
【請求項３】
前記円の半径が２〜１０．５ｃｍである請求項２に記載されたねじ付き継手。
【請求項４】
前記円の半径が２．２ｃｍ〜４ｃｍである請求項３に記載されたねじ付き継手。
【請求項５】
前記ピンの内面の外端（１７）が面取りされており、この面取りされた縁が、前記ピンの長手方向軸線に対して角度１８°〜２５°をなしている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたねじ付き継手。
【請求項６】
前記ストッパー肩の前記第１円錐面が平坦部分を含む請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたねじ付き継手。
【請求項７】
前記第１円錐面の前記平坦部分が、前記管の長手方向軸線と角度１°〜１５°をなす請求項６に記載されたねじ付き継手。
【請求項８】
前記平坦部分が角度１．５°〜４°をなす請求項７に記載されたねじ付き継手。
【請求項９】
前記ストッパー肩の第２円錐面（１６）が、前記管の長手方向軸線に対して直角をなす平面に対して角度１１°〜２０°をなす請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載されたねじ付き継手。
【請求項１０】
前記第２円錐面が角度１１°〜１３°をなす請求項９に記載されたねじ付き継手。
【請求項１１】
添付図面を参照して事実上本明細書で説明されたとおりの請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載されたねじ付き継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、具体的な用途として、例えばオイルまたはガス工業において地下での使用に必要な管を連結する際に用いられる管継手に関するものである。この管継手は、特に、管軸線に対して直角方向の不均一な力に管がさらされる可能性のある場合のために特に設計されている。
【背景技術】
【０００２】
２箇所間でオイルまたは天然ガス等の流体を搬送する際、最も費用効果の高い方法は、可能ならば、パイプラインを利用することである。パイプラインは、通常、互いに結合された個々の管で構成される。また、流体を搬送するパイプラインの場合、しばしばケーシングと呼ばれる別のパイプライン内に保持されるのが普通である。このケーシングは、搬送パイプラインの保護に役立つと同時に、搬送パイプラインの設置を容易にすることにも役立つ。このケーシングは、搬送パイプラインから流体が漏れた場合の安全障壁としても役立つ。漏れた流体はケーシング内に保留され、環境に直接触れることが防止されるからである。こうした理由からも、ケーシングは、流体と、搬送パイプラインが晒される圧力とに対する抵抗性を有しなければならない。
【０００３】
パイプの結合領域は、パイプラインの内面と外面の両者に不連続を生じさせ、したがって、完成パイプラインの弱点源となる。こうした弱点源は可及的に極小化することが重要である。なぜなら、パイプからの流体の損失は、資源の浪費であり、また、環境災害の可能性があるためである。さらに、漏出流体は、また作業員にとっては、往々にして火災や爆発の危険が増すことになる。機能不全の継手または漏れのある継手の交換は、かならずしも容易ではない。特にオイル工業やガス工業の場合、パイプラインは、比較的接近し難い場所に設置されていることが極めて多く、交換が難しく費用もかかる。
【０００４】
搬送パイプラインまたはケーシングを形成する管と管の間の接続は、通常、ねじ付き継手を用いて行なわれ、個々の管が隣接管のねじと相補的なねじを有する。継手は、パイプの内外間の大きな圧力差に耐える能力がなければならない。さらに、継手は、個々の直管によって形成されたパイプラインが、曲線状に形成される場合、または、岩の存在等のために直線形状から僅かに外れる場合でも、流体密に維持されなければならない。
従来の管は、そうした曲げ力が加わった結果パイプラインの性能が低下して、曲げ箇所に漏れが生じる危険がある場合に、機能が低下しがちである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、前記の諸問題が解決され、かつ、接続されたパイプが同軸線でない場合にも十分に機能するような管継手を提供することである。本明細書中、ケーシングおよび管は互換的に使用されるが、用語「ケーシング」は、単に管というよりは、直径の大きな管を指すことが多い。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、以下の管用ねじ付き継手が提供される。
一端に雄ねじ部分を有する第１管長部と、一端に相補的雌ねじ部分を有する第２管長部とを含む管用のねじ付き継手であり、前記ねじ部分が、ねじ部分の軸線方向長さの大部分に沿って相互係合するようになされ、それらのねじ山が、前記管長部の長手方向軸線に対して同一方向で傾斜するとともに、鋭角をなしており、少なくとも雄ねじ部分が、前記他の部分の相補的ストッパー肩に隣接する位置まで延在し、該相補的ストッパー肩または各相補的ストッパー肩が、丸められた頂部を有する円錐形受容部形状の凹みを含み前記管用ねじ付き継手において、前記円錐形ストッパー肩または円錐形受容部の表面が、雄ねじ部分または雌ねじ部分の管軸線と実質的に平行であって、１つ以上の曲線部分を含むことを特徴とする管用ねじ付き継手。前記曲線部分によれば、雌ねじ部分からの雄ねじ部分の分離に抵抗する強力なシールが形成され、曲げに関する継手性能が高められる。
【０００７】
前記曲線部分または各曲線部分の表面は、好ましくは１つの円の円周上に存在する。前記円の半径は、好適には、２〜１０．５ｃｍ、特に好ましくは、０．９インチ〜１．２インチである。
好ましくは、ピンの内面の外端が面取りされ、面取りされた縁部分はピン軸線に対して角度１８°〜２５°である。該面取り縁部分により、管の胴部を厚くすることができ、したがって強度が増すが、継手領域の周囲を平滑表面に維持して、流体材料の流れ内に誘発される乱流を低減化することができる。
好ましくは、管軸線と十分に同軸線的なストッパー肩の第１円錐面は平坦部分を含む。円錐面の前記平坦部分は、好ましくは管軸線に対して角度１°〜１５°、特に好ましくは角度１．５°〜４°をなす。角度が小であれば管を厚肉にでき、したがって剛性が増し、継手の耐開放性が増す。
好ましくは、ストッパー肩の第２円錐面は、管軸線に対し直角の平面と角度１１°〜２０°、特に好ましくは角度１１°〜１３°をなす。
【実施例】
【０００８】
以下、添付図面を見ながら、本発明の一実施例に係わるケーシング継手について説明するが、この実施例は単なる一例である。
図１は、管継手またはケーシング継手用結合部のピン１０または雄ねじ部分のストッパー肩１５を示す。図にはピン１０のねじ山の最終頂部１１が示されている。ピン１０は内面１２を有し、内面１２は、ピン１０が対応ボックス２０または雌ねじ部分（図２）に結合された場合、パイプラインの内側を形成する。雌ねじ部分と雄ねじ部分は、それらの軸線方向長さの大部分に沿ってねじ付き部分（図示せず）を有する。これらのねじ付き部分は、管長の長手方向に対して、同一方向で傾斜し、かつ、鋭角をなしている。使用時、トルクを加えることにより、両ねじ付き部分が互いに係合して継手を形成し、雄ねじ部分と雌ねじ部分を共に保持する。
【０００９】
外面１３は、頂部１１からストッパー肩１５の先端１４へ向かって約２°の角度で僅かにテーパ付けされた事実上直線状の横断面を有する。２つのパイプが共にねじ付けされると、外面13は、ボックスの対応面２２と係合し、シール面を形成する。
後述する特徴により、外面１３のテーパは管軸線に対して僅か２°である。このことにより、ピン１０の外端は、従来のパイプの場合よりも強化される。したがって、管継手の雄ねじ部分と雌ねじ部分とのねじ間に作用し、両部分を離間させる傾向のある管外部からの圧力は、ピン１０の補剛効果による抵抗を受ける。本発明で使用できる角度は１°〜１５°、特に好ましくは１．５°〜４°である。
【００１０】
ストッパー肩１５は、さらにボックス２０の対応面と係合して、別のシールを形成するための別シール面１６を有し、これによって継手を通じての流体漏れが防止される。シール面１６は、曲線部１４を経て外面１３に続いている。シール面１６は、ピン１０の主軸線に対して直角をなす平面と角度１２°をなしている。したがって、ストッパー肩１５は、図１の破線Ｅに概ね沿う円錐形部分の基部と表面１３，１４，１６によって規定される円錐形部分を有する。この継手の改善されたシール特性により、このシール面が前記平面と共に規定する角度は、従来型の継手よりも小さい。かくして、その規定角は１１°〜２０°にすることができる。
【００１１】
図１のピン１０は、これが結合される管部分の相補的ボックス部分に係合する。ボックス２０は内面２１を有し、この内面２１は、両管が結合された時に、内面１２，１７と共にパイプラインの内側表面を形成する。ボックス２０は、複数の別の面２２，２３を有し、これらの面２２，２３は、ピン１０のストッパー肩１５の形状と相補的な形状を有する凹部（図２の破線Ｇによって境界づけされる領域内に含まれる）を備えたストッパー肩を共に形成し、かつピン１０と係合することにより、複数シール面を形成する。形成された前記凹部は、丸められた先端２４を有する概ね円錐形の断面を有する。長手方向のシール面は、対応する長手方向のシール面と係合する。面２２（ボックスの表面）は、凸部２２Ａを含む。凸表面部２２Ａは、ピン１０とボックス２０が互いにねじ結合される時、管部分内で力の再配分を行う。
【００１２】
２つの管にトルクが加えられて互いにねじ結合されると、凸表面部がストッパー肩内に歪みを生じさせ、この歪みが凸表面部２２Ａの周囲領域に主に集中するように分配される。したがって、この歪みは、ピン１０およびボックス２０内の高強度領域に分配され、したがってそこに発生する応力は損傷を少なくする。
凸表面部２２Ａの断面は、半径約２．５ｃｍの円上に位置するが、半径２〜１０．５ｃｍであれば許容できることが分かった。
加えて、ピン１０は、面１２と面１６を接続する面取りされた表面１７を有する。使用時、面取りされた表面１７は、形成される管の中心へ向かって強制される。これによって十分に変形される結果、得られる管の内側で面１２，１７，２１によって形成される表面は滑らかになる。
【００１３】
図３（ａ）〜（ｃ）は、継手のストッパー肩領域に誘発される歪みを計算結果として示したものである。これらの図では、歪みが大きいほど濃い色で示されている。凸表面部の中心の座標は−０．１６５ｃｍ，２２．０５ｃｍであり、図３（ｂ）の凸表面部の座標は（−０．２９２ｃｍ，２２．０５ｃｍ）である。これらの座標では、ｘ軸は、図２に示される軸線ｘであり、仮想点Ａを基準とする。ｙ座標は、管中心から計算される。
図３（ａ）、（ｂ）に示した継手のボックス部分は、半径２．５ｃｍの凸表面部を含む。本発明による２つの継手と、図３（ｃ）に示した先行技術に係わる継手との間の応力分布には、２つの主な相違点が見られる。第１は、凸面部を有する継手の主応力は２つの領域に存在し、第１領域はシール縁３１の周囲にある。第２領域は、２つのローブ（丸い部分）３０であり、いずれの管部分のも１つ、シール面からかなり離れている。
【００１４】
ローブ３０は、半径方向でピンおよびボックスの内部に突入している。この結果、シールが、曲げ力に対する抵抗性に関して、従来の継手よりも強力である。この効果は、加えられるトルクの結果として継手に示される。また、図３（ａ）〜（ｃ）では、色の濃い領域ほど、高流動性の領域を示している。図４（ｃ）の先行技術の継手では、塑性流れは、主にシール面１６，２３の領域４５に見られ、曲線状の先端１４に比較的近い平坦面１３には僅かな量４６が見られる。この塑性流れは、前記シール面１６，２３によって得られるシールをかなり弱化させる。
さらに、前記軸線に沿うシールは、ねじ山に伝わる外部圧力によって２つのストッパー肩が離れてシールが破れることを防ぐように働く。
【００１５】
対照的に、図４（ａ）、（ｂ）それぞれに示された継手の対応領域４２，４４に誘発される塑性流は、それぞれ、これらの領域でより小さく、前記シール面によって形成されるシールの損傷が対応して減少する。さらに、大きな歪みを受けていることが図３（ａ）、（ｂ）から分かる領域に少量の塑性流が見られるとはいえ、この塑性流は比較的小さく、強力なシールが維持されていることを示している。
凸表面部が継手強度を改善し、かつ曲げによる弱化に対する抵抗性を改善する理由は、１つの特定の理論だけに限定されわけではなく、別の次のような理由も存在する。すなわち、２つの管継手の結合の結果、表面に歪みが生じ、この歪みがシール面１６，２３から離れた継手領域に集中すると考えられる。事実上蓄積されたエネルギーの集中により、きわめて強力なシールが得られ、該エネルギーが塑性流に抵抗性を有する管の比較的強力な部分に集中する。
【００１６】
図には、１つの円の円周上に位置する表面を有する凸表面部２２が示されているが、その他の多数の曲面形状も採用できる。例えば、一般式ｘ２／ａ２＋ｙ２／ｂ２＝１で表される曲線を有する長円形でもよい。この表面は、また平坦な部分２４を有しないように形成することもでき、その場合には、先端１４と頂部１１の基部との間の表面が凸面となる。
あるいはまた、先端１４と頂部１１の基部との間の面１３は、２つ以上の凸表面部を有することができ、該凸表面部は、それらの間に事実上平坦な部分を有しても、有しなくてもよい。
【００１７】
曲線状のシール面を有するシールの改善された性能は、図５（ａ）〜（ｃ）に示され、これらの図に示されたシールは図３（ａ）〜（ｃ）に対応している。これらの図は、管の内部と外部の圧力差と曲げられた状態の管とに対する特定管継手の反応をシミュレートしたものである。薄い陰の領域は、継手が安定している場合の曲げと圧力差との組み合わせに対応している。内側の濃い陰の領域は、互いに結合された個別の管の軸線が既に非同軸線的になっている管継手に対応する。図５（ａ）、（ｂ）から分かるように、安定域は、広い範囲のローブと圧力差に亘り広がっている。これらの結果は、安定域がグラフの第１象限に限られている図５（ｃ）の従来式の管継手の応答と比較した結果である。
【００１８】
面取りされた表面は、その長さの少なくとも一部に沿って凹みを有することで、より滑らかな結合が可能になり、管内を流れる流体内の乱流が低減化される。
本発明は、本明細書に記載した、単なる一例である細目に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載範囲内で各種の変形および代替品が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ピンのストッパー肩の断面図。
【図２】対応ボックスのストッパー肩の断面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はストッパー肩内の応力分布を示す図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は図３の（ａ）〜（ｃ）に示した応力により発生する塑性歪みの分布を示す図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は曲げ力および圧力差にさらされた管継手の安定性のシミュレーションを示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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