CZ302148B6

CZ302148B6 - Trubkový závitový spoj

Info

Publication number: CZ302148B6
Application number: CZ20030184A
Authority: CZ
Inventors: Sches@Céline; Sugino@Masaaki; Varenne@Emmanuel; Yamamoto@Miyuki
Original assignee: Vallourec Mannesmann Oil & Gas France; Sumitomo Metal Industries
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2010-11-18
Also published as: US6789823B2; EA003840B1; CN1272521C; EA200300038A1; AU2001269182A1; CA2410794A1; WO2001098620A1; ATE363581T1; CN1437673A; DE60128687D1; MXPA02012594A; EP1295007B1; AR029683A1; PL195714B1; CA2410794C; US20030067168A1; BR0111807B1; EP1295007A1; PL359461A1; CZ2003184A3

Abstract

Trubkový závitový spoj (1), u kterého prstencová zóna (24) vnejšího osazení zahrnuje vnitrní obvodový povrch (27), jehož vnitrní prumer (ID.sub.B.n.) je, alespon v tesné blízkosti k vnejší operné ploše (26), menší než vnitrní prumer (ID.sub.P.n.) vnitrního obvodového povrchu (17) vnitrní príruby (18), pricemž pomer R techto prumeru (ID.sub.B.n./ID.sub.P.n.) je menší než 1, ale soucasne vetší než nebo rovný 0,9.

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká trubkových závitových spojů, zahrnujících vnitřní závitový element na konci první trubkovité komponenty a vnější závitový element na konci druhé trubkovité komponenty, přičemž vnitřní závitový element je opatřený vnějším závitem a zakončený vnitřní přírubou, která zahrnuje, za prvé, vnější obvodový povrch, na kterém je vytvořená vnitřní těsnicí plocha, za druhé, prstencovou vnitřní opěrnou plochu, orientovanou v podstatě příčně, umístěnou v blízkosti a navazující na uvedenou vnitřní těsnicí plochu a tvořenou čelní plochou volného konce vnitřního závitového elementu, a za třetí, vnitřní obvodový povrch; vnější závitový element zahrnuje, za účelem jeho spolupráce s korespondujícími prostředky vnitřního závitového elementu, vnitřní závit, vnitřní obvodový povrch, na kterém je vytvořená vnější těsnicí plocha, a vnější osazení, vykazující, na jedné straně, prstencovou vnější opěrnou plochu, orientovanou v podstatě příčně, umístěnou v blízkosti a navazující na uvedenou vnější těsnicí plochu, a vymezující, na straně druhé, prstencovou zónu vnějšího osazení, která je v případě, kdy vnitřní opěmá plocha zabírá s vnější opěrnou plochou, vystavená působení axiálních stlačovacích sil, vnější závit je do vnitřního závitu našroubovaný až do polohy, ve které vnitřní opěmá plocha zabírá s vnější opěrnou plochou, a vnitřní těsnicí plocha se pak nachází v radiálním styku s vnější těsnicí plochou.

Takové spoje se uplatňují zejména při vytváření kolon pažnic, kolon těžebního potrubí nebo vrtacích kolon pro vrty, určené k těžbě uhlovodíků nebo pro geotermální vrty.

Vnitřní a vnější závitové elementy mohou být umístěné na konci trubek velké délky, přičemž vnitřní závitový element první trubky je našroubovaný do vnějšího závitového elementu další trubky za vytvoření integrálního závitového spoje.

Alternativně mohou být vnitřní závitové elementy uspořádané na každém ze dvou konců trubek velké délky a tyto trubky jsou navzájem spojené prostřednictvím krátké trubky nebo spojovacího kusu, jejichž konce nesou dva vnější závitové elementy: takové spojení mezi dvěma trubkami velké délky je ze stavu techniky známé jako „závity opatřené a spárované spojení“, využívající dva trubkové závitové spoje.

Konkrétně se předložený vynález se týká závitových spojů známých jako pojistné spoje, které zahrnují těsnicí plochy s radiálním stykem kov-kov a k nim přičleněné, na ně navazující opěrné plochy, jejichž fúnkcí je zejména přesné polohování uvedených těsnicích ploch.

Dosavadní stav techniky

Shora zmiňované pojistné spoje jsou podrobně popsané například v evropském patentovém dokumentu EP 0 488 912 a fúnkcí takových spojů je zajistit možnost utěsnění závitových spojů vůči tekutinám v různých provozních konfiguracích a podmínkách (axiální tahová nebo tlaková napětí, vnitřní nebo vnější tlak, ohyb a podobně). Při posuzování dokumentu EP 0 488912 je zřejmé, že vnitřní průměr vnitřního obvodového povrchu je menší než průměr vnitřního obvodového povrchu vnějšího osazení před šroubovací operací (viz obr. 2 a sl. 8, ř. 21 až 24). Po šroubování „v zašroubované a utažené poloze ... jsou oblasti 27 a 29 na průměrech, které jsou tak blízko k sobě, jak je jen možné“ (viz sl. 8, ř. 6 až 11). Tyto požadavky dovolují omezit turbulenční účinek v tekoucím médiu (viz sl. 8, ř. 11 až 13).

U dokumentu US 5649725 je vnitřní průměr na obrázcích 2A a 2B alespoň v blízkosti k uvedenému vnitřnímu opěrnému povrchu (23) větší než průměr vnitřního obvodového povrchu (13) vněj Šího osazení.

- 1 CZ 302148 B6

U dokumentu GB 1160282 je zřejmé, že znak, zahrnující poměr dle předloženého vynálezu (viz dále), v něm není obsažen. Dále je třeba poznamenat, že tento dokument nehovoří o technickém problému napětí mezi vnitřním opěrným povrchem a prstencovou zónou vnějšího osazení.

Současné technologické postupy pro vrtání skloněných vrtů, orientovaných v šikmém úhlu nebo i horizontálně, nutně vyžadují, během zavádění trubek a tyto trubky spojujících závitových spojů do vrtu, otáčení těchto trubek a spolu s nimi i jejich závitových spojů.

Takové technologické postupy vyžadují šroubování závitových spojů za působení velkých šroubovacích kroutících momentů, jejichž velikost je vždy podstatně vyšší než velikost kroutících momentů, používaných při zavádění trubkových kolon do vrtu a které by mohly způsobovat změny vzájemné polohy těsnicích ploch a v důsledku toho selhání spoje z hlediska jeho těsnosti vůči propouštění.

Vzhledem k existenci požadovaných kroutících momentů a namáhání ohybem v úsecích, které jsou v důsledku geometrie vrtu odkloněné (skloněné vrty), jsou opěrné plochy vystavené působení velkých namáhání.

Konkrétně řečeno, v případě kolon pažnic nebo kolon těžebních trubek je vrt vybavený množstvím koncentricky uspořádaných trubkových kolon a z důvodu umístění maximálně možného počtu kolon do tohoto vrtu je nezbytné vnitřní a vnější průměry jednotlivých součástí, tvořících tyto kolony, limitovat.

Opěrné plochy, kterými jsou plochy nacházející se na závitových elementech a které jsou orientované v podstatě kolmo k ose spoje, mají tudíž limitovanou radiální tloušťku a v případě takových závitových spojů jsou vystavené působení velmi vysokých napětí, která mohou mít za následek jejich nepřijatelné uvádění do plastického stavu.

Mezinárodní patentové přihlášky WO 94/29627 a WO 00/14441 uvádějí ve známost trubkové závitové spoje, dovolující jejich šroubování za použití velmi vysokého kroutícího momentu, v důsledku čehož jsou boky závitů zcela nebo částečně činné jako boční opěry.

Patentové dokumenty FR 1 488 718 a FR 1 489 013, podle některých v něm uváděných skutečností, uvádějí ve známost trubkový závitový spoj, vykazující opěrné plochy a těsnicí plochy a opatřený na konci vnitřního závitového elementu vnitřní přírubou a na konci vnějšího závitového elementu vnějším osazením, ve kterém je vnitřní průměr vnitřního obvodového povrchu prstencové zóny vnějšího osazení, nacházející se v těsné blízkosti uvedené vnější opěrné plochy, menší než průměr vnitřního obvodového povrchu vnitřní příruby.

Podstata vynálezu

Cílem předloženého vynálezu je vytvořit pojistný trubkový závitový spoj se spárovanou dvojicí opěrných ploch, vnitřní a vnější, které jsou odolné zejména vůči jejich uvádění do plastického stavu, aniž by docházelo k tomu, aby boky závitu působily jako boční opěry.

Dalším cílem předloženého vynálezu je jeho použitelnost v kombinaci s pojistnými trubkovými závitovými spoji, vykazujícími jednu nebo několik bočních oper pro každý závitový element, avšak s tím, že hlavní boční opera (tj. boční opera, která vstupuje do opěrného styku jako první a na kterou působí největší napětí) je vytvořená na volném konci vnitřního závitového elementu a korespondující boční opěra na vnějším závitovém elementu.

-2CZ 302148 B6

Ještě dalším cílem předloženého vynálezu je jeho použitelnost v kombinaci s jakýmkoliv typem závitu, s jakoukoliv tvarovou konfigurací závitu nebo s jakoukoliv tvarovou konfigurací těsnicích ploch.

Výše uvedené úkoly jsou u trubkového spoje v úvodu uvedeného druhu řešeny tím, že prstencová zóna vnějšího osazení zahrnuje vnitřní obvodový povrch, jehož vnitřní průměr je, alespoň v těsné blízkosti k vnější opěrné ploše, menší než vnitřní průměr vnitřního obvodového povrchu vnitřní příruby a že poměr těchto průměrů je menší než I, ale současně větší než nebo rovný 0,9.

io V úvodu uvedeným výrazem „v podstatě příčně orientovaná plocha“ se ve spojení se zde uváděnými skutečnostmi míní jak rovinné, tak i jiné než rovinné plochy, například kuželovité plochy, jejichž tvořící přímka nesvírá, vzhledem k rovině kolmé na osu závitového spoje, úhel větší než 30°.

Na základě uvedeného charakteristického znaku je zásluhou původců předloženého vynálezu možné ekvivalentní von Misesovo napětí, působící v prstencové zóně vnějšího osazení, které je v řadě závitových spojů známých ze stavu techniky větší než napětí, působící ve vnitřní boční opeře, prostřednictvím navzájem přiléhajících opěrných ploch redukovat na do tří os rozložené a ve třech osách působící napětí: všechna hlavní napětí, působící ve vnitřní boční opeře, jsou napětí tlaková, zatímco v případě prstencové zóny vnějšího osazení je tlakovým napětím pouze napětí, působící v axiálním směru, zatímco dvěma zbývajícími hlavními napětími jsou tahová napětí.

Kromě toho tento charakteristický znak umožňuje udržovat postačující vnitřní průměr pro průchod skrze vnitřek trubkového závitového spoje.

Ani jeden z dokumentů FR 1 488 719 a FR 1 489 013 však neuvádí žádné omezení velikosti shora zmiňovaného poměru vnitřních průměrů.

Kromě toho není v patentovém dokumentu FR 1 489 013 zmiňována ani žádná účelová funkce, jo založená na rozdílu vnitřních průměrů; z uváděných skutečností je možné pouze usoudit, že menší průměr vnitřního obvodového povrchu prstencové zóny vnějšího osazení je důsledkem pěchování trubky za účelem vytvoření vnějšího závitového elementu.

V případě patentového dokumentu FR 1488719, jehož předmětem jsou závitové spoje pro pažni35 cové trubky, má zase prstencová zóna vnějšího osazení vnitřní průměr menší než vnitřní příruba z důvodu zabránění poškozování vnitřních přírub a tím i utěsnění závitového spoje vlivem otřesů během zavádění vrtacích trubek do vnitřku kolony pažnic. Vzhledem k tomu má existence rozdílu vnitřních průměrů zcela jinou funkci než v případě předloženého vynálezu.

Je výhodné, jestliže poměr R splňuje následující vztah:

Vl,7 - 0,7S² < R < 0,2 - 0,2S\ kde S se rovná poměru průměru vnějšího okraje vnitřní opěrné plochy k vnitřnímu průměru vnitřní příruby.

Cílem tohoto charakteristického znaku je minimalizovat rozdíl ekvivalentních napětí, působících ve vnitřní boční opeře a v prstencové zóně vnějšího osazení, a tím optimalizovat geometrii závitového spoje podle vynálezu.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že poměr R se v podstatě rovná ₅₀ Vl,3 - 0,3S² .

-3 CZ 302148 Β6

Je dále výhodné, jestliže vnitřní obvodový povrch vnějšího osazení závitového spoje podle předloženého vynálezu má minimální průměr v bodě, ve kterém uvedený vnitřní obvodový povrch protíná kuželovitá plocha maximálního smykového napětí, definovaná následujícím způsobem:

• je to kuželovitá plocha s polovičním vrcholovým úhlem 45°, která je koaxiální s vnějším závitovým elementem;

• její průměr v zóně vnějšího osazení se zmenšuje se zvětšující se vzdáleností od vnější opěrné plochy; a • prochází skrze vnější okraj uvedené vnější opěrné plochy.

Je dále výhodné, jestliže se průměr konce vnitřního obvodového povrchu vnějšího osazení na straně uvedené vnější opěrné plochy v podstatě rovná vnitřnímu průměru vnitřního obvodového povrchu vnitřní příruby.

Vnitřní obvodový povrch vnějšího osazení s výhodou zahrnuje první úsek, označený jako přechodový úsek, jehož vnitřní průměr se ve směru od vnější opěrné plochy postupně zmenšuje, a druhý válcový úsek s minimálním vnitřním průměrem.

Bod, ve kterém je přechodový úsek spojený s válcovým úsekem vnitřního obvodového povrchu vnějšího osazení, je definovaný jako spojovací bod. Tento spojovací bod je s výhodou umístěný v podstatě uprostřed mezi, na jedné straně, koncem přechodového úseku na straně vnější opěrné plochy a, na straně druhé, bodem, ve kterém kuželovitá plocha maximálního namáhání smykem protíná vnitřní obvodový povrch vnějšího osazení.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že přechodový úsek vnitřního obvodového povrchu vnějšího osazení zahrnuje kuželovitou plochu, která je koaxiální s vnějším závitovým elementem a vykazuje poloviční vrcholový úhel v rozmezí od 15° do 45°.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že přechodový úsek vnitrního obvodového povrchu vnějšího osazení zahrnuje kuželovitou plochu, která je koaxiální s vnějším závitovým elementem a vykazuje poloviční vrcholový úhel v rozmezí od 30° do 45°.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že přechodový úsek vnitřního obvodového povrchu vnějšího osazení zahrnuje alespoň jednu torickou plochu, která je koaxiální s vnějším závitovým elementem.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že přechodový úsek vnitřního obvodového povrchu vnějšího osazení zahrnuje torickou plochu, jejíž tečna, vedená jejím koncem na straně vnější opěrné plochy, svírá s osou trubkového závitového spoje úhel v rozmezí od 15° do 45°.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že přechodový úsek vnitřního obvodového povrchu vnějšího osazení zahrnuje torickou plochu, která je na svém konci protilehlém vnější opěrné ploše tečná k válcovému úseku vnitřního obvodového povrchu vnějšího osazení.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vnitřní a vnější opěrné plochy tvoří ustupující opěrné plochy, svírající sosou závitových elementů negativní úhel, jehož velikost je 20° nebo menší.

Poměr R průměrů, tzn. vnitrního průměru vnitrního obvodového povrchu alespoň v těsné blízkosti k vnější opěrné ploše a průměru vnitřního obvodového povrchu vnitřní příruby, silně přispívá pro vyrovnání napětí mezi vnitřním opěrným povrchem a prstencovou zónou vnějšího osazení. Tento znak je tedy spojen s technickým účinkem a také vede k vynálezecké činnosti, protože stav techniky popisuje pravý opak.

-4CZ 302148 B6

Přehled obrázků na výkresech

Předložený vynález, jeho další výhody a charakteristické znaky budou blíže vysvětleny na základě podrobného popisu příkladů jeho konkrétních provedení ve spojení s připojenými výkresy, na kterých představuje:

obr. 1 závity opatřené a spárované spojení, tvořené dvěma závitovými spoji podle stavu techniky, v zašroubovaném stavu;

obr. 2 detail vnitřní a vnější boční opěry závitového spoje v provedení podle obr. 1; obr. 3 detail závitového spoje podle vynálezu; obr. 4 detail z obr. 3 ve větším měřítku; obr. 5 variantu obr. 4;

obr. 6 graf zkoušky zatěžování nadměrným kroutícím momentem, znázorňující šroubovací kroutící moment jako funkci počtu otáček při zašroubovávání až do okamžiku, ve kterém dochází k deformaci bočních opěr.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 a 2 představují závity opatřené a dvěma závitovými spoji tvořené spárované spojení dvou ocelových trubek, tzn. prvních trubkových komponent 10, 10', velké délky.

Každý z konců těchto prvních trubkových komponent 10, JO' nese vnitrní závitový element JJ.,

1125

Vnitřní element 11 zahrnuje vnější závit J2 kuželovité konfigurace a je na straně svého volného konce zakončený vnitřní přírubou 18.

Tato vnitřní příruba J8 zahrnuje:

· vnější obvodový povrch, nesoucí kuželovitou vnitřní těsnicí plochu 13, svírající s osou XX vnitřního závitového elementu 11, 11' úhel například 20°;

• v podstatě příčně orientovanou prstencovou vnitřní opěrnou plochu 16, tvořenou čelní plochou volného konce vnitřního závitového elementu 11, JJ.', Vnitřní opěrná plocha J6 je uspořádaná v přilehnutí ke kuželovité vnitřní těsnicí ploše J3 a je s touto vnitřní těsnicí plo35 chou 13 spojená prostřednictvím torické plochy malého poloměru, řádově jeden milimetr, jejímž účelem je zabránit citelnému snížení pevnosti tohoto spojení. Vnitřní boční opěrou J4 je ve znázorněném příkladném provedení boční opera, označená jako ustupující boční opera nebo boční opera s negativním úhlem, jejíž vnitřní opěrnou plochou J6 je konkávní kuželovitá plocha s polovičním vrcholovým úhlem 75°, čímž je tvořen s kolmicí k ose XX úhel

15°; a • vnitřní obvodový povrch 17 s vnitřním průměrem ÍDp, vytvořený, s ohledem na kolísání tloušťky prvních trubkovitých komponent 10, pomocí strojního obrábění tak, aby osa tohoto vnitrního obvodového povrchu J7 byla shodná s osou vnitřního závitového elementu JI, JJ.'. Na tento vnitřní obvodový povrch J7 navazuje, na jedné straně, obecný vnitřní obvodo45 vý povrch první trubkovité komponenty JO a, na straně druhé, na konci B, vnitřní opěrná plocha J6.

Trubky, tzn. obecně první trubkovité komponenty JJ), JO', jsou dohromady spojené za použití spojovacího kusu, obecně druhé trubkovité komponenty 20, zahrnující dva vnější závitové ele50 menty 21, 2Γ, uspořádané symetricky na každém konci této druhé trubkovité komponenty 20.

-5 CZ 302148 B6

Vnější závitové elementy 21., 2J.' zahrnují prostředky, uspořádané pro spolupráci s korespondujícími prostředky vnitřních závitových elementů 11, 11' za vytvoření dvou trubkových závitových spojů 1, Γ.

S ohledem na to, že spojení trubkovitých komponent 10, 10'. 20, 20' je symetrické, bude následně podrobně popsán pouze trubkový závitový spoj 1.

Vnější závitový element 21 zahrnuje vnitřní závit 22, korespondující s vnějším závitem 12, vnitřní obvodový povrch, zahrnující kuželovitou vnější těsnicí plochu 23, a vnější osazení, vykazující v podstatě příčně orientovanou vnější opěrnou plochu 26, tvořenou konvexní kuželovitou plochou s polovičním vrcholovým úhlem 75°.

Opěrná plocha 26 vnější boční opery je uspořádaná v přilehnutí k vnější těsnicí ploše 23 a je s touto těsnicí plochou 23 spojená prostřednictvím torické plochy s malým poloměrem zakřivení, jejímž účelem je, stejně jako v případě vnitřního závitového elementu 11, zabránit citelnému snížení pevnosti tohoto spojení.

Vnější okraj A vnější opěrné plochy 26 je označený jako bod, který současně představuje patu vnějšího osazení na straně vnější těsnicí plochy 23. Tento vnější okraj A koresponduje s vnějším okrajem vnitřní opěrné plochy 16.

V dohromady spojeném stavu trubkového závitového spoje 1 je vnější závit 12 do vnitřního závitu 22 našroubovaný tak, že vnitřní boční opěra 14 dosedá na vnější boční opěru, tzn. prstencovou zónu 24 vnějšího osazení, pod styčným tlakem.

Toto přibližně příčné uspořádání opěrných ploch 16. 26 umožňuje umisťování vnitřního závitového elementu JJ. vzhledem k vnějšímu závitovému elementu 21, přičemž toto vzájemné umístění je velmi přesně vymezené velikosti šroubovacího kroutícího momentu.

V dohromady spojeném stavu trubkového závitového spoje J, kdy se vnitřní těsnicí plocha 13 nachází v radiálním styku s vnější těsnicí plochou 23, má pro navzájem korespondující přímé úseky těsnicích ploch 13, 23 význam skutečnost, že průměr vnitřní těsnicí plochy 13 je před vlastním spojováním o něco větší než průměr vnější těsnicí plochy 23.

Takový radiální styk generuje mezi těsnicími plochami 13, 23 vysoký styčný tlak. Tento styčný tlak je schopný trubkovému závitovému spoji 1 poskytovat těsnost vůči vnitřně nebo zevně působícím tekutinám bez ohledu na typ působících namáhání (vnitřní nebo vnější tlak, tahové napětí, stlačování, krůt, ohyb, s nebo bez cyklických změn teploty a podobně), a to buď jednotlivě, nebo v kombinaci.

Z důvodu zabránění otáčení vnitřního závitového elementu JJ vůči vnějšímu závitovému elementu 21, zejména v případě, kdy se trubková kolona během jejího zavádění do vrtu otáčí, je žádoucí velký šroubovací kroutící moment.

Důsledkem tohoto šroubovacího kroutícího momentu je axiální stlačování kovu vnitřní boční opěiy 14 a prstencové zóny 24 vnějšího osazení a nesmí jím být jejich uvádění do plastického stavu.

Kromě toho vyvolávají, ve spojení se skloněnými vrty, přídavná namáhání, způsobující stlačování vnitřní boční opery 14 a prstencové zóny 24 vnějšího osazení také ohybová napětí.

K témuž může docházet také v případě, kdy je trubková kolona vystavená působení axiálních tlakových namáhání a/nebo tepelných cyklů.

-6CZ 302148 B6

Radiální konec vnějšího osazení ze stávajícího stavu techniky známých závitových spojů má, jak může být seznatelné z obr. 1 a 2, válcový vnitřní obvodový povrch 27 obvykle stejného vnitřního průměru jako vnitřní obvodový povrch V7 vnitřní příruby 18.

Díky tomuto opatření je možné předejít:

* vzniku turbulencí v objemu cirkulující tekutiny, zejména v oblasti přechodu mezi vnitřním závitovým elementem H a vnějším závitovým elementem 21, jejichž existence generuje erozněkorozní mechanismus; a • zablokování nebo poškozování nástrojů nebo zařízení v oblasti tohoto přechodu, zaváděných ío do trubkové kolony během provozu.

Původci předloženého vynálezu bylo s překvapením zjištěno, že pri zkoušení trubkových závitových spojů 1, znázorněných na obr 1 a 2, zatěžováním nadměrným kroutícím momentem došlo k uvedení kovu prstencové zóny 24 vnějšího osazení do plastického stavu vždy dříve než v případě kovu vnitřní boční opery 14.

Uvedenou skutečnost původci předloženého vynálezu vysvětlují vlivem přítomnosti těsnicí plochy v blízkosti vnitřní boční opery 14 a prstencové zóny 24 vnějšího osazení, s ohledem na do tří os rozložené působící napětí, viz znázornění na obr. 2.

Předpokládejme ve vnitřní boční opeře 14 existenci elementárního kubického útvaru 15 kovu. Uvedený kubický útvar 15 je vystavený působení množiny napětí, kterou lze v podstatě redukovat na tři hlavní napětí Oap, Orp a a_Cp, působící, v uvedeném pořadí, v axiálním, v radiálním a v obvodovém směru.

Axiální napětí Oap je v podstatě vyvolávané působením šroubovacího kroutícího momentu a je jím tlakové napětí (negativní smysl působení).

Radiální napětí Or_P je výsledkem především radiálního styku mezi těsnicími plochami J_3, 23 a je 30 jím rovněž tlakové napětí. Negativní úhel opěrných ploch 16,26 ustupující vnitřní boční opěry 14 a prstencové zóny 24 vnějšího osazení má sklon zesilovat účinek radiálního styku těsnicích ploch

13, 23 na toto radiální napětí Or_P.

Obvodové napětí a_Cp je rovněž výsledkem především radiálního styku mezi těsnicími plochami 35 13, 23, který má sklon omezovat průměr vnitřní příruby tak, že tímto obvodovým napětím a_Cp je stále ještě tlakové napětí, jehož intenzita je také zesilována negativním uspořádáním vnitřní boční opěry 14 a prstencové zóny 24 vnějšího osazení.

Podobně jako v předcházejícím případě předpokládejme existenci elementárního kubického 40 útvaru 25 kovu v prstencové zóně 24 vnějšího osazení, kterýžto kubický útvar 25 je vystavený působení množiny tří hlavních napětí, přičemž:

• působícím axiálním napětím oab je rovněž tlakové napětí (negativní smysl působení);

• působící radiální napětí o_RB je výsledkem především účinku radiálního styku na vnější těsnicí ploše 23 (a případně na ustupující vnější opěrné ploše 26) a je jím tahové napětí (pozitivní smysl působení);

• působící obvodové napětí Ocb je rovněž výsledkem především účinku radiálního styku na vnější těsnicí ploše 23 a ustupující vnější opěrné ploše 26, a je jím také tahové napětí (pozitivní smysl působení).

Podle známých teorií tvárnosti materiálu začíná plastická deformace tehdy, když je ekvivalentní napětí, například von Misesovo napětí, které je funkcí algebraického rozdílu dvou zvolených hlavních napětí, vyšší než jmenovitá mez kluzu materiálu.

-7 1

Ekvivalentní von Misesovo napětí, působící v elementárním kubickém útvaru 15 vnitřní boční opěry J4, je vzhledem ktomu, že tři hlavní napětí σ_ΛΡ, σ«_Ρ a a_cp mají stejný smysl působení, relativně nízké; naproti tomu v případě elementárního kubického útvaru 25 prstencové zóny 24 vnějšího osazení je toto napětí relativně vysoké, protože dvěma ze tří hlavních napětí jsou pozitivně působící (tahová) napětí (orb, Ocb), zatímco třetím je negativně působící (tlakové) napětí (_Qap)·

Za tohoto stavu bude pri zatěžování trubkového závitového spoje 1 nadměrným kroutícím momentem ekvivalentní napětí, působící v elementárním kubickém útvaru 25 vnějšího osazení, mnohem citlivější na překračování jmenovité meze kluzu materiálu než ekvivalentní napětí, působící v elementárním kubickém útvaru 15 vnitřní boční opěry 14.

Původci předloženého vynálezu došli na základě shora uvedených zjištění k závěru, že by bylo výhodné buď v prstencové zóně 24 vnějšího osazení lokálně zvýšit jmenovitou mez kluzu kovu, například prostřednictvím zpevnění kalením nebo mechanického předepnutí brakováním, nebo redukovat ekvivalentní napětí v prstencové zóně 24 vnějšího osazení jejím podrobením axiálnímu stlačování, jehož důsledkem je zvětšení povrchové plochy, na které tato napětí působí.

S ohledem na obtíže spojené s prováděním tepelného nebo mechanického zpracovávání vnitřní strany spojovacího kusu zvolili původci pro tento účel, jak může být seznatelné z obr. 3, 4 a 5, zesílení části vnějšího osazení.

Obr. 3 a 4 se od obr. 2 liší v tom, že prstencová zóna 24 vnějšího osazení je na své vnitřní straně zesílená tak, že vnitřní průměr IDr vnitřního obvodového povrchu 27 je lokálně menší než vnitřní průměr 1D_P vnitřního obvodového povrchu 17 vnitřní příruby 18.

Vnitřní obvodový povrch 27 vnějšího osazení tvoří válcovo-kuželovitá plocha s prvním úsekem, tvořeným kuželovitou plochou, označenou jako přechodový úsek 29 na straně vnější opěrné plochy 26, a s druhým, válcovým úsekem 30 s vnitřním průměrem IDr.

Přechodový úsek 29 je koaxiální s vnějším závitovým elementem 21, má poloviční vrcholový úhel 30° a jeho průměr se zmenšuje se zvětšováním se vzdálenosti od vnější opěrné plochy 26. Vnitřní průměr přechodového úseku 29 na konci B, nacházejícím se na straně vnější opěrné plochy 26, se rovná vnitřnímu průměru 1D_P vnitřního obvodového povrchu 17 vnitřní příruby 18 tak, že přechod mezi vnitřním závitovým elementem 11 a vnějším závitovým elementem 21 nevykazuje žádnou odchylku vnitřního průměru.

Výše uvedený úhel jez důvodu omezení rizika vzniku turbulencí v proudu uvnitř cirkulující tekutiny a rizika blokování nástroje, zaváděného do vnitřku trubkové kolony, menší než 45°. Užitečnost pevného stanovení spodní hranice úhlu bude osvětlena dále.

Kuželovitá plocha, tvořící přechodový úsek 29, takto tvoří plynulý přechod mezi vnitřním obvodovým povrchem J7 vnitřní příruby 18 a válcovým úsekem 30 válcového vnitřního obvodového povrchu 27 vnějšího osazení.

Vnitrní průměr IDr válcového úseku 30 vnitřního obvodového povrchu 27 vnějšího osazení je pochopitelně menší než vnitřní průměr ID_P. neboť v opačném případě by se nejednalo o zesílení vnější prstencové zóny 24 vnějšího osazení.

Za účelem zachování postačujícího příčného průřezu průchodu uvnitř trubkové kolony je vnitřní průměr ID_B 0,9 vnitřního průměru 1D_P nebo větší. Vnitřní průměr 1P_R menší než 0,9 vnitřního průměru IDp by umožňoval vkládání pouze několika trubkových kolon do sebe navzájem a takové konstrukční provedení kolony by pak bylo extrémně nákladné.

-8CZ 302148 B6

Na základě zkušenosti, zeje neužitečné a zbytečné prstencovou zónu 24 vnějšího osazení zesilovat dále za vnitřní průměr 1P_R, při kterém je prstencová zóna 24 vnějšího osazení stejně silná jako vnitřní boční opera 14, původci předloženého vynálezu zjistili, že poměr R vnitřního průměru IDr k vnitřnímu průměru ID_P by měl být v rozmezí

Vl,7 - 0,7S² až Vl/2 - 0,2S² a s výhodou rovný yjl, 3-0,3S² , kde S se rovná poměru průměru OP_A vnějšího okraje vnitřní opěrné plochy 16 k vnitřnímu průměru IDp. přičemž průměr OP_A vnějšího okraje vnitřní opěrné plochy ]6 se rovná průměru, který prochází skrze vnější okraj A, umístěný na patě prstencové zóny 24 vnějšího osazení.

Hodnoty poměru R, pohybující se cca v rozmezí 0,95 až 0,98, jsou závislé na skutečných hodnotách průměrů ID_P a OP_A.

Je výhodné, jestliže je vnitřní průměr 1P_R větší než průměr „průchodu tmu“, specifikovaný technickou normou API (API = Americký ropný institut (American Petroleum Institute)) nebo výrobci trubkových závitových spojů 1 pro trubky daných rozměrů, přičemž tento průchod se z důvodu zaručení, že příslušná trubková kolona umožňuje zavádění nástrojů až na daný průměr těchto nástrojů bez neustálého rizika jejich zablokování, monitoruje pomocí přemisťování tmu daného průměru skrz spojené trubky kolony. Vnitřní průměr prvních trubkovitých komponent 10, 10'. zejména průměr v základní části těchto prvních trubkovitých komponent 10, J.0', musí být větší než shora zmiňovaný průměr průchodu tmu.

Původci předloženého vynálezu bylo dále zjištěno, viz obr, 3, že není potřebné vnější osazení zesilovat na celé délce jeho vnitrního obvodového povrchu 27 v axiálním směru.

K tomu bylo původci uvedeno, že nejvíce deformovanou zónou prstencové zóny 24 vnějšího osazení je kuželovitá plocha 32 maximálního smykového napětí, koaxiální s vnějším závitovým elementem a procházející skrz vnější okraj A, umístěný na patě vnějšího osazení na straně vnější těsnicí plochy 23, s polovičním vrcholovým úhlem přibližně 45° a průměrem v prstencové zóně 24 vnějšího osazení, který se zmenšuje se zvětšováním se vzdálenosti od vnější opěrné plochy 26.

Deformacemi podél této kuželovité plochy jsou smykové deformace a původci předloženého vynálezu bylo zjištěno, že smyková napětí je možné snížit na minimum vytvořením minimálního vnitřního průměru IP_R v místě průniku kuželovité plochy 32 maximálního smykového napětí s vnitřním obvodovým povrchem 27 vnějšího osazení (srov. bod D).

To znamená, že v případě, kdy je poloviční vrcholový úhel přechodového úseku 29 menší než 15°, je možné docílit průnik kuželovité plochy 32 maximálního smykového napětí s vnitřním obvodovým povrchem 27 v kuželovitém přechodovém úseku 29, který nezahrnuje minimální vnitřní průměr IDb, v důsledku čehož je zesílení válcového úseku 30 s vnitřním průměrem IP_Rzbytečné.

Co se týče bodu C, spojujícího úseky 29, 30, je výhodné, jestliže je tento bod C umístěný v podstatě uprostřed mezi koncem B a bodem D.

Na obr. 5 je znázorněná varianta provedení z obr. 4, ve kterém přechodovým úsekem 39 není kuželovitá plocha, ale torická plocha, koaxiální s vnějším závitovým elementem 2T

V podélném příčném řezu, znázorněném na obr. 5, se tento přechodový úsek 39 jeví jako kruhový oblouk:

• s poloměrem asi 10 mm;

• jehož střed je orientovaný směrem do materiálu vnějšího závitového elementu 21;

-9CZ 302148 B6 • procházející skrz konec B styku s vnitřním obvodovým povrchem £7 vnitřní příruby;

• jehož tečna v konci B svírá s osou XX závitových elementů 11, 21, a tudíž i s tvořící přímkou vnitřního obvodového povrchu 17, úhel 30°;

• tečný k válcovému úseku 30 válcového vnitřního obvodového povrchu 27 vnějšího osazení v bodě C.

Taková torická plocha tím, že její tečna v konci B svírá s osou XX úhel v rozmezí 15° až 45°, zajišťuje také plynulý přechod mezi vnitřním obvodovým povrchem 17 a válcovým úsekem 30 s vnitrním průměrem 1P_R.

io

Pro zajištění plynulého přechodu je možné použít i další formy přechodového úseku 39 vnitřního obvodového povrchu 17 vnějšího osazení, například sestavu dvou torických ploch, které jsou přilehlé k sobě a navzájem tečné, s opačným zakřivením a tečnami, z nichž jedna se dotýká vnitřního obvodového povrchu £7 v konci B a druhá se dotýká válcového úseku 30 v bodě C.

Rozsah předloženého vynálezu zahrnuje také těsnicí plochy 13, 23, které nejsou přilehlé k opěrným plochám 16, 26 bezprostředně, ale přes na obr. 2 až 5 znázorněné torické přechodové plochy s malým poloměrem zakřivení mezi těsnicími plochami 13, 23 a korespondujícími opěrnými plochami 16, 26. Pro zajištění přechodu, spadajícího do rozsahu předloženého vynálezu, je io možno použít i další typy ploch, vytvořených tak, aby radiální styk na těsnicích plochách 13, 23 vyvolával v prstencové zóně vnějšího osazení existenci radiálních tahových a obvodových napětí.

Předložený vynález je použitelný pro široký výběr provedení trubkového závitového spoje £, zahrnující:

· integrální nebo spárované trubkové závitové spoje £;

• trubkové závitové spoje £ pro trubky velkého nebo malého průměru (například kolony pažnic nebo kolony těžebních trubek);

• spoje s vnějšími bočními operami (tzn. prstencová zóna 24 vnějšího osazení je uspořádaná na konci vnějšího závitového elementu 21) nebo s několika sadami bočních opěr;

· trubkové závitové spoje £ s těsnicími plochami 13, 23, které jsou buď kuželovité, nebo jiné než kuželovité, například buď torické pro oba závitové elementy ££, 21, nebo torická pro jeden závitový element ££, 2£ a kuželovitá pro komplementární závitový element ££, 21;

• trubkové závitové spoje £ s rovinnými (planámími) opěrnými plochami 16, 26 nebo opěrnými plochami 16, 26 s negativním úhlem; v případě bočních opěr, které jsou označované jako ustupující vnitřní boční opěry £4, resp. prstencové zóny 24 vnějšího osazení, nebo vnitřní boční opery £4, resp, prstencové zóny 24 vnějšího osazení, nebo vnitřní boční opěry £4, resp. prstencové zóny 24 vnějšího osazení s negativním úhlem, je výhodné, jestliže je úhel vnitřní boční opěry 14, resp. prstencové zóny 24 vnějšího osazení, svíraný s kolmicí k ose XX závitových elementů ££, 21,20° nebo menší, s výhodou v rozmezí 5° až 10°;

· trubkové závitové spoje £ s kuželovitými nebo válcovými závity, buď jednoduchými, nebo několikachodými závity;

• trubkové závitové spoje £ se závity s různým profilem, například závity trojúhelníkového profilu, oblé závity nebo lichoběžníkové závity;

• trubkové závitové spoje £ s závity s měnící se šířkou.

Příklady provedení vynálezu

První příklad:

Zkoušení zašroubováním bylo prováděno na 2 skupinách závitových spojů typu VAM TOP¹®, viz katalog VAM® číslo 940, červenec 1994, firmy Vallourec Oil & Gas:

- 10CZ 302148 B6 • vnější průměr trubky: 177,8 mm (7'');

• tloušťka trubky: 10,36 mm (29 Ib/ft);

• průměr OP_A vnějšího (okraje vnitřní opěrné plochy vnitřní příruby: 170,8 mm;

• vnitřní průměr 1D_P vnitřní příruby: 161,3 mm;

· průměr průchodu tmu: 153,90 mm (6,059'');

• jakost trubky: API L80 (jmenovitá mez kluzu 552 MPa nebo větší).

Standardní řadu P představují závitové spoje podle obr. 2, ve kterých je vnitřní průměr 1P_R koncové zóny vnějšího osazení shodný s vnitřním průměrem 1D_P volného konce vnitřní příruby.

io

Řadu Q představují trubkové závitové spoje I, vytvořené v souladu s předloženým vynálezem a odpovídající provedení na obr. 5: zesílení prstencové zóny 24 vnějšího osazení v této řadě Q má za následek vnitřní průměr IP_R válcového úseku 30 156,2 mm, který je větší než průměr průchodu tmu; válcovému úseku 30 předchází přechodový úsek 39 s torickou plochou s poloměrem

10 mm tak, že se bod D průniku kuželovité plochy 32 maximálního smykového napětí s vnitřním obvodovým povrchem 27 vnějšího osazení nachází ve válcovém úseku 30 s vnitřním průměrem IDb·

Poměr R = ID£IDí> se v případě řady Q rovná 0,97 a spadá do rozmezí (0,96 až 0,99) definova20 ného v nároku 3, s ohledem na velikost průměru OP_A.

Během tohoto zkoušení zašroubováním byl šroubovací kroutící moment zaznamenáván jako funkce počtu otáček při zašroubovávání, za postupného zvyšování kroutícího momentu na maximální kroutící moment při každé následné šroubovací zkoušce jednoho cyklu zkoušení téže řady až do uvedení vnitřní boční opěry 14, resp. prstencové zóny 24 vnějšího osazení, trubkového závitového spoje 1 do plastického stavu.

Při provádění všech zkoušek při zkoušení zašroubováním byly závity, těsnicí plochy J_3, 23 a opěrné plochy 16, 26 nejdříve opatřeny povlakem maziva typu API 5A2.

Obr. 6 představuje graf, ve kterém je šroubovací kroutící moment T zaznamenaný jako funkce počtu otáček N při zašroubovávání trubkového závitového spoje I během poslední prováděné zkoušky závitového spoje řady Q zašroubováním.

Jak může být z tohoto grafu seznatelné, kroutící moment od bodu E (srov. kroutící moment Te) prudce, v podstatě vertikálně, narůstá; tento nárůst představuje dosažení bočního opření příslušných ploch 13, 23, 16, 26 trubkového závitového spoje 1. Tento prudký nárůst je v podstatě, až do bodu F (srov. kroutící moment Tf), lineární.

Za bodem F (nelineární úsek grafu) dochází k počátku plastické deformace a následného styčného usazování alespoň jedné z trubek.

Doporučený šroubovací kroutící moment T_opt se nachází mezi hodnotami kroutících momentů Te aTp.

- 11 CZ 302148 B6

Tabulka 1: Výsledky zkoušení při zatěžování šroubovacím kroutícím momentem

Kroutící moment	Řada P (N.m)	Řada Q (N.m)
T_E	3 300	8 100
TtJpt	12 740
T_F	21 200	36 600
T_f - T_E	17 900	28 500

Na základě hodnot uvedených v tabulce 1 je možné poznamenat, že velikost (T_F - Te), která je měřítkem části šroubovacího kroutícího momentu, přenášeného prostřednictvím vnitřní boční opěry 14, resp. prstencové zóny 24 vnějšího osazení, jev případě závitových spojů řady Q podle předloženého vynálezu, ve srovnání se závitovými spoji řady P podle stavu techniky, podstatně io vyšší (+60%).

Druhý příklad:

Zkoušení byly podrobeny závitové spoje typu VAM® ACE jakosti L80 podle katalogu VAM® dvou rozměrových řad A a B, specifikované v prvním příkladě.

Charakteristické vlastnosti testovaných vzorků jsou uvedené v tabulce 2.

Tabulka 2: Charakteristické vlastnosti vzorků

Vzorek (*)	Rozměrová řada
A	B
Základní těleso trubky	Vnější 0	244,48 mm (9 5/8}	88,90 mm (3 ϋ)
Tloušťka	13,84 mm (53,5 lb/ft)	6,45 mm (9,2 lb/ft)
Délka	800 mm	800 mm
Vnitřní příruba	Vnitřní 0 (ID_P)	220,09 mm	77,96 mm
Vnější 0 konce (ODJ	235,7	83,33
Spoj ovací	Vnější 0	266,24 mm	98,80 mm
kus	Vnitřní 0 (1D_B)	219,79 mm	77,66 mm
Délka	340 mm	215 mm
Průměr průchodu trnu	212,83 mm (8,379)	72,82 mm (2,867)
Použitý materiál	Bezešvá trubka z uhlíkové oceli se jmenovitou mezí kluzu Ž 552 MPa
Doporučený šroubovací kroutící moment (T_opt)	21 575 N.m	3 825 N.m

(*) opatřený povlakem maziva typu API 5A2

- 12CZ 302148 B6

V tabulce 3 jsou uvedené vnitrní průměry jednotlivých součástí spoje před zašroubováváním a po zašroubování při kroutícím momentu T_opt.

Ze skutečnosti uvedených v tabulce 2 může být seznatelné, že vnitřní průměr ID_B je ve všech 5 případech větší než průměr průchodu tmu, a to jak v případě standardních závitových spojů (A3,

B3), tak i v případě závitových spojů, vytvořených podle předloženého vynálezu (Al, A2, Bl, B2).

io Tabulka 3: Výsledky měření vnitřního průměru

Vzorek	Vnitřní průměr ID_P vnitřní příruby (mm)	Vnitřní průměr ID_b vnějšího osazení (mm)	Poměr R ID_b/ID_p)	Úhel (*)	Typ spoj e (**)
Před¹¹¹	Po ^,2>	Před'¹¹	Po'²’	Před'¹¹	Ρθ^ί2ϊ
Al	220,09	219,56	213,89	214,08	0,972	0, 975	35’	PV
A2							10°	SPř
A3		219,58	219,79	220,00	0,999	Bl,002		ST
Bl	77, 96	77, 67	73, 66	73,83	0,945	0,951	35°	PV
B2							10°	SPř
B3		77, 68	77,66	77,84	0,996	1,002		ST

^m stav před zašroubováním ⁽²⁾ stav po zašroubování (*) úhel zešikmení (viz přechodový úsek 29 na obr. 4) (**) závitový spoj typu: PV = předložený vynález;

SPř = srovnávací příklad; ST = stav techniky

Zkouška zatěžováním nadměrným kroutícím momentem:

Tabulka 4 ukazuje výsledky zkoušky zatěžování nadměrným kroutícím momentem až do uvedení materiálu do plastického stavu. Závity, těsnicí plochy 13, 23 a opěrné plochy 16, 26 byly před zahájením zkoušení opatřeny povlakem maziva typu API 5A2.

- 13CZ 302148 B6

Tabulka 4: Výsledky zkoušení zatěžováním nadměrným kroutícím momentem

Vzorek	Zkouška zatěžováním nadměrným kroutícím momentem
Kroutící moment T_F v okamžiku uvedení materiálu do plastického stavu	Boční opěra/osazení, vizuální vzhled
Al	96 079 N.ra	Bez výskytu jak plastické deformace, tak i otěru
A2	71 905 N.m	Plastická deformace vnější boční opěry
A3	68 317 N.m	Plastická deformace vnější boční opěry a konce vnitřní příruby {bod A)
Bl	8 414 N.m	Otěr vnější boční opěry bez plastické deformace
B2	6 100 N.m	Plastická deformace vnější boční opěry
B3	4 952 N.m	Plastická deformace vnější boční opěry

Výsledky zkoušení zatěžováním nadměrným kroutícím momentem mohou být hodnoceny na základě specifických kritérií, zejména kritéria kroutícího momentu T_F a kritéria vizuálního vzhledu vnitřní boční opěry 14, resp. prstencové zóny 24 vnějšího osazení, a osazení:

1) prstencová zóna 24 vnějšího osazení, zesílená kuželovitým přechodovým úsekem 29 s úhlem, zešikmení 35° (vzorek Al, Bl);

io 2) prstencová zóna 24 vnějšího osazení, zesílená kuželovitým přechodovým úsekem 29 s úhlem zešikmení 10° (vzorek A2, B2);

3) standardní vnější boční opěra (vzorek A3, B3).

Hodnota kroutícího momentu T_F byla u vzorků Al a Bl, ve srovnání se vzorky A2 a B2 stan15 dardního závitového spoje, o 40 % až 70 % vyšší.

Nej lepší výsledky, které byly, ve srovnání se spoji s kuželovitým přechodovým úsekem 29 s úhlem zešikmení 10°, dosaženy u trubkových závitových spojů 1 s kuželovitým přechodovým úsekem 29 s úhlem zešikmení 35°, mohou být vysvětleny na základě vzájemného umístění bodů ²⁰ Ω, D na obr. 4.

V případě závitových spojů Al a Bl je bod D na obr. 4 umístěný, ve srovnání s koncem B, za bodem C, a tudíž v zóně konstantního průměru s minimálním vnitrním průměrem IDr, zatímco tato skutečnost v případě závitových spojů A2 a B2 neplatí - viz tabulka 5:

- 14CZ 302148 B6

Tabulka 5: Vzájemné umístěné bodů C a D

Vzorek	Úhel zešikmeni	Axiální vzdálenost	BC/BD	IDo/IDp (*)	ID_b/ID_p
BC (mm)	BD (mm)
Al	35°	4,4	12,8	0,4	0, 972	0, 972
A2	10°	17, 6	11, 8	1,5	0, 981	0, 972
B2	35°	3,1	5,9	0,5	0,945	0, 945
B2	10°	12,2	4,6	2,7	0, 979	0, 945

(*) ID_d - vnitřní průměr v bodě D

V případě vzorků Al a Bl se bod C nachází přibližně uprostřed mezi koncem B a bodem D, v axiálním směru.

io Zkoušení zatěžováním nadměrným kroutícím momentem za působení vnitřního tlaku:

Podobné závitové spoje řady A a řady B byly nejdříve utaženy zašroubováním při doporučeném šroubovacím kroutícím momentu T_upt z tabulky 2.

Tyto trubkové závitové spoje 1 pak byly podrobeny působení kombinovaného napětí, jehož účelem je simulování točivého zavádění spojených trubek do vrtu, za současného aplikování:

1) vnitřního tlaku 43,7 MPa v případě vzorků Al až A3 a vnitřního tlaku 56,0 MPa v případě vzorků Bl až B3, to je tlaku, který v základním tělese trubek způsobuje napětí, rovnající se 80 % minimální jmenovité meze kluzu (552 MPa, viz tabulka 2); a

2) měnícího se kroutícího momentu.

V tabulce 6 se uvádí hodnota kroutícího momentu T/, po jejímž překročení začínají spoje propouštět a stávají se netěsnými.

Tabulka 6: Výsledky zkoušení zatěžováním nadměrným kroutícím momentem za působení vnitřního tlaku

Vzorek	Hodnota kroutícího momentu Tl při propouštění
Al	93 182 N.m
A2	76 068 N.m
A3	71 406 N.m
Bl	11 807 N.m
B2	8 816 N.m
B3	8 149 N.m

V souvislosti s uvedeným může být poznamenáno, že maximální kroutící moment T7 před tím, než se spoje stanou netěsnými a začnou propouštět, je v případě bočních opěr, zesílených přechodovým úsekem s úhlem zešikmení 10° (vzorky A2, B2), ve srovnání se stavem techniky (vzorky

A3, B3), mírně větší (v rozsahu méně než 10 %), zatímco v případě vnitřní boční opěry 14, resp.

prstencové zóny 24 vnějšího osazení, zesílených přechodovým úsekem s úhlem zešikmení 35° (vzorky A1, B1), je tento kroutící moment vyšší o 30 % až 45 %.

- 15 CZ 302148 B6

Cyklus zašroubovávání:

Vzorek Al byl podroben deseti po sobě následujícím cyklům zašroubovávání pri šroubovacím 5 kroutícím momentu o velikosti l,5násobku doporučeného šroubovacího kroutícího momentu, jehož hodnota je uvedena v tabulce 2. Při vyhodnocování a vizuálním přezkoumávání záznamu průběhu jednotlivých cyklů zašroubovávání nebyly zjištěny žádné problémy a testované vzorky ani po deseti cyklech nevykazovaly žádné anomálie.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Trubkový závitový spoj (1, Γ), zahrnující vnitrní závitový element (11, IΓ) na konci první trubkovité komponenty (10, 10 ) a vnější závitový element (21,
2Γ) na konci druhé trubkovité komponenty (20), přičemž vnitřní závitový element (11, 1 Γ) je opatřený vnějším závitem (12) a zakončený vnitřní přírubou (18), která zahrnuje, za prvé, vnější obvodový povrch, na kterém je

20 vytvořená vnitřní těsnicí plocha (13), za druhé, prstencovou vnitřní opěrnou plochu (16), orientovanou v podstatě příčně, umístěnou v blízkosti uvedené vnitřní těsnicí plochy (13) a navazující na ni a tvořenou čelní plochou volného konce vnitřního závitového elementu (11, 1 Γ), a za třetí, vnitřní obvodový povrch (17), vnější závitový element (21) zahrnuje, za účelem jeho spolupráce s korespondujícími prostředky

25 vnitrního závitového elementu (11, 1 Γ), vnitřní závit (22), vnitřní obvodový povrch, na kterém je vytvořená vnější těsnicí plocha (23) a vnější osazení, vykazující, na jedné straně, prstencovou vnější opěrnou plochu (26), orientovanou v podstatě příčně, umístěnou v blízkosti uvedené vnější těsnicí plochy (23) a navazující na ni, a vymezující, na straně druhé, prstencovou zónu (24) vnějšího osazení, která je v případě, kdy vnitřní opěrná plocha (16) zabírá s vnější opěrnou plochou

30 (26), vystavená působení axiálních stlačovacích sil, vnější závit (12) je do vnitřního závitu (22) našroubovaný až do polohy, ve které vnitřní opěrná plocha (16) zabírá s vnější opěrnou plochou (26), a vnitřní těsnicí plocha (13) se pak nachází v radiálním styku s vnější těsnicí plochou (23), vyznačující se tím, že prstencová zóna (24) vnějšího osazení zahrnuje vnitřní

35 obvodový povrch (27), jehož vnitřní průměr (ID_B) je, alespoň v těsné blízkosti k vnější opěrné ploše (26), menší než vnitřní průměr (ID_P) vnitřního obvodového povrchu (17) vnitřní příruby (18), a že poměr R těchto průměrů (IDg/IDp) je menší než 1, ale současně větší než nebo rovný 0,9.

40 2. Trubkový závitový spoj podle nároku 1, vyznačující se tím, že poměr R splňuje následující vztah:

Vl,7 - 0, 73² < R < Vl,2 - 0,2S²1 kde S se rovná poměru průměru (OD_A) vnějšího okraje vnitřní opěrné plochy (16) k vnitřnímu průměru (ID_P) vnitřní příruby (18).
3. Trubkový závitový spoj podle nároku 2, vyznačující se tím, že poměr R se v podstatě rovná Vl, 3 - 0, 3S .
4. Trubkový závitový spoj podle některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že

50 vnitřní obvodový povrch (27) vnějšího osazení má minimální vnitřní průměr (1D_B) v bodě (D), ve kterém tento vnitřní obvodový povrch (27) protíná kuželovitá plocha (32) maximálního smykového napětí, koaxiální s vnějším závitovým elementem (21) a vykazující poloviční vrcholový

- 16CZ 302148 B6 úhel 45°, jejíž průměr v prstencové zóně (24) vnějšího osazení se zmenšuje se zvětšující se vzdáleností od vnější opěrné plochy (26) a prochází skrze vnější okraj (A) této vnější opěrné plochy (26).
5 5. Trubkový závitový spoj podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že průměr vnitřního obvodového povrchu (27) vnějšího osazení na jeho konci (B) na straně vnější opěrné plochy (26) se v podstatě rovná vnitřnímu průměru (1D_P) vnitřního obvodového povrchu (17) vnitřní příruby (18).

io
6. Trubkový závitový spoj podle nároku 5, vyznačující se tím, že vnitřní obvodový povrch (27) vnějšího osazení zahrnuje první úsek, označený jako přechodový úsek (29, 39), jehož vnitřní průměr se od vnější opěrné plochy (26) postupně zmenšuje, a druhý, válcový úsek (30) s minimálním vnitřním průměrem (ID_B).

i 5
7. Trubkový závitový spoj podle nároků 4a 6, vyznačující se tím, že přechodový úsek (29, 39) a válcový úsek (30) vnitřního obvodového povrchu (27) vnějšího osazení jsou spojené v bodě (C), označeném jako spojovací bod, který je umístěný v podstatě uprostřed mezi koncem (B) přechodového úseku (29, 39) na straně vnější opěrné plochy (26) a bodem (D) průniku kuželovité plochy (32) maximálního smykového napětí s vnitřním obvodovým povrchem

20 (27) vnějšího osazení.
8. Trubkový závitový spoj podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že přechodový úsek (29) vnitřního obvodového povrchu (27) vnějšího osazení zahrnuje kuželovitou plochu, která je koaxiální s vnějším závitovým elementem a vykazuje poloviční vrcholový úhel

25 v rozmezí od 15° do 45°.
9. Trubkový závitový spoj podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že přechodový úsek (29) vnitřního obvodového povrchu (27) vnějšího osazení zahrnuje kuželovitou plochu, která je koaxiální s vnějším závitovým elementem (21, 2Γ) a vykazuje poloviční vrcholový

30 úhel v rozmezí od 30° do 45°.
10. Trubkový závitový spoj podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že přechodový úsek (39) vnitřního obvodového povrchu (27) vnějšího osazení zahrnuje alespoň jednu torickou plochu, která je koaxiální s vnějším závitovým elementem (21, 2 Γ).
11. Trubkový závitový spoj podle nároku 10, vyznačující se tím, že přechodový úsek (39) vnitřního obvodového povrchu (27) vnějšího osazení zahrnuje torickou plochu, jejíž tečna, vedená jejím koncem na straně vnější opěrné plochy (26) svírá sosou (XX) trubkového závitového spoje (1, Γ) úhel v rozmezí od 15° do 45°.
12. Trubkový závitový spoj podle nároku 10 nebo ll, vyznačující se tím, že přechodový úsek (39) vnitřního obvodového povrchu (27) vnějšího osazení zahrnuje torickou plochu, která je na svém konci, protilehlém vnější opěrné ploše (26), tečná k válcovému úseku (30) vnitřního obvodového povrchu (27) vnějšího osazení.
13. Trubkový závitový spoj podle kteréhokoli z nároků lažl2, vyznačující se tím, že vnitřní a vnější opěrné plochy (16, 26) tvoří ustupující opěrné plochy, svírající s osou (XX) závitových elementů (11, 1 Γ, 21, 2Γ) negativní úhel, jehož velikost je 20° nebo menší.