JP2003529734A - 耐疲労性を有するネジを付けられた管継ぎ手用の、ネジを付けられた管形の要素、および、結果として生じるネジを付された管継ぎ手 - Google Patents
耐疲労性を有するネジを付けられた管継ぎ手用の、ネジを付けられた管形の要素、および、結果として生じるネジを付された管継ぎ手Info
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Abstract
Description
手の、雄ねじ又は雌ねじを付けられた管状の要素に関する。
じ付された管形の継手(ねじ管継手)に関する。
部に雄ねじ要素及び第二の管の端部に雌ねじ要素を有する。
戸のような井戸のためのケーシング・ストリングまたはプロダクションストリン
グまたはドリルパイプ・ストリングを構成するのに用いられる。
ねじを持つ、特にテーパの付いたねじ切りによる、ケーシングパイプ間又はプロ
ダクションパイプ間でのねじ接続を定義している。
接続も知られている。例えば、米国特許第4 521 042号明細書参照。
ることができるようにすると云う必要性から生じる限られた厚さにもかかわらず
、ケーシングパイプまたはプロダクションパイプは、静的応力(張力、軸方向の
圧縮力、面曲げ力、内部または外部の圧力)の種々の組合せに本質的に耐えるこ
とができなければならなかった。
返し応力を受けるが、与えられた時点では与えられた直径を持つ単一のストリン
グが地面に挿入されるのであるから、寸法の制約を受けない。
負荷の下にある負荷フランクの側部)から始まる疲労破壊を導く。
る応力集中から結果として生じる。
体的なレベルを減軽すること、及び、負荷フランクとねじの基部との間の交差点
における可能な最小の角を作り出すことによって、応力の最大のレベルを減軽す
ることが必要である。
イプを定義する。 API仕様書7Dねじは、形状が三角形で、ねじ付けられた要素の
軸線への垂線に関して各々30°に配置される、負荷フランク及び突き刺しフラン
クによって非常に丸くされる。
の上に配置されるものである。この定義は、この明細書を通して使用される。
で、円弧状に丸くされる。この円弧は、フランクに接線方向で接続する。
円の円弧の半径を実質的なものにする。
な半径方向の干渉をも回避するために面取りされる。
る3.08mm(0.121")である。
るようにするドリルパイプ用のAPI仕様書7Dに関して修正されたねじを切るプロ
フィルを記載しているので、これらの手段は、不十分であることを証明できる。
示す。その丸くされた領域の中心は、API半径、すなわち、1.45mm(0.057")に
関して、およそ50%増やされる半径で、スタビング・フランク(ロード・フラン
クの反対側の)の方に偏っている。
り臨界でない輪郭(即ち、単一のストレートなセグメントまたはストレートなセ
グメントによって後に続かれた0.81mm(0.032")の半径)で突き刺し(スタビン
グ)フランクに接続する。
ねじを切断するためにはじめに大きい肉厚を必要とする。
イプのストリングに関して予見することができない。
ムに連結している水中ストリングで経験されている。
コラムは、特に、コラムに振動を誘起する潮流によって、波によって、潮の干満
によって、及び、プラットホーム自身の可能な変位によって引き起こされる繰り
返し応力を受ける。
たりすると云う非常に頻繁に起こる事案において井戸を接続するために回転する
パイプを垂下する時に、陸上の井戸でも経験される。
ザー」のためのねじ管接続の改善は、それらの疲労強度を増やすために求めて努
力された。
I仕様書5Bのねじから演繹した台形ねじを有する。
のねじを付けられた要素は、特に、過度にトルクを与えることによって、連結の
際、該要素が移動する結果をもたらすことがある。
向に接続する丸くされた領域を介してフランクの各々に接続する。その丸くされ
た領域の半径は、ねじ基部のトータル幅の10%及び50%の間で(好ましくはそのト
ータル幅の16%及び26%の間で)設けられる。
の半径方向の干渉は、少なくとも0.25mm(0.010”)の半径方向すきまを維持す
ることによって完全に回避するように設定される。
れる半径の0.15mmに対して、0.5mmのオーダーである。
な半径は低く現れる可能性がある。しかし、もし接触しているフランクの受け面
を急激に減らすことが許容可能でなければ、使用されるねじの台形の形状は、三
角ねじの場合のような大きい半径の形成を許さない。
せられたねじ付けの対応するねじ基部との間で半径方向の干渉を持つタイプのね
じに適応しない。示されたねじは、US Re 30647において示される様な、様々な
幅を持つ「楔」形式ねじである。
製造することである。そして、それは下記の両事項に対し、特に、耐性がある: a) 静的応力、特に、軸方向の張力、軸方向の圧縮力、曲げ、捻り、内部又
は外部圧力、接続中のずれ、単一のもの又は複合したもの(例えば、張力+内部
圧力)、 b) 繰返し応力。
解説される。
式で成形できることを確保することを目的とする。即ち、テーパー付き、ストレ
ート、ストレートとテーパー付きとの組み合わせ、1又はそれ以上のステップを
有するもの、干渉又は非干渉の可能性がある台形又は三角形ねじ付き等の形式で
成形できる。非干渉のねじ付けは、軸方向の締りばめを有する、対のねじ(同様
に「がん丈なねじ」と呼ばれている)のフランクと2つのフランクとが同時に接
触する、たとえば、ヨーロッパの特許出願EP O 454 1 47で解説される形式、又
は、たとえば、US Re 30 647において解説される様々な幅を有する楔型式のもの
である。
れることができるということである。
井戸ケーシングのため、又は、水中の採鉱(「ライザー」)のため、或いは、同
様の用途のためのねじ継手を構成するために使用されることができなければなら
ない。
を製作することである。
パイプ・ストリングで使用されることができなければならない。
力に耐えるために修正されるが、対のねじ要素で非修正のものと互換性があるね
じ管継手を生産することである。
に耐えるために修正される。
素が、パイプの端部に形成され、ねじ要素の形式が雄であるか雌であるかによっ
て外側に雄ねじ又は内側に雌ねじを有する。
スタビング・フランクと「ねじ基部」領域と呼ばれる2つの接線方向交差点領域
を設ける。
うちの1つ(「対応フランク」と呼ばれる)との間に配置され、円の円弧を有す
る。
径領域」と呼ばれ、「プリンシパル円弧」と呼ばれる円の円弧を有する。そこで
は、サポート円が「フランク基準点」と呼ばれる1点で、対応するフランクのサ
ポート直線を切断する。そして、また、「二次曲線」と呼ばれる決まった曲線を
、プリンシパル円弧の何れかの側で切断する。この切断された「二次(セカンダ
リ)曲線」と呼ばれる決まった曲線を対応するフランク及びねじ基部に接線方向
に接続する。即ち、非接線方向交差点は、特に単一の接続点での疲労に有害であ
る応力ピークをもたらす。
応力のピークをもたらすような単一の点を有しては成らない。
るフランクのサポート直線とで、厳密に正の鋭角を作る。
ーカットしないようにすることである。接線とフランクの間の負の角度は、明ら
かに特に疲労作用にとって有害である。
又はねじ基部のサポート直線に対して接線方向にある。前記サポート円に対する
接線は、その接点又は交差点において、ねじ基部のサポート直線に関し−15°
と+15°の間の角度をなす。
るとき、この角度はゼロで、ねじ基部側面上の第2曲線は1点になる。
ねじ付けられた要素の軸線に平行であるねじ基部を通して通過する直線である。
事項によって完全に定義される: ・フランク基準点の位置によって ・プリンシパル円弧の円サポートへの接線と、相当するフランクの間の角
度によって; ・前記円に対する接線とねじ基部との間の角度によって ねじ基部の各マルチプル半径領域のプリンシパル円弧の半径は、相当するフラ
ンクとねじ基部との間の接線方向の交差点領域をそれ自身で構成する前記フラン
ク基準点を通って通過する「標準円弧」と呼ばれる円の円弧の半径よりも大きい
。
て位置する臨界領域では、高い交差点半径を、そして、ねじ高さをあまり高くす
ることなく、セカンダリ(2次)曲線が位置する対応するフランク及びねじ基部
を有する交差点において、より低い半径を、用いることができる。
ど、フランク表面は、対のねじ要素の対応する表面でより多く負担するように利
用でき、結果として形成されたねじ継手の静的作用が増加する。
離)の半径方向の高さは、この領域の半径に比例的である。その結果、これらの
ねじ付き要素及び与えられたねじ高さの故に、疲労特性(繰返応力)でのどんな
利得でも、静特性を弱める結果となる。
の角度のため、交差点領域の半径方向の高さはプリンシパル円弧の半径に比例的
である、しかし、この正の角度が増加するにつれて、比例係数はよりいっそう低
くなる。このように、静的条件に基づく疲労作用は改善され、且つ、与えられた
疲労作用或いは疲労作用に対する静的条件、及び、静的特性も同時に改善される
。
ランク基準点における対応するフランクとの間の角度が、+10°から(70°−J
)までの範囲にあることが好ましい。Jは、対応するフランク角、すなわち、検
討中のフランクの直線からなる部分とねじを付された管状の要素の軸線への垂線
との間の角度、を示す。フランク角は、考慮中のフランクがねじ基部上に突出し
ないようにするとき、正になると言われている。
ンク基準点におけるロード・フランクの間の角度は、+15°から(45°−J
)までの範囲にあることが非常に好ましい。Jは、前述したものと同じ意味であ
る。
ら好ましい。
接線の交差点領域を構成する標準円弧の半径の150%から250%までの範囲である
ことが好ましい。
しい。
1から0.4まで範囲であることが非常に好ましい。
ンク、の側部、又は、2つのフランク、上の何れかのねじの輪郭を修正すること
によって適用することが出来る。
び、テーパ付き、ストレート、それらの組み合せ、単一又はマルチプル・ステッ
プのねじの両方に適用することができる。
を以下に解説する。
る。このねじ管継手は、雄ねじ管要素上の雄ねじと雌ねじ管要素上の雌ねじ手段
によって、第一の管端部の雄ねじ管要素が第二の管端部の雌ねじ要素にねじ込み
によって接続される構成を有する。
ク、直線からなるスタビング・フランク、そして各々が円の円弧を構成している
4つの交差点領域を有する。
々が、ねじ基部を対応するフランクと呼ばれるフランクに接続する。そして、ね
じ頂部交差点領域と呼ばれる2つの領域は、各々、ねじ頂部をフランクに接続す
る。
じ基部交差点領域と干渉しないように適合させられる。
を有するねじを付けられた管形の要素である。
数の半径を持つ接線方向ねじ基部交差点領域の反対側のねじ管要素の少なくとも
一つのねじ頂部交差点領域は、相互に、すなわち、接線方向に接続する円の2つ
の円弧(プリンシパル円弧とセカンダリ円弧)を構成するフォロワーと呼ばれる
領域である。前記セカンダリ円弧は、対応するフランクへの接線方向のねじ頂部
を作り出す。
ート直線を切断する対応するフランクの「高い交差点」と呼ばれる点で、前記円
への接線は、当該フランクのサポート直線とはっきりした負の鋭角を作る。
パル円弧がねじの材料に切り込むことを意味する。
増加するのを可能にする。
雌)のうちの1つだけを本発明の耐疲労型とすることである。本発明の耐疲労型
のねじ付き要素は、従来技術のねじ付き要素であるその他のねじ付き要素と互換
性がある。
要素(雌及び雄の)とも本発明の耐疲労型とすることである。
部が、対のねじのねじ基部と半径方向で干渉する干渉型ねじに適用可能である。
ンクが、接触圧力の有無にかかわらず、対のねじ付けされたねじの2つのフラン
クと、該ねじ長さの少なくとも一部にわたり、接触するねじ部に適用可能である
。従って、本発明は、軸方向の締りばめを有するまたはくさび形の様々な高さを
有する「がん丈なねじ」として知られているねじに適用可能である。
ら、明らかになるであろう。これらは、本発明の理解に役立つのみならず、本発
明の定義にも役立つであろう。
て通過している縦方向の横断面に関係する。
継手を示す。
」接続と呼ばれるねじ接続を示す。
ねじ継手の若干の台形ねじを示す。
ねじ継手のバリエーションの若干の台形ねじを示す。
す。
す。
1ねじ継手の更なるバリエーションの若干のねじを示す。
点での角度の関数として交差点領域の標準の円の半径に対する、プリンシパル円
弧の半径の割合のバリエーションを示しているグラフである。
の交差点領域における角度で計った位置の関数として、主応力のバリエーション
を示しているグラフである。
200を示す。
パイプを意味する。
は、陸上乃至沖合のハイドロカーボン井戸用のライザー又は同様の井戸用のドリ
ルパイプのストリングのためのライザーを構成するために通常連結される。
流体の腐食性特質のレベル、に適応するために非合金鋼、低合金鋼または高合金
鋼の全てのタイプからまたは第一鉄または非合金鉄から形づくられることができ
る。
覆を有する低い耐食性パイプを用いることはあり得る。
雌ねじ要素2、2’を具備する継手202を介して連結される。
、長さ数センチメートルの突出部10によって接続される2つの左右対称のねじ継
手100、100’を構成する。
ないように、実質的にパイプ101、101’の直径と同一である。
する。
って概略的に示される。
付けられた三角形又は台形ねじを有すると共に、これらのねじは雄の要素の外側
に配置される。雄のねじ付け3は、ねじ無し1舌片1 1によって、前記要素の自由
端7と離隔される。自由端7は、実質的に横断環状1面である。
ーパの付いた受け面である。
らは形状において符合し、雄の手段との位置については協力するようにする。
じ4及びねじ無し部を具備する。
リエンテーション表面8及び該肩部に続くテーパの付いた受け面6を具備する。
受け面5、6は、互いに半径方向に干渉するように設計され、それ故に、金属-金
属接点圧力の下にある。受け面5、6は、このように高い内側又は外側の流体圧力
の下でさえ、ねじ継手密着を作るシール面を構成する。
的突合せ面8及び受け面5、6を省くことが出来る。
に直接に連結されるねじでありえる。一つの1ねじ接続だけを用いるこの種の継
手300は、完結的と呼ばれる。
る端部での1雌ねじ要素2を有する。
た三角形又は台形のねじを有する2つの直線ステップ又は環状体303、303’によ
って構成される外側雄ねじを有し、より小さい直径303’を有する前記環状体は
、前記要素の自由端309’に配置される。自由端309’は、横断環状表面である。
上に配置される。
るねじ無し部及び肩部を形づくっている横断環状面309に向かって延びている。
ねじを具備する。該直線環状体は、横断環状肩部308によって分離される。そし
て、最大の直径304を有する環状体が雌の要素の横断環状自由端310の方へ向かっ
て配置される。
面312、312’を具備する。そして、横断環状面310’は、自由端310の反対側の前
記要素の端部に肩部を形成する。
、304’にねじ込まれ、中央の肩部307、308は互いに当接する。横断端面309、30
9’は、各々肩部310、310’の横断端面と部分的に接触し、主たる当接307、308
のために、補助の当接を構成する。
渉する。そして、外側又は内側の流体に対して継手を密封することができる高い
金属-金属接点圧力を形成する。
線ねじを持つことができ、完結的(インテグラル)継手は、テーパの付いたねじ
を持つことができる。
ことも、ストレート−テーパを付けることもできる。そして、同じねじのねじ部
は、段があってもなくてもよい。
ねじ管要素のねじのバリエーションを解説する。
のねじ12を示す。
、ねじ基部18及び2つのフランク:ロード・フランク14及び1スタビング・フラン
ク16、を具備する。
角度Cで傾けられる。角度Cは、ねじ付け部の勾配角度である。ねじ高さは、各々
のフランクにとって一定である。
の付いたねじ付けを持つことも出来る。また、ねじ高さは、ねじ付けにテーパを
付けるために、ロード・フランク側におけるよりもスタビング・フランク側にお
ける方がより高い。
のねじ付け部における対応しているフランクに最初に接触するフランクである。
それは、ねじ要素の自由端の側におけるねじ上に位置する。
。
タビング・フランクは、同じ垂線と角度Bを作る。
、ルールにより、正と定義される。
成される4つの接線方向交差点領域22、32、42、52によって、ねじ頂部及び基部
に接続される。
それぞれの半径r2fp及びr2feを有する領域22及び52は、接線方向ねじ基部交差点
領域である。
する円の円弧が、端部において該円弧が接続する面に対し接線方向であることを
意味する。これは、これらの領域が応力の下に置かれるとき、応力ピークをつく
ることができるどんな角をも回避する。
く。
(すなわち、ねじ頂部177、ねじ基部19及び2つのフランク、ロード・フランク13
及びスタビング・フランク15)を具備する。
じ頂部及び基部は、雌のねじ頂部及び基部と同じ角度Cに傾けられる。雄のねじ1
1のロード・フランクの角度A及びスタビング・フランクの角度Bは、雌のねじ12
のそれらの角度と同様である。
びねじ基部に接続される。
rlsp、rlse及びrlfeを有する円の単一の円弧によって構成され、図4C、4d及び4E
に示される。
21は、異なる半径及び接線を有する円の連続的ないくつかの円弧によって構成さ
れる。
ル半径領域」と呼ばれる。
円弧及びこのプリンシパル円弧の両側に「セカンダリ円弧」と呼ばれる円の円弧
を有する。該セカンダリ円弧は、半径rp1を有するロード・フランク13上で、且
つ、該ロード・フランクの接線方向にある第1のセカンダリ円弧25、及び、半径r
T1のねじ基部の側部上で、且つ、ねじ基部の接線方向にある第2のセカンダリ円
弧27である。
ク基準」と呼ばれるポイントPRFIでロード・フランク13のサポート直線を切断す
る。
の接線61とロード・フランク13のサポート直線との間の角度Dを形成する。この
角度Dは、プリンシパル円弧がねじの材料を切り込まないときそのような角度が
正であるというルールを用いる場合に、正しく正である。接線61は、このように
ロード・フランクのサポート直線に関して、ねじ1 1内部にある。
トPRRIでねじ基部19のサポート直線を切断する。
に、わずかに正であるねじ基部19のサポート直線に関し、角度Eをなす。
、10°に、我々の正負記号のルールを用いれば、本件の場合においてねじまたは
ねじ基部材料に切り込む、プリンシパル円弧に対応する負の角度に、限られてい
なければならないことを確認した。
を定めることにより、完全にプリンシパル円弧23の半径rp1を定義することがで
きる。
にねじ基部19への垂線であるとき、半径rp1は、ポイントPRFIを通って通過して
いる「標準円」29と呼ばれ、ロード・フランク及びねじ基部の間に単独で接線方
向交差点領域を構成する仮定的円の半径rH1の二倍に近い。これは、PRFIを通っ
て通過している標準円29は、ねじ基部19に及びロード・フランク13に接線方向に
あることを意味する。
ァクターは、角度Dである。
て1以上であって及びこのように疲労動作に対して限られた影響しか持っていな
い。その結果、10°以上の、好ましくは15°より大きい角度Dが選ばれる。
場合、幾何学的な不相容性を生じることがありえる。この理由により、Dの上限
は、(70'-A)、好ましくは(45'-A)である。
rp1/rH1)の値を生じる。そして、その値は、円弧25及び27での動作応力におけ
る望ましくないピークの原因となる低い半径を有するセカンダリ円弧の使用を必
要とする。
rp1/rH1)が1.5から2.5まで範囲となる。
いる。
な部分が、ロード・フランク側部上におけるねじ基部のプリンシパル円弧23の中
間の部分であることを発明者が見出したので、ねじの操作上の動作に影響を及ぼ
さない。
における引張荷重を支持するロード・フランク側上における、ねじ基部交差点領
域の中間の部分で疲労亀裂が始まるのが見られる。
第二次の応力ピークをもたらす可能性がある。第二次の応力ピークは、第2の例
において、操作中の疲労亀裂を生じる可能性がある。
法が相対的に非常に大きい円弧25または27をもたらす。
るためにねじ込むことによって連結されたときの、図4Aの雄のねじ11及び図3Aの
雌のねじ12を示す。
この場合、雄のねじ)のねじ基部19と半径方向に干渉するので、図5Aのねじ11、
12は、干渉するねじと言われる。
重量によって発生する軸方向の引張荷重を受ける。そして、図1のねじ継手の場
合、数kN.m.の組立て回転力を有する、横断面7、8の当接によって発生させられ
る力を受ける。
必要がある。
フランク15、16の間にクリアランスが生じる。
差点領域の間の同じ半径の場合においてさえ、雄及び雌の交差点領域の間の干渉
の危険を制限する。
領域21と干渉しないために十分に大きいものが選ばれる。
い割れの危険を生じる。
ンク側部の雄型ねじ基部のマルチプル半径領域21を使用すると、最も応力を加え
られる接線交差点領域の重要な部分の半径を増やすことができる。割合rpl/rH1
の値の上記の解析を参照せよ。
び従ってねじ継手の静特性を分析することが可能である。このゲインが対の相手
方の雌交差点に単一の半径r2spを用いて部分的に減軽されるというのは本当であ
る。図5Bを参照せよ。
の交差点領域を修正するのみで足りることに注意するべきである。
術の雄型ねじ機素を有しているパイプ101を用いることができ、そのときは、ね
じ基部及び負荷フランクの間にマルチプル半径領域を有している修正された雌ね
じを合わせて用いる、カップリング202を提供することが可能である。
検査をするのが単一の半径をもつ交差点領域を有する標準の先行技術ねじより難
しくはないことが強調されなければならない。機械加工は、適当な形状をもつツ
ールを使って、実施され、そして、検査は、製作許容公差の上限下限に合うよう
に機械加工される2つのゲージを重畳することによって、従来は、実施される(
「オーバーレー検査」として知られている)。
示す。
、両方のマルチプル半径領域である)ねじ基部の領域22及びねじ頂部の領域32に
関係する図3Aの領域にわたってこれとの差異を組み込んでいる。
方向にあるプリンシパル円弧24及び第二次円弧26を包含する。
のプリンシパル円弧24のサポート円への接線62は、負荷フランク14のサポート直
線と、正しく正の角度Dを作る。
18の間で接線の交差点領域を単独で構成している標準円30のrH2より大きい。
る。そして、本件が角度Eがゼロである具体的事例を構成する 。
半径より、低い半径rS2を持つ。
ンシパル円弧34への接線であり、他方では、負荷フランク14への接線である。
荷フランクを切断する。
Hを作る。
リンシパル円弧34は、ねじ12の原材料を切り取るか、切り込む。
ば、円の単一の円弧によって構成した42(図6Dを参照する)のような交差点の場
合よりも、ねじ頂部により近い点PRH2に、位置決めをすることができる程のもの
である。
介して、図6Cで示されない仕方で接線になり得る。
。そして、その時円弧34は直線になる。
。これは、ねじ頂部側部における更なるセカンダリー円弧に関しても同じである
。
のに対して、スタビング・フランク側部の交差点領域41、51は、単一の半径(図
6Dと6Eを参照する)を有する。
図4Aの領域21と同様である。そして、ねじ基部19にプリンシパル円弧23を結合す
るセカンダリー円弧の必要がない。領域21は、このようにして完全に図6Bの領域
22に合致する。特に、角度Dは、+30°である。
って接続し次第、図7Aの雄型ねじ11、及び、図6Aの雌ねじ12を示す。
だけは、雄型ねじ基部19、さらに雌及び雄の負荷フランク13、14と接点圧力の下
で接触している。
を示す。ねじ頂部交差点の修正によって、雌及び雄の負荷フランク13、14は、図
5Aの場合より大きい表面に関して耐えることができ、そして、このようにしてよ
り高い静止の引張荷重を維持することができる。
疲労動作が、修正されていないねじ機素の疲労作用によって制約されないのは、
図5Aの事例と同様である。
素を必要とする。
ねじ1 2を示す。
ク16。
ものである。
部をつないでいる線は、ねじ機素の軸線と角度Cを作る。
に及び基部F2に接続される。
る、垂線に関して対称である。それらは、半径r2sと円の単一の円弧によって構
成される。図9Cを参照せよ。
る、垂線に関して対称でない。それらは、マルチプル半径によって構成される。
図9Bを参照せよ。
リンシパル円弧24を備える。円弧24のためのサポート円は、PRF2で負荷フランク
14のサポート直線を切断する。
続部の軸線に対する平行な直線であるとして、定義される。
。例えば、角度Dは、30’である。
プリンシパル円弧24の端部に対する接線である。そして、その他端は、負荷フラ
ンク14に対する接線である。
基部のサポート直線に対するF2で引き延ばされない接線をもつ標準の円の半径rH
2より大きく、そして、このように、ねじ基部と負荷フランクの間の交差点にお
いて反疲労特性をもたらす。
の範囲である。
ンシパル円弧54を備える。円弧54のサポート円は、PRF4でスタビング・フランク
16のサポート直線を切断する。
の角度Fを作る。例えば、角度Fは、15°である。
プリンシパル円弧54の端部に対し接線であり、その他端は、スタビング・フラン
ク16に対する接線である。
してPRF4で、そして、ねじ基部のサポート直線に対してF2で引き延ばされない接
線をもつ標準の円の半径rH4より高く、そして、このように、ねじ基部及び負荷
フランクの間の交差点の反疲労特性をもたらす。
る。
けるが、しかし、負荷フランクがさらに応力を加えられる時、全部のねじ基部の
疲労作用を改善することを目指す。そして、それは、一般に、圧縮を交替に作用
させ、曲げ力を受けるパイプ・ストリングをもつ事例である。
・フランク15を備える。 フランク13、15は、交差点領域21、31、41、51によってねじ頂部S1及び基部F1に
接続される。
成され、そして、図9Cで示される32、42に類似している。
は図9Bに示されるねじ基部領域22、52と同様であり、これらに対応する。
10Aの雄型ねじ11及び図9Aの雌ねじ12を示す。
。雄型負荷フランク13は雌型負荷フランク14と接触している、そして、雄型スタ
ビング・フランク15は雌型スタビング・フランク16と接触している。
る交差点領域(21/42、51/32、41/52、31/22_)の間に(:図11B及び11Cを参照。
)クリアランスがある。
円弧を有する交差点領域は、三角ねじを有するこの種のねじ管継手の良好な引張
-圧縮疲労作用または曲げ作用を作り出す。
、ねじ基部のマルチプル半径領域のプリンシパル円弧の半径の割合rp1/rHlの値
に基づいて、角度Dの角度A及びEの異なる組合せによる影響を解説する。
12は、角度Eの影響が穏当であること及びこの角度のために許容される小さい変
化量に適合することを示している。15°の角度Eは、E = 0°のときよりrpl/rH1
に関しわずかに高い値を作り出すことができる。
ド・フランクに関しては、角度Dは、15°から 45°の範囲で有利に選ばれること
ができる。そして、角度Dは、角度Aがゼロの時、この角度のために主張される好
ましい範囲に対応する。
増大する。
ランク)は、rplで実質的な利得を得るためには比較的大きい角度Dを必要とする
。
うな値は、三角ねじの場合に遭遇する。
勾配に傾斜している。角度Bの影響は、直接に角度Aの影響にまでさかのぼること
ができる。
」のためのねじ継手の下記の形状において、ねじの中間の部分で、ねじ基部とロ
ード・フランクの間の接合部領域での主応力の変化量を示す。
mm(13 3/8”)の外径を有するパイプ、 ・テーパ付きねじ(1/6勾配、すなわち4.8°の角度C)、 ・4 山数(ねじピッチ6.35mm)、 ・管軸に平行な頂部と基部を有する高さ2.1 mmの台形ねじ、 ・直線負荷フランク(A=0°)、 ・傾斜したスタビング・フランク(B=15°)、 ・材料の弾性限度の80%のパイプ・ボディーにおいて引張応力を発生する引
張力下の軸荷重、 ・標準組立て回転力によって当接するように構成された継手。
チプル1半径接合部領域(RMカーブ)を有する標準交差点の場合において、ねじ
基部とロード・フランクの間の交差点領域の表面における、材料の基本立方体に
かかるプリンシパル引張応力の計算値を比較する。
2mm。
角位置θの関数として交差点領域の表面への接線に垂直な立方体の面におけるプ
リンシパル引張応力σの値を示す。0°の位置は、ねじ基部に関する交差点領域
の端部及びロード・フランク側における領域の他端に対する90°の位置に対応す
る。
置30°のあたりに見ることができる。
フランク基準点の位置を0.32mmまで、そして、主応力σの最大値のおよそ20%だ
けわずかに減軽することができる。
る。
限することができる。
されるタイプのストレートねじ切り(角度C =0)に、特に応用されることができ
る。
かかわらず接触している台形ねじに、同様に、適用できる。
47に記載されたような、がん丈なねじ継手として知られているねじの事例である
。その文献では、雌及び雄のロード・フランクは、接点圧力の下で接触している
。そして、雌及び雄のスタビング・フランクは、また、ねじの実質的な長さにわ
たって接触している。
を使った事例である。
例である。
々のフランクにマルチプル半径ねじ基部交差点領域をもつ三角ねじのこの説明は
、そのような台形ねじに直接に適応させられることができる。
ング・フランクに関する領域との間において異なっているプリンシパル円弧半径
をもつマルチプル半径領域交差点領域を、そのねじ基部で使用することが可能で
ある。
ンクと接触しているところで台形ねじにおいてロード・フランクより一般に荷重
を与えないので、プリンシパル円弧rpは、ロード・フランク側部の交差点21や22
のためより、スタビング・フランク側部における交差点51や52のために好都合に
もより高くなり得る。
る。
Claims (15)
- 【請求項1】 パイプ(101、102、202、301、302)の端部に形成されるねじ管
接ぎ手(100、300)のための雄型又は雌型ねじを付された管状の要素(1、2)で
あって、ねじ機素の形式が雄型であるか雌型かによって、外部的な雄型ねじ切り
(3、303、303’)又は内部的な雌型ねじ切り(4、304、304’)を備え、該機素
のねじ(11、12)は、ねじ機素の軸線を通って通過する縦の断面図で見て、ねじ
頂部(17、20、S1、S2)、ねじ基部(18、19、F1、F2)、直線からなるロード・
フランク(13、14)、直線からなるスタビング・フランク(15、16)と2つの接
線のねじ基部交差点領域(21、22、51、52)を備え、これらの2つの領域の各々
は、ねじ基部と対応するフランクと呼ばれる2つのフランクのうちの1つのと間に
配置され、円の円弧を備え、「マルチプル半径領域」と呼ばれる2つの接線のね
じ基部交差点領域のうちの少なくとも1つは、プリンシパル円弧(23、24、53、5
4)と呼ばれる円の円弧を備え、そこではサポート円は、フランク基準点(PRF1
、PRF2、PRF3、PRF4)と呼ばれる点で対応するフランクのサポート直線を切断す
る、そして、プリンシパル円弧のどちらの側部でもセカンダリー曲線(25、26、
27、55、56)と呼ばれる通常の曲線を備え、このセカンダリー曲線は、接線とし
て一方では対応するフランクに、そして、他方ではねじ基部にプリンシパル円弧
を接続することを特徴とする、そして、その特徴において: a)フランク基準点で、プリンシパル円弧のサポート円の接線(61、62、67、68)
は、対応するフランクのサポート直線と、プリンシパル円弧がねじフランク材に
食い込まないような、正しく正である鋭角(D. F)を作る; b)プリンシパル円弧の前記サポート円は、ねじ基部のサポート直線を切る、又は
、該サポート直線に対する接線であり、前記サポート円(63)に対する接線は、
考慮中の交点(PRR1)または接点においてねじ基部のサポート直線と、-15°か
ら+15°の範囲で角度(E)を作る ねじを付された管状の要素。 - 【請求項2】 考慮中のマルチプル半径領域のフランク基準点において、プリン
シパル円弧のサポート円に対する接線と対応するフランクの間の角度(D、F)は
、10°と差(70°−J)(Jが、対応するフランクとねじ機素の軸線に対する垂線の
間の代数的角度(A、B)であるとして)の間に設定されることを特徴とする請求
項1のねじを付された管状の要素。 - 【請求項3】 考慮中のマルチプル半径領域のフランク基準点において、プリン
シパル円弧のサポート円への接線と対応しているフランクの間との角度(D、F)
は、Jが対応するフランクとねじ要素の軸線への垂線の間の代数的角度(A、B)
であるならば、15°と差(45°−J)の間に設定されることを特徴とする請求項
2のねじを付された管状の要素。 - 【請求項4】 マルチプル半径領域のプリンシパル円弧(23、24)の半径(rp1
、rp2)は、対応しているフランクとねじ基部との間において接線方向にある交
差点領域を単独で構成するフランク基準点を通って通過している標準円弧(29、
30)の半径(rH1、rH2)の150%と250%の間に設定されることを特徴とする請求
項1から3の中の1のねじを付された管状の要素。 - 【請求項5】 マルチプル半径領域の各々のセカンダリ曲線(25、26、27、55、
56)は、円の円弧であることを特徴とする請求項1から4の中の1のねじを付さ
れた管状の要素。 - 【請求項6】 マルチプル半径領域のプリンシパル円弧の半径(rpl、rp2、rp3
、rp4)に対する各々のセカンダリ・カーブ(25、26、27、55、56)の円弧の半
径(rs1、rs2、rS3、rS4、rT1)の割合は、0.1から0.4までの範囲であることを
特徴とする請求項5のねじを付された管状の要素。 - 【請求項7】 ロード・フランク(21、22)をもつねじ基部の接線の交差点領域
のみは、マルチプル半径領域であることを特徴とする請求項1から6の中の1の
ねじを付された管状の要素。 - 【請求項8】 ねじ基部の2つの接線交差点領域の各々は、マルチプル半径領域
であることを特徴とする請求項1から6の中の1のねじを付された管状の要素。 - 【請求項9】 ロード・フランク側のマルチプル半径領域のプリンシパル円弧(
23、24)の半径(rp1、rp2)は、スタビング・フランク側のマルチプル半径領域
のプリンシパル円弧(53、54)の半径(rp3、rp4)より大きい、又は、同じであ
ることを特徴とする請求項8のねじを付された管状の要素。 - 【請求項10】 フランクの各々がねじ要素の軸線に垂線を有する作る角度(A
、B)は、正またはゼロであることを特徴とする請求項1から9の中の1のねじ
を付された管状の要素。 - 【請求項11】 静的及び動的応力への高い耐性を有するねじ管継手(100、300
)であって、雄のねじ管要素の雄ねじ(3、303、303’)及び雌のねじ管要素の
雌ねじ(4、304、304’)によって第二のパイプ(102、302)の端部において雌
のねじ管要素(2)にねじ込むことによって連結される第1のパイプ(101、301)の
端部の雄のねじ管要素(1)を有し、 雄及び雌のねじを付された各々のねじ(11、12)は、ねじ頂部(17、20、S1、
S2)、ねじ基部(18、19、F1、F2)、直線からなるロード・フランク(13、14)
、直線からなるスタビング・フランク(15、16)及び4つの交差点領域を有し、 夫々のねじは、円弧の円、2つの領域、即ち、接線ねじ基部交差点領域(21、
22、51、52)を有し、 夫々ねじは、ねじ基部を、1つのフランク及び2つの領域、即ち、ねじ頂部交
差点領域(31、32、41、42)に連結し、 夫々ねじは、ねじ頂部をフランクに連結し、 各々のねじ頂部交差点領域の輪郭及び配置は、対のねじ要素の接線ねじ基部交
差点領域に干渉しないように適合され、 2つのねじ管要素のうちの少なくとも1つは、請求項1から10の中の1の耐疲
労形状要素と呼ばれるねじ要素であることを特徴とするねじ管継手。 - 【請求項12】 請求項11のねじ管継手であって、 耐疲労形状を有する対のねじ管要素のマルチプル半径をもつ接線ねじ基部交差
点領域の反対側のねじ管要素の少なくとも1つのねじ頂部交差点領域は、フォロ
ワー領域(31、32)と呼ばれる領域であり、 そして、その領域は、互いに接線方向に接続する円の2つの円弧、即ち、プリ
ンシパル円弧(33、34)及びセカンダリ円弧(35、36)、を有し、 この後者は、対応しているフランクの接線のねじ頂部交差点を作り出すこと、 及び、フォロワー領域のプリンシパル円弧のサポート円が対応しているフラン
クのサポート直線を切断するところの、対応するフランクの高い交差点ポイント
(PRH1、PRH2)と呼ばれるポイントにおいて、 前記円への接線は、考慮中のフランクのサポート直線に対して、正しく負であ
る鋭角(G、H)を作ることを特徴とするねじ管継手。 - 【請求項13】 請求項11又は12のねじ管継手であって、 ねじ管継手の2つの雄及び雌の要素は、請求項1から10の中の何れかの1つおい
て定義される型式のものであることを特徴とするねじ管継手。 - 【請求項14】 請求項11から13の中の1のねじ管継手であって、 ねじ付けは、干渉ねじ付けである、即ち、1つのねじ付け(4)のねじ頂部(20)は
、対のねじ付け(3)のねじ基部(19)と、半径方向に干渉していることを特徴とす
るねじ管継手。 - 【請求項15】 請求項11から13の中の1のねじ管継手であって、 1つのねじ付け(3)の2つのねじフランク(13、15)は、ねじ付け(3、4)の少
なくとも一部の長さにわたって対のねじ付け(4)の2つのねじフランク(14、16)
と接点圧力の有無にかかわらず接触していることを特徴とするねじ管継手。
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