NO803237L

NO803237L - Kobling for roer for petroleumsindustrien.

Info

Publication number: NO803237L
Application number: NO803237A
Authority: NO
Inventors: Jean Mantelle; Georges Trouillet
Original assignee: Vallourec
Priority date: 1979-10-30
Filing date: 1980-10-29
Publication date: 1981-05-04
Also published as: ATE7328T1; ES267027Y; OA06705A; ES264584Y; EP0027771A1; US4373750A; CA1156287A; BR8006968A; JPS56150689A; FR2468823B1; MX150843A; EP0027771B1; FR2468823A1; IN155013B; AU536445B2; IE802255L; AU6386380A; IE50172B1; DE3067708D1; ES267027U

Description

Nærværende oppfinnelse vedrører en kopling for rør, særlig for stålrør som spesielt er beregnet på bruk i oljeindustrien, og spesielt for foringsrør og perforerte foringsrør for olj efelter.

Koplinger av denne type må oppvise et visst antall egenskaper som i praksis er vanskelig å forene.

Koplingene må kunne tåle meget store trykkdifferanser mellom rørsøylens innervegg og yttervegg. De må også oppvise en mekanisk styrke som kan sammenlignes med styrken av de rør-elementer som de skal forbinde.

Hensyn tatt til at rørsøyler er forsynt med slike koplinger er bestemt for plassering i dype borehull, er det ønskelig at koplingens diameter ikke overstiger diameteren av røret med mer enn den minst mulige verdi.

Slike koplinger må også være fullstendig tette, selv etter gjentatte sammen- og oppskruinger, idet herunder en hannende kan bli montert på forskjellige hunnender, og det til tross for de fabrikasjonsstoleranser som medføres av all industri-ell produksjon.

Det er også ønskelig at koplingene innen mulighetens grenser sikrer autoreparasjon av tegningsflåtene, fordi disse for-holdsvis ofte blir underkastet ødeleggelser under håndter-ingen på arbeidsplassen.

Koplingen ifølge oppfinnelsen er av den type i hvilken endene på to hannelementer blir forbundet ved hjelp av en hunn-muffe, idet hvert hannelement er forsynt med en gjengning for eksempel i form av en avkortet kon som griper inn i en tilsvarende hunngjengning i muffen.

Oppfinnelsen tar sikte på en kopling for rør, spesielt stål-rør som særlig er beregnet for utvinning av olje, av den type i hvilken de med f.eks. en konisk gjengning forsynte ender på to hannelementer forbindes ved hjelp av en muffe som på hver side oppviser en tilsvarende gjengning,karakterisertved at muffen på sin midtre del oppviser en hovedsakelig sylindrisk tetningsflate hvis akse svarer til koplingens akse, idet hvert hannelement i periferien av sin ende oppviser en tilsvarende hovedsakelig sylindrisk tetningsflate hvis diameter er lik eller noe større enn diameteren av muffens tetningsflate, idet endene på hannelementene aksialt butter mot hverandre under låsing av koplingen og idet det mellomrom som eksisterer mellom endene av hannelementene under deres første kontakt øker fra periferien mot sentrum av koplingen, slik at endene av hannelementene under låsingen blir skjøvet utover for å forsterke tetningen ved å øke trykket på hannelementenes og muffens tetningsflater.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes et kontakttrykk på den ytre periferi av hannelementene, som først kommer i kontakt i det øyeblikk koplingen blir låst. All videre låsing vil for det første føre til at de frontale periferiske flater på endene av hannelementene blir presset mot hverandre, og. for det annet til at disse endene blir skjøvet utover og på den måten øker nevnte kontakttrykk.

Ifølge oppfinnelsen ser man da at hvis man betrakter et plan som går gjennom koplingens akse i det punkt der de ytre generatriser på hannelementenes tetningsflater løper sammen, har man under den første kontakt halvdelen av det rom som opptas av hunnmuffen, hvis tetningsflate er sylindrisk,

mens den andre halvdelen av rommet bare delvis er opptatt av enden av hannelementene på grunn av at ifølge oppfinnelsen er den avstanden som skiller hannelementenes ender lik null i det ytre kontaktpunkt for å innta økende verdier innover i koplingen.

Under disse omstendigheter vil man forstå at når man fortsetter låsingen av koplingen bevirker man en delvis utfylling av det gjenværende gap som eksisterer mellom endene på hannelementene ved å skyve dem utover, hvilket øker deres trykk

på muffens tetningsflate ved en slags kuleleddeffekt.

Til denne kuleleddeffekten slutter seg også en diametral hevelseseffekt av hannelementene, lokalisert i kontakt-trykkområdet, og som blir frembragt når man utøver en sammentrekning i aksial retning. Denne effekten bevirker en ytterligere økning av kontakttrykket i aksial retning, som adderer seg til den initiale friksjon eller endog kan oppsluke et lite initialt spillerom.

Ifølge oppfinnelsen kan frontalflåtene på hannelementenes ender ha ulike former.

Hannelementenes ender kan f.eks. være meget lett konisk konkave, d.v.s. at enden av hvert hannelement kan være begren-set av en konisk flate hvis vinkel med koplingens akse er litt mindre enn 90°, idet toppene på konene er rettet innover i hannelementene.

På denne måten blir det bikoniske gap som eksisterer mellom hannelementene under den første kontakt av hannelementene redusert progressivt under låsingen ved trykk på periferien av hannelementenes ender.

I en annen, foretrukket utforming av oppfinnelsen har endeflatene på hannelementene en bikonisk form, idet periferiområdet på hannelementenes ender har en konisitet i motsatt retning av konisiteten i indre område. Konisitetene av peri-feriområdene på de to hannelementer som er beregnet på å monteres i samme muffe, er slik at den første kontakt mellom hannelementenes ender utøves på periferien av disse. Endene av hannelementene presses så progressivt mot hverandre under låsingen i nærheten av det første kontaktpunkt helt til de koniske flater av samme konisitet som befinner seg på indre område av hannelementenes ender, butter mot hverandre og danner et anlegg.

Ifølge oppfinnelsen er det å foretrekke at muffens sylindriske tetningsflate forlenges i retning av gjengene med en flate hvis diameter øker progressivt, slik at det tillates et

lett inngrep og automatisk sentrering av den ende av hannelementene hvis tetningsflater har en diamter lik eller større enn dianreteren av muffens sylindriske tetningsf late.

I denne hensikt er det også å foretrekke å lett avrunde den ytre kant på enden av hvert hannelement.

Denne avrundingen kan imiderltid være meget liten og bare svare til en meget lett fasing av den skarpe kanten på

enden av hannelementene.

I en variant av oppfinnelsen kan man plassere to toroidiske tetningsringer. f.eks. av PTFE, i sirkulære riller utsparet i muffens sylindriske tetningsflate på hver side av det punkt der hannelementenes ender kommer i kontakt.

Ifølge oppfinnelsen er det også mulig å plassere en ring av PTFE i en rille utsparet i nærheten av indre ende av minst ett av hannelementene. Koplingen ifølge oppfinnelsen oppviser den fordel at den er lett og billig å fremstille.

For det første eksisterer det ikke noe anslag som begrenser påskruingen på muffen, som derfor kan maskineres av et tykkere rør.

Tetningsflåtene, så vel på muffen som på endene av hannelementene, er sylinderflater hvis maskinering er spesielt enkel og billig. Videre er fabrikasjonskontrollen meget enkel å utføre med maler som vanligvis brukes til fabrika-sjonskontroll av koplinger for oljeindustrien.

I tilfelle av søyler beregnet på å inneholde korrosive væsker, er det mulig bare å lage f.eks. hannelementene av rustfritt stål, mens muffene kan fremstilles av vanlig stål.

Takket være koplingen ifølge oppfinnelsen kan man også lett forbinde bimetallrør der den del som ligger nær den indre flate f.eks. lages av rustfritt stål, mens resten av røret fremstilles av vanlig stål. I dette tilfellet er det like-ledes å foretrekke å fremstille hannelementenes endefronter med et overtrekk av rustfritt metall identisk eller forenlig med det metall som utgjør indre del av bimetallrørene. Gjengenes relative dimensjoner og lengden av hannelementene er slik at endene på hannelementene kan komme i kontakt og skape deformasjoner som tillater sikring av tetning ifølge oppfinnelsen før det bevirkes en for sterk låsing av gjengene.

Ifølge oppfinnelsen er det imidlertid å foretrekke at låsingen av det ene hannelement i muffen blir vesentlig kraftig-ere enn av det andre hannelementet i muffen, slik at det under montering og demontering av koplingen sikres at muffen alltid blir posisjonert på samme hannelement. Hertil er det tilstrekkelig at momentet for muffens låsing på det hannelement som ikke må skilles fra muffen, er vesentlig større enn låsemomentet for det andre hannelementet i muffen.

Ifølge oppfinnelsen er det av interesse å montere muffen i fabrikk på det hannelementet som den ikke må skilles fra.

Det skal nå beskrives flere utforminger av oppfinnelsen,

som er vist på vedføyde tegninger, der:

Fig. 1 er et aksialt snitt av den første utforming av en kopling ifølge oppfinnelsen etter montering. Fig. 2 er et aksialt snitt av koplingen på fig. 1 under monteringen . Fig. 3 er et halvt aksialt snitt av annen utforming av en kopling ifølge oppfinnelsen før fullstendig låsing. Fig. 4 er et halvt snitt svarende til fig. 3 etter fullstendig låsing av koplingen. Fig. 5 er et halvt aksialt snitt i større målestokk av koplingene på fig. 1 og 2. Fig. 6 skjematisk viser endene av hannelementene i koplingen på fig. 5 under deres første kontakt. Fig. 7 svarer til fig. 6 etter fullstendig låsing av koplingen .

Fig. 8,9 og 10 er varianter av koplingen ifølge fig. 1.

Fig. 1 og 2 viser en kopling ifølge oppfinnelsen realisert mellom to hannelementer 1 og 2 ved hjelp av en muffe 3.

De utvendige koniske gjenger 4 er utført på endéne av hannelementene 1 og 2 for å samarbeide med tilsvarende gjenger i muffens innerflate. Disse gjenger er fortrinnsvis trapes-formet og forsvinner på ytterflaten av rørene.

Som fig. 5 viser i større målestokk, omfatter muffen 3 på sitt midtre parti en indre sylindrisk tetningsflate 6 som på hver side går over i innerflaten på muffen 3 via krumme flater 7.

Utvendig på endene 9 av hannelementene 1 og 2 er det anordnet sylindriske tetningsflater 8. Diameteren av tetningsflåtene 8 er lik eller litt større enn diameteren av den indre tetningsflaten 6 på muffen 3 for at det ikke skal bli noe spillerom mellom tetningsflåtene når hannelementene 1 og 2 griper inn i muffen 3. Imidlertid bør ikke den derav følgende låsing være for kraftig for å unngå fasthenging.

Det skal forøvrig bemerkes at i den beskrevne utforming er de periferiske kanter 10 på hannelementene 1 og 2 lett avrundet. For tydlighets skyld er disse avrundingene overdrevet på tegningen. I praksis kan disse avrundingene mangle helt eller bestå av en ganske liten fasing for å bryte den skarpe kanten på enden av hannelementene. I visse tilfeller kan disse avrundingene være betydelige.

I utformingen på fig. 1, 2 og 6 består hver av kontaktflatene på hannelementene 1 og 2 av en første konisk ytterflate 16', 17' og en annen konisk innerflate 16, 17, hvis konisiteter er motsatt rettet.

Eksempelvis er helningsvinkelen a for flaten 16' på elementet 1 lik 10°, mens helningsvinkelen b for flaten 17' er lik 5°. Hva angår helningsvinklene _c og d. for de koniske flater 16

og 17 på elementene 1 og 2, kan begge f.eks. være lik 10°.

I den viste utforming, og av en grunn som skal forklares senere, er kantene 14 og 15 som dannes av flatene 16 og 16'

på den ene side og 17 og 17' på den annen side, forskjøvet en avstand h_ i radiell retning. Man vil forstå at når de således bestående ender av hannelementene 1 og 2 nærmer seg hverandre, blir den første kontakt formidlet på ytre periferi av flatene 16' og 17'. Etter som det aksiale trykk på endene av hannelementene øker, blir det gap 13 som eksisterer mellom flatene 16 og 16', og 17, 17', redusert inntil flatene 16 og 17 kommer i kontakt med hverandre for å sikre en begrensning av skruingen. Man forstår at kantene 14 og 15 radielle forskyvning h tillater sikring av en begrensning av den frie påskruing ved hjelp av flatenes 16 og 17 kontakt. I den beskrevne utforming har forskyvningen h en verdi på

1 mm, mens tykkelsen ved enden av rørene er på omtrent

10 til 20 mm.

Montering av koplingen ifølge oppfinnelsen foregår på følgende måte: Som fig. 2 viser, skrus muffen 3 først på enden av det ene hannelementet, f.eks. hannelementet 2. Her kan den eventuelt holdes fast, f.eks. ved liming. Denne montering kan med fordel utføres i fabrikk, mens monteringen av enden av hannelementet 1 i muffen 3 (fig. 1) utføres på arbeidsplassen med et mindre låsemoment enn for hannelementet 2 dersom dette ikke er sikret på muffen.

Man forstår at når man utfører monteringen av hannelementet 1 i muffen 3, blir den første kontakten mellom kontaktflatene på endene av hannelementene 1 og 2 dannet på ytre periferi, slik fig. 6 viser. Når låsingen fortsetter, blir det på

denne periferien utøvd en kraft som gjør at hannelementene

1 og 2 nærmer seg hverandre inntil de radielt indre kontaktflater 16 og 17 kommer i kontakt, slik fig. 7 viser. På grunn av forskyvningen h resulterer dette i et anslagsfenomen slik at låsingen ikke kan fortsettes.

Under denne låsingen har veggene på endene 9 av hannelementene 1 og 2 på grunn av en slags kuleleddvirkning, en tendens til å forskyves radielt utover slik pilene 18 viser.

Følgelig vil de utvendige tetningsflater 8 legge seg tett inntil muffens 3 indre tetningsflate 6, hvorved tetningen blir forbedret.

Fig. 3 og 4 viser en annen utforming i hvilken den første kontakt mellom hannelementene 1 og 2 alltid foregår på rørenes ytre periferi. På samme måte som tidligere vil gapet 13 ut-vide seg fra ytre periferi til indre periferi på hannelementene. I dette tilfellet er imiderltid kontaktflatene 19 og 20 på endene av hannelementene 1 og 2 konisk konkave flater, d.v.s. koniske flater hvis topp er beliggende på rørenes 1

og 2 akser inne i disse hannelementer.

Når som nevnt ovenfor hannelementet 1 skrus inn i muffen 3, blir den første kontakten mellom endene av hannelementene 1 og 2 dannet på ytre periferi 21 av flatene 19 og 20 (fig.3) . Når man låser det hele, blir det så utøvd et press i ytre periferiområde 21 av flatene 19 og 20 (fig. 4), slik at flatene 16 og 17 nærmer seg hverandre inntil de kommer i kontakt for å realisere et anslag slik som flatene 16 og 17 i foregående utformning.

I låst stilling av koplingen bringes presset mot endene av hannelementene, som bevirker en elastisk og eventuelt en plastisk deformering av metallet, hele hannelementenes endeflater 19 og 20 i kontakt, eller lar det eventuelt bli tilbake et lite gap 21a som bare vedrører en del av flatene 19 og 20, slik fig. 4 for tydelighets skyld viser sterkt overdrevet. Man forstår at størrelsen av gapet 21a avhenger av helningen av flatene 19 og 20 og av låsingen av koplingen. I de fleste tilfeller er det å foretrekke at dette gapet reduseres til intet eller nesten intet, men tilstedeværelsen av et slikt gap er forenlig med iverksettelsen av oppfinnelsen .

For vinklene mellom de koniske flaters generatriser og radial-planene kunne man f.eks. velge verdier av størrelsesorden 15 til 30 min. Fig.8 viser en variant i hvilken to toroidiske tetningsringer av PTFE er lagt inn i ringformede riller som er sparet ut på hver side av muffens 3 indre tetningsflate 5.

Fig. 9 viser en annen variant i hvilken ringer 23 av PTFE ligger i fordypninger som i denne hensikt er anordnet på indre periferi av hannelementenes 1 og 2 ender 9.

I en annen utforming er det bare anordnet en enkelt ring av PTFE, som fortrinnsvis plasseres i enden av hannelementet 1.

I begge disse to variantene tillater tilstedeværelsen av

PTFE at det oppnås en ekstra tetning.

Fig. 10 viser en utforming i hvilken hannelementene 1 og 2

er bimetallrør hvis ytre del 24 f.eks. er laget av vanlig stål, mens indre del 25 f.eks. er av rustfritt stål.

På grunn av den kontakt som dannes mellom hannelementenes

1 og 2 flater 16 og 17 (fig. 6 og 7) forstår man at kontakten mellom de to flatene 25 av rustfritt stål på hannelementene 1 og 2 er tett. Herav følger at det fluidum som sirkulerer inne i koplingen ikke kan trenge inn mellom faltene 16 og 17, og ikke kan nå de områder av elementene 1 og 2 som er laget av vanlig stål.

I en foretrukket variant av denne utforming er endefrontene

19 og 20 på hannelementene belagt med et inoksydabelt metall som er identisk eller forenlig med det metall som utgjør indre del 25 av hannelementene.

Oppfinnelsen er beskrevet under henvisning til sylindriske tetningsflater både på muffen og endene av hannelementene. Skjønt denne sylindriske form av tetningsflåtene er den form som foretrekkes ifølge oppfinnelsen, går man ikke utenfor oppfinnelsens idé ved å realisere tetningsflater med lett koniske former som ikke adskiller seg vesentlig fra sylinder-formen. Under denne forutsetning er det klart at hannelementene i enden må ha en tetningsflate som oppviser en konisitet i samme retning som konisiteten av gjengene.

Forøvrig er oppfinnelsen beskrevet under henvisning til koplinger med koniske gjenger.

Hensyn tatt til at koplingens tetning ifølge oppfinnelsen oppnås ved anslag av tetningsflåtene i nærheten av kontakt-punktet for hannelementenes ender, vil man forstå at gjengenes form ikke er avgjørende i den utstrekning gjengenes vesentlige oppgave er å utøve aksiale krefter på endene av hannelementene. I visse tilfeller kan man således uten å gå utenfor oppfinnelsens idé bruke koplinger som oppviser sylindriske gjenger eller kombinasjoner av sylindriske og koniske gjenger når dette spesielt vil være nødvendig for å redusere koplingens totale tykkelse.

Claims

1. Kopling for rør av den type i hvilken de med f.eks. koniske gjenger forsynte ender av to hanneelementer forbindes ved hjelp av en muffe som på hver side oppviser tilsvarende gjenger, karakterisert ved at muffen i sin midtre del oppviser en hovedsakelig sylindrisk tetningsflate hvis akse svarer til koplingens akse, at hvert hannelement på periferien av enden har en tilsvarende hovedsakelig sylindrisk tetningsflate hvis diameter er lik eller større enn diameteren av muffens tetningsflate, at endene av hannelementene butter aksialt mot hverandre under låsing av koplingen og at det gap som eksisterer mellom endene av hannelementene under deres første kontakt øker fra periferien mot koplingens sentrum.

2. Kopling som angitt i krav 1, karakterisert ved at endeflaten på hvert hannelement er lett konisk konkav.

3. Kopling som angitt i krav 1, karakterisert ved at endeflatene på hannelementene har en bikonisk form, idet periferiområdet på hannelementenes ender har en konisitet i motsatt retning av konisiteten i indre område og idet konisitetene av de to hannelementers periferiområder er slik at den første kontakt mellom hannelementenes ender foregår på periferien av disse.

4. Kopling som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at muffens hovedsakelige sylindriske tetningsflate forlenges i gjengenes retning av en flate hvis diameter øker progressivt.

5. Kopling som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at ytterkanten på enden av hvert hannelement er lett avrundet.

6. Kopling som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at den omfatter to toroidiske tetningsringer anbragt i sirkulære riller realisert på muffens sylindriske tetningsflate på hver side av det punkt der hannelementenes ender kommer i kontakt.

7. Kopling som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at den omfatter en tetningsring anbragt i nærheten av indre ende av minst det ene av hannelementene.

8. Kopling som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 7, karakterisert ved at hannelementene er fremstilt av bimetallrør, idet den innerste del av røret er av inoksydabelt metall.

9. Kopling som angitt i krav 8, karakterisert ved at endefrontene på hannelementene er dekket av et inoksydabelt metall identisk eller forenlig med det. metall som utgjør indre del av hannelementene.