JP2012247028A - 鋼管用ねじ継手 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ピン3側のノーズ部外周面が外側に凸の曲面形状であり、ボックス1側のノーズ部内周面がテーパ形状であり、ピンは、内径側、外径側が切削されてなり、その内削長さ範囲をピンノーズ8先端から少なくともシールポイントspまでの範囲にとり、その範囲内の偏肉率を規定した。
【選択図】図1
Description
図3の例では、メタルタッチシール部はピンノーズ8の先端部にあるが、特許文献1には、耐外圧性能を増すために、ピンノーズ8のねじ部近くにメタルタッチシール部を設け、ノーズ部をシール部からショルダ部まで長く伸ばすものも提案されている。この特許文献1に開示されるねじ継手においては、ボックス部材と非接触なピンノーズを、シール部とは不連続な形状となるように長く伸ばしてピンノーズの厚みが薄くならないように構成されており、前述の耐外圧性能の他に、耐軸圧縮性能の向上も実現している。
これら、特許文献1,2に記載されるように、シール部位置をピンのねじ部位置近くに置き、ピンノーズ先端から離すことは、耐外圧性能、耐引張性能の向上とともに、ねじに対して安定的な性能を持たせる上で有効であり、それはFEMシミュレーション等からも確認できる。またシール部と不連続な形状となるピンノーズは、強い軸圧縮力が負荷された場合に、それ自体が変形し、ボックス部材のトルクショルダ部の塑性変形を軽減させる効果もある。しかし、一方で、不連続部に不正な変形が入ることもあり、これは締付けトルクに依存すると考えられる。
しかしながら、ねじ継手の素管とされる継目無鋼管には、製造時に避けられない肉厚分布の偏り(偏芯偏肉)やオーバリティ(楕円形状)が生じるため、メタルタッチシール部の圧力にも不均一分布が生じてしまうことが想定される。ラジアルシール型のねじ継手においては、シール部表面は精度良く切削加工されるため、ピン側のシール部の外径とボックス側のシール部の内径とは十分な精度を保っており、又、ボックス側のシール部は全体的に肉厚が大きくて剛性が高いため、偏芯偏肉がシール性に及ぼす悪影響は小さい。更に、より大きな外径から削るという事情もあり、外径の精度も高い。しかし、ピンは、ボックスに比べて肉厚が小さく剛性も低いため、偏芯偏肉によりシール性が阻害される問題が発生する場合があった。すなわち、図2に示すように、シール部断面内でピン3に偏芯偏肉があると、ピン肉厚不均一により接触面圧が不均一となり、接触面圧の小さい薄肉箇所でリークが発生しやすい。そこで、安定したシール性を得るためには、ピンの内径側の切削(略して内削という)をして、肉厚不均一を解消する必要があり、この点が課題であった。
本発明は、上記の課題を解決し、ピンの偏芯偏肉が解消して安定したシール性を確保しうる鋼管用ねじ継手を提供することを目的とする。
すなわち本発明は次のとおりである。
(1)
雄ねじ部と、該雄ねじ部より管端側に延在するノーズ部と、該ノーズ部の先端に設けられたショルダ部とを有するピンと、
前記雄ねじ部とねじ結合されてねじ部をなす雌ねじ部と、前記ピンのノーズ部外周面に相対するノーズ部内周面と、前記ピンのショルダ部に当接するショルダ部とを有するボックスとを有し、前記ねじ結合により前記ピンとボックスとが結合されてピンの前記ノーズ部外周面とボックスの前記ノーズ部内周面とがメタル‐メタル接触しその接触部がシール部をなす鋼管用ねじ継手であって、
ピン側のノーズ部外周面が外側に凸の曲面形状であり、ボックス側のノーズ部内周面がテーパ形状であり、
前記ピンは、その外径側及び内径側を切削されてなり、
前記内径側の前記切削された軸方向長さ範囲である内削長さ範囲の長さが、ピンノーズ先端から、ねじ結合の際にボックス側のノーズ部内周面と最初に接触するピン側のノーズ部外周面上の部位であるシールポイントまでの軸方向長さ以上の長さであり、前記内削長さ範囲内のピンは、同一断面内において次式で定義される偏肉率が6%以下であることを特徴とする鋼管用ねじ継手。
偏肉率=(円周方向最大肉厚-円周方向最小肉厚)/円周方向平均肉厚*100(%)
(2)
前記内削長さ範囲の長さが、ピンノーズ先端から、前記シール部のねじ部側の端であるシール部後端までの軸方向長さ以下の長さであることを特徴とする上記(1)に記載の鋼管用ねじ継手。
内削長さ範囲内にシールポイントspが入る限りにおいて、内削長さ範囲の長さは大きくとってもかまわないが、シール部後端seよりも素管側の部位を内削長さ範囲内に入れようとするのは、それ以上のシール部安定化効果が期待できないばかりか、徒な内削時間の延長を招いて生産性が低下する。それゆえ、内削長さ範囲の長さは、ピンノーズ先端からシール部後端seまでの軸方向長さ以下の長さとするのが好ましい。
・内削に先行してピンノーズの外径側の切削(略して外削という)を行う。
・外削に際しては、素管長さ方向の2箇所以上の箇所を支点として素管を支持し、回転させつつ所定の切削工具送り速度で外径側切削を行う。
・内削に際しては、外削のときと同一の箇所を支点として素管を支持し、同一の回転方式で回転させつつ、同一の切削工具送り速度で、内径側切削を行う。
(サンプル)
・本発明例1
ピンのノーズ部外周面=外側に凸の曲面形状、内削長さ範囲=ピンノーズ先端からシールポイントまでの軸方向長さ範囲、内削方法=上記の好適内削方法
ボックスのノーズ部内周面=テーパ形状、ボックスのシールテーパ角度θ=3.5度
・本発明例2:
本発明例1において、内削長さ範囲=ピンノーズ先端からシールポイントまでの軸方向長さの2倍の軸方向長さ範囲(ピンノーズ先端からシール部後端よりも遠い部位までの軸方向長さ範囲)と変更し、これ以外は本発明例1と同様とした。
本発明例1において、内削せず(内削長さ範囲=無、内削方法=無)と変更し、これ以外は本発明例1と同様とした。
各サンプルの偏肉率、シール性能を表1に示す。
表1より、本発明例は比較例に比べて優れたシール性を有することが明らかである。尚、本発明例2は、シール部後端よりも遠くまで内削したため、本発明例1に比較して生産性が低下した。
3 ピン
5 雌ねじ部
7 雄ねじ部
8 ノーズ部(ピンノーズ)
11,13,20 シール部(詳しくはメタルタッチシール部)
12,14 ショルダ部(詳しくはトルクショルダ部)
Claims (2)
- 雄ねじ部と、該雄ねじ部より管端側に延在するノーズ部と、該ノーズ部の先端に設けられたショルダ部とを有するピンと、
前記雄ねじ部とねじ結合されてねじ部をなす雌ねじ部と、前記ピンのノーズ部外周面に相対するノーズ部内周面と、前記ピンのショルダ部に当接するショルダ部とを有するボックスとを有し、前記ねじ結合により前記ピンとボックスとが結合されてピンの前記ノーズ部外周面とボックスの前記ノーズ部内周面とがメタル‐メタル接触しその接触部がシール部をなす鋼管用ねじ継手であって、
ピン側のノーズ部外周面が外側に凸の曲面形状であり、ボックス側のノーズ部内周面がテーパ形状であり、
前記ピンは、その外径側及び内径側を切削されてなり、
前記内径側の前記切削された軸方向長さ範囲である内削長さ範囲の長さが、ピンノーズ先端から、ねじ結合の際にボックス側のノーズ部内周面と最初に接触するピン側のノーズ部外周面上の部位であるシールポイントまでの軸方向長さ以上の長さであり、前記内削長さ範囲内のピンは、同一断面内において次式で定義される偏肉率が6%以下であることを特徴とする鋼管用ねじ継手。
偏肉率=(円周方向最大肉厚-円周方向最小肉厚)/円周方向平均肉厚*100(%) - 前記内削長さ範囲の長さが、ピンノーズ先端から、前記シール部のねじ部側の端であるシール部後端までの軸方向長さ以下の長さであることを特徴とする請求項1に記載の鋼管用ねじ継手。
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