Резьбовое соединение труб

(54) РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕ 11 ИЕ ТРУБ (57) Изобретение относится к соединению нефтепромысловых труб,используемых при строительстве скважин. Цель - повышение надежности за счет увеличения эффективности уплотненияСоединение содержит охватываемую 1 и охватывающую 2 детали, На наружной поверхности детали 1 выполнена резьба 3, а на внутренней поверхности детали 2 - ответная резьба 4 с шагомЫ.1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П 1 НТ СССР ОПИСАНИЕК ПАТЕНТУ(56) Патент СЩА 81,кл. 285-333) 1963.Патент США 1) 4346920,кл. 285-89, 1982,2отличным от шага резьбы 3 деталидля сопряжения с последней с натягом. Рядом со свободным концом резьбовой поверхности детали 1 расположена кольцевая уплотнительная поверхность 5 для создания упорного аксиального уплотнения под действием осевой силы при полном сопряжении деталей 1 и 2 с ответной кольцевой уплотнительной поверхностью 6 детали 2. Шаги резьб 3 и 4 каждой из деталей 1 и 2 отличны друг от друга по крайней мере на двух участках резьбовой поверхности и постоянны по длине на каждом из участков. Шаги резьб 3 и 4 в средней части резьбовой поверхности равны между собой. Между участками соединения 7 и 8 с различными шагами установлено эластичное уплотнительное кольцоРезьбовая поверхность может меть три участка 7, 8 и 9 как на детали 1, так и на детали 2. Благодаря данной конструкции соединения нагрузка на передние кромки резьбо - вых витков снижена, что уменьшает опасность заедания резьбы. Кроме того, повышается усталостная стойкость соединения и уменьшается тенденция к деформации витков на сбеге резьбы на участке 9. 6 з,п. ф-лы, 6 ил.ВИзобретение относится к конструкциям соединений трубных элементовна резьбе в частности к соединениямыефтепромысловых труб, используемых. при строительстве скважин,Цель изобретения - повышение надежности резьбового соединения трубза счет увеличения эААективности уплотнения, ОНа Аиг.1 и 2 представлено резьбовое соединение труб, продольные разрезы; на Аиг. 3 и 4 - распределениенагрузки между витками резьбовогосоединения; на Аиг. 5 и 6 - охваты,вающая и охватываемая детали соединения с эластичным уплотнительнымкольцом, продольный разрез,Резьбовое соединение труб,изображенное на Аиг.1, содержит охватывае Омую деталь 1 и охватывающую деталь2. На наружной поверхности охватываемой детали выполнена резьба 3, ана внутренней поверхности охватывающей детали - ответная ей резьба 4, 25причем сопряжение реэьб осуществляется с натягом, На конце детали 1рядом со свободным концом резьбовойповерхности расположена кольцеваяуплотнительная поверхность 5, а надетали 2 ." ответная ей кольцевая уплотнительная поверхность 6, Поверхности 5 и 6 при полном сопряженииохватываемой и охватывающей деталейпод действием осевой силы создаютупорное аксиальное уплотнение,Резьбовая поверхность каждой из деталейразделена по крайней мере на два участка, шаги р.езьб на которых отличныдруг от друга и постоянны.по длине 4 Она каждом из участков. Причем шагиразьб охватывающей и охватываемой деталей в средней части резьбовой поверхности равны между собой,Резьбовая поверхность может иметь, 5например, три участка 7, 8 и 9(Аиг, 1 и 2) как на охватываемой, так ина охватывающей деталях. Такое резьбовое соединение содержит средниеучастки 7 между концами резьб,конце. вые участки 8 между участком 7 и концами резьбы, примыкающими к кольцевым уплотнительным поверхностям 5 и6, и участки 9 между участком 7 и другим концом резьбовой поверхности,Научастке 7 шаги Р резьб двух деталейявляются одинаковыми. На участке 8шаг Р резьбы охватываемой деталибольше чем шаг Р резьб охватывающей детали, На участке 9 шаг Р резьбы4 охватывающей детали больше чем шагР резьбы 3 охватываемой детали. Гаги Р и Р могут быть одинаковымиили разными, в зависимости от сжимающей нагрузки на уплотнительных поверхностях и осевой растягивающейнагрузки, При этом шаги постоянны подлине каждого иэ перечисленных участков,Резьбовое соединение может бытьснабжено эластичным уплотнительнымкольцом 10, установленным между участками соединения с различными шагами, например между участками 7 и 8(Аиг.5). Дпя его размещения на одной из детали выполнена кольцеваяканавка 11,Резьбовое соединение может бытьразмещено как на цилиндрических,таки на конических поверхностях охватываемой и охватывающей деталях, арезьба может быть выполнена и трапецеидальной Аормы (Аиг.5 и 6).Крометого, ширина впадины проАиля резьбыпо ее длине может быть выполнена одинаковой, а толщина выступов можетизменяться на границе между участками . Кольцевая уплотнительная поверхность 6 может быть расположена рядомсо свободным концом резьбовой поверхности охватывающей детали 2, а ответная кольцевая уплотнительная поверхность 5 охватываемой детали 1 - рядом с другим концом ее резьбовой пов ерхнос ти (Аиг,2 )Резьбы 3 и 4 могут иметь такиеразмеры, чтобы при полном сопряжении деталей имелся натяг между поверхностью гребня одной резьбы и поверхностью впадины в зазоре междувитками другой резьбы, но степеньего можно значительно уменьшить посравнению со степенью, необходимойдля известной соединительной муАты,из-за меньшей тенденции к развинчиванию в связи с повышенным количеством энергии, заключенной в частяхсоединения, примыкающих к уплотнительным поверхностям 5 и 6. Натягможно, однако, свести к нулю или дажек зазору между поверхностями гребняи впадины резьбового проАиля, нопредпочтительно, чтобы между нимиимелся по меньшей мере контакт.Благодаря описанной выше конструкции при свинчивании деталей 1 и 2между собой, после соприкосновенияпосле приложения внешнего растягиваю 1щего усилия к известному соединению.Благодаря предлагаемой конструкции максимальная нагрузка на передние кромки резьбовых витков значительно снижена по сравнению с максимальной нагрузкой на передние кромки резьбовых витков известного соединения, что значительно уменьшает опасность заедания резьбы (см.фиг,З и 4),Кроме того, повышается усталостная стойкость соединения и существенно уменьшается тенденция к деформации витков на сбеге резьбы на участке 9.Резьбовое соединение также может быть выполнено таким образом, что кольцевая уплотнительная поверхность 6 может быть расположена на свободном конце охватывающей детали 2,как это показано на фиг. 2, где подобные элементы имеют те же обозначения, что и на фиг,1, однако в этом случае сжатая и растянутая детали меняются местами. Кроме того, фиг. и 2 иллюстрируют выполнение соединения с размещением резьбы трапецеидальной формы на цилиндрических поверхностях охватываемой и охватывающей деталей.На фиг., 5 и 6 изображены соответственно охватывающая 2 и охватываемая 1 детали с резьбой, размещенной на их конических поверхностях с кольцевыми уплотнительными поверхностями 6 и 5, взаимодействующими друг с 15 20 25 30 35,другом после свинчивания, Резьба 3 охватываемой детали в показаннойконструкции (фиг, 6 ) содержит, например, двадцать витков, из которых последние семь витков на любом концерезьбы попадают в концевые участки8 и 9, Центральные шесть витков попадают на средний участок 7, Виткина участках 7 и 8 имеют один и тотже шаг резьбы Р, а витки на участке 9 имеют меньший шаг резьбы Р .Резьба на участке 9 является исчезающей резьбой, радиальный профиль которой постепенно уменьшается, при этомгребневые поверхности витков р аспопожены на цилиндре, Гребневая поверхность остальных резьбовых витков расположена на поверхности усеченногоконуса, как и поверхность впадин резьбового профиля - мвкду витками резьбы для полного профиля резьбы, Этиконические поверхности имеют один итот же угол конусности,5 1572423 поверхностей 5 и 6 часть по крайней мере передних граней 12 и 13 резьбовых витков на среднем участке 7 находится в плотном контакте. Дальнейшее5 затягивание соединения приводит к постепенной загрузке этих витков и передает постепенно нагрузку на передние кромки резьбовых витков на концевом участке 8, 1 ОПоследовательность нагружения резьбовых витков на среднем 7 и одном концевом 8 участках зависит от того, имеется или нет натяг между поверхностями гребня и впадины резьбовых профилей, При отсутствии натяга нагрузка Я постепенно возрастает от витков 14 и 15 на конце среднего участка 7, наиболее близком к концевому участку 8, постепенно переходя на остальные витки среднего участка 7 и витки концевого участка 8, начинающихся с ви тков 16 и 1 7, передав аясь на витки 18 и 19 и, наконец, на витки 20 и 21. Полное распределение нагрузкиизображено штрихпунктирной линией 22 на фиг.З.При наличии контакта или натяга . между поверхностью гребня одной резьбы и поверхностью впадины в зазоре между витками другой резьбы распределение нагрузки изображено на фиг,4, штрихпунктирная линия 231При полностью свинченных деталяхсоединения, в случае, когда оно не. подвержено воздействию внешним силам, витки резьбы на участке 9 воспринимают незначительную нагрузку, Однако, когда соединение подвергнуто растягивающему усилию с приложением внешней нагрузки, она сначала воспринимается резьбовыми витками среднего 7 и концевого 8 участков и резьбовыми витками другого концевого участка 9,непосредственно примыкающими к среднему участку. С возрастанием усилия постепенно нагружаются другие резьбовые витки на концевом участке 9,Окончательное распределение нагрузки на резьбовых витках показано жирными ли ниями 24 и 25 на фиг. 3 и 4.Витки резьбы на концевом участке 9 являются нагруженными значительно меньше по сравнению с известным соединением, Это видно из графиков на фиг. 3 и 4, где линии 26 и 27 показывают распределение нагрузки между витками после свинчивания известного соединения, а линии 28 и 29 - то жеОхватывающая деталь 2 снабжена резьбой 4, имеющей, кяк и резьба охватываемой детали, двадцать резьбовых витков, которые разделены на , средний участок 7 и концевые участки 8 и 9. Резьба 4 на участках 7 и 9 охватывающей детали имеет один и тот же шаг Р а шаг Р резьбовых витков на участке 8.меньше шага Р, . 10 Резьба 4 на охватывающей детали имеет по всей длине постоянный радиальный профиль, при этом поверхности гребней и впадин, лежащие на поверхности усеченного конуса, имеют ту же 15 самую конусность, что и конические поверхности охватываемой детали.ЗдхЪективность уплотнения В дополнение к упорным уплотнительным кольцевым поверхностям 5 и 6 между уча стками соединения 7 и 8 с различными шагами, как это показано на фиг,5, увеличивается за счет наличия в кольцевой канавке 11 эластичного уплотнительного кольца 10, Это обеспечива ется благодаря увеличенному на границе участков 7 и 8 контактному давлению (см,фиг.3 и 4).30Формула и зобр ет ения1. Резьбовое соединение труб,включающее охватываемую деталь с резьбой ня няружной поверхности и Охвятывяю щую деталь с ответной резьбой на внутренней поверхности с шагом,отличным от шага резьбы охватываемой детали для сопряжения с последней с натягом, и расположенную рядом со сво бодным концом резьбовой поверхности охватываемой детали кольцевую уплотнительную поверхность для создания упорного аксиального уплотнения под действием осевой силы при полном сопря жении охватываемой и охватывающей деталей с ответной кольцевой уплотнительной поверхностью охватывающейдетали, о т.л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повыпения надежности засчет увеличения эффективности уплотнения, шаги резьб каждой из деталей,отличны друг от друга по крайней мере на двух участках резьбовой поверхности и постоянны по длине на каждомиз участков, а шаги резьб охватываемой и охватывающей деталей в среднейчасти резьбовой поверхности равнымежду собой,2, Соединение по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено эластичным уплотнительным кольцом,установленным между участками соединения с различными шагами, причем дляего размещения на одной из детали выполнена кольцевая канавка.3. Соединение по пп. 1 и 2, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что резьба имеет трапецеидальную форму .4. Резьбовое соединение по пп.1-3,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что резьбы размещены на цилиндрических поверхностях охватываемой и охватывающейдеталей.5. Соединение по пп. 1-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что резьбы размещены на конических поверхностяхохватываемой и охватывающей деталей.б. Соединение по и. 3-5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюизменения шага, ширина впадин профиля резьбы по ее длине выполненаодинаковой, а толщина выступов изменяется на границе между участками.7. Соединение по пп. 1-б, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что концевая уплотнительная поверхность расположена рядом со свободным концомрезьбовой поверхности охватывающейдетали, а ответная кольцевая уплотнительная поверхность охватываемойдетали рядом с другим концом ее резьбовой поверхности,1572423 вицкии Редактор Н.Киштулинец Корректор М,Пож издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 роизводств Составитель Техред М.Дидь аз 1524 Тираж, 477НИИПИ Государственного комитета по изобр113035, Москва, Ж, Рауш ниям и открыт ая наб., д. 4 писноем при Г