NO334633B1 - Gjengeforbindelse for to metallrør, med spor i gjengene - Google Patents

Abstract

Gjengeforbindelse for to metallrør, omfattende et hannelement på enden av et første rør og et hunnelement på enden av et andre rør, idet hannelementet omfatter utvendige gjenger og hunnelementet omfatter innvendige gjenger, idet gjengene skrus sammen, og hanngjengene og/eller hunngjengene omfatter et spor (61, 62) dannet i gjengen (31, 32) og med munning enten på anleggsflanken (33, 34) eller på gjengetoppen (39, 38) eller i overgangen mellom anleggsflanken og gjengetoppen. Sporet (61) er dannet i gjengen (31) enten for å øke fleksibiliteten til gjengepartiet (63, 64) som utsettes for kontakttrykk mot den motstående gjengen (32) eller for å minske kontaktflatene, eller å oppnå begge deler samtidig.

Description

Oppfinnelsen vedrører gjengeforbindelser for to metallrør.

Det er kjent slike forbindelser, særlig for foringsrørstrenger eller produksjonsrør- eller borerørstrenger for hydrokarbonbrønner.

I det resterende av det foreliggende dokument vil uttrykket "gjengeforbindelse for to metallrør" omfatte både en integrert forbindelse mellom to lange rør og en forbindelse mellom et første langt rør og et andre kort rør, slik som en muffe.

American Petroleum Institute (API) definerer:

-i spesifikasjonen API 5CT metallrør og gjengeforbindelser for metallrør for produksjon og foring av hydrokarbonbrønner, -og i spesifikasjonen API 5B standard koniske gjengeanordninger for slike forbindelser og standard gjengeformer; trekantete, "runde" eller trapesformede.

De trekantete eller runde gjengene i henhold til API 5B omfatter på begge av hanndel- og hunndel-elementene to sideflanker, nemlig en bæreflanke og en anleggsflanke, hver i 30° til hver side av et plan normalt på aksen til forbindelsen.

Når tilskruingen er fullført er, på grunn av konisiteten til gjengene, hver av de to flanker i kontakt under trykk metall mot metall med sin motpart, og det er dannet en klaring mellom toppen og bunnen av de motstående gjenger, idet toppene og bunnene av gjengene er sterkt avrundet når det gjelder runde gjenger.

De trapesformede gjenger i henhold til API 5B omfatter på hannelementet og hunnelementet to sideflanker, en bæreflanke og en anleggsflanke, svakt skrådd i forhold til et plan normalt på aksen til forbindelsen, idet en gjengebunn og en gjengetopp generelt er parallelle med gjengekonusen, og gjengene på hunndelen har en form som er nøyaktig tilpasset gjengene på hanndelen.

Etter tilskruing av den typen forbindelse som har trapesformede gjenger i henhold til API 5B er, på grunn av konisiteten til gjengene, gjengetoppen på i det minste det ene av hannelementet eller hunnelementet i kontakt under trykk metall mot metall med bunnen av gjengene på motpartelementet; dessuten er bæreflankene i kontakt, mens det er dannet en aksial klaring mellom anleggsflankene, i det minste i de fleste tilfeller når elementene i forbindelsen er under strekk på grunn av for eksempel vekten til strengen eller reaksjonen i anleggene.

Slike forbindelser med aksial klaring kan sies å ha interferensgjenger, fordi det oppstår en radial interferens mellom de samvirkende gjengeflatene som medfører et kontakttrykk metall mot metall mellom flatene og en økning av tilskruingsmomentet, idet økningen skyldes friksjon som må overvinnes. Graden av radial interferens måles som verdien av diametral interferens.

På kjent måte angis diametral interferens som forskjellen i diameter mellom et punkt på hannelementet og det motstående punktet på hunnelementet når elementene ikke er sammenføyd; en positiv verdi for diametral interferens betyr at det oppstår et kontakttrykk i kontaktsonene i forbindelsen, en nullverdi for diametral interferens medfører kontakt uten kontakttrykk og en negativ verdi for diametral interferens medfører en radial klaring.

I andre typer forbindelser, slik som for eksempel beskrevet i EP patentsøknad 0454147, er gjenger utformet slik at de to sideflankene akkurat danner kontakt ved slutten av tilskruingen, mens det derimot kan dannes en klaring mellom bunnene og toppene til de motstående gjenger.

Forbindelser som i det følgende kalles trapesgjenger uten aksial klaring muliggjør både aksial kompresjon og aksialt strekk eller bøyning.

Andre forbindelser, slik som beskrevet i US-patenter 2 221 179, 4 161 332 eller

4 537 428 benytter sylindriske gjenger i to trinn, med trapesgjenger. Slike gjenger danner vanligvis ikke radial interferens, idet kontakten mellom gjengene bare oppstår i flankene, særlig bæreflankene, når forbindelsen påkjennes med aksialt strekk.

US-Re-patent 30647 beskriver en variant av en gjengeforbindelse med sylindriske gjenger i to trinn og trapesgjenger som kalles kilegjenger, idet bredden til gjengene på hanndelen og hunndelen varierer langs hvert gjengetrinn på en koordinert måte, slik at når hannelementet skrus inn i hunnelementet minskes de aksiale hulrom mellom flankene på hannelementet og hunnelementet som foreligger ved sammenføring av elementene slik at disse elimineres; sideflankene danner således anlegg og posisjonerer de uavhengige tetteflatene.

I fortsettelsen kalles gjenger med slike egenskaper kilegjenger eller gjenger med varierende bredde.

US-Re-patent 34467 beskriver anvendelse av gjenger med varierende bredde i en forbindelse med koniske, interfererende gjenger, i den hensikt å unngå overtrykk i fett mellom bunner og topper på gjengene, idet overtrykk kan bevirke feilmåling av momentet for tilskruing for forbindelser av typen beskrevet i US-Re-patent 30647.

WO 94/29627 beskriver en anvendelse av gjenger med varierende bredde i en forbindelse med koniske gjenger, i den hensikt å skru forbindelsen sammen med et meget høyt moment. I henhold til WO 94/29627 fortsetter tilskruingen av kilegjenger etter at sideflankene til hanngjengene har kommet til kontakt med flankene på hunngjengene, og den samlede flaten til flankene på gjengene muliggjør at det kan utøves et meget høyt moment ved tiltrekning uten fare for plastisk deformasjon.

I de fleste gjengeforbindelser, særlig i slike med koniske gjenger, øker tiltreknings-momentet regelmessig under tiltrekkingen og/eller plutselig på et bestemt tidspunkt, men må i alle tilfeller holdes under en verdi som tilsvarer plastisk deformasjon av metallet, idet plastisk deformasjon medfører permanent deformasjon av metallet og fare for rivning i de plastisk deformerte soner etter flere ganger tilskruing og fraskruing.

Dersom stigningen til kurven for tilskruingsmoment som funksjon av antall omdreininger

ved tilskruing er høy, nås det maksimalt tillatte momentet etter forholdsvis liten dreining av ett element i forhold til det andre; dette gjelder for eksempel for en gjengeforbindelse med sterk interferens eller etter at sideflankene i en forbindelse med trapesgjenger uten aksial klaring eller med gjenger med varierende bredde kommer i kontakt.

Fremstillingstoleransene medfører varierende stigning for kurvene for moment, avhengig av tilpasningen mellom hanngjenger og hunngjenger, og under slike tilstander er det ikke mulig å forutsi den endelige innbyrdes stilling av elementene i forbindelsen for den maksimalt tillatte verdi for momentet.

Disse ulemper øker når hvert hannelement og hunnelement dessuten omfatter en tetteflate for anlegg metall mot metall og et anslag, slik som for eksempel i EP-A-0 454 147, ettersom gjengevirkningen, tetteflaten og anslaget ved slutten av tilskruingen må synkroniseres for alle tilfeller av tilpassede hann- og hunnelementer.

Med den foreliggende oppfinnelse er formålet å komme frem til en forbindelse mellom to metallrør ved hjelp av koniske, sylindriske eller sylindrisk-koniske gjenger med forskjellige gjengeformer og klaringer som muliggjør at de ovenfor nevnte ulemper kan unngås. Uttrykket gjenger angir i fortsettelsen av beskrivelsen alle gjengede partier på et element. Gjenger kan således være dannet av et enkelt gjengeparti eller av flere gjengepartier, for eksempel to gjengepartier som er sylindriske og avtrappet eller et konisk gjengeparti og et sylindrisk gjengeparti av typen beskrevet i US-A-5 437 429, idet gjengene i det sistnevnte tilfelle kalles sylindrisk-koniske.

I henhold til oppfinnelsen omfatter gjengeforbindelsen for to metallrør et hannelement på enden av et første rør og et hunnelement på enden av et andre rør, idet hannelementet omfatter utvendige gjenger og hunnelementet omfatter innvendige gjenger, idet hver av gjengeflankene er parallell med den tilsvarende flanken på hanngjengene, idet hanngjengene og hunngjengene skrus sammen, og i det minste hanngjengene eller hunngjengene omfatter et spor dannet i gjengene og som er åpent i anleggsflanken eller i gjengetoppen eller både i anleggsflanken og gjengetoppen.

Ved at hver av hunngjengeflankene er parallelle med den tilsvarende hanngjengeflanken muliggjøres sammenføyning av elementer uten at den ene eller andre av flankene danner punktanlegg mot motflanken.

Med spor menes et hulrom som har to vegger og en bunn, idet lengden langs gjengen er stor i forhold til bredden og dybden, og de sistnevnte størrelser måles i et snittplan gjennom aksen til rørene.

Profilen til sporet tilsvarer krysningen mellom sporet og snittplanet, og bredden til sporet måles i profilen ved en bestemt dybde. Hittil har gjenger vært betraktet som massive, og det har vært forsøkt å forsterke disse. Det er derfor forbausende at de kan betraktes som en struktur med stivhet som kan modifiseres ved dannelse av et spor.

Virkningen til sporet som er dannet i gjengen i henhold til oppfinnelsen er å minske kontaktkreftene mellom hanngjengene og hunngjengene og særlig å minske tiltreknings-momentet, som er proporsjonalt med disse kontaktkrefter.

Sporet kan anordnes i gjengen enten for å øke fleksibiliteten til det gjengepartiet som danner kontakt under trykk mot den motstående gjengen eller å minske kontaktflatene, eller å oppnå begge disse egenskaper samtidig.

Eksempler på anordning av et spor som oppfyller disse funksjoner i gjengeforbindelser i henhold til oppfinnelsen skal forklares nærmere for forskjellige gjengetyper og for forskjellige gjengeformer.

Fra US 3 882 917 og FR 2 408 061 er kjent gjengeforbindelser der en av gjengene oppviser et slags spor som er åpent mot gjengetoppen, men disse spor er nær knyttet til gjengeflankestrukturer for å oppnå en selvsperrende forbindelse, dvs. som motstår løs-skruing.

Når det gjelder US 3 882 917 oppviser en av flankene en utragende ribbe med tre flater, idet en flate er i anlegg mot den tilsvarende flanken på motgjengen, og de to øvrige flater avgrenser et slags spor som muliggjør bøyning av ribben.

Når det gjelder FR 2 408 061, som angår trapesgjenger, er skråretningen til gjengeflankene med spor forskjellig fra gjengeflankene uten spor, og er slik at bredden til sporet ved munningen avtar under tilskruingen på grunn av bøyekrefter som skyldes avvikende orientering for flankene på motstående gjenger.

Ingen av disse dokumenter angir funksjonen til sporet i forbindelsen i henhold til oppfinnelsen, og angår ikke hunngjenger der hver av gjengeflankene er parallell med de tilsvarende flanker på hanngjengene.

Sporet kan i henhold til oppfinnelsen dannes på koniske, sylindriske eller sylindrisk-koniske gjenger, i ett eller flere trinn, på interferensgjenger eller på gjenger uten aksial klaring og med konstant eller varierende gjengebredde langs gjengene.

Sporet kan dannes i trekantede, runde eller trapesformede gjenger, idet uttrykket trapesformede gjenger i det følgende omfatter gjenger med negativ bæreflankevinkel av typen beskrevet i EP 0 454 147 eller positiv bæreflankevinkel og gjenger med svalehaleform av typen beskrevet i US Re-patent 30 647 eller halv svalehaleform slik som i WO 94/29627.

Sporet kan dannes langs hele eller en del av hanngjengene eller hunngjengene eller i begge samtidig.

Det kan også være dannet vekselvis i partier av hanngjengene og hunngjengene.

Det kan også være dannet kontinuerlig eller diskontinuerlig i hanngjengene eller hunngjengene.

Når det gjelder gjenger som avtar kan sporet være dannet bare i fullstendige gjenger, dvs. der disse har full høyde, eller i ufullstendige gjenger.

Profilen til sporet kan variere i høy grad, og kan f.eks. være en halvsirkelprofil, en U med parallelle grener eller ikke-parallelle grener, en symmetrisk V eller usymmetrisk V eller en kombinasjon av disse former, særlig en U eller en V med avrundet bunn med fast radius, eller en mere komplisert og usymmetrisk profil.

Fortrinnsvis har sporet konstant profil i hele lengden.

Når sporet munner ut i en gjengetopp kan aksen til sporprofilen, avhengig av omstendig-hetene, være vinkelrett på aksen til forbindelsen eller skrådd i forhold til denne vinkelrette retning.

Når sporet munner ut i anleggsflanken kan aksen til sporprofilen være parallell med aksen til forbindelsen eller skrådd i forhold til denne.

Eventuelt kan sporet ha en dybde eller en bredde som varierer langs lengden.

Fortrinnsvis har bunnen til sporet en radius som er større eller lik 0,2 mm, for å begrense spenningskonsentrasjoner.

Fortrinnsvis, når sporet munner ut i gjengetoppen, er bredden til sporet målt ved munningen mindre eller lik 2/3 av bredden til gjengen.

I resten av denne beskrivelsen menes med bredden til gjengen bredden målt aksialt halvveis langs høyden til gjengen, og med høyden til gjengen menes avstanden målt i et plan vinkelrett på aksen til forbindelsen, mellom bunn- og topplinjene til gjengen.

Fortrinnsvis, når sporet munner ut i anleggsflanken, er bredden til sporet ved munningen mindre eller lik 2/3 av høyden til gjengen.

Fortrinnsvis, når sporet befinner seg i anleggsflanken til gjengen, er dybden mindre eller lik 2/3 av bredden til gjengen.

Fortrinnsvis, når sporet befinner seg i toppen av gjengen, er dybden mindre eller lik høyden til gjengen, slik at bunnen av sporet ikke ligger lavere enn linjen som forbinder gjengebunnene.

Fortrinnsvis, når sporet befinner seg mellom gjengetoppen og anleggsflanken, er bredden ved munningen og dybden slik at det samtidig oppfyller kriteriene for at sporet munner ut i gjengetoppen og at sporet munner ut i anleggsflanken. Dybden er derfor mindre eller lik den minste verdi for gjengehøyden og 2/3 av gjengebredden, og bredden i munningen er mindre eller lik 2/3 av den minste verdi for bredden og høyden til gjengen.

Fortrinnsvis omfatter hannelementet og hunnelementet i gjengeforbindelsen i henhold til oppfinnelsen i det minste et tettende anlegg metall mot metall, idet hver tetteflate på hannelementet danner radialt anlegg mot en tetteflate på hunnelementet etter tilskruing, beliggende på tilsvarende måte på hunnelementet, for å danne i det minste en tettende kontakt metall mot metall mellom hann- og hunnelementet.

Fortrinnsvis omfatter hannelementet og hunnelementet i gjengeforbindelsen i henhold til oppfinnelsen i det minste et anslag, idet anslaget på hannelementet danner anlegg mot anslaget på hunnelementet for nøyaktig å bestemme den endelige stilling ved tilskruing og å sette bæreflankene på hann- og hunngjengene under trykk.

I det følgende skal ikke-begrensende, forskjellige eksempler på utførelse av gjengeforbindelser i henhold til oppfinnelsen beskrives.

Fig. 1 viser skjematisk en muffeforbindelse for to rør, med koniske gjenger i henhold til

kjent teknikk.

Fig.2 viser skjematisk en variant av den samme typen forbindelse, i henhold til kjent

teknikk.

Fig. 3 viser skjematisk en integrert forbindelse mellom to rør, med sylindriske gjenger i

to trinn, i henhold til kjent teknikk.

Fig. 4 viser skjematisk detaljer ved runde gjenger med spor i henhold til oppfinnelsen. Fig. 5-7 viser skjematisk detaljer ved trapesgjenger med interferens, med spor i henhold

til oppfinnelsen, idet figurene viser forskjellige plasseringer av sporet.

Fig. 8-10 viser skjematisk detaljer ved trapesgjenger uten aksial klaring, med spor i

henhold til oppfinnelsen, idet figurene viser forskjellige plasseringer av sporet.

Hver av fig. 4-10 består av tre underfigurer, idet tilføyelsen A tilsvarer hunngjenger, tilføyelsen B tilsvarer hanngjenger og tilføyelsen C tilsvarer forbindelsen mellom disse.

Fig. 11 viser mere detaljert anordningen av et spor i en gjenge av typen vist i fig. 8,

fig. 11A angår hunngjenger og fig. 11B angår hanngjenger.

Fig. 12 viser skjematisk detaljert ved sylindriske gjenger, med kilegjenger med varierende bredde og spor i henhold til oppfinnelsen, idet tilføyelsene A, B, C og D gjelder henholdsvis hunngjenger, hanngjenger, forbindelsen under tilskruing og forbindelsen i montert stilling. Fig. 13 er et diagram for tilskruingsmomentet T som funksjon av antall omdreininger N for

en forbindelse mellom rør med gjenger i henhold til fig. 12.

Fig. 14 viser skjematisk detaljer ved koniske gjenger, med kilegjenger med varierende bredde og spor i henhold til oppfinnelsen, og tilføyelsene A, B, C og D gjelder henholdsvis hunngjenger, hanngjenger, forbindelsen under tilskruing og forbindelsen i montert stilling.

Alle figurene er skjematiske; særlig konisitetene og klaringene er ikke vist i målestokk men er overdrevet for bedre forståelse av virkemåten til forbindelsene.

Fig. 1 viser en gjengeforbindelse 100 i henhold til spesifikasjon API 5CT, mellom to metallrør 101 og 101", ved bruk av en muffe 102.

Enden på hvert rør 101, 101" omfatter et hannelement med koniske, runde gjenger 103, 103".

Muffen 102 omfatter to hunnelementer anordnet symmetrisk i forhold til et midtplan gjennom muffen, og hvert hunnelement omfatter koniske gjenger 104, 104" som er tilpasset hannelementet.

Hanngjengene 103, 103" er innskrudd i de motsvarende hunngjenger 104, 104".

Spesifikasjonen API 5B bestemmer for denne typen forbindelse formen til gjengene, deres dimensjon, konisiteten til gjengene, stigningen til gjengene osv.

Selv om det ikke er vist, kan det også i henhold til spesifikasjonene API 5CT og 5B be-nyttes en gjengeforbindelse som kalles "Buttress", som ligner forbindelsen i fig. 1, men som har trapesgjenger.

Fig. 2 viser en kjent gjengeforbindelse 200 med muffe og koniske gjenger 203, 204 og trapesgjenger, idet muffen 202 oppviser en ribbe 206 i sitt midtre parti, og ribben mulig-gjør en ikke-turbulent strømning av fluid i rørene 201, 201" og kan danne indre anslag 210 som danner anlegg mot anslaget 209 dannet av de ringformede endeflater på rørene.

Koniske tetteflater 207 og 208 dannet på de ugjengede partier og i radialt anlegg for å danne et elastisk anleggstrykk muliggjør at det på kjent måte kan oppnås tetning for forbindelsen i fig. 2.

Den koniske formen til anleggene 209, 210 muliggjør likeledes på kjent måte en økning av kontakttrykket ved anleggene 207, 208 og således tetning for forbindelsen.

Fig. 3 viser en integrert gjengeforbindelse 300 mellom to rør 301 og 302 som omfatter sylindriske gjenger i to trinn.

Røret 301 omfatter på enden et hannelement med sylindriske gjenger 303, 303" i to trinn, og en konisk skulderflate 307 med halv svalehaleform mellom de to trinnene med hanngjenger og anslag 309, 309" på hver ende av hannelementet.

Røret 302 omfatter på enden et hunnelement som motsvarer hannelementet og omfatter sylindriske gjenger i to trinn 304, 304", en konisk skulderflate 308 med halv svalehaleform mellom de to trinnene med hunngjenger og anslag 310, 310" på hver ende av hunnelementet.

Hann- og hunngjengene i forbindelsen 300 er trapesgjenger og danner normalt ikke radialt anlegg etter tilskruing.

I montert tilstand danner skuldrene 307, 308 hovedanslagene, og anslagene 309, 309", 310, 310' utgjør bare sikkerhetsanslag i tilfelle av sammenbrudd i hovedanslagene.

De koniske flater 311", 312" på henholdsvis hann- og hunnelementet danner i nærheten av enden til hannelementet et par indre tetningsanslag metall mot metall. De koniske flater 311, 312 danner i nærheten av enden til hunnelementet et par ytre tetningsanslag metall mot metall. Det ytre paret 311, 312 av tetningsanslag kan likeledes befinne seg mellom skuldrene 307, 308 og gjengetrinnet 303, 304 med stor diameter. Fig. 4-10 og 12, 14 viser skjematisk anordningen av et spor i henhold til oppfinnelsen i gjengeforbindelsene av typen i fig. 1-3. For oversiktens skyld viser fig. 4 -10 og 12, 14 bare noen hanngjenger og hunngjenger. Fig. 4 viser i henhold til oppfinnelsen koniske gjengepartier med runde gjenger som har spor, i en forbindelse av typen i fig. 1.

Hanngjengene 11 (fig. 4B) omfatter en bæreflanke 13 og en anleggsflanke 15, hver i 30° med hver side av et plan vinkelrett på aksen til forbindelsen, mens gjengebunnen 17 er avrundet.

Et spor 21 er dannet radialt i toppen av hanngjengen, med V-profil med avrundet bunn.

Bredden til sporet 21 ved munningen er i området 25% av bredden til gjengen 11, og dybden er lik 50% av høyden til gjengen.

Radien i bunnen av sporet er 0,4 mm.

Hunngjengene 12 (fig. 4A) omfatter en bæreflanke 14 og en anleggsflanke 16 tilpasset hanngjengene, og gjengebunnen er avrundet.

Bæreflankene 14 og anleggsflankene 16 er hver anordnet i 30° med hver side av et plan vinkelrett på aksen til forbindelsen, og er således parallelle med hannflankene 13, 15.

Et spor 22 som er vist stiplet og er lik sporet 21 med hensyn til form og anbringelse, kan være dannet radialt i toppen av hunngjengen i stedet for eller komplementært til sporet 21 i hanngjengen.

Sporene 21 og/eller 22 i gjengetoppen øker fleksibiliteten til gjengene og minsker følgelig kontakttrykket i sideflankene på disse og momentet for tiltrekning, i forhold til kompakte gjenger.

Fig. 5 viser i henhold til oppfinnelsen partier av koniske gjenger med trapesgjenger som danner interferens, og et spor 41 som munner ut i anleggsflanken, idet gjengene er dannet i en forbindelse av typen i fig. 2.

Hanngjengene 31 (fig. 5B) omfatter en bæreflanke 33 med en orientering hovedsakelig vinkelrett på aksen til forbindelsen, en anleggsflanke 35 som er skrådd i omtrent 10° fra planet vinkelrett på denne aksen, en gjengebunn 37 og en gjengetopp 39.

Gjengebunnene 37 og gjengetoppene 39 er parallelle med gjengekonusen.

Sporet 41 deler delvis hunngjengen 31 i to partier; profilen er en V med avrundet bunn, orientert hovedsakelig parallelt med aksen til forbindelsen.

Bredden til sporet 41 ved munningen i anleggsflanken er 1/3 av høyden til gjengen og dybden er 50% av bredden til gjengen.

Vinkelen ved toppen av V-sporet 41 er omtrent 30°, og veggen 42 mot bunnen av hanngjengen er hovedsakelig parallell med aksen til forbindelsen.

Bunnen av sporet er en sirkelbue med radius 0,4 mm.

Hunngjengene 32 (fig. 5A) har en form som er tilpasset hanngjengene 31, dvs. at konturen er parallell med konturen til hanngjengene, og særlig bæreflankene 33, 34 parallelle innbyrdes og med anleggsflankene 35, 36; høyden til hunngjengene er imidlertid litt mindre enn for hanngjengene, og bredden i bunnen av hunngjengene 40 er litt større enn toppene 39 til hanngjengene.

Hunngjengene 32 har ikke spor.

Fig. 5C viser skjematisk virkemåten til forbindelsen etter tilskruing.

Etter tilskruing er bæreflankene 33 og 34 i kontakt under trykk, f.eks. på grunn av reaksjonen i anslagene eller på grunn av en aksial strekkraft i forbindelsen. Dette kontakttrykket er fordelt i hele bredden av bæreflankene, fordi bæreflankene på hanngjengene er parallelle med bæreflankene på hunngjengene.

Tilsvarende er toppene 39 på hanngjengene i radial interferenskontakt med bunnene 40 til hunngjengene. Derimot er, på grunn av geometrien som er beskrevet ovenfor, en klaring dannet mellom anleggsflankene 35 og 36 og mellom bunnene 37 til hanngjengene og toppene 38 til hunngjengene.

Det øvre partiet 43 av hanngjengen 31 som særlig utsettes for radial interferens mellom flatene 39 og 40 kan bøyes elastisk og minskes kontakttrykket og dermed momentet for tilskruing.

Fleksibiliteten til det øvre partiet 43 av hanngjengen 31 kan reguleres med beliggenheten til sporet 41 i anleggsflanken 35 og dybden av sporet.

Fordi det ikke er radial interferens mellom bunnene 37 i hanngjengene og toppen 38 av hunngjengen har et spor som munner ut i anleggsflanken 36 på hunngjengen ingen funksjonsmessig betydning.

En slik anordning av spor i interferensgjenger kan særlig ha betydning for å minske kontakttrykket mellom topper og bunner i gjengene nær tetningsanleggene metall mot metall, og et høyt kontakttrykk i dette området bevirker en minskning mellom tetningsanleggene. Det dannes derfor et spor bare i gjengepartiet nær tetningsanlegget.

Selv om det ikke er vist kan det også tenkes en symmetrisk forbindelse med radial interferens mellom bunnene 37 i hanngjengene og toppen 38 av hunngjengen og et spor dannet i hunngjengen med munning i anleggsflanken 36.

Fig. 6 viser i henhold til oppfinnelsen koniske gjengepartier med interferens-trapesgjenger tilsvarende som i fig. 5, men sporet 51 med V-profil og avrundet bunn er dannet i hanngjengene slik at det munner ut i toppen 39 av gjengene.

Sporet 51 har særlig til oppgave å minske de radiale interferensflatene 39 og 40, for å minske friksjonskraften som er proporsjonal med flatene, og å øke fleksibiliteten til bære-partiet 53 i gjengene når bæreflankene 33 og 34 er i kontakt under trykk, hvilket også minsker friksjonskreftene og således momentet for tilskruing av forbindelsen.

Sporet 51 har en form som ligner sporet 41, men det er anordnet radialt og munner ut i toppen 39 av gjengen, mot anleggsflanken 35. Bredden ved munningen er således f.eks. 60% av bredden til hanngjengen og dybden er 50% av høyden til gjengen.

Tilsvarende som i tilfellet i fig. 5 har et spor beliggende i toppen 38 av hunngjengen ingen hensikt, ettersom det ikke oppstår friksjon i dette området mot bunnen 37 av hanngjengen.

Fig. 7 viser i henhold til oppfinnelsen koniske gjengepartier med interferens-trapesgjenger, tilsvarende som i fig. 5, men sporet 56 har V-profil med avrundet bunn og er slik anordnet i hanngjengene at det munner ut i overgangen mellom toppen 39 på hanngjengen og anleggsflanken 35 på hanngjengen.

På grunn av beliggenheten til sporet 56 er orienteringen inne i gjengen skrå, og aksen til sporprofilen danner f.eks. en vinkel på 45° i forhold til toppen 39 på gjengen.

Anordningen av sporet 56 muliggjør økning av fleksibiliteten til gjengen, som har flater 33 og 39 som utsettes for kontakttrykk, og kontaktflatene 39, 40 kan minskes.

Fig. 8 viser i henhold til oppfinnelsen koniske gjengepartier med trapesgjenger uten aksial klaring, og et spor 61 er dannet i toppen 39 av hanngjengen 31, og et annet spor 62 er dannet i toppen 38 av hunngjengen 32.

Formen til gjengene 31, 32 ligner formen til gjengene i fig. 5, og særlig er konturen til hunngjengene 32 parallell med konturen til de tilhørende hanngjenger 31, med det unntak at toppene 39 på hanngjengen 31 og bunnene 40 til hunngjengen 32, bunnene 37 til hanngjengen og bunnene 38 til hunngjengen er slik anordnet at de under tilskruing ikke danner radialt anlegg, og sideflankene 33, 34, 35, 36 er slik anordnet at de danner kontakt ved slutten av tilskruingen, slik som vist i fig. 8C.

Sporene 61 og 62 i hann- og hunngjengene har som i de foregående figurer V-profil med avrundet bunn.

Som i de foregående figurer er vinkelen ved toppen av V-sporene 61, 62 omtrent 30° og radien ved spissen av denne V er 0,4 mm.

Dybden til sporene 61, 62 er f.eks. 70% av gjengehøyden, og bredden ved munningen i gjengetoppen er 35% av gjengebredden.

Sporene 61, 62 danner i hver gjenge 31, 32 halve tenner 63, 65 i hanngjengen og 64 og 66 i hunngjengen.

Disse halve tenner er mye mere fleksible enn en kompakt tann når sideflankene 33, 34, 35, 36 kommer i kontakt ved slutten av tilskruingen. På grunn av denne økede fleksibilitet kan virkningen til anslagene slik som 209, 210 i fig. 2 synkroniseres med at de nærmer seg de tilpassende sideflanker. Dersom de nærmer seg disse flanker for tidlig på grunn av dårlig tilpassede hann- og hunnelementer, hvilket skjer med en liten andel av produkt-ene, fører i så fall dette til en liten elastisk deformasjon av gjengene ved slutten av tilskruingen, men det oppnås korrekt posisjonering av anslagene 209, 210, hvilket er nød-vendig for å oppnå tilfredsstillende tetning ved tetningsanslagene 207, 208.

Det følgende eksempel viser en anvendelse av en slik utformning:

-rørenes ytterdiameter: 177,8 mm (7")

-rørtykkelse: 10,36 mm (20 lb/ft)

-materialet er behandlet til minimum elastisitetsgrense på 551 MPa

-koniske gjenger med 5 trapesgjenger pr. tomme, konisitet 6,25% med hensyn til diameter (en vinkel på 1,79° mellom konusene 45, 46 og retningen 47 til aksen i forbindelsen).

Fig. 11B og 11A viser detaljer ved fig. 8 med hensyn til formen av hann- og hunngjengene 31, 32, som er dimensjonert for ikke å danne aksial klaring etter sammenføyning.

I henhold til disse figurer har bæreflankene 33, 34 svakt negative vinkler på -3°, mens anleggsflankene 35, 36 begge er skrådd 13° i forhold til normalen på aksen til forbindelsen. Gjengetoppene 38, 39 og gjengebunnene 37,40 er parallelle med generatrisene til konusene 45, 46 som er skrådd i 1,79° fra aksen til forbindelsen.

Bredden til gjengen er omtrent 2,54 mm og gjengehøyden er 1,6 mm.

Sporene 61, 62 anordnet i hanngjengen 31 og i hunngjengen 32 har en akse som er vinkelrett på aksen til forbindelsen og munner ut i gjengetoppen 39, 38.

Sporene 61, 62 har to vegger 71, 71", 72, 72" som er skrådd og henger sammen via en bunn 73, 74, slik at gjengeprofilen er en usymmetrisk V med avrundet bunn.

Avstanden mellom aksene til sporene 61, 62 og bæreflankene 33, 34 er i dette tilfellet

1,4 mm.

Vinkelen til V-toppen er 35°, og veggen 71, 72 som er rettet mot bæreflanken 33, 34 har en litt større skråretning i forhold til aksen til V-profilen enn den andre veggen 71", 72".

Radien i sporbunnen 73, 74 er 0,4 mm.

Sporene 61, 62 i fig. 11 har en dybde på 1 mm, og således 62,5% av gjengehøyden. Bredden ved munningen er således 38% av gjengebredden.

Selv om det ikke er vist kan det i henhold til oppfinnelsen dannes en gjengeforbindelse med trapesgjenger, med koniske gjenger som ikke danner noen aksial klaring, men som danner radialt anlegg ved slutten av tilskruingen, og i det minste én av gjengene har et spor som munner ut i toppen av gjengen.

Fig. 9 viser i henhold til oppfinnelsen koniske gjengepartier med trapesgjenger og aksial klaring, slik som vist i fig. 8, men et spor 67 er dannet i hanngjengen 31 og munner ut i anleggsflanken 35, hvilket muliggjør en minskning av flatene som er i friksjonskontakt.

Sporet 67 har en akse hovedsakelig nær aksen til forbindelsen.

Som et eksempel er dybden målt aksialt 50% av gjengebredden, og bredden ved munningen er 50% av høyden til hanngjengen.

Profilen er, som i de foregående figurer, en V med vinkel på omtrent 30°, og spissen har en radius på 0,4 mm.

Nærværet av et spor i anleggsflanken til hunngjengen i tillegg til sporet 67 har ingen hensikt.

Fig. 10 viser et spor 68 som munner ut i overgangen mellom toppen 39 av hanngjengen og anleggsflanken 35, i en forbindelse i henhold til oppfinnelsen med koniske gjenger med trapesgjenger uten aksial klaring av typen vist i fig. 8.

Som i fig. 7 er sporet anordnet skrådd i forhold til gjengetoppen og anleggsflanken, og muliggjør minskning av kontakttrykkene mot sideflankene og flatene som er i friksjonskontakt.

Selv om det ikke er vist kan det tenkes en forbindelse i henhold til oppfinnelsen med sylindriske gjenger og trapesgjenger med spor, idet sporet eller sporene f.eks. er anordnet i gjengetoppen eller i overgangen mellom gjengetoppen og anleggsflanken og er innrettet til å minske kontakttrykket mot bæreflankene.

Det kan også tenkes et spor anordnet i henhold til oppfinnelsen, ved gjengetoppen på de sylindriske gjenger, koniske eller sylindrisk-koniske, med trapesgjenger, idet bredden til hann- og hunngjengene varierer langs gjengene, for å sette sideflankene på gjengene under kontakttrykk ved slutten av tilskruingen.

Fig. 12 viser et spor anordnet i toppen av en kilegjenge med varierende bredde, i gjenger 303", 304" i en sylindrisk gjengeforbindelse med to trinn, av typen i fig. 3.

Hanngjengene 331 i fig. 12B har trapesform og omfatter en bæreflanke 33, en anleggsflanke 335, en gjengetopp 339 og en gjengebunn 337, og toppene og bunnene er dannet på sylindriske flater som er koaksiale med aksen til forbindelsen.

Bæreflankene og anleggsflankene danner en vinkel med normalen på aksen til forbindelsen som konvensjonelt er negativ, slik at gjengen 331 har svalehaleform.

Bredden 11 til hanngjengen øker kontinuerlig i hvert trinn fra gjengene som befinner seg ved den frie enden av hannelementet, mot gjengene som befinner seg ved den motsatte enden.

Hunngjengene 332 i fig. 12A har trapesform, som svalehaler, og er tilpasset hanngjengene 331, og de omfatter en bæreflanke 334, en anleggsflanke 336, en gjengetopp 338 og en gjengebunn 340, og toppene og bunnene er anordnet i sylindriske flater som er koaksiale med aksen til forbindelsen.

Hver av flankene på hunngjengene 334, 336 er parallelle med de tilsvarende flanker 331, 335 på hanngjengene.

Bredden 12 til hunngjengene øker kontinuerlig i det samme trinnet, fra gjengene som befinner seg ved den frie enden av hunnelementet, mot de som befinner seg ved den motsatte enden, på en måte som er koordinert med endringen av bredden til hanngjengene.

Hunngjengene omfatter spor 362 som munner ut i gjengetoppen 338, med en form og plassering som ligner sporet 62 i fig. 8A.

Fig. 12C viser hann- og hunngjengene i et trinn under montering. Det dannes et konstant hulrom x mellom bæreflanker 333, 334 på hver gjenge som samvirker med sin motpart.

Dessuten, i denne typen sylindriske gjenger, er det ikke radial kontakt mellom topper og bunner på samvirkende gjenger 337 - 338, 339 - 340.

Når hannelementet skrues inn i hunnelementet avtar hulrommet mellom samvirkende sideflanker inntil det blir null, slik som vist i fig. 12D.

Dersom sammenskruing fortsetter forbi dette punktet trykkes sideflankene 333, 335 på hanngjengene inn i de tilpassede flanker 334, 336 på hunngjengene, og kontakttrykket mellom flankene øker når sammenskruingen fortsetter. Det skjer en meget hurtig økning av momentet for tilskruing, og avhengig av flaten på flankene kan sammenskruingen ende med et ekstremt høyt moment.

Sporet 362 har som i de foregående figurer V-profil med avrundet bunn, og vinkelen i V-toppen i sporene er omtrent 30°, og radien i spissen av V-sporet er 0,4 mm. Dybden er f.eks. 70% av gjengehøyden og bredden ved munningen i gjengetoppen er 35% av gjengebredden.

Sporet 362 adskiller i hunngjengen 332 halve tenner 364 og 366 som er mye mer fleksible enn en kompakt tann.

Nærværet av et spor i slike gjenger 331, 332 med varierende bredde medfører en minskning av stigningen til kurven for momentet T for tilskruing som funksjon av rotasjonen N til elementene, slik som vist med kurven E i fig. 13 i forhold til kurven D, som gjelder lign-ende gjenger uten spor, slik at det maksimalt tillatte momentet for tilskruing er noe minsket på grunn av nærværet av sporet.

Nærværet av et spor i slike gjenger med varierende bredde medfører dessuten en selv-begrensende virkning på momentet T utover en viss grense. Dette øker den mulige rotasjonen N før momentet ved tilskruing kommer til det maksimalt tillatte, og muliggjør korrekt posisjonering av et eller flere par adskilte tetningsanslag 307, 308 med hjelp av et eller flere par anslag 309, 309", 310, 310" i alle tilfeller av sammenkobling av hann- og hunngjenger.

Fig. 14 viser et spor dannet i toppen av kilegjenger med varierende bredde i gjengene 203, 204 i en konisk gjengeforbindelse av typen i fig.2.

Hanngjengene 231 i fig. 14B har trapesform og omfatter en bæreflanke 233, en anleggsflanke 235, en gjengetopp 239 og en gjengebunn 237, og toppene og bunnene er anordnet i koniske flater som er koaksiale med aksen til forbindelsen og har samme konisitet.

Et ikke vist alternativ er at toppene og/eller bunnene av gjengene kan være parallelle med aksen til forbindelsen, idet stigningsflaten er konisk.

Bæreflankene 233 danner sammen med normalen på aksen til forbindelsen en vinkel som konvensjonelt er negativ, mens anleggsflankene 235 sammen med normalen på aksen til forbindelsen danner en vinkel som konvensjonelt er positiv.

Vinkelen mellom bæreflanken og anleggsflanken på den samme gjengen er slik at flankene 233, 235 divergerer mot gjengetoppen 239, slik at gjengen 331 har den nevnte form som en halv svalehale.

Bredden til hanngjengen øker kontinuerlig fra gjengene som befinner seg ved den frie enden av hannelementet, mot de som befinner seg ved den motsatte enden.

Hanngjengene omfatter et spor 261 som munner ut i gjengetoppene 239, som har en form og beliggenhet som ligner sporet 61 i fig. 8B.

Hunngjengene 232 i fig. 14A har trapesform som er tilpasset hanngjengene 231, og omfatter en bæreflanke 234, en anleggsflanke 236, en gjengetopp 238 og en gjenge-

bunn 240.

Hver av flankene 234, 236 på hunngjengen er parallelle med den tilsvarende flanken 233, 235 på hanngjengen.

Bredden av hunngjengene øker kontinuerlig fra gjengene som befinner seg ved den frie enden av hunnelementet, mot de som befinner seg ved den motsatte enden, på en måte som er koordinert med forløpet av bredden til hanngjengene.

Fig. 14C viser hanngjenger og hunngjenger under montering. Det dannes et konstant hulrom x mellom bæreflanker 233, 234 på hver gjenge og dens motpart.

Når hannelementet skrus inn i hunnelementet avtar hulrommet x mellom de tilpassende sideflanker, inntil det blir null slik som vist i fig. 14D. Dersom sammenskruingen fortsetter forbi dette punktet trykkes sideflankene 233, 235 på hanngjengene inn i de tilpassede flankene 234, 236 på hunngjengene, og kontakttrykket mellom flankene øker når sammenskruingen fortsetter.

Dette medfører en meget hurtig økning av momentet for tilskruing, og avhengig av flaten på flankene kan sammenskruingen avsluttes med et ekstremt høyt moment.

Dessuten, med denne typen koniske gjenger med kilegjenger, kan disse anordnes slik at ved slutten av sammenskruingen er det radialt anlegg mellom topper og bunner på de tilpassede gjenger 237 - 238 og/eller 239-240, slik at hanngjengene 231 fullstendig fyller hulrommet mellom hunngjengene og/eller at hunngjengene 232 fullstendig fyller hulrommet mellom hanngjengene. Fig. 14D viser et tilfelle med fullstendig fylling av hann- og hunngjengene, og gjengene er således tette og muliggjør at det kan unngås nærvær av fett mellom topper og bunner på de tilpassede gjenger ved slutten av sammenskruingen, og som kan bevirke feil måling av momentet for sammenskruing. Fortrinnsvis dannes radialt anlegg før de tilpassede sideflanker kommer i kontakt.

Sporet 261 i hanngjengen har som i de foregående figurer en V-profil med avrundet bunn, og vinkelen ved toppen av V-sporene er omtrent 30°, og radien i spissen av V-sporet er 0,4 mm. Dybden er f.eks. 70% av gjengehøyden og bredden ved munningen i gjengetoppen er 35% av gjengebredden.

Det deler hanngjengen 231 i halve tenner 263, 265 som er mye mere fleksible enn en kompakt tann og fyller de samme funksjoner som sporet 362 i forbindelsen i fig. 12, hvilke funksjoner er beskrevet ovenfor. Det muliggjør likeledes bedre synkronisering av den aksiale utstrekning til sideflankene med radial interferens for gjengetoppene og -bunnene ved slutten av tilskruingen.

Forbindelsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan utføres i mange varianter, og de viste utførelseseksempler er ikke begrensende.

Særlig kan den foreliggende oppfinnelse anvendes som:

-en integrert gjengeforbindelse som vist i fig. 3, idet et hannelement er anordnet på en ende av et første metallrør med stor lengde og et hunnelement er anordnet på enden

av et andre metallrør med stor lengde,

-som gjengeforbindelse med muffe slik som vist i fig. 1 og 2, der to metallrør med stor lengde omfatter et hannelement på enden, sammenkoblet ved hjelp av en metallisk muffe som på hver ende har et hunnelement, idet en slik gjengeforbindelse med muffe danner to gjengeforbindelser i henhold til oppfinnelsen.

Claims (20)

1. Gjengeforbindelse (300) for to metallrør (301, 302), av typen som omfatter et hannelement på enden av et første rør og et hunnelement på enden av et andre rør, idet hannelementet omfatter utvendige gjenger (31) og hunnelementet omfatter innvendige gjenger (32) med hver flanke parallell med den tilsvarende flanken på hanngjengen, idet hann- og hunngjengene skrues sammen, karakterisert vedat i det minste en av gjengene, hanngjengen (31) eller hunngjengen (32), omfatter, for å minske kontaktkreftene mellom hann- og hunngjengene (31, 32), et spor (21, 22, 41,51,61, 62) som omfatter to vegger og en bunn (37), dannet i gjengen (11), og som munner ut enten i anleggsflanken (14, 15) eller i gjengetoppen (39) eller i overgangen mellom anleggsflanken (15, 16) og gjengetoppen (39).

2. Gjengeforbindelse som angitt i krav 1, karakterisert vedat sporet (21, 22, 41,51,61, 62) er kontinuerlig langs lengden av gjengen eller gjengene.

3. Gjengeforbindelse som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert vedat sporet (21, 22, 51,61, 62) har vegger (42) med en V-profil og en avrundet bunn.

4. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-3,karakterisert vedat sporbunnen har en radius som er større eller lik 0,2 mm.

5. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-4,karakterisert vedat sporet (21, 22, 51,61, 62) munner ut i gjengetoppen og at bredden ved munningen er mindre eller lik 2/3 av gjengebredden.

6. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-4,karakterisert vedat sporet (41, 67) munner ut i anleggsflanken og at bredden ved munningen er mindre eller lik 2/3 av gjengehøyden.

7. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-4,karakterisert vedat sporet (56, 68) er dannet i overgangen mellom gjengetoppen og anleggsflanken og at bredden ved munningen er mindre eller lik 2/3 av den minste av bredden og høyden til gjengen.

8. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-4,karakterisert vedat sporet (21, 22, 51,61, 62) er anordnet i gjengetoppen og at dybden er mindre eller lik gjengehøyden.

9. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-4,karakterisert vedat sporet (41, 67) er dannet i anleggsflanken og at dybden er mindre eller lik 2/3 av gjengebredden.

10. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-4,karakterisert vedat sporet (56, 68) er dannet i overgangen mellom gjengetoppen og anleggsflanken og at dybden er mindre eller lik den minste av gjengehøyden og 2/3 av gjengebredden.

11. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-10,karakterisert vedat hanngjengene (31) og hunngjengene (32) er koniske, med trapesgjenger anordnet i et trinn eller i flere trinn.

12. Gjengeforbindelse som angitt i krav 11, karakterisert vedat i det minste en av toppene på hanngjengene (31) og hunngjengene (32) danner radialt anlegg med gjengebunnen eller -bunnene ved slutten av tilskruingen.

13. Gjengeforbindelse som angitt i krav 11, karakterisert vedat hanngjengene og hunngjengene (31, 32) er av typen med trapesgjenger uten aksial klaring.

14. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-10,karakterisert vedat hanngjengene (31) og hunngjengene (32) er av sylindrisk type og er anordnet i et trinn eller i flere trinn, eller av sylindrisk-konisk type.

15. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 11 -14,karakterisert vedat bredden til hanngjengene (31) og hunngjengene (32) varierer langs gjengene eller hvert gjengeparti, på en koordinert måte under dannelse av kilegjenger.

16. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-10,karakterisert vedat hanngjengene (31) og hunngjengene (32) er koniske gjenger av rund type i henhold til spesifikasjon API 5B.

17. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-16,karakterisert vedat hannelementet omfatter i det minste et tettende anlegg (207, 307) og at hunnelementet omfatter i det minste et tettende anlegg (208, 308), idet anleggene danner radialt anlegg ved slutten av tilskruingen, slik at det er dannet i det minste en tettende kontakt metall mot metall mellom hannelementet og hunnelementet.

18. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-17,karakterisert vedat hannelementet og hunnelementet hvert omfatter i det minste et anslag, idet anslaget eller anslagene (209, 309, 309') på hannelementet danner anlegg mot anslaget eller anslagene (210, 310, 310") på hunnelementet ved slutten av tilskruingen.

19. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-18,karakterisert vedat den er av integrert type (300).

20. Gjengeforbindelse som angitt i hvilket som helst av kravene 1-18,karakterisert vedat den er av muffetypen (100, 200).