CZ20032441A3

CZ20032441A3 - Prvek se závitem pro trubicový spoj se závitem odolným proti únavě

Info

Publication number: CZ20032441A3
Application number: CZ20032441A
Authority: CZ
Inventors: Thierry Noel; Gabriel Roussie
Original assignee: Vallourec Mannesmann Oil & Gas France; Sumitomo Metal Industries, Ltd.
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2003-12-17
Also published as: FR2821916B1; JP4111386B2; RU2003129887A; ES2230474T3; RU2261395C2; CA2439977C; MXPA03007240A; BR0207956B1; CN1492980A; AR032866A1; JP2004531675A; PL363973A1; DE60201518T2; CA2439977A1; MY128854A; EP1373775B1; BR0207956A; DE60201518D1; EP1373775A1; US20040155465A1

Description

Předkládaný vynález se týká prvku s vnějším nebo vnitřním závitem trubicového spoje se závitem, který je obzvláště odolný jak proti statickému, tak i proti cyklickému namáhání. Dále se týká trubicového spoje se závitem, který je obzvláště odolný jak proti statickému, tak i proti cyklickému namáhání.

Dosavadní stav techniky

Trubicové spoje se závitem obsahují prvek s vnějším závitem na konci jedné trubice, zpravidla o velké délce, a prvek s vnitřním závitem na konci druhé trubice, což může být trubice o velké délce nebo objímka.

Tyto spoje se závitem jsou zejména používány pro sestavování sloupů vyztužovacích nebo těžebních trubic nebo vrtních tyčí pro uhlovodíkové nebo podobné vrty, například pro geotermické vrty.

American Petroleum Institute (API) vymezuje ve svých specifikacích 53 a 5CT spoje se závitem mezi vyztužovacími

86468a • ·

nebo těžebními trubicemi, které mají kónické části opatřené závitem.

Prvotřídní trubicové spoje se závitem (nazývané též „prémium), které mají dobré těsnící vlastnosti navzdory nej různějŠímu namáhání, jsou popsány například v patentech EP 488 912 a US 5 687 999.

V takovýchto spojích se závitem mohou být použity válcové nebo kónické části opatřené závitem, přičemž závity mohou být uspořádány na jedné nebo na dvou částech.

Až do nedávné doby musely být vyztužovací nebo těžební trubice hlavně schopné odolávat různým kombinacím statického namáhání (axiální tah, axiální tlak, rovinný ohyb, zevnitř nebo zvenku působící tlak) , a to navzdory své omezené tloušťce vyplývající z nutnosti navléci do sebe jednotlivé sloupy s různými průměry, aby bylo možné vytěžit hluboký vrt.

Naopak vrtní tyče, které jsou používány pouze pro hloubení vrtů, musejí odolávat značnému cyklickému namáhání, ale zase nevykazují příliš velké nároky, co se týče vnitřních rozměrů, neboť v daný okamžik je spouštěno jen jedno soutyčí o daném průměru.

Cyklické namáhání, pokud není přísně omezováno, vede v provozu vrtních tyčí ke vzniku prasklin v důsledku únavy, k nimž zpočátku dochází na kořenech závitů, zpravidla ze strany nosných boků, a to zejména na úrovni posledních závitů v záběru každého z prvků se závitem.

86468a • · · ·

Jako první závity jsou v tomto dokumentu označovány ty závity, které se, viděno v podélném řezu vedeném osou prvku se závitem, nacházejí blíže k čelnímu konci prvku se závitem. Poslední závity jsou tedy ty, které se nacházejí na druhém konci části opatřené závitem.

Jako závity v záběru jsou označovány především závity prvků se závitem trubicového spoje se závitem, které v našroubovaném stavu axiálně přenášejí zatížení jednoho prvku se závitem na druhý prvek se závitem, který je s prvním sdružen, ať již jsou tyto závity úplné (s úplnou výškou) nebo neúplné (s neúplnou nebo částečnou výškou, například mizející nebo vznikající závity). Když je spoj se závitem vystaven namáhání v axiálním tahu, což se zpravidla děje, závity v záběru jsou ty, jejichž nosné boky jsou v kontaktu.

V širším slova smyslu se v předkládaném dokumentu jako závity v záběru samostatného prvku se závitem označují také závity určené k přenášení zatížení na odpovídající závity sdruženého prvku v případě, že tyto dva prvky se závitem budou spojeny a společně budou tvořit trubicový spoj se závitem.

Poloha závitů v záběru na prvku se závitem je seznatelná z výkresu prvku se závitem, neboť je to údaj nutný k tomu, aby bylo možné předem stanovit odolnost výsledného spoje se závitem. Poloha posledních nebo prvních závitů v záběru na prvku se závitem, který je určen pro vytvoření trubicového spoje se závitem, může být tedy zcela jasně stanovena.

86468a ·· ···· • · ( » · · <

·· ··

Avšak problém odolnosti proti únavě se netýká pouze vrtních tyčí, nýbrž také sloupů těžebních trubic pro těžbu určitých uhlovodíkových vrtů. Trubicové spoje se závitem, z nichž lze takové sloupy sestavit, musejí být schopné odolávat vysokému statickému namáhání a zároveň cyklickému namáhání.

S takovými nároky na odolnost proti namáhání se lze setkat zejména u podmořských sloupů, spojujících mořské dno s mořskými těžebními plošinami pro těžbu uhlovodíků.

Takové sloupy trubic, které jsou v anglosaské odborné terminologii nazývané „risers (stoupací potrubí), jsou totiž vystaveny cyklickému namáhání způsobenému zejména proudy, které vyvolávají vibrace sloupu, dále mořskými vlnami, pohyby moře a případnými posuny samotných plošin.

S výše uvedenými nároky na odolnost proti namáhání se lze rovněž setkat u zemských vrtů, zejména ve velmi častém případě vrtů odkloněných od vertikály, vykazujících ohyby, v průběhu rotačního spouštění trubic pro jejich zpevňování.

V dosavadním stavu techniky trubicových spojů se závitem nebo spojů se závitem jiného typu (například se šroubem a maticí) jsou navrženy prostředky pro zlepšení odolnosti proti únavě spojů se závitem, vystavených zatížení v axiálním tahu, které se může cyklicky měnit.

Patent US 3 933 074 popisuje matici pro šroubový spoj, jejíž vnitřní část opatřená závitem je na úrovni prvních závitů v záběru přerušena několika podélnými rýhami, které jsou pravidelně uspořádány po obvodu matice, takže oblast maximálního přenášení zatížení v axiálním tahu mezi šroubem

86468a ··· · · ·· ···· a maticí se nenachází na úrovni prvního vnitřního závitu v záběru, ale přesunula se směrem ke střední části axiální délky matice.

Tyto rýhy, jejichž délka může být rovna až polovině délky části opatřené závitem a jejichž hloubka může dosahovat až 80 % výšky závitu, sice zvyšují pružnost prvních závitů v záběru, ovšem v oblasti, kde jsou uspořádány, omezují nosnou plochu závitů přibližně o 20 %. To je nevýhodné tehdy, když je požadována zvýšená odolnost proti statickému namáhání, nebo tehdy, když je požadován trubicový spoj se závitem, který by byl nepropustný mezi vnitřkem a vnějškem trubic.

Kromě toho řešení, navržená pro šroubové spoje, ve kterých se matice opírají ze strany prvních závitů proti hlavě šroubu (ze strany posledních závitů šroubu), nemusí být nutně přímo využitelná pro trubicové spoje se závitem.

Z patentových přihlášek WO 00/14441 a WO 00/14442 jsou dále známy spoje se závitem, jejichž závity jsou opatřeny drážkou, která snižuje tuhost struktury závitů, aby se zmenšil moment šroubování. Tyto dokumenty však neuvádějí žádný typ drážky, která by byla určena ke zvýšení odolnosti spojů se závitem proti cyklickému namáhání.

Předkládaný vynález usiluje o vytvoření prvku s vnějším nebo vnitřním závitem pro trubicové spoje se závitem, který by byl obzvláště odolný současně proti:

a) statickému namáhání, zejména v axiálním tahu, axiálním tlaku, ohybu, torzi, při zevnitř nebo zvenku působícím tlaku, při vymknutí během šroubování, a to proti namáhání

86468a ·· ·»·· jednoduchému nebo kombinovanému (tj . například v tahu + při zevnitř působícím tlaku);

b) cyklickému namáhání, v tahu - tlaku nebo v ohybu tak, že se omezí přenášení zatížení v oblasti prvních a posledních závitů v záběru a minimalizují koeficienty koncentrace napětí (SCF) v těchto oblastech.

Bylo rovněž požadováno, aby prvek se závitem podle vynálezu mohl být proveden se všemi typy částí opatřených závitem: kónickými, válcovými, kombinovanými kónickoválcovými, jednostupňovými nebo vícestupňovými, s radiálně interferujícími závity a/nebo se závity, jejichž boky jsou ve vzájemném kontaktu. K závitům, jejichž oba boky jsou v kontaktu s odpovídajícími boky sdruženého závitu, patří například závity typu „rugged thread (robustní závity), popsané v patentové přihlášce EP 454 147, dále závity s axiálním stahováním, jaké jsou popsány v patentové přihlášce WO 00/14441, nebo závity klínového typu s variabilní šířkou, jaké jsou popsány například v patentu US Re 30 647.

Dále bylo požadováno, aby prvek se závitem mohl být snadno vytvořen a snadno kontrolován.

Prvek se závitem podle vynálezu by měl být využitelný pro vytváření trubicových spojů se závitem určených pro sloupy těžebních trubic pro těžbu uhlovodíků, sloupy trubic pro vyztužování vrtů nebo pro sloupy trubic pro podmořskou těžbu („risers), nebo pro podobné účely.

Dále se vyskytl požadavek, aby vytvořené trubicové spoje se závitem byly nepropustné, zejména pro plyn, a to dokonce při cyklickém namáhání.

36468a ·♦ ·· ; * ♦ · • · · • ♦·» · ·* » · · · » « · · * ^φ ··· · ’ · · ·· ·· ·· ····

Bylo také požadováno, aby prvek se závitem podle vynálezu mohl být využitelný pro sestavování soutyčí vrtních tyčí.

Konečně se vyskytl také požadavek vytvořit trubicový spoj se závitem, v němž by jen jeden nebo oba dva prvky se závitem byly upraveny tak, aby odolávaly cyklickému namáhání.

Podstata vynálezu

Prvek s vnějším nebo vnitřním závitem podle vynálezu je vytvořen na konci trubice a podle toho, zda se jedná o prvek s vnějším závitem, nebo o prvek s vnitřním závitem, obsahuje buď zvenku část opatřenou vnějším závitem nebo zevnitř část opatřenou vnitřním závitem.

Tento prvek se závitem je určen k tomu, aby byl spojen se sdruženým prvkem se závitem (tj . s prvkem s vnitřním závitem, pokud se jedná o prvek s vnějším závitem, a obráceně) tak, aby vznikl trubicový spoj se závitem odolný proti cyklickému namáhání.

Část opatřená závitem je tvořena alespoň jednou částí se závitem. Pokud obsahuje více částí se závitem, mohou být tyto části od sebe vzdáleny v axiálním a/nebo radiálním směru, jako například v případě vícestupňových závitů.

Každá část se závitem obsahuje počínaje od čelního konce prvku se závitem tři oblasti, které mají v podstatě stejnou délku: tzv. oblast prvních závitů v záběru, tzv.

86468a oblast prostředních závitů a tzv. oblast posledních závitů v záběru, přičemž vymezení prvních a posledních závitů v záběru odpovídá vymezení uvedenému výše v dosavadním stavu techniky.

·♦ ·· * ♦ * « • 44 4 »·· 4 *· ·*·♦

Některé z těchto oblastí mohou obsahovat závity s neúplnou výškou, jako například mizející nebo vznikající závity.

Alespoň na části axiální délky alespoň jedné části se závitem je v závitech v podstatě radiálně vytvořena spirálová drážka tak, aby vycházela z vrcholu závitu a z jedné a z druhé strany drážky vymezovala nosný půlzávit ze strany nosného boku a záběrný půlzávit ze strany záběrného boku. Drážka může samozřejmě ústit jen na části vrcholu závitu.

Podle jednoho znaku vynálezu je v každé části se závitem, kde je vytvořena drážka, tato drážka vytvořena na všech závitech nebo na části závitů v jedné nebo obou koncových oblastech, tj . v oblasti prvních závitů v záběru a oblasti posledních závitů v záběru, a volitelně může být vytvořena také na závitech v oblasti prostředních závitů. Drážka má takové geometrické charakteristiky, že snižují tuhost závitů s drážkou v koncové oblasti nebo koncových oblastech vzhledem k tuhosti závitů v oblasti prostředních závitů.

Tuhost závitů s drážkou je určena ohebností namáhaných půlzávitů a/nebo . jejich sklonem ke střihu, přičemž namáhanými půlzávity jsou zpravidla nosné půlzávity, pokud jde o namáhání v axiálním tahu, jemuž jsou trubicové spoje se závitem zpravidla vystaveny. Tentýž vynálezecký princip

86468a ·· ·· ·· ·· ·· ···· ···· · · » · ·· · ···· φ··· · · · • · ··· · · · ··· ο · · · • · · ·· · ···· • · ·» »· ♦· · · ·· lze ovšem uplatnit i na záběrné půlzávity, jsou-li namáhány nebo jsou-li rovněž namáhány, například v trubicových spojích se závitem, které pracují pod tlakem.

Tuhost závitu je definována jako koeficient úměrnosti mezi axiálním zatížením přenášeným uvažovaným závitem na odpovídající závit sdruženého prvku se závitem trubicového spoje se závitem a axiální deformací uvažovaného závitu.

Ve srovnání s podobným trubicovým spojem se závitem, jehož závity ale nemají drážku, snižuje drážka podle vynálezu v trubicovém spoji se závitem přenášení axiálního zatížení mezi závity v oblasti nebo oblastech závitů s drážkou a odpovídajícími závity sdruženého prvku se závitem tak, že celkové axiální zatížení je. rozdělováno mezi různé závity v záběru. Tím je dosaženo významného zvýšení odolnosti trubicového spoje se závitem proti dynamickému namáhání, zejména v ohybu, které se přidává ke statickému namáhání v axiálním tahu.

Jelikož první závity v záběru prvku se závitem spolupracují v trubicovém spoji se závitem s posledními závity v záběru sdruženého prvku se závitem, dosáhne se uspořádáním drážky aú již na úrovni prvních závitů v záběru každého z obou prvků se závitem, na úrovni jejich posledních závitů v záběru, nebo současně na obou těchto úrovních jednoho nebo obou prvků se závitem stejného technického účinku vyrovnání přenášení zatížení na úrovni prvních a posledních závitů těch částí se závitem, kde je vytvořena drážka, vzhledem k přenášení zatížení v oblasti prostředních závitů.

Drážka může být provedena také na všech závitech nebo

86468a • φ na části závitů, v oblasti prostředních závitů, aby dále snížila tuhost závitů s drážkou v koncové oblasti nebo koncových oblastech jakož i tuhost závitů v oblasti prostředních závitů.

Je také možné nechat pracovat vylepšeným, dokonce optimálním způsobem všechny závity části se závitem, kde je provedena drážka, a odpovídající části se závitem sdruženého prvku se závitem trubicového spoje se závitem.

Je třeba poznamenat, že drážka podle vynálezu může rovněž omezit napětí na závitech v oblasti prvních nebo posledních závitů v záběru způsobené odchylkami ve stoupání mezi vnitřními a vnějšími závity trubicového spoje se závitem, které vyplývají z výrobních tolerancí při výrobě závitů.

Drážka může také umožnit omezení nežádoucího přetlaku mazacího tuku při šroubování.

Drážka je s výhodou provedena na závitech v oblasti prvních závitů v záběru a volitelně na závitech v oblasti prostředních závitů tak, aby se snížila tuhost závitů v oblasti prvních závitů v záběru vzhledem k tuhosti závitů v oblasti prostředních závitů, a nezasahuje do závitů v oblasti posledních závitů v záběru, které zůstanou úplné.

Vynálezci zjistili, že v tomto případě snižuje drážka podle vynálezu maximální hodnotu koeficientu koncentrace napětí (SCF) části stěny na patě sdruženého závitu, přičemž koeficient SCF je poměrná veličina, která se získá tak, že se maximální napětí v uvažovaném místě vztáhne na napětí na těle příslušné trubice. Drážka podle vynálezu tedy snižuje

86468a · 0 0 9 9

09 0 9 · 0

9 9 0 9 0 9 • · · 9 9 9 9

999090 099000 0 9

0 00 0 9999 maximální napětí stěny na patě závitu v oblasti posledních závitů v záběru sdružené části opatřené závitem. Tato stěna je v této oblasti závitů vystavena celkovému zatížení v axiálním tahu, které působí na trubicový spoj se závitem, a drážka tedy snižuje riziko vzniku prasklin v důsledku únavy na této úrovni.

Tak je možné nechat pracovat prvky se závitem trubicového spoje se závitem se značnými cyklickými změnami zatížení, aniž by se tím měnil jejich výkon, pokud jde o odolnost v axiálním tahu.

Drážka se v závitech příslušné části se závitem výhodně vytvoří pomocí tvarového nože. Z toho vyplývá, že její tvar je určen profilem tvarového nože a její hloubka měřená od vrcholu závitu až ke dnu drážky je určena zahloubením tvarového nože do závitů.

Tuhost závitů se v důsledku drážky s výhodou postupně zvyšuje od koncového závitu v záběru v koncové oblasti nebo koncových oblastech s drážkou směrem k oblasti prostředních závitů.

Koncovým závitem v záběru v koncové oblasti je první závit v záběru, pokud je drážka vytvořena na závitech v oblasti prvních závitů v záběru, a poslední závit v záběru, pokud je drážka vytvořena na závitech v oblasti posledních závitů v záběru. Pokud je drážka vytvořena současně na závitech v oblasti prvních závitů v záběru i v oblasti posledních závitů v záběru, je jím první i poslední závit v záběru.

Hloubka drážky se s výhodou zmenšuje, výhodně

86468a • · 9 9 * · 9 9 • 9 9 9 9 9 9 «••9 9999 9· 9

9 999 99 9 999 999 9

9 99 9 9999

99 99 99 99 4 Λ pravidelně, od koncového závitu v záběru v koncové oblasti nebo koncových oblastech s drážkou směrem k oblasti prostředních závitů.

V jiném provedení nebo doplňkově je stoupání spirály drážky odlišné od stoupání závitu části se závitem, kde je drážka provedena.

Obal dna drážky je s výhodou kónická plocha, která je souosá s prvkem se závitem.

V jiném provedení je obal dna drážky rotační plocha souosá s prvkem se závitem, jejíž tvořící křivka není přímočará, například torická plocha, paraboloid nebo hyperboloid nebo také plocha složená z několika rotačních ploch vzájemně napojených koncemi k sobě.

Když je drážka vytvořena v oblasti prvních závitů v záběru, je v obou těchto provedeních sklon tvořící křivky obalu příslušného dna drážky s výhodou větší než sklon části se závitem, kde je vytvořena drážka, aú již je tento posledně jmenovaný sklon kladný (kónické části opatřené závitem) nebo nulový (válcové části opatřené závitem). Naopak je s výhodou menší než sklon části se závitem, když je drážka vytvořena v oblasti posledních závitů v záběru.

Mají-li závity obecně lichoběžníkový tvar, drážka s výhodou nevyúsúuje na záběrné boky. Tak jsou zajištěny zejména dobré podmínky záběru prvku s vnějším závitem do prvku s vnitřním závitem.

Prvek se závitem může dále s výhodou obsahovat narážku, jejíž dorazová plocha je tvořena čelním koncem prvku se

86468a '44 44 44

4444 44 4 4 4 4 4

4444 4444 44 4

4 444 44 4 444 444 4 • 4 4 44 4 4444 • 4 44 44 44 44 44 ·44 4 závitem a která je vystavena axiálnímu tlaku.

Je-li drážka vytvořená na úrovni prvních závitů v záběru a snizuje-li tak jejich axiální tuhost, umožňuje na konci šroubování výhodně akumulovat absolutní deformaci v axiálním tlaku na narážce ve spoji se závitem tvořeném společně se sdruženým prvkem se závitem.

Když je část opatřená závitem od čelního konce prvku se závitem oddělena poměrně krátkým, ne-li neexistujícím okrajem, umožňuje drážka ve srovnání s podobným prvkem se závitem podle dosavadního stavu techniky zvětšit axiální délku, která je při stlačování účinně deformována, a tak akumulovat větší absolutní deformaci na narážce. Při hledání optimální těsnosti je tedy častým požadavkem mít krátký okraj, když je na obvodovém konci okraje vytvořena těsnící dosedací plocha.

V jiném provedení může prvek se závitem obsahovat první narážku, jejíž dorazová plocha je tvořena čelním koncem uvažovaného prvku, a druhou narážku uspořádanou tak, že v zašroubovaném trubicovém spoji se závitem spolupracuje s narážkou na čelním konci sdruženého prvku se závitem. V tomto případě umožňuje přítomnost drážky (drážek) na prvcích se závitem, aby se obě narážky uvažovaného prvku opíraly proti oběma odpovídajícím narážkám sdruženého prvku se závitem.

Takovéto dvojité opírání je u trubicových spojů se závitem podle dosavadního stavu techniky obvykle obtížně uskutečnitelné, neboť se v tomto případě musí buď obě narážky provést s velkou přesností, a tedy i velmi draze, nebo se musí prodloužit okraje, což je nevýhodné. Zvětšení

86468a •9 9999

9 · 9

999 9999 99 9

9999 9 9 9 9 99 9

9 ·99 99 9 999 999 9

9 99 9 9999

99 99 99 99 9« účinné délky axiálního stlačování narážek pomocí drážek umožňuje provést toto dvojité opírání u trubicového spoje se závitem mnohem snáze než v případě dvou souprav narážek podle dosavadního stavu techniky.

Přehled obrázků na výkresech

Další výhody vynálezu vyplynou z níže popsaných příkladů provedení a z přiložených výkresů, na kterých představuj e:

obr. 1 schematicky v podélném polovičním řezu prvek s vnitřním závitem trubicového spoje se závitem podle vynálezu;

obr. 2 část opatřenou závitem prvku se závitem z obr. 1, jehož závity jsou znázorněny v průběhu obrábění;

obr. 3 detail prvních závitů v záběru prvku s vnitřním závitem z obr. 1;

obr. 4 schematicky v podélném polovičním řezu prvek s vnějším závitem podle vynálezu přizpůsobený prvku s vnitřním závitem z obr. 1;

obr. 5 část opatřenou závitem prvku s vnějším závitem z obr. 4, jehož závity jsou znázorněny v průběhu obrábění;

obr. 6 detail prvních závitů v záběru prvku s vnějším závitem z obr. 4;

86468a • · ·· ·· ·· · · obr. 7 obr. 8 obr. 9 obr. 10 obr. 11 obr. 12 obr. 13

Příklady

Obr na konci v podélném polovičním řezu trubicový spoj se závitem podle vynálezu, získaný po vzájemném našroubování prvků se závitem z obr. 1 a 4;

v podélném polovičním řezu j iné provedení trubicového spoje se závitem podle vynálezu;

v podélném polovičním řezu další provedení trubicového spoje se závitem podle vynálezu;

detail prvních závitů v záběru jiného provedení prvku s vnitřním závitem podle vynálezu;

detail prvních závitů v záběru jiného provedení prvku s vnějším závitem podle vynálezu;

schematicky průběh přenášení zatížení mezi závity běžného trubicového spoje se závitem a trubicového spoje se závitem podle vynálezu;

schematicky a stejným způsobem jako obr. 12 změny hodnot koeficientu koncentrace napětí na patě závitu pro část opatřenou vnějším závitem a část opatřenou vnitřním závitem.

provedení vynálezu znázorňuje prvek 2. s vnitřním závitem uspořádaný trubice 102.

86468a

Trubicí 102 může být podle okolností buď trubice o velké délce, tj. o délce blízké 10 m nebo více, nebo objímka o délce několika desítek cm, z níž je na obr. 1 vidět pouze polovina. V prvním případě umožňuje prvek 2^ s vnitřním závitem vytvořit tzv. „integrální spoj se závitem, ve druhém případě umožňuje vytvořit objímkový spoj se závitem.

Prvek £ s vnitřním závitem obsahuje zevnitř směrem od svého čelního konce 10 část 4 opatřenou vnitřním závitem, která je tvořena jedinou částí se závitem, dále těsnící dosedací plochu 6 a narážku Í3.

Těsnící dosedací plocha 6. prvku s vnitřním závitem je kónická plocha, která je vzhledem k ose Xl-Xl prvku 2 se závitem odkloněná o 20°.

Narážka je v podstatě kónická konvexní plocha a na vnitřní osazení.

příčná a s výhodou mírně prvku 2 se závitem tvoří

Část 4 opatřená vnitřním závitem s polovičním vrcholovým úhlem 1,79° s lichoběžníkovými závity 12.

je kónického typu (sklon = 6,25 %)

Část 4 opatřená závitem obsahuje oblast 32 prvních závitů v záběru, která je tvořena prvními šesti závity ze strany čelního konce 10 prvku se závitem, oblast 36 posledních závitů v záběru, která je tvořena šesti závity od předposledního vnitřního závitu, a oblast 34 prostředních závitů, která obsahuje šest závitů mezi oblastmi 32 a 36.

Poslední závit části opatřené závitem není navržen k tomu, aby byl závitem v záběru (viz obr. 7).

86468a

ΑΑ ΑΑ AA AA AA AAAA

AAAA AAAA AA A

AAAA AAAA A A A A A AAA A A A AAA AAA A

AA A AA A AAAA

Počet závitů v oblastech 32 a 36 prvních a posledních závitů v záběru odpovídá 1/3 celkového počtu závitů v záběru.

Jak je detailně znázorněno na obr. 3, vnitřní závity 12 obecně obsahují vrchol 18 závitu, žlábek 20 závitu, záběrný bok 16 směřující k čelnímu konci 10 prvku se závitem a nosný bok 14 na protilehlém boku.

Pomocí tvarového nože 42 je v závitech 12 vyrobena spirálová drážka 22 nezávisle na velikosti závitů 12.

Zmíněný tvarový nůž 42 má tvar obráceného zaobleného písmene „V, jehož ramena mezi sebou svírají úhel 35°, s poloměrem zaoblení při vrcholu 0,4 mm.

Nůž 42 se umístí tak, aby se, počínaje od vrcholu závitu, do závitů zařezával v podstatě radiálně a vytvářel profil ve tvaru vespod zaobleného písmene „V, přičemž po obou stranách nože zůstanou dva půlzávity, nosný půlzávit 24 ze strany nosného boku 14 a záběrný půlzávit 26 ze strany záběrného boku 16, aniž by přitom došlo k naříznutí boků závitů.

Tvarový nůž 42 se přemísťuje od prvního závitu 12.1 ve spirále tak, jak je naznačeno na obr. 2, přičemž stoupání p této spirály je identické se stoupáním závitu části 4 opatřené vnitřním závitem. Základna nože se přitom opírá o kónickou plochu, z níž je znázorněna pouze tvořící přímka 44. Tato kónická plocha má ve srovnání s částí 4 opatřenou závitem dvojnásobný sklon (mezi tvořící přímkou 44 a osou prvku se závitem je úhel 3,58°), takže hloubka drážky 22 se

86468a

99 99 ··

9 9 9 «999 99 9

99*9 9999 9 9 9

9 999 99 · 999 999 9

9 99 9 9999

9« 99 99 99 99 od prvního závitu 12.1 v záběru postupně zmenšuje, až se na úrovni jedenáctého závitu 12.11 stane rovnou nule a odtud je nulová až k poslednímu závitu.

Drážka 22 umožňuje snížit tuhost závitů v oblasti 32 prvních závitů v záběru ve srovnání s tuhostí závitů v oblasti 34 prostředních závitů.

Jelikož jsou závity 12, jakmile jsou zašroubovány, vystaveny dotykovému tlaku na nosných bocích 14, jejich tuhost je určena ohebností nosného půlzávitu 24 a zejména jeho geometrií.

Tato geometrie může být charakterizována sklonem nosného boku 14 a boku 28 drážky vzhledem k ose prvku se závitem, vzdáleností d2 mezi nosným bokem 14 a středem 0₂zaoblení dna drážky a vzdáleností d4 mezi bodem 0₂ a obalovou linii žlábků závitů. Jelikož je stoupání spirály drážky 22 stejné jako stoupání závitů 12, . vzdálenost d2 se od jednoho závitu ke druhému mění jen velmi málo.

Vezmeme-li v úvahu, že tvořící přímka 44 má větší sklon než část opatřená závitem, pak vzdálenost d4 se od prvního závitu 12.1 postupně zvětšuje, takže d4.1 < d4.2 < d4.3 atd.

Z toho vyplývá, že tuhost vnitřních závitů 12 je minimální na úrovni závitů v oblasti 32 prvních závitů v záběru a maximální na úrovni závitů bez drážky v oblasti 36 posledních závitů v záběru a v oblasti 34 prostředních závitů. Tuhost vnitřních závitů 12 v oblasti 32 prvních závitů v záběru je přitom menší než tuhost závitů s drážkou o menší hloubce v oblasti 34 prostředních závitů.

• 9 ···♦

86468a ♦ ···

44 44 44 • 444 4444 44 4

4444 4444 4 4 4 • 4 444 44 4 444 444 4

4 44 4 4444

Tuhost závitů se postupně zvětšuje tak, jak se zmenšuje hloubka drážky, od prvního závitu 12.1 v záběru (koncového závitu) směrem k oblasti 34 prostředních závitů.

Vzdálenost d4.1 je o něco větší než poloměr R2 dna drážky, takže dno drážky v žádném okamžiku nepřesáhne přes obal žlábků závitů, které nemají drážku.

Bez větších nevýhod by ovšem bylo možné provést drážku, která by protínala obal žlábků prvních závitů (např. d4.1 = 0) neboť kritická oblast prvku 2 se závitem (která je v provozu vystavena veškerému axiálnímu zatížení působícímu na prvek 2 se závitem) se nachází na úrovni posledního závitu, který nemá drážku.

Když se naopak provede drážka v oblasti posledních závitů v záběru, je třeba se vyvarovat provedení drážky, jejíž dno by sahalo mimo prostor mezi obalem žlábků 20 a obalem vrcholů 18 závitů. V opačném případě by v provozu došlo ke zhoršení výkonu trubicového spoje se závitem, obsahujícího prvek 2. se závitem.

Obr. 4 znázorňuje prvek 1 s vnějším závitem uspořádaný na konci trubice 101 o velké délce.

Prvek 1 se závitem obsahuje zvenku směrem od svého čelního konce Ί_, který tvoří narážku, těsnící dosedací plochu 5 a část 3_ opatřenou vnějším závitem.

Narážka 7 je mírně kónická konkávní plocha, která je určena k tomu, aby spolupracovala s narážku Q_ na prvku 2 s vnitřním závitem.

86468a ·· 99 • · 9

9 9

9

99 • ·· ·

9 9 ·

Těsnící dosedací plocha 5 je kónická plocha, která je vzhledem k ose Xl-Xl prvku ]. se závitem odkloněná o 20°, a je určena k tomu, aby spolupracovala s těsnící dosedací plochou prvku s vnitřním závitem.

Část 2 opatřená vnějším závitem je tvořená jedinou částí se závitem. Je kónického typu a je určena k tomu, aby spolupracovala s částí 4 opatřenou vnitřním závitem.

Obsahuje osmnáct lichoběžníkových závitů 11 v záběru, přičemž posledních osm závitů, které jsou označeny vztahovou značkou 37, má neúplnou výšku (tzv. mizející závity neboli závity „run out).

Prvních šest závitů tvoří oblast 31 prvních závitů v záběru, přičemž první závit je ze strany čelního konce zešikmen, aby se usnadnilo uvedení do záběru.

Posledních šest závitů, které jsou všechny mizející, tvoří oblast 35 posledních závitů v záběru.

Šest mezilehlých závitů tvoří oblast 33 prostředních závitů.

Vnější závity 11 mají, podobně jako vnitřní závity, vrchol 19 závitu, žlábek 17 závitu, záběrný bok 15 směřující k čelnímu konci 7 prvku se závitem a nosný bok 13 na protilehlém boku (viz obr. 6).

Pomocí tvarového nože 41 (podobného noži použitému pro vyrobení drážky 22 ve vnitřních závitech 12) je v závitech 11 vyrobena spirálová drážka 21. Obrábění drážky je prováděno nezávisle na velikosti závitů 11.

36468a • · · 44 4 • 4 ·· ·· ·· • · 4 · 4 4 4 4 · 4 4 • · · · 4 4 4 4 4 « 4 • · 444 ·· 444444 · 4 • · · ·· 4 4444 • 4 44 44 44 44 44

Tvarový nůž 41 se do závitů zařezává v podstatě radiálně od vrcholů závitů a po obou stranách zanechává dva půlzávity, nosný půlzávit 23 ze strany nosného boku a záběrný půlzávit 25 ze strany záběrného boku, aniž by přitom došlo k naříznutí boků závitů.

Tvarový nůž 41 se přemísťuje ve spirále tak, jak je naznačeno na obr. 5, přičemž stoupání p této spirály je identické se stoupáním závitu části 2 opatřené vnějším závitem. Základna nože se přitom opírá o kónickou plochu s tvořící přímkou 43.

Tato kónická plocha má ve srovnání s částí 2 opatřenou závitem dvojnásobný sklon (mezi tvořící přímkou 43 a osou prvku 1 se závitem je úhel 3,58°), takže hloubka drážky 21 se od prvního závitu 11.1 v záběru postupně zmenšuje, až se na úrovni desátého závitu 11.10 stane rovnou nule.

Drážka 21 umožňuje snížit tuhost závitů v oblasti 31 prvních závitů v záběru ve srovnání s tuhostí závitů v oblasti 33 prostředních závitů.

Podobně jako v případě vnitřních závitů je tuhost vnějších závitů určena geometrií nosného půlzávitu 23 a zejména sklonem nosného boku 13 a boku 27 drážky vzhledem k ose prvku se závitem, vzdáleností dl mezi nosným bokem 13 a středem O_x zaoblení dna drážky a vzdáleností d3 mezi bodem Oi a obalem žlábků závitů.

Jelikož je stoupání spirály drážky 21 stejné jako stoupání závitů 11, vzdálenost dl se od jednoho závitu ke druhému mění jen velmi málo.

36468a φφ φφ φφ φφ φφ φφ'φφ φφφφ φφφφ φφ φ φφφφ φφφφ φφ φ φ φ φφφ φ φ φ φφφ φφφ φ φφ φ φφ φ · φ · φ φφ φφ φφ φφ φφ φφ

Vezmeme-li v úvahu, že tvořící přímka 43 má větší sklon než část opatřená závitem, pak vzdálenost d3 se od prvního závitu 11.1 postupně zvětšuje, takže d3.1 < d3.2 < d3.3 atd.

Z toho vyplývá, že tuhost vnějších závitů 11 je minimální na úrovni závitů v oblasti 31 prvních závitů v záběru a maximální na úrovni závitů bez drážky v oblasti 35 posledních závitů v záběru a v oblasti 33 prostředních závitů. Tuhost vnějších závitů 11 v oblasti 31 prvních závitů v záběru je přitom menší než tuhost závitů s drážkou o menší hloubce v oblasti 33 prostředních závitů.

Tuhost vnějších závitů 11 se postupně zvětšuje tak, jak se zmenšuje hloubka drážky, od prvního závitu 11.1 v záběru až k desátému závitu v oblasti 35 prostředních závitů.

Vzdálenost d3.1 je o něco větší než poloměr R1 dna drážky (0,4 mm), takže dno drážky v žádném okamžiku nepřesáhne přes obal žlábků závitů. Stejně jako v případě vnitřních závitů je však velmi dobře možné provést drážku, která by protínala obal žlábků prvních závitů.

Naopak je třeba se vyvarovat provedení drážky, jejíž dno by sahalo mimo prostor mezi obalem žlábků 17 a obalem vrcholů 19 závitů, v oblasti posledních závitů v záběru, jelikož kritická oblast prvku s vnějším závitem se nachází na úrovni posledního závitu v záběru.

Obr. 7 znázorňuje trubicový spoj 100 se závitem tvořený šroubovým spojením prvků 1 a 2 se závitem z obr. 1 a 4 se specifikovaným momentem šroubování.

86468a ·· ··· · ·» ·· ·* • · · · ·«·· · · · ···· · · · · · · · • · ··· · · · ··· · · · ·

Kónická těsnící dosedací plocha _5 prvku s vnějším závitem radiálně interferuje s kónickou těsnící dosedací plochou 6 prvku s vnitřním závitem a narážka Ί_ prvku s vnějším závitem se silou opírá proti narážce 8_ prvku s vnitřním závitem.

V reakci na axiální tlakové síly mezi narážkami se nosné boky 13 a 14 vnějšího a vnitřního závitu dostanou do vzájemného kontaktu a vyvíjejí dotykový tlak.

Kromě toho vrcholy 18 vnitřních závitů radiálně interferují se žlábky 17 vnějších závitů, zatímco mezi vrcholy 19 vnějších závitů a žlábky 20 vnitřní závitů je vůle.

Obr. 7 umožňuje znázornit závity v záběru a polohu drážek 21 a 22 v oblastech 21/ 32 prvních závitů v záběru a v části oblastí 33, 35 prostředních závitů.

Obr. 12 znázorňuje přenášení axiálního zatížení F_A mezi nosnými boky vnějších a vnitřních závitů v záběru v trubicových spojích se závitem namáhaných v axiálním tahu s takovým zatížením, kdy tělo trubice 101 je namáháno na 80 % meze pružnosti materiálu (80 % PBYS).

Křivka B se vztahuje k trubicovému spoji se závitem podle vynálezu z obr. 7, zatímco křivka A se vztahuje k běžnému trubicovému spoji se závitem, který je podobný, ale bez drážky.

Křivka A (běžný trubicový spoj se závitem) má miskový tvar, přičemž přenášení zatížení dosahuje maxima na úrovni prvních a posledních závitů v záběru. Závity v oblastech 33,

86468a

9999

9 99 9« 9 9

9999 9999 99 9

999 9 9999 9 9 9

909999 9 999 999 9 prostředních závitů tedy nemohou být plně využity, pokud jde o jejich schopnost přenášet zatížení.

Křivka B (trubicový spoj se závitem z obr. 7) představuje mnohem rovnoměrnější přenášení zatížení díky drážkám 21, 22, které snižují tuhost prvních závitů v záběru.

Z této křivky je zřejmé, že trubicový spoj se závitem z obr. 7 vykazuje vynikající chování jak při statickém namáhání (mechanická odolnost, nepropustnost), tak také při dynamickém namáhání (odolnost proti vzniku prasklin v důsledku únavy).

Podobných výsledků by bylo možné dosáhnout provedením drážky na úrovni posledních závitů v záběru nebo současně na úrovni prvních i posledních závitů v záběru. V případě, že by drážka byla provedena v oblasti posledních závitů v záběru, by musel být sklon tvořící přímky obalu dna drážky v této oblasti samozřejmě menší než sklon části se závitem, aby se dosáhlo snižujícího účinku na tuhost závitů.

Vnější zatížení působící na prvky se závitem trubicového spoje se závitem a napětí vyplývající ze šroubování se projevují napěťovým polem, které může mít maximum v poloměru napojení na patě závitu mezi nosným bokem a žlábkem závitu.

Je praktické určit pro každý závit koeficient koncentrace napětí (SCF) v tomto místě vztažené na napětí na těle trubice 101 a k tomuto účelu je možné použít zejména definici koeficientu koncentrace napětí podle ISO 13628 7CD1:

86468a

9··· ·· 9r **

9 · 9 9999 99 <

9999 9 * 9 9 99 9 • 999999 999999 9 9

9 99 9 9999 • 9 99 99 99 99 99

-závit frp \ —Závit /m \ hlavni k J-max/ ^υ hlavni V J-min/

SCF = -_:, kde _tělo trubice /rp \ _těl° trubice /rp \

O \ imax/ tJ \ J-min/

Tmin a T_max jsou zatížení odpovídající namáhání těla trubice 101 v axiálním tahu například na 0 a 80 % její meze pružnosti;

o^zavithlavní je nej vyšší ze tří hlavních napětí působících na elementární krychli materiálu, přičemž se bere v úvahu jak namáhání způsobené šroubováním tak to, jemuž je vystaven trubicový spoj se závitem (např. axiální tah + střídavý ohyb);

_Otěio_trubice j_{e na}pgtí na těle trubice 101, přičemž ve jmenovateli SCF je v tomto případě zvolena hodnota 80 % meze účinné pružnosti uvažované trubice.

Obr. 13 znázorňuje hodnoty SCF ze strany prvku s vnějším závitem (křivky AI a Bl) a ze strany prvku s vnitřním závitem (křivka B2) . Křivka AI se vztahuje k běžnému spoji se závitem a křivky Bl a B2 ke spoji se závitem podle vynálezu (obr. 7).

Z křivek AI a Bl na obr. 13 je zřejmý vliv drážky na odolnost proti únavě: ve srovnání s trubicovým spojem se závitem podle dosavadního stavu techniky (křivka AI) snižuje drážka 22 (křivka Bl) maximum SCF na úrovni oblasti posledních vnějších závitů, přičemž toto snížení je vyváženo zvýšením maxima SCF na úrovni oblasti prvních vnějších závitů. Toto maximum však z hlediska odolnosti proti únavě není příliš závažné, neboť na úrovni oblasti prvních vnějších závitů je stěna prvku s vnějším závitem v axiálním

86468a • · · · · · · · ·· « • ······ ······ · « ·· · · · · ···· tahu namáhána jen málo, zatímco na úrovni oblasti posledních vnějších závitů musí stěna prvku s vnějším závitem unést celkové zatížení v axiálním tahu působící na prvek se závitem.

Drážka 21 má podobný vliv na tvar křivky SCF, která se vztahuje k vnitřním závitům, přičemž stěna prvku s vnitřním závitem na úrovni prvních vnitřních závitů je sama pod tlakem v důsledku narážek 7 a 8j křivka B2 z obr. 13 má ve srovnání s křivkou A2 ze stejného výkresu podobný průběh.

Výše uvedená úvaha může být přímo aplikována na případ kombinovaného vnějšího namáhání: např. statický axiální tah, statický zevnitř působící tlak a cyklický ohyb. Může být rovněž aplikována na případy, kdy jsou prvky se závitem namáhány v axiálním tlaku, přičemž se upraví uspořádání drážky (záběrné půlzávity jsou namáhány více než nosné půlzávity).

Obr. 8 znázorňuje jiné provedení trubicového spoje se závitem pro podmořské sloupy nazývané „risers, které zahrnuje kromě soupravy vnitřních těsnících dosedacích ploch .5 a 6, jako v případě znázorněném na obr. 7, také soupravu vnějších těsnících dosedacích ploch 45 a 46, aby se zabránilo jakémukoliv průniku kapaliny dovnitř nebo ven.

Kromě narážek Ί_ a 8 podobně jako v případě znázorněném na obr. 7 (hlavní narážky) obsahuje spoj se závitem z obr. 8 také vnější narážky tvořené plochou čelního konce 10 prvku s vnitřním závitem a odpovídající prstencovou plochou 47 na prvku s vnějším závitem.

86468a • 4 • 4

4

Časti 3. a 4_ opatřené vnějším a vnitřním závitem jsou naprosto podobné těm z obr. 7, přičemž drážka se zmenšující se hloubkou je uspořádána na závitech počínaje od prvního vnitřního závitu až k desátému vnitřnímu závitu a od prvního vnějšího závitu až k devátému vnějšímu závitu a zaručuje stejný technický účinek snížení tuhosti závitu a snížení maximálních hodnot SCF.

Drážky dále umožňují větší pružnost činnosti vnějších a vnitřních narážek.

Hluboká drážka provedená na úrovni prvních vnějších závitů a jejich malá tuhost totiž zvětšují účinnou délku, na které je na konci šroubování stlačován okraj 9 prvku s vnějším závitem: okraj 9_ je tak stlačován na délce větší, než je jeho délka, a pro stejnou úroveň dovoleného namáhání je tedy možné zašroubovat trubicový spoj se závitem více a poskytnout těsnícím dosedacím plochám 5 a 6 více energie.

Takovýto technický účinek může být významný již pro trubicové spoje se závitem s jednou soupravou narážek, jaký je znázorněn například na obr. 7, ale ještě významnější je u trubicových spojů se závitem, které mají dvě soupravy narážek, jako je tomu například v případě znázorněném na obr. 8.

Ve skutečnosti je poměrně obtížné synchronizovat činnost dvou souprav narážek, pokud tyto dvě soupravy nejsou vyrobeny mimořádně přesně, a tedy také mimořádně draze.

Větší tvárnost okrajů 9_ a 50 prvků s vnějším a vnitřním závitem umožňuje dostat na doraz nejen hlavní narážky (v daném případě vnitřní), ale také pomocné narážky (v daném

36468a • · · ·· · ·· ·· ·· ·· • · · · ···· · · · • · · · · · · · · · · • · ··· · · · ··· · « · « případě vnější) ve všech možných případech spárování prvku s vnějším závitem a prvku s vnitřním závitem, dokonce i když je vzdálenost mezi oběma narážkami prvku s vnějším závitem maximální a vzdálenost mezi oběma narážkami prvku s vnitřním závitem minimální.

Podobného technického účinku lze dosáhnout prodloužením okrajů £ a 50, ale to by snížilo kompaktnost trubicového spoje se závitem, což není žádoucí, a zhoršilo jeho těsnící vlastnosti: příliš pružné okraje 9_ a 50 nezpůsobují dostatečný dotykový tlak mezi těsnícími dosedacími plochami 5, 6, 45, 46.

Obr. 9 znázorňuje další provedení spoje se závitem podle vynálezu, který podobně jako v patentu US 687 999 obsahuje kónické části opatřené vnějším a vnitřním závitem, z nichž každá obsahuje dvě části 203, 203¹ , 204, 204¹ se závitem, které jsou od sebe radiálně a osově vzdáleny a odděleny soupravou středových narážek 207, 208.

Každá kónická část se závitem obsahuje část 211, 211¹, 214, 214¹ vznikajících závitů, nazývaných „run-in, ve kterých je obal žlábků závitů zkosený rovnoběžně s osou prvku se závitem, a část 212, 212¹ , 213, 213' mizejících závitů, nazývaných „run-out, ve které jsou vrcholy závitů zkoseny rovnoběžně s osou prvku se závitem.

Každá část se závitem obsahuje devět závitů, všechny v záběru, a vymezuje oblasti 231, 231¹, 232, 232¹ prvních závitů v záběru, oblasti 235, 235¹, 236, 236¹ posledních závitů v záběru a oblasti 233, 233¹, 234, 234 ¹ prostředních závitů, přičemž každá z těchto oblastí obsahuje tři závity.

86468a

9999

Jak je znázorněno na obr. 9, drážka je vyrobena na každé části se závitem vždy na prvních čtyřech vnějších závitech a prvních čtyřech vnitřních závitech, přičemž hloubka drážky se zmenšuje od prvního závitu v záběru až ke čtvrtému.

Technický účinek drážky na každé části se závitem je stejný jako v případě spoje se závitem z obr. 7, jehož části opatřené závitem mají jen jednu část se závitem, a umožňuje snížit hodnotu SCF na patě posledních závitů v záběru v každé části se závitem.

Obr. 10 znázorňuje jiné provedení prvku s vnitřním závitem, které je variantou k provedení znázorněnému na obr. 1 a 3.

Jak je vidět na obr. 10, v závitech je vyrobena drážka, jejíž stoupání p^{1 1} je menší než stoupání p závitu části opatřené závitem, takže vzdálenost d2 k nosnému boku se od prvního vnitřního závitu v záběru zvětšuje: d2.1 < d2.2 <

d2.3.

Základna tvarového nože 42, kterým je obráběna drážka, se alespoň na prvních závitech přemísťuje na kónické ploše, která má stejný sklon jako část opatřená vnitřním závitem, takže drážka má na prvních závitech v podstatě konstantní hloubku.

Vzdálenost d2.1 je taková, aby drážka nezasáhla do nosného boku.

Po vyrobení drážky na prvních třech závitech se nůž odkloní, přičemž jeho základna sleduje křivku 44, což může

86468a • 9 • 9

9 9 9 9

být například kruhový oblouk nebo hyperbola, a opisuje torickou plochu nebo rotační hyperboloid tak, aby drážka nezasáhla do záběrného boku, což by mohlo narušit vzájemný záběr vnitřních a vnějších závitů.

Sklon křivky 44 je za třetím závitem větší než sklon části opatřené závitem, aby se dosáhlo snižujícího odklonu.

Na prvku s vnitřním závitem z obr. 11 se dosáhne stejného technického účinku snížení tuhosti prvních závitů v záběru jako na prvku s vnitřním závitem z obr. 1 a 3.

Obr. 11 znázorňuje jiné provedení prvku s vnějším závitem, které je variantou k provedení znázorněnému na obr. 4 a 6. Drážka je zde vyrobena stejně jako na obr. 11 se stoupáním p¹ menším než stoupání p závitu části opatřené závitem a stejnou hloubkou drážky na prvních závitech.

Vzdálenost dl drážky od nosného boku se od prvního vnějšího závitu v záběru zvětšuje: dl.1 < dl.2 < dl.3.

Základna tvarového nože 41, kterým je obráběna drážka, a v důsledku toho i nůž a jeho hrot sledují složenou rotační plochu: základna se nejprve přemísťuje podél kónické plochy, která má stejný sklon jako část opatřená vnějším závitem, a poté opisuje torickou plochu nebo rotační hyperboloid s tvořící křivkou 43, jejíž sklon je větší než sklon části opatřené závitem.

To umožňuje, podobně jako v případě znázorněném na obr. 10, dosáhnout snížení tuhosti prvních závitů v záběru bez zaříznutí se do záběrných boků vnějších závitů.

86468a

9 9 99

9 · • · 9 9

9999

Předkládaný vynález může být využit v četných dalších variantách provedení, které v tomto dokumentu nejsou popsány, aniž by se tím překročil rozsah nárokovaného vynálezu.

Aniž by to omezovalo rozsah vynálezu, uvádíme jako příklad, že drážku lze provést ve všech typech částí opatřených závitem (válcových, kónických, kónickoválcových), do všech typů závitů (radiálně interferujících závitů, robustních závitů neboli „rugged thread popsaných v patentové přihlášce EP 454 147, závitů klínového typu s variabilní šířkou nebo závitů s axiálním stahováním) a do všech obecných tvarů závitů (lichoběžníkových, zaoblených trojbokých). Drážky mohou mít profil ve tvaru písmene „U, dno drážky může opisovat torickou plochu nebo plochu rotačního hyperboloidu již od prvního závitu a drážka může být provedena rovněž s variabilním stoupáním a variabilní hloubkou.

Boky závitů, zejména nosný bok a/nebo záběrný bok, mohou být konvexně zakřiveny tak, aby se dosáhlo žádoucích dotykových vlastnosti (lokalizace, tlak) mezi příslušnými boky navzdory změnám namáhání v provozu.

Oblasti napojení mezi boky a žlábky závitů mohou také obsahovat různé části s různými poloměry zakřivení přizpůsobené tak, aby se minimalizovala hodnota SCF.

Obvodová plocha prvku se závitem, která je protilehlá té, na které jsou provedeny závity, může rovněž obsahovat vybrání ve tvaru drážky uspořádané naproti závitům, přičemž se zmenší zbytková tloušťka stěny pod částí opatřenou závitem na úrovni prvních závitů v záběru.

86468a • · · ··

Zejména v případě závitů typu „rugged thread, závitů klínového typu nebo závitů s axiálním stahováním, ve kterých mohou být oba boky závitu vystaveny dotykovému tlaku s variabilní intenzitou, lze získat další výhodu plynoucí z technického účinku drážky se stoupáním rovným stoupání závitu části opatřené závitem, ale s variabilní hloubkou: takováto drážka snižuje tuhost závitů ze strany nosného boku a zároveň ze strany záběrného boku a umožňuje zvýšit odolnost trubicového spoje se závitem proti únavě vyvolané současně cyklickým namáháním v tahu, cyklickým namáháním v tlaku, namáháním v tahu - tlaku nebo střídavým namáháním v ohybu.

Zastupuj e:

Dr. Miloš Všetečka v.r.

86468a

- 33 upravena strana

JUDr. Miloš Všetečka advokát

120 00 Praha 2, Hálkova 2

Claims

1. Prvek (1, 2) s vnějším nebo vnitřním závitem pro trubicový spoj (100, 200, 400) se závitem, uspořádaný na konci trubice (101, 102, 201, 202) a podle toho, zda se jedná o prvek s vnějším závitem, nebo o prvek s vnitřním závitem, obsahující buď zvenku část (3) opatřenou vnějším závitem nebo zevnitř část (4) opatřenou vnitřním závitem, která je tvořena vždy alespoň jednou částí (3, 4, 203, 203', 204, 204') se závitem, přičemž každá část se závitem obsahuje počínaje od čelního konce (7, 10) prvku se závitem tzv. oblast (31, 32, 231, 231', 232, 232') prvních závitů v záběru, tzv. oblast (33, 34, 233, 233', 234, 234') prostředních závitů a tzv. oblast (35, 36, 235, 235', 236,

236') posledních závitů v záběru, vyznačující se tím, že alespoň na části axiální délky alespoň jedné části se závitem je v závitech (11, 12) v podstatě radiálně vytvořena spirálová drážka (21, 22) tak, aby vycházela z vrcholu (18, 19) závitu, že drážka je provedena na všech závitech nebo na části závitů v jedné nebo obou koncových oblastech, tj . v oblasti prvních závitů v záběru a oblasti posledních závitů v záběru, a že je volitelně vytvořena také na závitech v oblasti prostředních závitů, přičemž drážka má takové geometrické charakteristiky, které snižují tuhost závitů s drážkou v koncové oblasti nebo koncových oblastech vzhledem k tuhosti závitů v oblasti prostředních závitů.

2. Prvek se závitem podle nároku 1, vyznačující se tím, že drážka je provedena na závitech v oblasti (31,

32, 231, 231', 232, 232') prvních závitů v záběru a volitelně na závitech v oblasti (33, 34, 233, 233', 234,

16 86468a • A

A A ·· • · · · • A A A • « AAA A

A A ·

AA AA

Upravená strana ·· AA AAAA

A A A A A ♦ A AAA ••AAA A A

A · · * · • · A A A A

234') prostředních závitů, přičemž závity v oblasti (35, 36, 235, 235', 236, 236') posledních závitů v záběru zůstanou úplné.

3. Prvek se závitem podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že drážka (21, 22) má profil vytvořený proniknutím tvarového nože (41, 42) do závitů (11, 12) části se závitem do dané hloubky.

4. Prvek se závitem podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že drážka (21, 22) má profil ve tvaru zaobleného písmene „V.

5. Prvek se závitem podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že když je drážka provedena v oblasti posledních závitů v záběru, dno drážky se nachází v prostoru této oblasti mezi obalem žlábků (17, 20) závitů a obalem vrcholů (18, 19) závitů.

6. Prvek se závitem podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že drážka má takové geometrické charakteristiky, že tuhost závitů se postupně zvyšuje od koncového závitu (11.1, 12.1) v záběru v koncové oblasti nebo koncových oblastech s drážkou směrem k oblasti prostředních závitů.

7. Prvek se závitem podle nároku 6, vyznačující se tím, že hloubka drážky se pravidelně zmenšuje od koncového závitu (11.1, 12.1) v záběru v koncové oblasti nebo koncových oblastech s drážkou směrem k oblasti prostředních závitů.

8. Prvek se závitem podle nároku 6 nebo 7,

16 86468a

Upravená strana ·· 99 9999 • 9 9 9 9 • 9 9 9 9 •9999 9 φ • 9 9 9 9

99 99 99 vyznačující se tím, že stoupání (p', p'¹) spirály drážky (21, 22) je odlišné od stoupání (p) závitu části se závitem, kde je drážka vytvořena.

9. Prvek se závitem podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že obal dna drážky je kónická plocha, která je souosá s prvkem se závitem.

10. Prvek se závitem podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že obal dna drážky je rotační plocha souosá s prvkem se závitem, jejíž tvořící křivka není přímočará.

11. Prvek se závitem podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že je-li drážka provedena v oblasti prvních závitů v záběru a volitelně v oblasti prostředních závitů, sklon tvořící křivky obalu příslušného dna drážky je větší než sklon části se závitem, kde je drážka vytvořena.

12. Prvek se závitem podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že mají-li závity obecně lichoběžníkový tvar, drážka nevyústuje na záběrný bok (15, 16) závitů.

13. Prvek se závitem podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že část opatřená závitem obsahuje alespoň dvě části (203, 204), (203', 204') se závitem a že drážka je provedena na každé z částí se závitem.

14. Prvek se závitem podle některého z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že obsahuje jedinou narážku (7), jejíž dorazová plocha je tvořena čelním koncem prvku se

16 86468a upravena strana ·♦ ·· • · · « • ♦ · · • 4 444 » ♦ ·

44 44

4 4 4 4 závitem.

15. Prvek (3, 4) se závitem podle některého z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že obsahuje první narážku (7, 10) , jejíž dorazová plocha je tvořena čelním koncem uvažovaného prvku se závitem, a druhou narážku (8, 47) uspořádanou tak, že v zašroubovaném spoji se závitem spolupracuje s narážkou na čelním konci sdruženého prvku (4, 3) se závitem, přičemž obě narážky uvažovaného prvku (3, 4) se závitem jsou způsobilé se opírat proti oběma odpovídajícím narážkám zmíněného sdruženého prvku (4, 3) se závitem.

16. Prvek (3, 4) se závitem podle některého z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jednu těsnící dosedací plochu (5, 6) určenou k tomu, aby radiálně interferovala s těsnící dosedací plochou (6, 5) na sdruženém prvku (4, 3) se závitem.

17. Trubicový spoj (100, 200, 400) se závitem obsahující prvek (1) s vnějším závitem na konci první trubice (101, 201) a prvek (2) s vnitřním závitem na konci druhé trubice (102, 202), přičemž alespoň jeden z těchto dvou prvků se závitem je prvek se závitem podle některého z nároků 1 až 16.