РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ
THREADED JOINT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к резьбовому соединению, а более конкретно, к резьбовому соединению для соединения стальных труб.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Стальные трубы, называемые трубными изделиями нефтепромыслового сортамента, используются в нефтяных скважинах и газовых скважинах (далее совместно именуемых нефтяными скважинами). Трубные изделия нефтепромыслового сортамента соединяются друг с другом посредством резьбового соединения и помещаются в нефтяную скважину.
[0003] Резьбовые соединения обычно классифицируются как интегрального типа и муфтового типа. Соединение интегрального типа напрямую соединяет трубные изделия нефтепромыслового сортамента. Более конкретно, внутренняя резьба предусмотрена на внутренней периферии конца трубы одного трубного изделия нефтепромыслового сортамента, а наружная резьба предусмотрена на внешней периферии конца трубы другого трубного изделия нефтепромыслового сортамента, и наружная резьба ввинчивается во внутреннюю резьбу так, что трубные изделия нефтепромыслового сортамента соединяются. Соединение муфтового типа соединяет трубные изделия нефтепромыслового сортамента посредством трубчатой муфты. Более конкретно, внутренняя резьба предусмотрена на внутренней периферии каждого конца трубы муфты, а наружная резьба предусмотрена на внешней периферии каждого конца трубы каждого трубного изделия нефтепромыслового сортамента, и такая наружная резьба ввинчивается в каждую из внутренних резьб так, что трубные изделия нефтепромыслового сортамента соединяются.
[0004] Конец трубы трубного изделия нефтепромыслового сортамента, на котором предусмотрена наружная резьба, включает элемент, который должен быть вставлен во внутреннюю резьбу, и таким образом, обычно называется «ниппелем». Конец трубы трубного изделия нефтепромыслового сортамента или конец трубы муфты, на котором предусмотрена внутренняя резьба, включает элемент для приема наружной резьбы, и таким образом, называется «муфтой».
[0005] В последние годы, когда нефтяные скважины становятся все глубже и глубже, широкое распространение приобрело использование многоступенчатой колонной конструкции, где в скважину помещается несколько слоев трубных изделий нефтепромыслового сортамента. При многоступенчатой колонной конструкции, предпочтительно, минимизировать зазор между внешним трубным изделием нефтепромыслового сортамента и внутренним трубным изделием нефтепромыслового сортамента. В связи с этим используется резьбовое соединение интегрального типа. Такое резьбовое соединение имеет муфту с внешним диаметром около 110% от внешнего диаметра ниппеля, например, и, таким образом, обычно называется соединением полуобтекаемого типа или равнопроходного типа (далее совместно именуемым как полуобтекаемого типа).
[0006] Патент Японии № 3808562 предлагает резьбовое соединение, предназначенное для использования в глубокой скважине. Внутреннее уплотнение и внешнее уплотнение предусмотрены на внутреннем и внешнем концах, соответственно, как установлено, вдоль направления оси трубы, резьбового соединения. В целом, резьбовая система состоит из двух ступеней с конической резьбой и включает в себя участок, лишенный резьбы на своем конце, смежном с внутренним уплотнением, и другой участок лишенный резьбы на своем конце, смежном с внешним уплотнением. В участке, лишенном резьбы, смежном с внутренним уплотнением, впадины резьбы наружной резьбы ниппеля и вершины резьбы внутренней резьбы муфты имеют постоянные диаметры и являются параллельными оси трубы. В участке, лишенном резьбы, смежном с внешним уплотнением, вершины резьбы наружной резьбы ниппеля и впадины резьбы внутренней резьбы муфты имеют постоянные диаметры и являются параллельными оси трубы.
СУЩНОСТЬ РАСКРЫТИЯ
[0007] Как правило, резьбовое соединение должно иметь высокие уплотнительные характеристики. Резьбовое соединение полуобтекаемого типа должно обеспечивать высокую уплотнительную характеристику при строгих размерных ограничениях. Однако в резьбовом соединении по патенту Японии № 3808562, рассмотренные выше участки, лишенные резьбы, могут привести к снижению уплотнительной характеристики.
[0008] Задачей настоящего раскрытия является обеспечение резьбового соединения, которое обеспечивает высокую уплотнительную характеристику.
[0009] Резьбовое соединение согласно настоящему раскрытию соединяет стальные трубы. Резьбовое соединение включает ниппель и муфту. Ниппель представляет собой концевой участок одной стальной трубы. Муфта представляет собой концевой участок другой стальной трубы. Ниппель вставляется в муфту таким образом, что муфта и ниппель свинчиваются. Ниппель включает в себя внутреннюю уплотнительную поверхность ниппеля, внешнюю уплотнительную поверхность ниппеля, внутреннюю наружную резьбу, внешнюю наружную резьбу и поверхность заплечика ниппеля. Внутренняя уплотнительная поверхность ниппеля образована на внешней периферии ниппеля в его концевом участке. Внешняя уплотнительная поверхность ниппеля образована на внешней периферии ниппеля в его концевом участке, смежном корпусу трубы одной стальной трубы. Внутренняя наружная резьба расположена между внутренней уплотнительной поверхностью ниппеля и внешней уплотнительной поверхностью ниппеля. Внутренняя наружная резьба образована на внешней периферии ниппеля. Внешняя наружная резьба расположена между внутренней уплотнительной поверхностью ниппеля и внешней уплотнительной поверхностью ниппеля и ближе к внешней уплотнительной поверхности ниппеля, чем находится внутренняя наружная резьба. Внешняя наружная резьба образована на внешней периферии ниппеля. Поверхность заплечика ниппеля расположена между внутренней наружной резьбой и внешней наружной резьбой. Поверхность заплечика ниппеля образована на внешней периферии ниппеля. Муфта включает в себя внутреннюю уплотнительную поверхность муфты, внешнюю уплотнительную поверхность муфты, внутреннюю внутреннюю резьбу, внешнюю внутреннюю резьбу, и поверхность заплечика муфты. Внутренняя уплотнительная поверхность муфты образована на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внутренней уплотнительной поверхности ниппеля. Внутренняя уплотнительная поверхность муфты находится в контакте с внутренней уплотнительной поверхностью ниппеля, когда соединение свинчено. Внешняя уплотнительная поверхность муфты образована на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внешней уплотнительной поверхности ниппеля. Внешняя уплотнительная поверхность муфты находится в контакте с внешней уплотнительной поверхностью ниппеля, когда соединение свинчено. Внутренняя внутренняя резьба образована на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внутренней наружной резьбе. Внутренняя внутренняя резьба сопрягается с внутренней наружной резьбой, когда соединение свинчено. Внешняя внутренняя резьба образована на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внешней наружной резьбе. Внешняя внутренняя резьба сопрягается с внешней наружной резьбой, когда соединение свинчено. Поверхность заплечика муфты образована на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать поверхности заплечика ниппеля. Поверхность заплечика муфты находится в контакте с поверхностью заплечика ниппеля, когда соединение свинчено. Внутренняя наружная резьба включает первый параллельный участок. Первый параллельный участок расположен на концевом участке внутренней наружной резьбы, смежном внутренней уплотнительной поверхности ниппеля. Первый параллельный участок включает в себя множество впадин резьбы, параллельных оси трубы одной стальной трубы на виде в продольном сечении ниппеля. Внутренняя внутренняя резьба включает первый конусный участок. Первый конусный участок обращен к первому параллельному участку, когда соединение свинчено. Первый конусный участок имеет высоту резьбы большую, чем в первом параллельном участке, и диаметр резьбы, уменьшающийся по направлению к внутренней уплотнительной поверхности муфты. Внутренняя уплотнительная поверхность ниппеля имеет максимальный диаметр, больший, чем минимальный диаметр вершины резьбы в первом конусном участке. Da<Db удовлетворяется, где Da представляет собой разность в диаметре между смежными вершинами резьбы в первом конусном участке в продольном сечении ниппеля и муфты, как определено, когда соединение не свинчено, а Db представляет собой разность между диаметром впадин резьбы в первом параллельном участке и максимальным диаметром внутренней уплотнительной поверхности ниппеля.
[0010] Резьбовое соединение согласно настоящему раскрытию обеспечивает высокую уплотнительную характеристику.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] [Фиг.1] Фиг.1 представляет собой схематичный вид продольного сечения резьбового соединения согласно варианту осуществления.
[Фиг.2] FIG.2 представляет собой вид продольного сечения внутреннего концевого участка, как установлено, вдоль направления оси трубы, резьбового соединения по фиг.1, как определено, когда соединение не свинчено.
[Фиг.3] Фиг.3 представляет собой вид продольного сечения внешнего концевого участка, как установлено, вдоль направления оси трубы, резьбового соединения по фиг.1, как определено, когда соединение не свинчено.
[Фиг.4] Фиг.4 представляет собой вид продольного сечения, как спроектировано, ниппеля и муфты, наложенных друг на друга, как определено, на различных этапах, начиная с трех шагов резьбы до перед завершением свинчивания и заканчивая завершением свинчивания.
[Фиг.5] Фиг.5 представляет собой вид продольного сечения ниппеля и муфты, как определено, за три шага резьбы до завершения свинчивания во время реального процесса свинчивания.
[Фиг.6] Фиг.6 представляет собой вид продольного сечения ниппеля и муфты, как определено, за два шага резьбы до завершения свинчивания во время реального процесса свинчивания.
[Фиг.7] Фиг.7 представляет собой вид продольного сечения ниппеля и муфты, как определено, за один шаг резьбы до завершения свинчивания во время реального процесса свинчивания.
[Фиг.8] Фиг.8 представляет собой вид продольного сечения ниппеля и муфты, как определено, при завершении свинчивания.
[Фиг.9] Фиг.9 представляет собой график, показывающий величину пластической деформации (то есть величину пластического искажения) ниппеля при приложении внешнего и внутреннего давлений для каждого из примера изобретения и сравнительного примера.
[Фиг.10] Фиг.10 представляет собой график, показывающий величину пластической деформации (то есть величину пластического искажения) муфты при приложении внешнего и внутреннего давлений для каждого из примера изобретения и сравнительного примера.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] Согласно последнему стандарту физических испытаний резьбовых соединений (ISO/FDIS 13679 CAL IV: 2011 г.), растягивающие, сжимающие, наружные и внутренние нагрузки, которые применяются повторно, являются большими, чем согласно предыдущему стандарту (ISO 13679 CAL IV: 2002). То есть, сегодня требуются резьбовые соединения, которые являются более прочными против повторяющихся нагрузок. Дополнительно, поскольку условия использования резьбовых соединений становятся все жестче и жестче, спрос на уплотнительные характеристики, обеспечивающие устойчивость к многократным нагрузкам, растет.
[0013] В резьбовом соединении, к которому прилагаются внутреннее давление и внешнее давление, предпочтительно, отдельно предусмотреть внутреннее уплотнение для внутреннего давления и внешнее уплотнение для внешнего давления для улучшения уплотнительных характеристик. В частности, в резьбовом соединении полуобтекаемого типа, предпочтительно, максимизировать толщину стенки ниппеля, измеренную по внутреннему уплотнению для того, чтобы предотвратить снижение уплотнительной характеристики против внутреннего давления.
[0014] В резьбовом соединении по патенту Японии № 3808562 выступы на концевом участке внутренней резьбы муфты, смежном внутреннему уплотнительному участку, срезаются параллельно оси трубы, образуя, тем самым, участок, лишенный резьбы, на муфте. Таким образом, высота резьбы внутренней резьбы, измеренная на ее конце, смежном внутреннему уплотнительному участку, меньше, чем высота резьбы наружной резьбы, измеренная на ее соответствующем конце. Это предотвращает внутреннюю уплотнительную поверхность ниппеля и вершины внутренней резьбы муфты от контакта друг с другом во время свинчивания, даже если толщина стенки ниппеля, измеренная по внутреннему уплотнению, является увеличенной.
[0015] Однако, в резьбовом соединении по патенту Японии № 3808562, в областях с участком, лишенным резьбы, создается большой зазор между вершинами резьбы наружной резьбы и впадинами резьбы внутренней резьбы и между впадинами резьбы наружной резьбы и вершинами резьбы внутренней резьбы, когда соединение свинчено. По этой причине, трудно поддерживать уплотнительную характеристику при приложении повторяющихся нагрузок.
[0016] Например, когда к резьбовому соединению по патенту Японии № 3808562 в основном прикладывается нагрузка от внутреннего давления, концевой участок ниппеля деформируется таким образом, что его диаметр увеличивается до тех пор, пока вершины резьбы или впадина резьбы наружной резьбы не соприкоснутся с внутренней резьбой муфты. Если зазор между вершинами резьбы наружной резьбы и впадинами резьбы внутренней резьбы и зазор между впадинами резьбы наружной резьбы и вершинами резьбы внутренней резьбы является большим, величина деформации ниппеля во время приложения нагрузки также является большой. Когда нагрузка прикладывается многократно, накапливается пластическая деформация, что приводит к снижению уплотнительной характеристики резьбового соединения. Как обсуждалось выше, в последние годы спрос на устойчивость к многократным нагрузкам, помимо других параметров, растет, и необходимо поддерживать высокие уплотнительные характеристики, даже когда нагрузка многократно прикладывается к резьбовому соединению.
[0017] На основании вышеупомянутых результатов, авторы настоящего изобретения пришли к резьбовому соединению согласно варианту осуществления.
[0018] Резьбовое соединение согласно варианту осуществления соединяет стальные трубы. Резьбовое соединение включает ниппель и муфту. Ниппель представляет собой концевой участок одной стальной трубы. Муфта представляет собой концевой участок другой стальной трубы. Ниппель вставляется в муфту таким образом, что муфта и ниппель свинчиваются. Ниппель включает в себя внутреннюю уплотнительную поверхность ниппеля, внешнюю уплотнительную поверхность ниппеля, внутреннюю наружную резьбу, внешнюю наружную резьбу и поверхность заплечика ниппеля. Внутренняя уплотнительная поверхность ниппеля образована на внешней периферии ниппеля в его концевом участке. Внешняя уплотнительная поверхность ниппеля образована на внешней периферии ниппеля в его концевом участке, смежном корпусу трубы одной стальной трубы. Внутренняя наружная резьба расположена между внутренней уплотнительной поверхностью ниппеля и внешней уплотнительной поверхностью ниппеля. Внутренняя наружная резьба образована на внешней периферии ниппеля. Внешняя наружная резьба расположена между внутренней уплотнительной поверхностью ниппеля и внешней уплотнительной поверхностью ниппеля и ближе к внешней уплотнительной поверхности ниппеля, чем находится внутренняя наружная резьба. Внешняя наружная резьба образована на внешней периферии ниппеля. Поверхность заплечика ниппеля расположена между внутренней наружной резьбой и внешней наружной резьбой. Поверхность заплечика ниппеля образована на внешней периферии ниппеля. Муфта включает в себя внутреннюю уплотнительную поверхность муфты, внешнюю уплотнительную поверхность муфты, внутреннюю внутреннюю резьбу, внешнюю внутреннюю резьбу и поверхность заплечика муфты. Внутренняя уплотнительная поверхность муфты образована на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внутренней уплотнительной поверхности ниппеля. Внутренняя уплотнительная поверхность муфты находится в контакте с внутренней уплотнительной поверхностью ниппеля, когда соединение свинчено. Внешняя уплотнительная поверхность муфты образована на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внешней уплотнительной поверхности ниппеля. Внешняя уплотнительная поверхность муфты находится в контакте с внешней уплотнительной поверхностью ниппеля, когда соединение свинчено. Внутренняя внутренняя резьба образована на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внутренней наружной резьбе. Внутренняя внутренняя резьба сопрягается с внутренней наружной резьбой, когда соединение свинчено. Внешняя внутренняя резьба образована на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внешней наружной резьбе. Внешняя внутренняя резьба сопрягается с внешней наружной резьбой, когда соединение свинчено. Поверхность заплечика муфты образована на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать поверхности заплечика ниппеля. Поверхность заплечика муфты находится в контакте с поверхностью заплечика ниппеля, когда соединение свинчено. Внутренняя наружная резьба включает первый параллельный участок. Первый параллельный участок расположен на концевом участке внутренней наружной резьбы, смежном внутренней уплотнительной поверхности ниппеля. Первый параллельный участок является параллельным оси трубы одной стальной трубы на виде в продольном сечении ниппеля и имеет постоянный диаметр. Внутренняя внутренняя резьба включает первый конусный участок. Первый конусный участок обращен к первому параллельному участку, когда соединение свинчено. Первый конусный участок имеет высоту резьбы большую, чем в первом параллельном участке, и диаметр резьбы, уменьшающийся по направлению к внутренней уплотнительной поверхности муфты. Внутренняя уплотнительная поверхность ниппеля имеет максимальный диаметр, больший, чем минимальный диаметр вершины резьбы в первом конусном участке. Da<Db удовлетворяется, где Da представляет собой разность в диаметре между соседними вершинами резьбы в первом конусном участке в продольном сечении ниппеля и муфты, как определено, когда соединение не свинчено, а Db представляет собой разность между диаметром впадин резьбы в первом параллельном участке и максимальным диаметром внутренней уплотнительной поверхности ниппеля (первое устройство).
[0019] В первом устройстве, в участке внутренней наружной резьбы ниппеля, смежном внутреннему уплотнительному участку, предусмотрен первый параллельный участок, имеющий впадины резьбы, параллельные оси трубы. С другой стороны, первый конусный участок внутренней внутренней резьбы муфты, который обращен к этому первому параллельному участку, имеет вершины резьбы, которые не являются параллельными оси трубы и имеют высоту резьбы, большую, чем высота резьбы первого параллельного участка. Таким образом, когда соединение свинчено, между первым параллельным участком внутренней наружной резьбы и первым конусным участком внутренней внутренней резьбы отсутствует большой зазор, даже если учитывается взаимное влияние внутренних уплотнительных участков. Таким образом, даже когда нагрузка от внутреннего или внешнего давления прикладывается к резьбовому соединению, вершины резьбы или впадины резьбы первого параллельного участка внутренней наружной резьбы контактируют с внутренней внутренней резьбой, когда нагрузка все еще мала, тем самым, ограничивая деформацию участков возле внутреннего уплотнения. Это уменьшит величину накопления пластической деформации, тем самым, обеспечивая высокую уплотнительную характеристику, даже когда нагрузка от внутреннего или внешнего давления многократно прикладывается к резьбовому соединению.
[0020] В первом устройстве, первый конусный участок внутренней внутренней резьбы имеет вершины резьбы, которые не являются параллельными оси трубы и имеет высоту резьбы, которая является больше, чем высота резьбы первого параллельного участка внутренней наружной резьбы. Таким образом, длина участков внутренней внутренней резьбы и внутренней наружной резьбы, которые полностью входят в зацепление друг с другом, увеличивается касательно устройств, в которых срезаны вершины в участках внутренней внутренней резьбы, прилегающих к внутреннему уплотнению. Это уменьшит деформацию ниппеля или муфты в ответ на растягивающие и сжимающие нагрузки, тем самым обеспечивая высокую уплотнительную характеристику.
[0021] В первом устройстве, разность между диаметром вершины резьбы первого параллельного участка внутренней наружной резьбы и максимальным диаметром внутренней уплотнительной поверхности ниппеля больше, чем разность между диаметрами смежных вершин резьбы в первом конусном участке внутренней внутренней резьбы. Это предотвратит внутреннюю уплотнительную поверхность ниппеля от контакта с вершинами резьбы внутренней внутренней резьбы муфты во время свинчивания, даже если вершины резьбы внутренней внутренней резьбы муфты не срезаны.
[0022] Начиная с вышеописанного резьбового соединения, внешняя внутренняя резьба может включать в себя второй параллельный участок, а внешняя наружная резьба может включать в себя второй конусный участок. Второй параллельный участок расположен на концевом участке внешней внутренней наружной резьбы, смежном внешней уплотнительной поверхности муфты. Второй параллельный участок включает впадины резьбы, параллельные оси трубы другой стальной трубы. Второй конусный участок обращен ко второму параллельному участку, когда соединение свинчено. Второй конусный участок имеет высоту резьбы меньшую, чем во втором параллельном участке, и диаметр резьбы, увеличивающийся по направлению к внешней уплотнительной поверхности ниппеля. Внешняя уплотнительная поверхность муфты имеет минимальный диаметр, больший, чем максимальный диаметр вершины резьбы во втором конусном участке. Dc<Dd удовлетворяется, где Dс представляет собой разность в диаметре между смежными вершинами резьбы во втором конусном участке в продольном сечении ниппеля и муфты, как определено, когда соединение не свинчено, а Dd представляет собой разность между диаметром впадин резьбы во втором параллельном участке и минимальным диаметром внешней уплотнительной поверхности муфты (второе устройство).
[0023] Во втором устройстве, в концевом участке внешней внутренней резьбы, смежном внешнему уплотнению, предусмотрен второй параллельный участок, который имеет впадины резьбы, параллельные оси трубы. Высота резьбы второго параллельного участка больше, чем высота резьбы второго конусного участка внешней наружной резьбы, обращенного к этому второму параллельному участку. Таким образом, зазор между вторым параллельным участком внешней внутренней резьбы и вторым конусным участком внешней наружной резьбы, когда соединение свинчено, уменьшается таким образом, что, когда нагрузка от внутреннего или внешнего давления прикладывается к резьбовому соединению, эти участки контактируют друг с другом, когда нагрузка является еще низкой. Дополнительно, длина участков внешней наружной резьбы и внешней внутренней резьбы, которые полностью входят в зацепление друг с другом, увеличивается. Это уменьшит деформацию участков резьбового соединения рядом с внешним уплотнительным участком, тем самым дополнительно улучшая уплотнительную характеристику.
[0024] Варианты осуществления будут теперь описаны со ссылкой к чертежам. Одинаковые и соответствующие элементы на чертежах обозначены одинаковыми ссылочными символами, и одно и то же описание не будет повторяться. Для простоты объяснения, чертежи могут показывать элементы в упрощенном или схематичном виде или могут не показывать некоторые элементы.
[0025] [Общая конструкция резьбового соединения]
Фиг.1 представляет собой схематичный вид продольного сечения резьбового соединения 10 согласно варианту осуществления. Резьбовое соединение 10 соединяет стальные трубы P1 и P2. Вид продольного сечения означает сечение, взятое вдоль плоскости, содержащей ось CL трубы стальных труб P1 и P2.
[0026] Как показано на фиг.1, резьбовое соединение 10 включает в себя ниппель 1 и муфту 2. Ниппель представляет собой один конец трубы стальной трубы P1. Муфта 2 представляет собой один конец трубы стальной трубы P2. Ниппель 1 вставляется в муфту 2 таким образом, что муфта 2 и ниппель 1 свинчиваются. Хотя это и не показано, на другом конце трубы стальной трубы Р1 предусмотрена муфта 2. Ниппель 1 предусмотрен на другом конце трубы стальной трубы Р2. То есть, резьбовое соединение 10 представляет собой резьбовое соединение интегрального типа.
[0027] Резьбовое соединение 10 представляет собой, так называемое резьбовое соединение полуобтекаемого типа. Таким образом, например, внешний диаметр муфты 2 должен составлять 110% или менее от внешнего диаметра ниппеля 1.
[0028] Ниппель 1 включает в себя внутреннюю уплотнительную поверхность 11 ниппеля, внешнюю уплотнительную поверхность 12 ниппеля, внутреннюю наружную резьбу 13, внешнюю наружную резьбу 14 и поверхность 15 заплечика ниппеля. Внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля, внутренняя наружная резьба 13, поверхность 15 заплечика ниппеля, внешняя наружная резьба 14 и внешняя уплотнительная поверхность 12 ниппеля расположены в таком порядке, как они проходят от кончика ниппеля 1 к телу P11 трубы стальной трубы Р1. В последующем описании, как установлено, вдоль направления оси трубы, расположение дальше к кончику ниппеля 1 может упоминаться как внутреннее или направленное внутрь, а расположение дальше к телу P11 трубы может упоминаться как внешнее или направленное наружу.
[0029] Внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля расположена на концевом участке ниппеля 1. Внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля образована на внешней периферии ниппеля 1. Внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля имеет диаметр, в целом, увеличивающийся по направлению к внутренней наружной резьбе 13.
[0030] Внешняя уплотнительная поверхность 12 ниппеля предусмотрена на концевом участке ниппеля 1, смежном телу Р11 трубы стальной трубы Р1. Внешняя уплотнительная поверхность 12 ниппеля образована на внешней периферии ниппеля 1. Внешняя уплотнительная поверхность 12 ниппеля имеет диаметр, в целом, увеличивающийся по направлению к телу Р11 трубы.
[0031] Внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля и внешняя уплотнительная поверхность 12 ниппеля могут состоять, например, из периферийной поверхности тела вращения, полученной вращением дуги вокруг оси CL трубы, или периферийной поверхности усеченного конуса, у которого ось представлена осью CL трубы или комбинацией двух или нескольких таких поверхностей.
[0032] Внутренняя наружная резьба 13 расположена между внутренней уплотнительной поверхностью 11 ниппеля и внешней уплотнительной поверхностью 12 ниппеля. Внутренняя наружная резьба 13 образована на внешней периферии ниппеля 1. Внутренняя наружная резьба 13 включает в себя параллельный участок 131 и конусный участок 132. Параллельный участок 131 расположен ближе к внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля, чем расположен конусный участок 132.
[0033] Внешняя наружная резьба 14 расположена между внутренней уплотнительной поверхностью 11 ниппеля и внешней уплотнительной поверхностью 12 ниппеля и ближе к внешней уплотнительной поверхности 12 ниппеля, чем находится внутренняя наружная резьба 13. То есть, внешняя наружная резьба 14 расположена между внутренней наружной резьбой 13 и внешней уплотнительной поверхностью 12 ниппеля. Внешняя наружная резьба 14 образована на внешней периферии ниппеля 1. Внешняя наружная резьба 14 включает в себя конусные участки 141 и 142 и параллельный участок 143.
[0034] Поверхность 15 заплечика ниппеля расположена между внутренней наружной резьбой 13 и внешней наружной резьбой 14. Поверхность 15 заплечика ниппеля представляет собой тороидальную поверхность, пересекающую направление оси трубы. Поверхность 15 заплечика ниппеля может быть, по существу, перпендикулярна направлению оси трубы или может быть наклонена так, что внешняя периферия расположена внутрь или наружу, как установлено, вдоль направления оси трубы. Поверхность 15 заплечика ниппеля отделяет внутреннюю и внешнюю наружные резьбы 13 и 14 друг от друга, как установлено, в направлении оси трубы.
[0035] Муфта 2 включает внутреннюю уплотнительную поверхность 21 муфты, внешнюю уплотнительную поверхность 22 муфты, внутреннюю внутреннюю резьбу 23, внешнюю внутреннюю резьбу 24, и поверхность 25 заплечика муфты. Внутренняя уплотнительная поверхность 21 муфты, внутренняя внутренняя резьба 23, поверхность 245 заплечика муфты, внешняя внутренняя резьба 24 и внешняя уплотнительная поверхность 22 муфты расположены в таком порядке, когда они проходят наружу вдоль направления оси трубы.
[0036] Внутренняя уплотнительная поверхность 21 муфты образована на внутренней периферии муфты 2, чтобы соответствовать внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля. Внутренняя уплотнительная поверхность 21 муфты имеет диаметр, в целом, увеличивающийся по направлению к внутренней внутренней резьбе 23. Внутренняя уплотнительная поверхность 21 муфты находится в контакте с внутренней уплотнительной поверхностью 11 ниппеля, когда ниппель 1 и муфта 2 свинчены.
[0037] Внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля и внутренняя уплотнительная поверхность 21 муфты имеют степень взаимовлияния. То есть, когда соединение не свинчено, внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля имеет диаметр больший, чем диаметр внутренней уплотнительной поверхности 21 муфты. Таким образом, когда ниппель 1 ввинчивается в муфту 2, внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля и внутренняя уплотнительная поверхность 21 муфты контактируют друг с другом и, когда соединение свинчено, подходящее сцепление достигается для обеспечения посадки с натягом. Таким образом, внутренние уплотнительные поверхности 11 и 21 ниппеля и муфты образуют внутреннее уплотнение через контакт металл-металл.
[0038] Внешняя уплотнительная поверхность 22 муфты образована на внутренней периферии муфты 2, чтобы соответствовать внешней уплотнительной поверхности 12 ниппеля. Внешняя уплотнительная поверхность 22 муфты имеет диаметр, который, в целом, увеличивается по мере того, как он выходит наружу вдоль направления оси трубы. Внешняя уплотнительная поверхность 22 муфты находится в контакте с внешней уплотнительной поверхностью 12 ниппеля, когда соединение свинчено.
[0039] Внешняя уплотнительная поверхность 12 ниппеля и внешняя уплотнительная поверхность 22 муфты имеют степень взаимовлияния. То есть, когда соединение не свинчено, внешняя уплотнительная поверхность 12 ниппеля имеет диаметр больший, чем диаметр внешней уплотнительной поверхности 22 муфты. Таким образом, когда ниппель 1 ввинчивается в муфту 2, внешняя уплотнительная поверхность 12 ниппеля и внешняя уплотнительная поверхность 22 муфты контактируют друг с другом и, когда соединение свинчено, подходящее сцепление достигается для обеспечения посадки с натягом. Таким образом, внешние уплотнительные поверхности 12 и 22 ниппеля и муфты образуют внешнее уплотнение через контакт металл-металл.
[0040] Внутренняя уплотнительная поверхность 21 муфты и внешняя уплотнительная поверхность 22 муфты могут состоять, например, из периферийной поверхности тела вращения, полученной вращением дуги вокруг оси CL трубы, или периферийной поверхности усеченного конуса, у которого ось представлена осью CL трубы или комбинацией двух или нескольких таких поверхностей.
[0041] Внутренняя внутренняя резьба 23 образована на внутренней периферии муфты 2, чтобы соответствовать внутренней наружной резьбе 13. Внутренняя внутренняя резьба 23 включает в себя конусные участки 231 и 232 и параллельный участок 233. Внутренняя внутренняя резьба 23 сопрягается с внутренней наружной резьбой 13, когда соединение свинчено. Когда соединение свинчено, внутренняя внутренняя резьба 23 вместе с внутренней наружной резьбой 13 образует внутреннее уплотнение.
[0042] Внешняя внутренняя резьба 24 образована на внутренней периферии муфты 2, чтобы соответствовать внешней наружной резьбе 14. Внешняя внутренняя резьба 24 включает в себя параллельный участок 241 и конусный участок 242. Внешняя внутренняя резьба 24 сопрягается с внешней наружной резьбой 14, когда соединение свинчено. Когда соединение свинчено, внешняя внутренняя резьба 24 вместе с внешней наружной резьбой 14 образует внешнее уплотнение.
[0043] Поверхность 25 заплечика муфты образована на внутренней периферии муфты 2, чтобы соответствовать поверхности 15 заплечика ниппеля. Поверхность 25 заплечика муфты представляет собой тороидальную поверхность, пересекающую направление оси трубы. Поверхность 25 заплечика муфты отделяет внутреннюю и внешнюю внешние резьбы 23 и 24 друг от друга, как установлено, вдоль направления оси трубы. Когда соединение свинчено, поверхность 25 заплечика муфты находится в контакте с поверхностью 15 заплечика ниппеля. Поверхность 25 заплечика муфты имеет форму, которая обеспечивает поверхностный контакт с поверхностью 15 заплечика ниппеля.
[0044] Когда ниппель 1 ввинчен в муфту 2, поверхности 15 и 25 заплечиков контактируют друг с другом и становятся прижатыми друг к другу. Поверхности 15 и 25 заплечиков ниппеля и муфты образуют узел заплечика.
[0045] [Конструкция внутреннего концевого участка резьбового соединения]
Фиг.2 представляет собой вид продольного сечения внутреннего концевого участка, как установлено, вдоль направления оси трубы, резьбового соединения 10, как определено, когда соединение не свинчено.
[0046] Как показано на фиг.2, параллельный участок 131 предусмотрен на конце внутренней наружной резьбы 13 ниппеля 1, который прилегает к внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля. Параллельный участок 131 имеет впадины резьбы, которые являются параллельными оси CL трубы. В параллельном участке 131, впадины резьбы имеют постоянный диаметр. Вершины резьбы в параллельном участке 131 не нуждаются в том, чтобы быть параллельными оси CL трубы.
[0047] Параллельный участок 131 расположен на конце внутренней наружной резьбы 13, который прилегает к внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля. Параллельный участок 131 покрывает, по меньшей мере, два шага внутренней наружной резьбы 13, которые расположены прилегающими к внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля. По этой причине, на виде в продольном сечении ниппеля 1, параллельный участок 131 включает в себя, по меньшей мере, две впадины 131а резьбы. В настоящем варианте осуществления, на виде в продольном сечении ниппеля 1, параллельный участок 131 включает в себя множество впадин 131а резьбы. Впадины 131а резьбы на виде в продольном сечении имеют одинаковый диаметр.
[0048] Конусный участок 132 расположен наружу от параллельного участка 131, как установлено, вдоль направления оси трубы. Конусный участок 132 расположен прилегающим к параллельному участку 131. Конусный участок 132 продолжается к внешнему концу, как установлено, вдоль направления оси трубы, от внутренней наружной резьбы 13. Конусный участок 132 имеет диаметр резьбы, который постепенно увеличивается по мере того, как он выходит наружу вдоль направления оси трубы. То есть, конусный участок 132 представляет собой участок, в целом, состоящий из конической наружной резьбы. Однако, концевой участок конусного участка 132, прилегающий к поверхности 15 заплечика ниппеля, имеет постоянный диаметр резьбы. То есть на виде в продольном сечении ниппеля 1, концевой участок конусного участка 132, прилегающий к поверхности 15 заплечика ниппеля, включает в себя множество вершин резьбы с одинаковым диаметром (не показано).
[0049] Конусный участок 231 внутренней внутренней резьбы 23 муфты 2 соответствует параллельному участку 131 внутренней наружной резьбы 13 ниппеля 1. Конусный участок 232 внутренней внутренней резьбы 23 соответствует участку конусного участка 132 внутренней наружной резьбы 13, который имеет диаметр резьбы, увеличивающийся по мере того, как он выходит наружу вдоль направления оси трубы, то есть участку, исключающему концевой участок, прилегающий к поверхности 15 заплечика ниппеля. Конусные участки 231 и 232 имеют диаметр резьбы, который постепенно увеличивается по мере того, как он выходят наружу вдоль направления оси трубы. Параллельный участок 233 внутренней внутренней резьбы 23 (фиг.1) соответствует концевому участку конусного участка 132, прилегающему к поверхности 15 заплечика ниппеля. Параллельный участок 233 включает множество вершин резьбы с одинаковым диаметром (не показан) на виде в продольном сечении муфты 2.
[0050] На виде в продольном сечении муфты 2, конусный участок 231 включает в себя множество вершин 231а резьбы. На виде в продольном сечении, вершины 231а резьбы расположенные внутрь, как установлено, вдоль направления оси трубы, имеют меньшие диаметры, чем вершины 231а резьбы, расположенные наружу, как установлено, вдоль направления оси трубы. Когда соединение свинчено, вершины 231а резьбы обращены к впадинам 131а резьбы параллельного участка 131 внутренней наружной резьбы 13.
[0051] Высота резьбы в конусном участке 231 внутренней внутренней резьбы 23 больше, чем высота резьбы в параллельном участке 131 внутренней наружной резьбы 13. Высота резьбы может быть представлена, например, высотой опорной стороны. Таким образом, разность между самым наружным диаметром и самым внутренним диаметром опорной стороны 231c в конусном участке 231 больше, чем разность между самым наружным диаметром и самым внутренним диаметром в опорной стороне 131c соответствующего параллельного участка 131.
[0052] Конусный участок 231 внутренней внутренней резьбы 23 имеет степень взаимовлияния в отношении параллельного участка 131 внутренней наружной резьбы 13. То есть, когда соединение не свинчено, диаметр впадин 131а резьбы параллельного участка 131 больше, чем минимальный диаметр вершин 231а резьбы соответствующего конусного участка 231. Однако, степень взаимовлияния между параллельным участком 131 и конусным участком 231 меньше, чем степень взаимовлияния между внутренней уплотнительной поверхностью 11 ниппеля и внутренней уплотнительной поверхностью 21 муфты.
[0053] Разность в диаметре между смежными вершинами 231а резьбы в конусном участке 231 внутренней внутренней резьбы 23 на виде в продольном сечении муфты 2, когда соединение не свинчено, будет обозначаться Da. Разность между диаметром впадин 131а резьбы параллельного участка 131 внутренней наружной резьбы 13 и максимальным диаметром внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля на виде в продольном сечении ниппеля 1, когда соединение не свинчено, будет обозначаться Db. Ниппель 1 и муфта 2 выполнены таким образом, что Db больше, чем Da. То есть, когда соединение не свинчено, Da<Db.
[0054] Когда соединение не свинчено, максимальный диаметр внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля больше, чем минимальный диаметр вершин 231а резьбы конусного участка 231. Максимальный диаметр внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля может быть представлен, например, диаметром конца, прилегающего к внутренней наружной резьбе 13, внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля, имеющей диаметр, который существенно увеличивается по направлению к внутренней наружной резьбе 13. Максимальный диаметр внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля меньше, чем диаметр впадин 231а резьбы параллельного участка 131.
[0055] В настоящем варианте осуществления, ниппель 1 включает в себя цилиндрический участок 16, расположенный между внутренней наружной резьбой 13 и внутренней уплотнительной поверхностью 11 ниппеля. Цилиндрический участок 16 имеет, по существу, постоянный внешний диаметр. Внешний диаметр цилиндрического участка 16 меньше, чем диаметр впадин 231а резьбы параллельного участка 131. Внешний диаметр цилиндрического участка 16, по существу, равен максимальному диаметру внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля. Внешняя периферийная поверхность цилиндрического участка 16 не находится в контакте с муфтой 2, когда соединение свинчено.
[0056] [Конструкция внешнего концевого участка резьбового соединения]
Фиг.3 представляет собой вид продольного сечения внешнего концевого участка, как установлено, вдоль направления оси трубы, резьбового соединения 10, как определено, когда соединение не свинчено.
[0057] Как показано на фиг.3, параллельный участок 241 предусмотрен на конце внешней внутренней резьбы 24 муфты 2, который прилегает к внешней уплотнительной поверхности 22 муфты. В параллельном участке 241, впадины резьбы являются параллельными оси CL трубы. В параллельном участке 241, впадины резьбы имеют постоянный диаметр. Вершины резьбы в параллельном участке 241 не нуждаются в том, чтобы быть параллельными оси CL трубы.
[0058] Параллельный участок 241 расположен на конце внешней внутренней резьбы 24, смежном внешней уплотнительной поверхности 22 муфты. Параллельный участок 241 покрывает, по меньшей мере, два шага внешней внутренней резьбы 24, которые являются прилегающими к внешней уплотнительной поверхности 22 муфты. Таким образом, на виде в продольном сечении муфты 2, параллельный участок 241 включает в себя две или более впадин 241b резьбы. В настоящем варианте осуществления, на виде в продольном сечении муфты 2, параллельный участок 241 включает в себя множество впадин 241b резьбы. Впадины 241b резьбы на виде в продольном сечении имеют одинаковый диаметр.
[0059] Конусный участок 242 расположен внутрь от параллельного участка 241, как установлено, вдоль направления оси трубы. Конусный участок 242 расположен прилегающим к параллельному участку 241. Конусный участок 242 продолжается к внутреннему концу, как установлено, вдоль направления оси трубы, внешней внутренней резьбы 24. Конусный участок 242 имеет диаметр резьбы, который постепенно увеличивается по мере того, как он выходит наружу вдоль направления оси трубы. То есть, конусный участок 242 представляет собой участок, в целом, состоящий из конической внутренней резьбы. Однако, концевой участок конусного участка 242, прилегающий к поверхности 25 заплечика муфты, имеет постоянный диаметр резьбы. То есть, на виде в продольном сечении муфты 2, концевой участок конусного участка 242, прилегающий к поверхности 25 заплечика муфты, включает в себя множество впадин резьбы с одинаковым диаметром (не показано).
[0060] Конусный участок 141 внешней наружной 14 ниппеля 1 соответствует параллельному участку 241 внешней внутренней резьбы 24 муфты 2. Конусный участок 142 внешней наружной резьбы 14 соответствует участку конусного участка 242 внешней внутренней резьбы 24, который имеет диаметр резьбы, увеличивающийся по мере того, как он выходит наружу вдоль направления оси трубы, то есть участку, исключающему концевой участок, прилегающий к поверхности 25 заплечика муфты. Конусные участки 141 и 142 имеют диаметр резьбы, который постепенно увеличивается по мере того, как они выходят наружу вдоль направления оси трубы. Параллельный участок 143 внешней наружной резьбы 14 (фиг.1) соответствует концевому участку конусного участка 242, прилегающему к поверхности 25 заплечика муфты. Параллельный участок 143 включает множество вершин резьбы с одинаковым диаметром (не показано) на виде в продольном сечении ниппеля 1.
[0061] На виде в продольном сечении ниппеля 1, конусный участок 141 включает в себя множество вершин 141b резьбы. На виде в продольном сечении, вершины 141а резьбы расположенные наружу, как установлено, вдоль направления оси трубы, имеют большие диаметры, чем вершины 141b резьбы, расположенные внутрь, как установлено, вдоль направления оси трубы. Когда соединение свинчено, вершины 141b резьбы обращены к впадинам 241b резьбы параллельного участка 241 внешней внутренней резьбы 24.
[0062] Высота резьбы в параллельном участке 241 внешней внутренней резьбы 24 больше, чем высота резьбы в конусном участке 141 внешней наружной резьбы 14. Например, разность между самым наружным диаметром и самым внутренним диаметром опорной стороны 241c в параллельном участке 241 больше, чем разность между самым наружным диаметром и самым внутренним диаметром в опорной стороне 141c в соответствующем конусном участке 141.
[0063] Параллельный участок 241 внешней внутренней резьбы 24 имеет степень взаимовлияния в отношении конусного участка 141 внешней наружной резьбы 14. То есть, когда соединение не свинчено, диаметр впадин 241b резьбы параллельного участка 241 больше, чем максимальный диаметр вершин 141b резьбы соответствующего конусного участка 141. Однако, степень взаимовлияния между параллельным участком 241 и конусным участком 141 меньше, чем степень взаимовлияния между внешней уплотнительной поверхностью 22 муфты и внешней уплотнительной поверхностью 12 ниппеля.
[0064] Разность в диаметре между смежными вершинами 141b резьбы в конусном участке 141 внешней наружной резьбы 14 на виде в продольном сечении ниппеля 1, когда соединение не свинчено, будет обозначаться Dс. Разность между диаметром впадин 241b резьбы параллельного участка 241 внешней внутренней резьбы 24 и минимальным диаметром внешней уплотнительной поверхности 22 муфты на виде в продольном сечении муфты 2, когда соединение не свинчено, будет обозначаться Dd. Ниппель 1 и муфта 2 выполнены таким образом, что Dd больше, чем Dc. То есть, Dc<Dd когда соединение не свинчено.
[0065] Когда соединение не свинчено, минимальный диаметр внешней уплотнительной поверхности 22 муфты больше, чем максимальный диаметр вершин 141b резьбы конусного участка 141 внешней наружной резьбы 14. Минимальный диаметр внешней уплотнительной поверхности 22 муфты может быть представлен, например, диаметром конца, прилегающего к внешней внутренней резьбе 24, внешней уплотнительной поверхности 22 муфты, имеющей диаметр, который, по существу, уменьшается по направлению к внешней внутренней резьбе 24. Минимальный диаметр внешней уплотнительной поверхности 22 муфты больше, чем диаметр впадин 241b резьбы параллельного участка 241.
[0066] В настоящем варианте осуществления, муфта 2 включает в себя цилиндрический участок 26, расположенный между внешней внутренней резьбой 24 и внешней уплотнительной поверхностью 22 муфты. Цилиндрический участок 26 имеет, по существу, постоянный внутренний диаметр. Внутренний диаметр цилиндрического участка 26 больше, чем диаметр впадин 241b резьбы параллельного участка 241. Внутренний диаметр цилиндрического участка 26, по существу, равен минимальному диаметру внутренней уплотнительной поверхности 22 муфты. Внутренняя периферийная поверхность цилиндрического участка 26 не находится в контакте с ниппелем 1, когда соединение свинчено.
[0067] [Процесс свинчивания резьбового соединения]
Резьбовое соединение 10, выполненное, как описано выше, предотвращает контакт концевого участка ниппеля 1 с муфтой 2 во время свинчивания ниппеля 1 и муфты 2. Ниже будет описан процесс свинчивания ниппеля 1 и муфты 2.
[0068] Фиг.4 представляет собой вид продольного сечения ниппеля 1 как наложенного изображения на муфту 2, как определено, на различных этапах, начиная с трех шагов резьбы до завершения свинчивания и заканчивая завершением свинчивания. Фиг.4 не учитывает деформацию ниппеля 1 во время свинчивания при рассмотрении, а просто показывает спроектированный ниппель 1 и муфту 2 (не свинченные), наложенные друг на друга.
[0069] Как представлено на фиг. 4, когда ниппель 1 ввинчивается в муфту 2 без изменения их представления на рабочем чертеже, внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля в процессе свинчивания довольно близко приближается к внутренней внутренней резьбе 23 муфты 2 и внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля контактирует с вершинами резьбы внутренней внутренней резьбы 23, которые расположены в участках внутренней внутренней резьбы 23, имеющих относительно небольшие диаметры резьбы. То есть, предполагая отсутствие деформации ниппеля 1, внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля сильно контактирует с внутренней внутренней резьбой 23 муфты 2 во время свинчивания, потенциально вызывая механическое повреждение поверхности резьбы.
[0070] На самом деле, во время свинчивания, присутствие взаимовлияния внутренней резьбы и внутреннего уплотнения деформирует ниппель 1 так, что его диаметр уменьшается. Этот момент будет описан со ссылкой к фигурам 5-8.
[0071] Фиг.5 представляет собой вид продольного сечения ниппеля 1 и муфты 2, как определено, за три шага резьбы до завершения свинчивания во время реального процесса свинчивания. Во время трех шагов перед завершением свинчивания, самая внутренняя впадина 131а резьбы в параллельном участке 131 внутренней наружной резьбы 13 ниппеля 1 не находится в контакте с внутренней внутренней резьбой 23 муфты 2. Внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля также не находится в контакте с внутренней внутренней резьбой 23.
[0072] Фиг.6 представляет собой вид продольного сечения ниппеля 1 и муфты 2, как определено, за два шага до завершения свинчивания во время реального процесса свинчивания. Во время двух шагов до завершения свинчивания, самая внутренняя впадина 131а резьбы в параллельном участке 131 контактирует с вершиной 231а резьбы в конусном участке 231 внутренней внутренней резьбы 23. Это приводит к уменьшению диаметра участков ниппеля 1, которые находятся вблизи внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля. По этой причине, внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля не контактирует с внутренней внутренней резьбой 23.
[0073] Как обсуждалось выше, разность Db между диаметром впадин 131а резьбы параллельного участка 131 и максимальным диаметром внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля больше, чем разность Da между диаметрами смежных вершин 231а резьбы в конусном участке 231 (фиг.2). По этой причине, во время свинчивания, параллельный участок 131 контактирует с конусным участком 231 до того, как внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля контактирует с муфтой 2. Когда впадина 131а резьбы параллельного участка 131 сталкивается с вершиной 231а резьбы конусного участка 231, внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля не сталкивается с вершиной конусного участка 231 до завершения свинчивания.
[0074] Фиг.7 представляет собой вид продольного сечения ниппеля 1 и муфты 2, как определено, за один шаг резьбы до завершения свинчивания во время реального процесса свинчивания. Даже когда ниппель 1 продолжает ввинчиваться в муфту 2, самая внутренняя впадина 131а резьбы в параллельном участке 131 внутренней наружной резьбы 13 продолжает сталкиваться с вершиной 231а резьбы конусного участка 231 внутренней внутренней резьбы 23. По этой причине, снова, внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля не контактирует с конусным участком 231.
[0075] Фиг.8 представляет собой вид продольного сечения ниппеля 1 и муфты 2, как определено, при завершении свинчивания. При завершения свинчивания, внутренняя уплотнительная поверхность 11 ниппеля и внутренняя уплотнительная поверхность 21 муфты контактируют друг с другом, образуя внутреннее уплотнение. Поскольку величина взаимовлияния во внутреннем уплотнении больше, чем степень взаимовлияния между параллельным участком 131 внутренней наружной резьбы 13 и конусным участком 231 внутренней внутренней резьбы 23, по завершении свинчивания, впадины 131а резьбы параллельного участка 131 не находятся в контакте с конусным участком 231.
[0076] [Эффекты]
Согласно настоящему варианту осуществления, параллельный участок 131 внутренней наружной резьбы 13 ниппеля 1 включает в себя множество впадин 131а резьбы, которые являются параллельными оси CL трубы и имеют одинаковый диаметр. С другой стороны, конусный участок 231 внутренней внутренней резьбы 23 муфты 2 имеет диаметр резьбы, который уменьшается по направлению к внутренней уплотнительной поверхности 21 муфты. Дополнительно, высота резьбы для конусного участка 231 больше, чем высота резьбы для параллельного участка 131. Таким образом, когда соединение свинчено, зазоры между вершинами 231а резьбы конусного участка 231 и впадинами 131а резьбы параллельного участка 131 являются относительно маленькими. По этой причине, даже если нагрузка от внутреннего или внешнего давления приложена к резьбовому соединению 10, а ниппель 1 деформирован, впадины 131а резьбы контактируют с вершинами 231а резьбы на ранней стадии. Это уменьшит деформацию участков ниппеля 1 рядом с внутренним уплотнением, тем самым обеспечивая высокую уплотнительную характеристику.
[0077] Согласно настоящему варианту осуществления, вершины резьбы на участках внутренней внутренней резьбы 23 муфты 2, которые прилегают к внутреннему уплотнению, не срезаются и, таким образом, обеспечивается достаточная высота резьбы. Это увеличивает длину участков внутренней внутренней резьбы и внутренней наружной резьбы 13, которые полностью входят в зацепление друг с другом. Это уменьшает деформацию ниппеля 1 или муфты 2 в ответ на растягивающую и сжимающую нагрузку, тем самым еще обеспечивая высокую уплотнительную характеристику.
[0078] Согласно настоящему варианту осуществления, разность Db между диаметром вершин 131а резьбы параллельного участка 131 внутренней наружной резьбы 13 и максимальным диаметром внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля больше, чем разность между диаметрами смежных вершин 231а резьбы конусного участка 231 внутренней внутренней резьбы 23. Как обсуждалось выше, это предотвращает контакт внутренней уплотнительной поверхности 11 ниппеля с внутренней внутренней резьбой 23 во время свинчивания.
[0079] Согласно настоящему варианту осуществления, параллельный участок 241 также предусмотрен для внешней внутренней резьбы 24 муфты 2. Параллельный участок 241 включает в себя множество впадин 241b резьбы, которые являются параллельными оси CL трубы и имеют одинаковый диаметр. С другой стороны, конусный участок 141 внешней наружной резьбы 14 ниппеля 1 имеет диаметр резьбы, который увеличивается по направлению к внешней уплотнительной поверхности 12 ниппеля. Высота резьбы для конусного участка 141 меньше, чем высота резьбы для параллельного участка 241. Таким образом, по направлению к внешнему концу соединений, как установлено, вдоль направления оси трубы, зазоры между впадинами 241b резьбы параллельного участка 241 и вершинами 141b резьбы конусного участка 141 являются относительно небольшими, когда соединение свинчено, тем самым заставляя такие впадины и вершины к контакту на ранней стадии во время приложения нагрузки. Дополнительно, длина участков внешней наружной резьбы 14 и внешней внутренней резьбы 24, которые полностью входят в зацепление друг с другом, увеличивается. Это уменьшает деформацию участков резьбового соединения 10, которые находятся рядом с внешним уплотнением, тем самым, дополнительно улучшая уплотнительную характеристику.
[0080] Согласно настоящему варианту осуществления, разность Dd между диаметром впадин 241b резьбы параллельного участка 241 внешней внутренней резьбы 24 и минимальным диаметром внешней уплотнительной поверхности 22 муфты больше, чем разность Dc между диаметрами смежных вершин 141b резьбы в конусном участке 141 внешней наружной резьбы 14. Хотя подробное описание не будет дано, поскольку принцип, лежащий в его основе, такой же, как и для предотвращения контакта между внутренней уплотнительной поверхностью 11 ниппеля и внутренней внутренней резьбой 23, эта конструкция предотвращает контакт внешней уплотнительной поверхности 21 муфты с внешней наружной резьбой 24 во время свинчивания.
[0081] Альтернативно, не параллельный участок 241 может быть предусмотрен на внешней внутренней резьбе 24. То есть вся внешняя внутренняя резьба 24 может быть создана конической внутренней резьбой.
[0082] Хотя варианты осуществления были описаны, настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами осуществления, и возможны различные модификации без отклонения от сущности изобретения.
ПРИМЕРЫ
[0083] Для подтверждения эффектов резьбового соединения согласно настоящему раскрытию, численный имитационный анализ проводился с использованием упругопластического метода конечных элементов.
[0084] Анализ упругопластическим методом конечных элементов использует модель резьбового соединения (10), имеющего конструкцию, показанную на фигурах 1-3 в качестве примера изобретения, и в качестве сравнительного примера использует модель резьбового соединения, имеющего в основном ту же конструкцию, что и резьбовое соединение (10), за исключением того, что вершины резьбы во внутреннем концевом участке, как установлено, вдоль направления оси трубы, внутренней внутренней резьбы (23) и внешнем концевом участке, как установлено, вдоль направления оси трубы, внешней наружной резьбы (14) были срезаны. Для каждой из моделей в соответствии с изобретением и сравнительными примерами, нагрузки от внутреннего и внешнего давлений, соответствующие ISO 13679 CAL IV: 2011 были применены, и полученные величины пластической деформации были сопоставлены.
[0085] Фигуры 9 и 10 представляют собой графики, каждый показывающий величину пластической деформации (то есть величину пластического искажения) при приложении внешнего и внутреннего давлений для каждого из примера изобретения и сравнительного примера. Фиг.9 показывает величину пластического искажения ниппеля (1), измеренную в положении, смежном внутреннему концу, как установлено, вдоль направления оси трубы (то есть в положении, в котором искажение внутренней периферийной поверхности ниппеля (1) находится на максимуме). Фиг.10 показывает величину пластического искажения муфты (2), измеренную в положении критического сечения ниппеля (1) и муфты (2), (то есть в положении зацепления края между внутренней наружной резьбой (13) и внутренней внутренней резьбой (23)).
[0086] Фиг.9 демонстрирует, что величина пластического искажения по примерам изобретения была меньше, чем для сравнительного примера со срезанными вершинами резьбы, особенно по направлению к внутренней периферии ниппеля (1), поскольку высота резьбы для конусного участка (231) внутренней внутренней резьбы (23) была больше, чем высота резьбы для соответствующего параллельного участка (131) внутренней наружной резьбы (13). Дополнительно, фиг.10 демонстрирует, что величина пластической деформации муфты (2) для примера по изобретению была меньше, чем для сравнительного примера.
[0087] Эти результаты демонстрируют, что резьбовое соединение в соответствии с настоящим изобретением уменьшает степень пластической деформации участков вблизи уплотнений, тем самым, обеспечивая высокую уплотнительную характеристику.