DE2849780C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrabschnitt gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der DE-OS 22 37 553 oder aus der FR-PS 21 94 287 ist ein Rohrabschnitt mit Verbindungsstücken an seinen Enden zum Verbinden einer Vielzahl von in Reihe angeordneten Rohrabschnitten bekannt, der aus einem Rohrmaterial bestimmter Länge mit korrespondierenden Innen- und Außengewinden besteht. Zum Abdichten der ineinander geschraubten Rohrabschnitte dient eine komprimierbare Ringdichtung, die zwischen zwei Rohrstückenden eingelegt wird. Die dabei einander zugewandten Rohrabschnittflächen verlaufen parallel zueinander, so daß sie sich mit fortschreitender Verschraubung kontinuierlich nähern, bis sie am Ende der Verschraubung aneinanderliegen. Wann eine effektive Dichtwirkung eintritt, ist dabei nicht erkennbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Verbindung von Rohrabschnitten dahingehend zu verbessern, daß unter gleichzeitig wirksamer Abdichtung eine Nachstellung der relativen Drehlage der Rohrabschnitte zueinander ohne Verlust der Dichtwirkung durchführbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs.

Dadurch wird erreicht, daß eine effektive Dichtwirkung auch schon mindestens eine Umdrehung vor Ende des Verschraubungsvorganges gesichert ist, so daß eine Nachstellung der relativen Drehlage der Rohrabschnitte zueinander ohne Verlust der Dichtwirkung erfolgen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 stellt eine Seitenansicht eines Rohrabschnittes dar,

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Ansicht das Außengewindeende des Rohrabschnittes aus Fig. 1,

Fig. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt des Innengewindeendes aus Fig. 1,

Fig. 4 stellt einen Teillängsschnitt einer Verbindung zwischen zwei in Fig. 1 dargestellten Rohrabschnitten dar,

Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Teilquerschnitt der miteinander verbundenen Rohrabschnitte, und zwar zum Zeitpunkt der beginnenden wirksamen Dichtung zwischen den beiden Enden der im Eingriff stehenden Gewinde,

Fig. 6 zeigt den gleichen Querschnitt zu einem Zeitpunkt, zu dem die beiden Gewindeenden vollständig ineinandergreifen.

In den Figuren ist ein Rohrabschnitt 10 dargestellt. Der Rohrabschnitt 10 besteht aus einem Innengewinde- Ende 12 und einem Außengewinde- Ende 14, die durch ein Mittelrohrteil 16 verbunden sind. Die Enden 12 und 14 haben korrespondierende Gewinde. Der Rohrabschnitt 10 kann auf konventionellem Wege aus harzimprägniertem Fasermaterial hergestellt werden.

Der Rohrabschnitt 10 kann für zahlreiche Zwecke eingesetzt werden, z. B. in einem Rohrleitungssystem einer Fertigungslinie in Ölfeldern. Zu diesem Zweck werden die Rohrabschnitte mit einer Länge von etwa sechs Metern und einem Durchmesser von etwa 5 cm, 7,6 cm und 10 cm beziehungsweise in einem anderen Standardmaß hergestellt. In einem solchen Rohrsystem werden eine Anzahl von Rohrabschnitten 10 durch Anwendung der jeweiligen Innengewinde- und Außengewindeenden in Reihe miteinander verbunden. Entsprechend einer Ausführungsform wird der Rohrabschnitt 10 in der Weise konstruiert, daß er mit einem anderen Rohrabschnitt von Hand, d. h. ohne Verwendung einer speziellen Ausrüstung oder eines Werkzeuges, verbunden werden kann. Außerdem können die Verbindungsstücke wieder voneinander gelöst werden, so daß ein Zerlegen des Rohrsystems und eine Wiederverwendung möglich ist. Es sind keine permanenten Verbindungen erforderlich, um eine wirksame Abdichtung zwischen den Abschnitten zu erreichen.

Selbstverständlich können auch Standardverbindungsstücke mit Gewinden, die in die Gewinde der Rohrabschnitte 10 passen, verwendet werden. Wenn es die räumlichen Verhältnisse der Umgebung erfordern, daß ein rechtwinkliges Verbindungsstück an einem Ende eines Rohrabschnittes angesetzt werden soll, kann ein solches Verbindungsstück mit entsprechenden korrespondierenden Gewinden vorgesehen werden. Wird ein solches Verbindungsstück an irgendeiner Stelle eines Rohrabschnittes benötigt, dann kann dieser Rohrabschnitt zerschnitten und ein rechtwinkliges Verbindungsstück an der gewünschten Stelle des Rohrabschnittes angesetzt werden.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist in den Verbindungsstücken eine Einstellmöglichkeit vorgesehen, um ein effektives Abdichten zwischen den Verbindungsstücken und Rohrabschnitten zu gewährleisten, indem die Verbindungsstücke in jeder gewünschten radialen Richtung positioniert werden können.

Außerdem ist - wie weiter unten im einzelnen beschrieben wird - der Rohrabschnitt 10 an seiner Außenseite mit Markierungen versehen, die anzeigen, wann eine Verbindung zwischen zwei Rohrabschnitten geeignet eingestellt ist, um eine wirksame Abdichtung zu erzielen. Diese Markierungen ergeben dem Arbeiter, der das Rohr installiert, die Möglichkeit, rasch zu bestimmen, ob eine richtige Verbindung zwischen den verschiedenen Rohrabschnitten und Verbindungsstücken hergestellt ist.

Aus Fig. 2 sind die Details der Konstruktion zu ersehen. Der zentrale Rohrteil 16 ist bei 18 aufgeweitet und bildet das Außengewinde-Ende 14. Dieses hat eine stärkere Wanddicke als das zentrale Rohrteil 16, der innere Durchmesser des zentralen Rohrteils 16 bleibt jedoch bis 14 praktisch vollständig gleich. Der ausgeweitete Teil 18 erstreckt sich vom Rohrteil 16 bis zu einem Führungsteil 20 am äußeren Rohrabschnitt. Der Führungsteil 20 ist kegelstumpfartig geformt und konvergiert in Richtung des Gewindebolzenendes des Rohrabschnittes. Der kegelstumpfförmige Rohrabschnitt 14 besitzt einen Winkel A. Ein Außengewindeteil 22 ist auf der Außenseite des Endes 14, angrenzend an den Führungsteil 20, angebracht. In einer Ausführungsform haben die Gewindegänge 22 gekrümmte Flanken und gehen an der einen Seite in den Führungsteil 20 und an der anderen Seite in ein zweites Führungsteil oder die die Dichtung tragende Fläche 24 über. Teil 24 ist kegelstumpfartig geformt, und in einer Ausführungsform ist sein Winkel gleich A.

Der zweite Führungsteil 24 besitzt eine Nut 26, die in Größe und Form geeignet ist, eine ringförmige, komprimierbare Dichtung 28 aufzunehmen. In Fig. 2 ist diese Dichtung 28 weggelassen; sie ist aber in den Fig. 4 bis 6 eingezeichnet.

Fig. 3 zeigt, daß das Ende 12 aus dem ausgeweiteten Teil 40 gebildet ist, der sich von dem zentralen Rohrteil 16 her erstreckt. Eine Dichtungs- oder eine Dichtung überdeckende Fläche 42 wird auf der Innenseite des ausgeweiteten Teils 40 gebildet, sie besitzt eine kegelstumpfartige Form mit einem Winkel von R. In einer Ausführungsform ist der Winkel R gleich dem Winkel A, und die Fläche 42 ist in geeigneter Weise dimensioniert, so daß sie mit dem die Dichtung 28 tragenden Teil 24 zusammenwirken kann. Die Fläche 42 weist eine ringförmige, die Dichtung 28 überdeckende Fläche auf, um die Verbindung der zwei Rohrabschnitte abzudichten. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, steigt die Wandstärke des Endes 12 zum zentralen Rohrabschnitt an. Die Gewindegänge von Teil 44 sind in ihrer Größe so abgemessen, daß sie mit den Gewindegängen 22 korrespondieren und auf diese Weise innere Bindungen zwischen zwei Rohrabschnitten 10 ermöglichen. Die Gewindegänge 44 haben einen gekrümmten Querschnitt entsprechend dem Querschnitt 22.

Ein Führungs- oder Ausrichtungsteil 46 ist benachbart zu Teil 44 angebracht und erstreckt sich bis zum Ende 52. Der Teil 46 ist kegel­ stumpfartig gestaltet und besitzt einen Winkel B. In einer Ausführungsform ist dieser Winkel B gleich dem Winkel A des Teils 20 und dem Winkel R des Teils 42. Teil 46 ist der Steigerung der Gewindegänge 22 und dem Führungsteil 20 eng angepaßt, so daß beim Verbinden von zwei Rohrabschnitten die Gewindegänge 22 und der Teil 20 in Eingriff kommen und durch die Fläche 46 so geführt werden, daß eine axiale Ausrichtung der beiden Rohrabschnitte gewährleistet ist und sie zu einer geeigneten Ausrichtung der Gewindegänge 22 und 44 beiträgt, um deren Verkanten zu verhindern. Diese Funktion des Ausrichtens der in Eingriff gebrachten Flächen an den Enden 12 und 14 erleichtert den Verbindungsvorgang und vermindert Zeit- und Arbeitsaufwand, der für die Montage aufgebracht werden muß.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Rohrende 14 an der Außenseite im Bereich des Führungsteils 20 mit Markierungen versehen, um die Größe der ausziehbaren Gewindeüberdeckung der zwei Rohrabschnitte während des Verbindungsvorganges anzuzeigen. Diese Markierungen erscheinen als axial unterteilte Linien 48 und 50, die sich, wie Fig. 4 zeigt, rund um die Fläche 20 erstrecken. Während des Verbindens des Endes 14 des Rohrabschnittes 10 mit dem Ende 12′ des Rohrabschnittes 10′ fluchtet das Ende 52′ zunächst mit der Markierung 48. Beim weiteren Eingreifen des Gewindes fluchtet das Ende 52′ dann mit der Markierung 50.

Ein wirksames Abdichten der Leitung wird erreicht, wenn das Rohrende 52′ mit der Markierung 48 fluchtet. In diesem Falle weiß der Arbeiter, daß jetzt der Bereich des annehmbaren Eingreifens für ein effektives Abdichten beginnt. Eine weitere axiale Drehung der Rohrabschnitte 10 und 10′ sorgt dafür, daß die Dichtung 28 sich in Längsrichtung in den Rohrabschnitt 12 hineinbewegt, u. zw. in Richtung des Pfeiles 54, während sie mit der Fläche 42 in Berührung bleibt. Da sich die Fläche 42 nach innen konisch verjüngt, wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, bewirkt eine weitere Fortbewegung in Richtung des Pfeiles 54 ein zusätzliches Komprimieren der Dichtung 28. Dieses Anziehen der Rohrabschnitte kann fortgesetzt werden, bis das Ende 52′ mit der Markierung 50 fluchtet, was dem Arbeiter anzeigt, daß die beiden Rohrabschnitte vollständig miteinander verbunden sind. Um ein Verbindungsstück an dem Ende eines der Rohrabschnitte 10 oder 10′ in einer gewünschten Richtung auszurichten, kann die Gewindeverschraubung bis zu einem gewissen Grade gelöst werden. Bei Beobachtung der Markierungslinien kann der Arbeiter erkennen, wie weit die beiden Rohrabschnitte auseinandergeschraubt werden können, um noch ein wirksames Abdichten zu gewährleisten.

Die zwischen den beiden Rohrabschnitten erfolgte relative Drehung zwischen den beiden Markierungen 50 und 48 beträgt wenigstens eine volle Umdrehung oder 360°. Dadurch wird eine Orientierung des Verbindungsstückes an den Enden des Rohrabschnittes in jeder Richtung ermöglicht, während eine effektive Abdichtung erhalten bleibt. Dies wird durch Einstellung der Ganghöhe der Gewindegänge 22 und 44 sowie des Winkels der Dichtungsfläche 42 verwirklicht, so daß der zulässige diametrale Zwischenraum zwischen den Flächen 24 und 42 innerhalb des betriebsmäßigen Bereiches der Abdichtung bis wenigstens 360° der relativen Drehung zwischen den beiden Rohrabschnitten liegt.

Diese Konstruktion wird nachfolgend anhand der Fig. 5 und 6 erläutert. In Fig. 5 sind die Rohrabschnitte 10 und 10′ so weit miteinander verbunden, daß die Dichtung 28 durch die Fläche 42′ bis zu einem Punkt komprimiert ist, bei dem der diametrale Zwischenraum zwischen den Flächen 24 und 42′ gleich E ist. Wie man sieht, sind die Rohrabschnitte 10 und 10′ durch Gewinde bis zu einem Punkt verschraubt, an dem wenigstens noch eine volle Umdrehung bis zur vollständigen Verschraubung verbleibt. Durch eine geeignete Dimensionierung sowohl der Größe als auch der axialen Stellung der Flächen 24 und 42′ und der Gewinde kann der diametrale Zwischenraum E so gewählt werden, daß er innerhalb der annehmbaren Konstruktionsparameter der Dichtung 28 liegt, um eine wirksame Abdichtung zwischen den Flächen 24 und 42′ zu gewährleisten. In einer Ausführungsform wird die in Fig. 5 dargestellte Konfiguration erreicht, wenn das Rohrende 52′ mit der Markierungslinie 48 fluchtet. Der Arbeiter weiß dann, daß er den Punkt erreicht hat, an dem eine wirksame Abdichtung zwischen den Rohrabschnitten 10 und 10′ besteht. Eine weitere relative axiale Drehung der Rohrabschnitte bewirkt eine zusätzliche axiale Bewegung des Rohrabschnittes und der Dichtung 28 in Richtung des Pfeiles 54 in den Rohrabschnitt 10′ hinein. Da die Fläche 42 kegelstumpfartig ist und einen Winkel R aufweist, wird die Dichtung durch diese Bewegung weiter zusammengepreßt.

Fig. 6 zeigt die Rohrabschnitte 10 und 10′ in völlig verschraubter Stellung, wobei sich die Dichtung weiter in den Rohrabschnitt 10′ hineinbewegt hat bis zu einer Stelle, an der der diametrale Zwischenraum E scheinbar gleich 0 ist. Indem man die Ganghöhe L so wählt, daß der diametrale Zwischenraum E innerhalb der Konstruktionsparameter der Dichtung 28 während einer axialen Bewegung der Entfernung L oder innerhalb einer vollen Gewindedrehung liegt, kann eine vollständige relative Umdrehung der zwei Rohrabschnitte erhalten werden, während eine wirksame Abdichtung zwischen ihnen gewährleistet ist. Es wurde festgestellt, daß der Winkel R der Dichtungsfläche kleiner ist als der Winkel X, wobei tang X = E/L und X kleiner als 90°. L ist gleich der Gewindesteigung und E gibt den maximal zulässigen diametralen Zwischenraum wieder. In der vorliegenden Ausführungsform ist der effektive diametrale Zwischenraum E für die spezielle Dichtung 28 durch eine vollständige relative Umdrehung der beiden Rohrabschnitte gegeben, wenn die Ganghöhe L = 0,635 cm und der Winkel R Null Grad 30 Minuten betragen.

Auf diese Weise enthält der Rohrabschnitt Enden, die mit denen eines anderen Rohrabschnittes verbunden werden können und die eine axiale Verstellung von wenigstens 360° zwischen den beiden Rohrabschnitten zulassen und dabei eine effektive Abdichtung gewährleisten.

Es wurde ferner gefunden, daß durch die Beziehung zwischen dem Winkel der Dichtungsfläche und der Gewindeganghöhe das Drehmoment, das zur Herstellung einer wirksamen abdichtenden Verbindung erforderlich ist, geringer sein kann als das Drehmoment, das ein Arbeiter allein von Hand auf die Rohrabschnitte ausüben kann, wodurch eine Herstellung der Rohrverbindungen von Hand ermöglicht wird. Durch die Verringerung des Winkels und eine Abnahme der Gewindeganghöhe kann die Größe des aufzubringenden Drehmoments reduziert werden. Das Vorsehen einer die Dichtung überdeckenden Fläche 42, deren Winkel R Null Grad 30 Minuten beträgt, und einer Gewindeganghöhe von 0,635 cm bringt insofern einen mechanischen Vorteil, als das Drehmoment, das auf die Rohrabschnitte aufgewendet werden muß, um die Dichtung zu komprimieren, innerhalb des Bereichs der Möglichkeiten eines Arbeiters liegt, ein Drehmoment auf das Rohr von Hand auszuüben, ohne zusätzliche Ausrüstung oder Werkzeuge.

Es wurde gefunden, daß das aufzubringende Drehmoment für Verbindungen von Rohrabschnitten mit einem Durchmesser von 5,08 cm im Bereich von 0,8 bis 1,0 mkg liegt. In der vorliegenden Ausführungsform liegt das aufzubringende Drehmoment bei 0,92 mkg. Diese Drehmomente liegen alle in einem Bereich, in dem Drehmomente von einem Arbeiter von Hand auf die Außenseite eines Rohres ohne Werkzeuge ausgeübt werden können. Ferner wurde gefunden, daß auch die für ein Rohr von 7,62 cm Durchmesser aufzubringenden Drehmomente im Bereich von 1,27 bis 1,5 mkg von Hand ausgeübt werden können. Bei einer Ausführungsform mit Rohrabschnitten mit einem Durchmesser von 7,62 cm betrug das aufzubringende Drehmoment 1,38 mkg. Die für ein Rohr mit einem Durchmesser von 10,16 cm aufzubringenden Drehmomente liegen in einem Bereich von 1,61 bis 1,84 mkg, bei einer Ausführungsform betrug das Drehmoment 1,73 mkg. Auch diese Drehmomente können von Hand auf das Äußere der Rohre ausgeübt werden.

Claims (2)

1. Rohrabschnitte für eine Erdölfeld-Förderleitung mit Verbindungsstücken an seinen Enden zum Verbinden einer Vielzahl von in Reihe angeordneten Rohrabschnitten;

   • - wobei jeder Rohrabschnitt (10, 11′) von bestimmter Länge einander entsprechende Innen- und Außengewinde (44, 22) aufweist, die den Enden jedes Rohrabschnitts benachbart sind und zum Miteinanderverbinden von Rohrabschnitten dienen;
   • - mit einer eine ringförmige Dichtung (28) tragenden Oberfläche an einem Ende des Rohres;
   • - mit einer die Dichtung (28) überdeckenden Oberfläche an dem anderen Ende des Rohres, das dem die Dichtung (28) tragenden Ende gegenüberliegt;
   • - wobei die die Dichtung (28) überdeckende Oberfläche kegelstumpfförmig ausgebildet ist und die beiden Oberflächen parallel zueinander sind; und
   • - wobei die Dichtung (28) so positioniert und bemessen ist, daß sie zwischen der die Dichtung (28) überdeckenden Oberfläche des einen Rohrabschnittes und der die Dichtung tragenden Oberfläche des anderen Rohrabschnittes zusammengepreßt wird, wenn die beiden Rohrabschnitte durch Ineinandergreifen der Innen- und Außengewinde (44, 22) miteinander verbunden sind, so daß eine effektive Abdichtung im Bereich der diametralen Spalte (E) zwischen der die Dichtung überdeckenden Oberfläche des einen Rohrabschnittes und der die Dichtung tragenden Oberfläche des mit dem ersteren verbundenen anderen Rohrabschnittes gewährleistet ist;
2. dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmigen Oberflächen in einem Winkel R zur Rohrlängsachse geneigt sind, für den die Beziehung gilt: wobei E der radiale Abstand zwischen der die Dichtung überdeckenden und der die Dichtung tragenden Oberfläche bei Erreichen der effektiven Dichtwirkung und L die Ganghöhe der Außen- und Innengewinde (22, 24) der Rohrabschnitte ist; und

   • - daß durch die Bemessung der Dichtung (28) die effektive Dichtwirkung bereits erreicht ist, wenn der Spalt (E) zwischen den kegelstumpfförmigen Oberflächen noch mindestens eine volle Gewindedrehung in Zusammenschraubrichtung zuläßt.