РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Полезная модель относится к резьбовым соединениям обсадных и насосно-компрессорных труб и может найти применение в нефтяной и газовой промышленности.
Известны резьбовые соединения SU №№383945, 993829, 1810472; RU №№47943, 76099, 78854, 2066416, 2074304, 2220272, 2205320, 2256767, 2294476, 2297512, 2300692, 2306474, 2310058, 2324857, 2335686, 2335687, 2336544, 2349825, 2355926; US №№5687999, 5829797, 6206436, 6481760, 6811189, 6848724, 6990719, 7014223, 7478842, 7527304.
Известно резьбовое соединение, содержащее ниппель с гладкой конусной и резьбовой частями, расположенный внутри рукава и соединенный по резьбовой части с муфтой, охватывающей рукав внутренней резьбовой частью с противоположным направлением резьбы и большим шагом, на ниппеле выполнены гладкая и резьбовая части, переходящие одна в другую путем постепенного увеличения профиля резьбы, образуя его конусную часть, а охватывающая рукав резьбовая часть муфты выполнена с цилиндрической и конусной частями, из которых конусная часть образована уменьшением высоты профиля резьбы с одновременным увеличением площади вершин профиля и имеет в конце кольцевую проточку, причем угол конусной части резьбы муфты выполнен меньше конусной части ниппеля. Их недостатком является большая затрата времени на свинчивание и, как следствие на спуск трубных колонн в скважину (RU «№2066416).
Известно коническое трубное резьбовое соединение, содержащее охватывающий элемент, имеющий внутреннюю коническую резьбу, и трубу, имеющую на конце соответственную наружную коническую резьбу и последовательно расположенный за ней индикатор относительного положения наружной и внутренней резьб при их свинчивании, имеющий фиксированную осевую координату, индикатор выполнен в виде сопряженной с впадиной последнего витка резьбы и являющейся ее продолжением зарезьбовой кольцевой канавки, дно которой расположено на образующей впадин резьбы, а примыкающие к дну боковые поверхности идентичны соответствующим боковым поверхностям профиля впадин резьбы (RU №2205320).
Наиболее близким является резьбовое соединение, содержащее охватываемый элемент, имеющий на конце две последовательно расположенные вдоль оси независимые наружные резьбы с одинаковым осевым шагом, и сопрягающийся с ним охватывающий элемент, имеющий две ответные независимые внутренние резьбы, при этом, по крайней мере, наружная резьба охватываемого элемента, расположенная у его конца, и соответственная ей внутренняя резьба охватывающего элемента, расположенная со стороны его корпуса, выполнены коническими с возможностью сопряжения с натягом при свинчивании и имеют треугольный профиль с закругленными вершинами и впадинами (RU №2220272, прототип).
Недостатком этих соединений является недостаточная герметичность сопряжения, обусловленная наличием разнонаправленных зазоров в сопряжениях выступов и впадин профилей резьб. Использование двух разных профилей резьбы существенно усложняет конструкцию и удорожает производство. Другим недостатком является возникновение монтажных осевых растягивающих напряжений, ограничивающих несущую способность соединения при действии растягивающих нагрузок.
Указанные недостатки, с одной стороны, усложняют конструкцию, увеличивают габариты (в частности, необходимую длину и диаметр высаженной части), снижают технологичность и повышают трудоемкость изготовления резьбовых соединений, а с другой - усложняют их эксплуатацию и ограничивают возможные области изготовления и применения.
Технической задачей является создание эффективного резьбового соединения и расширение арсенала резьбовых соединений.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в том, что повышена надежность резьбового соединения, повышена прочность на растяжение, передаваемый крутящий момент, упрощена его конструкция.
Сущность полезной модели состоит в том, что резьбовое соединение содержит охватываемый ниппель, имеющий два последовательно расположенные вдоль оси участка с наружной резьбой разного диаметра и охватывающую муфту, имеющую два последовательно расположенные вдоль оси участка с внутренней резьбой разного диаметра, ответной резьбе соответствующих участков ниппеля, выполненные с возможностью сопряжения с натягом при свинчивании, а соответствующие резьбовые участки на ниппеле и в муфте выполнены с цилиндрической трапецеидальной резьбой, причем между резьбовыми участками на ниппеле и в муфте выполнены цилиндрические пояски с длиной не менее шага резьбы, при этом последовательно расположенные участки на ниппеле и в муфте имеют одинаковый шаг и одинаковый профиль резьбы с углом наклона профиля от вертикали навстречу сопрягаемым виткам ответной резьбы, большим встречного угла наклона с другой стороны.
Предпочтительно, резьба выполнена упорной, при этом профиль резьбы выполнен со округлением при вершине навстречу сопрягаемым виткам ответной детали, профиль резьбы выполнен с углом наклона профиля от вертикали навстречу сопрягаемым виткам ответной резьбы, равным 20°, и равным 5° с другой стороны, на свободном краю ниппеля и на свободном краю муфты выполнен цилиндрический поясок с фаской, в конце резьбового участка большего диаметра ниппеля и в конце резьбового участка большего диаметра муфты выполнен цилиндрический поясок, цилиндрические пояски между резьбовыми участками на ниппеле и в муфте выполнены с одинаковым диаметром, резьбовые участки на ниппеле и в муфте выполнены с радиальным зазором между наружной поверхностью винтовой линии ниппеля и впадиной винтовой линии муфты.
На чертеже фиг.1 представлен продольный разрез резьбового соединения в собранном состоянии, на фиг.1 - разрез ниппеля, на фиг.2 - вид А по фиг.1, на фиг.3 - разрез муфты, на фиг.4 - вид А по фиг.3, на фиг.5 - муфта и ниппель в сборе.
Резьбовое соединение содержит охватываемый ниппель 1, имеющий два последовательно расположенные вдоль оси участка 2, 3 с мелкой наружной упорной резьбой разного диаметра и охватывающую муфту 4, имеющую два последовательно расположенные вдоль оси участка 5, 6 с мелкой внутренней упорной резьбой разного диаметра, ответной резьбе соответствующих участков ниппеля. Соответствующие резьбовые участки 2, 5 и 3, 6 на ниппеле 1 и в муфте 4 выполнены с цилиндрической упорной резьбой. Между резьбовыми участками 2, 3 и 5, 6 на ниппеле 1 и в муфте 4 выполнены цилиндрические пояски 7, 8, соответственно, с длиной не менее шага резьбы. Последовательно расположенные участки 2, 3 и 5, 6 на ниппеле 1 и в муфте 4 имеют одинаковый шаг и одинаковый упорный профиль резьбы с углом φ наклона профиля от вертикали навстречу сопрягаемым виткам ответной резьбы в муфте 4 и на ниппеле 1, большим встречного угла ξ (т.е. отсчитываемого в противоположном направлении от вертикали навстречу отсчета угла φ) наклона с другой стороны. В частности, упорный профиль резьбы выполнен с углом наклона профиля от вертикали навстречу сопрягаемым виткам ответной резьбы, равным φ=20°, и равным φ=5° с другой стороны. Трапецеидальный профиль резьбы участков 2, 3 и 5, 6 выполнен со округлением R при вершине навстречу сопрягаемым виткам ответной резьбы.
На свободном краю (у торца) ниппеля 1 и на свободном краю (у торца) муфты 4 выполнен цилиндрический поясок 9, 10, соответственно, с фаской (не обозначена).
В конце резьбового участка 3 большего диаметра ниппеля 1 выполнен цилиндрический поясок 11 и в конце резьбового участка 5 большего диаметра муфты 4 выполнен цилиндрический поясок 12.
Цилиндрические пояски 7, 8 между резьбовыми участками 2, 3 и 5, 6 на ниппеле 1 и в муфте 4 выполнены с одинаковым диаметром.
Резьбовые участки 2, 3 и 5, 6 на ниппеле 1 и в муфте 4 выполнены с радиальным зазором между наружной поверхностью винтовой линии ниппеля и впадиной винтовой линии муфты.
Резьбовое соединение эксплуатируется следующим образом.
Изготовление двух последовательных наружных участков 2, 3 резьбы на ниппеле 1 и двух последовательных внутренних участков 5, 6 резьбы на муфте 4 выполняется на универсальном или специализированном металлорежущем оборудовании с максимальной производительностью и минимальными временными и энергетическими затратами. Для соединения необходимо свинтить (закрутить) ниппель 1 и муфту 4, имеющие ответные резьбы с подходящими друг к другу параметрами. При свинчивании ниппеля 1 и муфты 4 участки 2, 5 и 3, 6, соответственно, сопрягаются. Свинчивание происходит до контакта по торцам свободного края ниппеля 1 и свободного края муфты 4 в стыках А и Б (фиг.5), а также выбираются зазоры по сторонам (граням) профиля резьбы с углом 5°. То есть контакт и уплотнение (герметизация) происходит по сторонам (граням) профиля резьбы с углом в 5°, а по торцам в стыках А и Б происходит упор. В результате достигается наибольшая прочность соединения при растяжении и передаче крутящего момента. При этом профили резьбы ниппеля 1 и муфты 4 взаимно перемещаются также вдоль сторон, имеющих наклон от вертикали 20 и округление при вершине. В тоже время сопрягаются соответствующие цилиндрические участки 7, 8; 9, 10; и 11, 12. Свинчивание происходит с упором последнего витка участка 3 в последний виток участка 5, за счет этого также увеличивается прочность соединения на растяжение. Одновременно полностью выбираются зазоры в осевых сопряжениях выступов и впадин трапецеидального профиля резьбы участков 2, 5 и 3, 6, и сохраняются минимальные кольцевые зазоры, необходимые для обеспечения монтажеспособности цилиндрических резьб.
Одновременно по обе стороны участков 2, 5 и 3, 6, образуются направляющие пары по сопрягаемым цилиндрическим участкам 7, 8; 9, 10; и 11, 12, что исключает возможность перекоса деталей и их резьбы при свинчивании и стабилизирует условия работы витков при длительной эксплуатации, что также направлено на повышение надежности герметичного резьбового соединения. Для рассоединения (разьема) свинченных ниппеля 1 и муфты 4 необходимо произвести действия в обратном порядке.
Таким образом, создано эффективное резьбовое соединение и расширен арсенал резьбовых соединений.
При этом повышены передаваемый крутящий момент и надежность резьбового соединения, повышена прочность на растяжение, упрощена его конструкция.