DE3615003C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gewindeschutz für Gewinde aus einem verformbaren Werkstoff mit einem Komplementärgewinde, insbesondere für Ölfeldrohre.

Vielfach werden Bauteile industriell im Herstellerwerk mit Gewinden versehen, die ohne Nacharbeit an der Verwendungsstelle exakt passend verschraubt werden sollen. Ein typisches Beispiel dafür sind Ölfeldrohre, die, werksseitig an den Enden mit gasdichten Gewinden versehen, auf der Bohrplattform verschraubt und in ein Bohrloch abgesenkt werden. Während des Transports, beim Handhaben und beim Lagern muß das Gewinde bis zum unmittelbaren Einsatz auf der Bohrplattform vor mechanischem und chemischem Angriff geschützt werden, sonst läßt es sich nicht verschrauben oder wird unter Druck undicht. Hierfür sind eine Vielzahl verschiedener Schutzkappen für Außengewinde und Schutznippel für Innengewinde entwickelt worden.

Ein Gewindeschutz dieser Art aus einem stabilen Stahlkörper mit relativ weicher, stoßabsorbierender Auskleidung und einem zum zu schützenden Gewinde komplementären Gewinde, ist in der DE-AS 28 54 802 beschrieben.

Um dieses Gewindeschutz leicht und vollständig einschrauben zu können, weicht der Kopfkreisdurchmesser und/oder der Grundkreisdurchmesser um ein bestimmtes Maß der Profilhöhe vom gegenüberstehenden Grundkreisdurchmesser und/oder Kopfkreisdurchmesser des zu schützenden Gewindes ab. Hierdurch kommt es beim Einschrauben nur zu einer Anlage an der Stirnfläche der Gewindeflanke, die dem das zu schützende Rohr abdeckenden Bund zugekehrt ist. Eine Abdichtung der Gewindegänge soll mit dieser Maßnahme nicht erreicht werden, da das Spiel im Gewinde in der Praxis mit Gewindefett vollständig ausgefüllt bleiben soll. Von den Gewindeköpfen oder -flanken wird das Gewindefett jedoch abgestreift.

Während der Gewindeschutz, bedingt durch das Gießen der Auskleidung in einer exakten Form, stets rund ist, weisen große Gewinde, insbesondere von Ölfeldrohren mit großem Durchmesser, erfahrungsgemäß Ovalitäten von einigen 1/10 mm auf.

Die Elastizität des bekannten Gewindeschutzes ist aber so gering, daß sich die Ovalität der Rohre beim Verschrauben nur mit großem Kraftaufwand oder evtl. gar nicht überwinden läßt. Bei der häufig angewandten Verschraubungsmethode mit konstantem maximalem Drehmoment wird dann der Gewindeschutz nicht ausreichend weit aufgeschraubt, so daß die Dichtfläche des Gewindeschutzes nicht an die Stirnfläche des Rohres stößt. In die so entstehende Lücke können korrodierende Medien, z. B. Salzwasser, eindringen. Außerdem kann der Gewindeschutz um die Achse der größten Rohrovalität wackeln. Dies führt bei Vibrationen zwangsläufig zum Losrütteln des Gewindeschutzes, beispielsweise beim Transport der Rohre.

Ist der Durchmesser des Gewindeschutzes zur Überwindung der Ovalität nur geringfügig größer gefertigt worden, besteht ebenfalls keine Selbsthemmung gegen ein Losrütteln.

Dieses Problem ergibt sich ebenfalls, wenn die Auskleidung aus Kunststoff bei niedrigen Temperaturen stärker schrumpft als das zu schützende Gewinde, so daß sich dadurch der Gewindeschutz auf dem Rohrgewinde lockert.

Unter Wärmeeinfluß dehnt sich der Kunststoff stärker als das Rohrgewinde, und das Gewinde kann unter Umständen so stark klemmen, daß sich der Gewindeschutz nicht abschrauben läßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gewindeschutz zu schaffen, der sich trotz Ovalitäten des zu schützenden Gewindes leicht auf- und abschrauben läßt, einen zuverlässigen Schutz gegen mechanischen und chemischen Angriff gewährleistet, während des Transportes und der Lagerung trotz stärkster Temperaturschwankungen festsitzt und aufgetragenes Gewindefett nicht abstreift.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Werkstoff bestehende Komplementärgewinde des Gewindeschutzes für mindestens einen Gewindegang mindestens einen verformbaren Vorsprung auf der Komplementärgewindekontur aufweist.

Je spitzer die Vorsprünge sind, desto leichter gleiten sie beim Aufschrauben des Gewindeschutzes auf den Köpfen bzw. Flanken des zu schützenden Gewindes. Die Reibkräfte werden auf ein Minimum reduziert. Die Gleitspur der Vorsprünge ist so schmal, daß das heute üblicherweise in relativ dünner Schicht aufgetragene Gewindefett nicht vom Gewindeprofil verdrängt wird, wie das bei dem bekannten Gewindeschutz der Fall ist.

In der Mitte des Gewindeschutzes können die Vorsprünge als Noppen ausgebildet sein, wenigstens am Anfang und am Ende des Gewindes bilden sie eine oder zwei durchlaufende Rippen, um das Eindringen von Flüssigkeiten, insbesondere Salzwasser, zu verhindern.

Je fester der Gewindeschutz aufgeschraubt wird, desto mehr werden die Vorsprünge zusammengedrückt, so daß die Reibfläche und damit die Selbsthemmung gegen ein Losrütteln immer größer wird. Unterstützt wird diese Wirkung durch den Federeffekt der Vorspünge, die aus demselben elastischen Material bestehen wie die übrige Auskleidung. Temperaturschwankungen und die daraus resultierende Schrumpfung bzw. Ausdehnung der Auskleidung werden durch die elastische Nachgiebigkeit der Vorsprünge kompensiert. Ist der verformbare Werkstoff des Gewindeschutzes in einem Hohlkörper aus Stahl angeordnet, kann sich dieser nur in etwa der gleichen Weise dehnen wie ein zu schützendes Stahlgewinde, wodurch der Schrumpfweg der Auskleidung auf ein Minimum an ihrer jeweils dünnsten Stelle begrenzt wird.

Insbesondere bei kegeligem Gewinde sind die Vorsprünge vorzugsweise im Gewindegrund der Auskleidung angeordnet. Dadurch läßt sich der Gewindeschutz zunächst ohne Schrauben einige Gewindegänge aufschieben, bevor das Schrauben beginnt. Außerdem wird weniger Fett vom zu schützenden Gewindekopf abgestreift.

Ein gutes Zentrieren der Gewinde gegeneinander gewährleisten Vorsprünge auf den Gewindeflanken; dies verringert die Fettverdrängung an den Gewindeflanken erheblich.

Ovalitäten des zu schützenden Gewindes wirken sich bei dem erfindungsgemäßen Gewindeschutz weder in einer Hemmung beim Aufschrauben aus - typisch ist sonst ein ruckweises Aufschrauben - noch läßt bei Vibrationen die Selbsthemmung gegen ein ungewolltes Lösen nach, weil die Vorsprünge eine hohe Elastizität aufweisen. Dieser Effekt ist besonders interessant bei kegeligen Rohrgewinden nach API (American Petroleum Institute), bei denen häufig ein geringes Losdrehmoment genügt, den Gewindeschutz zu lockern oder abzustreifen.

Falls erforderlich, kann bei kegeligen Gewinden die Höhe der Vorsprünge mit zunehmender Aufschraublänge steigen. Durch größere zu verpressende Volumen der elastischen Vorsprünge wird die Aufschraubkraft immer größer - und natürlich auch die Selbsthemmung gegen ein Lösen. Dabei bietet es sich an, entweder die Höhe der Vorsprünge linear stärker zu steigern als die Gewindekegeligkeit oder Vorsprünge in gestufter Höhe zu verwenden. Zum guten Abdichten des Gewindes trägt auch ein umlaufender Vorsprung auf der stirnseitigen Dichtfläche des Gewindeschutzes bei. Zusätzlich wirkt eine derartige Dichtlippe wie ein Federring unter einer Schraubenmutter. Ein Kapillarwirkung für korrosive wäßrige Medien entsteht im Gewinde nicht, wenn eine minimale Menge von Gewindefett verwendet wird.

Der verbleibende kleine Spalt im Gewindegrund wird durch Fett ausgefüllt, während die bis zu neunzig Prozent ihres Volumens verquetschten Vorsprünge die Gewindeköpfe und ggfl. Gewindeflanken abdecken.

Die erfindungsgemäßen Vorsprünge eignen sich für einen Gewindeschutz aus Kunststoff ohne steife Metalleinlage ebenfalls. Es ist jedoch hinsichtlich der Höhe der Vorsprünge die stärkere Schrumpfung und Dehnung zu berücksichtigen.

Mehrere in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele werden nachstehend des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen herkömmlichen Stahl-Kunststoff-Gewinde­ schutz im Teilschnitt mit dem zugehörigen Rohrge­ winde,

Fig. 2 einen Gewindeschutz, teilweise auf ein sägezahnförmiges Rohrgewinde geschraubt,

Fig. 3 den Gewindeschutz nach Fig. 2, beinah vollständig auf das Rohrgewinde geschraubt,

Fig. 4 einen Gewindeschutz mit unter­ schiedlichen Vorsprüngen,

Fig. 5 einen Gewindeschutz für Rund­ gewinde,

Fig. 6 einen Gewindeschutz mit Vor­ sprüngen stetig zunehmender Höhe,

Fig. 7 einen Gewindeschutz mit Vor­ sprüngen, deren Höhe unstetig zunimmt.

Alle Darstellungen zeigen Enden von Ölfeldrohren mit ke­ geligen Außengewinden nach API (American Petroleum Insti­ tute), die mit einem Gewindeschutz in Form einer Schutz­ kappe versehen sind.

Fig. 1 zeigt ein Ölfeldrohr 2 mit einem sägezahnförmigen Gewinde 7 und einer Stirnfläche 6, auf das ein herkömm­ licher Gewindeschutz 1 aufgeschraubt ist. Eine stirnseitige Dichtfläche 5 des Gewindeschutzes 1 liegt nicht an der Stirnfläche 6 des Ölfeldrohres 2 an, weil die Reibungskräf­ te zwischen dem Gewinde 8 in einer Auskleidung 4 des mit einem steifen Hohlkörper 3 stabilisierten Gewindeschutzes 1 und dem Ölfeldrohr-Gewinde 7 beim Aufschrauben zu groß wurden oder das Ölfeldrohr 2 oval ist. In den Luftspalt kann Wasser eindringen.

Fig. 2 zeigt einen Gewindeschutz 13, der im Grunde des Gewindes 8 der stoßdämpfenden Auskleidung 4 aus Polyurethan einen Vorsprung 10 aufweist, der schrauben­ förmig als fortlaufende Rippe durch das Gewinde 8 verläuft. Die Dichtfläche 5 ist mit einem ringförmig umlaufenden Vorsprung 8 versehen. Beim Aufschrauben auf das Gewinde 7 des Ölfeldrohres 2 berührt die Schutzkappe 13 das Ölfeld­ rohr 2 nur mit den Spitzen der Vorsprünge 10 und den steilen Flanken des Gewindes 8.

Fig. 3 zeigt dieselbe Schutzkappe 13 in einer Situation, bei der das Aufschrauben fast beendet ist. Der dicht­ lippenförmige Vorsprung 9 an der Dichtfläche 5 ist bereits teilweise durch Pressen verformt und dichtet die Verbindung bzw. das Gewinde 7 des Ölfeldrohres 2 an der Stirnfläche 6 ab. Die Vorsprünge 10 des Gewindes 8 der auf eine Shore-Här­ te von A 90 eingestellten Polyurethan-Auskleidung 4 sind fast eingeebnet. Dadurch entsteht eine starke Pressung dargestellt durch bogenförmige Striche - in der Auskleidung 8 zwischen den Köpfen des Gewindes 7 und dem steifen Hohlkörper 3. Diese Pressung des elastischen Materials mit großer Rückformfähigkeit sorgt für eine gute Selbsthemmung des Gewindeschutzes gegen ein Lösen.

Fig. 4 zeigt einen Gewindeschutz 14, dessen Auskleidung 4 ein zum zu schützenden Gewinde 7 des Ölfeldrohres 2 komple­ mentäres Gewinde 8 trägt, das sowohl Vorsprünge 10 als auch an den Gewindeflanken zentrierende Vorsprünge 11 aufweist. In dieser Version werden die Aufschraubmomente noch gerin­ ger und es wird eine minimale Menge an Fett verdrängt.

Fig. 5 zeigt das Ende eines Ölfeldrohres 19 mit Rundgewinde 23, auf das ein Gewindeschutz 15 mit komplementärem Gewinde 18 aufgeschraubt ist. Bei diesem Gewinde 18 sind nur auf den Gewindeflanken zentrierende Vorsprünge 12 angeordnet, da Vorsprünge im Gewindegrund keine stabile Führung des Gewindeschutzes 15 zulassen würden.

Fig. 6 zeigt einen Gewindeschutz 16 ähnlich Fig. 2, jedoch mit Vorsprüngen 21 im Gewinde 8 der Auskleidung 4, die vom Gewindeanfang zum Gewindeende kontinuierlich höher werden, so daß in voll aufgeschraubter Lage die Preßkraft längs den Vorsprüngen 21 immer mehr zunimmt. Ähnliches haben Versuche mit dem Gewindeschutz 17 der Fig. 7 gezeigt, bei dem die Höhe der Vorsprünge 22 nach jedem dritten Gang des Gewindes 8 sprunghaft zunimmt.

Insbesondere können die Vorsprünge in Form von "Haifischzähnen" ausgebildet oder unter einem spitzen Winkel zur Radialrichtung angeformt sein; bei extrem großen Gewindezähnen könnten auch je Gewindegrund zwei Vorsprünge angeordnet sein.

Claims (6)

1. Gewindeschutz für Gewinde aus einem verformbaren Werkstoff mit einem Komplementärgewinde, insbesondere für Ölfeldrohre, dadurch gekennzeichnet, daß das Komplementärgewinde (8) in mindestens einem Gewindegang mindestens einen verformbaren Vorsprung (10, 11, 12, 21, 22) auf der Komplementärgewindekontur aufweist.

2. Gewindeschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gewindegang einen Vorsprung (10, 11, 12, 21, 22) aufweist.

3. Gewindeschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (10, 11, 12, 21, 22) als im Gewinde (8) ununterbrochen durchlaufende Rippe ausgebildet sind.

4. Gewindeschutz nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (10, 21, 22) im Gewindegrund angeordnet sind.

5. Gewindeschutz nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (11, 12) an den Gewindeflanken angeordnet sind.

6. Gewindeschutz nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Vorsprünge (21, 22) vom Gewindeanfang zum Gewindeende hin zunimmt.