專利名稱：高壓縮率的螺紋連接的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請涉及并申明1999年4月30日申報的序號為No.60/131894的U.S.臨時申請的權(quán)益。
背景技術(shù)：
在用于礦井的常用的一套管或管道串的組成和其后的操作和利用的過程中，作用在連接上的力會在高拉伸力與高壓縮力之間交變。例如，當(dāng)該連接是在井表面懸垂的多個管道串的部分時，其施加拉伸力。在組成連接時和在將連接置入井內(nèi)的過程中產(chǎn)生壓縮力，其中該井的井眼偏斜以致管道串必須在井筒內(nèi)繞一曲線彎曲。在后一情況下，在曲線內(nèi)側(cè)的連接部分相對于在曲線外側(cè)的連接部分受壓縮應(yīng)力。在連接內(nèi)部過壓縮力的集中可能造成連接的永久性變形或在壓縮力超過連接的設(shè)計極限時導(dǎo)致破壞。
現(xiàn)行的鉆井和實施設(shè)備要求提高用于較深的和較偏斜的井的管道串的壓縮率。這些臨界條件下用的井管道串設(shè)計常常要求采用具有與管道的同樣的或只稍大于管道體的外徑向尺寸的接頭。在為減小管直徑的嘗試中減少形成接頭所用的材料體積，就提高了需要由接頭的其余材料承受的應(yīng)力。一般來說，這些減小直徑的接頭與具有較大外徑的接頭相比具有較低的彈性壓縮率。小直徑接頭用于易出問題的井中使連接將遭受超過連接部件的彈性極限應(yīng)力的概率增大。超過連接部件的彈性極限時改變連接的特性，其增加了連接失效的可能性。
傳統(tǒng)的螺紋連接一般屬于過盈或非過盈，或該兩者的組合的種類。沒有過盈的螺紋有時又稱之為“空轉(zhuǎn)”。具有過盈螺紋連接的尺寸是使一個部件的螺紋與連接部件的螺紋相干涉以使嚙合螺紋材料機械變形。在空轉(zhuǎn)的非過盈式連接中的螺紋可以嚙合而不在組成的連接中產(chǎn)生任何的機械變形。
一些螺紋連接可以包括過盈和非過盈組合的或空轉(zhuǎn)的螺紋。空轉(zhuǎn)螺紋連接組成的一個重要部分是一機械式限定，例如一扭轉(zhuǎn)臺肩，它可以使連接擰緊。在許多情況下，扭轉(zhuǎn)臺肩還在接合的各管件截面之間提供密封表面。在一些采用空轉(zhuǎn)螺紋的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計中，通過使向扭轉(zhuǎn)臺肩延伸的各內(nèi)表面成錐形并迫使該錐形表面在組成時配合在一起來提供臺肩附近的徑向密封。在過盈配合螺紋之間的密封通常由螺紋的機械嚙合輔助以螺紋填隙劑來獲得。


圖1示出總體用10表示的傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的連接，其采用由中心的扭轉(zhuǎn)臺肩13分開的兩級空轉(zhuǎn)螺紋11和12。扭轉(zhuǎn)臺肩由在每個連接件上的圓周的臺肩接合形成。
圖2示出圖1的連接的扭轉(zhuǎn)臺肩的細(xì)節(jié)。具有空轉(zhuǎn)螺紋的螺紋連接的典型的臺肩區(qū)域在連接的內(nèi)螺紋件或套16的表面與連接的外螺紋件或軸17的表面之間具有徑向間隙14和15。間隙14和15是由允許的大的加工公差產(chǎn)生的，為的是使接頭的制造更容易和更便宜。間隙14和15的存在也便于接頭的組裝。
扭轉(zhuǎn)臺肩13在用18表示的嚙合接觸區(qū)域形成，接觸區(qū)域18的徑向尺寸比在軸部件和套部件上形成的扭轉(zhuǎn)臺肩的各個元件的徑向尺寸小，相當(dāng)于小一個間隙14或15的徑向尺寸。在一些傳統(tǒng)的連接中，由支承表面18代表的接觸區(qū)域可以小到扭轉(zhuǎn)臺肩可利用的總表面區(qū)域的70％。
在如圖2中所示的連接中，在組成時施加到扭轉(zhuǎn)臺肩上的壓縮力或連接的其他的壓縮載荷可能使具有最小截面尺寸的扭轉(zhuǎn)臺肩的區(qū)域產(chǎn)生如圖4中所示的塑性變形。該塑性變形被容納鄰接于扭轉(zhuǎn)臺肩13的間隙15和14中。軸臺肩的變形用19表示，而套臺肩的變形用20表示。圖4說明，在壓縮載荷的作用下，扭轉(zhuǎn)臺肩13的各角將折曲和彎入開口徑向間隙時，這使得小于扭轉(zhuǎn)臺肩13的接觸區(qū)域完全接合時在理論上可耐受的載荷下就產(chǎn)生屈服。如可以理解的那樣，如圖1～4中所示的連接，在其對導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)臺肩的最弱點屈服的壓縮力的壓縮方面是有限的，該屈服發(fā)生在扭轉(zhuǎn)臺肩的外側(cè)端角的過渡的最小截面上。
圖1～4中所示的傳統(tǒng)接頭的螺紋結(jié)構(gòu)在連接的壓縮強度中也起作用。如圖3中所示，在這樣的連接中一間隙21存在于軸17的螺紋22的嚙合側(cè)面與套16的螺紋23的嚙合側(cè)面之間。如同圍繞扭轉(zhuǎn)臺肩13形成的間隙的情況一樣，該間隙21由有助于簡化接頭的制造和組裝的大的加工公差引起。當(dāng)連接受到充分壓縮加載時，間隙21被封閉并且各螺紋的嚙合側(cè)面可以開始分擔(dān)施加在扭轉(zhuǎn)臺肩上的壓縮載荷。然而，為封閉間隙21所需要施加的壓縮力的程度可能超過產(chǎn)生圖4中所示扭轉(zhuǎn)臺肩的變形所需要的。最后的結(jié)果是對圖1～4中所示連接的額定壓縮載荷受限于一個值，該值低于會使扭轉(zhuǎn)臺肩最薄弱部分、最細(xì)處產(chǎn)生屈服的值。
發(fā)明概述增加螺紋連接中的壓縮承載表面區(qū)域以提高連接的抗壓縮能力。增加的表面區(qū)域通過增加在較低的壓縮載荷時的螺紋接觸區(qū)域和通過增加在連接中形成的扭轉(zhuǎn)臺肩的接合區(qū)域來獲得。臺肩區(qū)域的增加通過縮小制造接頭所用的加工公差來得到。增加的扭轉(zhuǎn)臺肩接觸表面區(qū)域減小了單位面積作用的力并限制接納臺肩塑性變形的間隙，這形成更剛性的臺肩而減小臺肩的撓曲和變形。螺紋尺寸的增加減小各螺紋的嚙合側(cè)面之間的間隙，從而嚙合的外螺紋與內(nèi)螺紋之間的間隙在較低壓縮載荷時就封閉，使各螺紋在扭轉(zhuǎn)臺肩被變形以前與扭轉(zhuǎn)臺肩分擔(dān)壓縮載荷。
由以上所述，應(yīng)該理解本發(fā)明的主要目的是提高用于將礦井管道固定在一起的螺紋連接的額定扭轉(zhuǎn)載荷。
本發(fā)明的另一目的是提高管接頭的額定壓縮載荷而不增大接頭的外部尺寸。
本發(fā)明的一個目的是增加嚙合的螺紋管連接中的扭轉(zhuǎn)臺肩的接觸面積以便減小扭轉(zhuǎn)臺肩上的壓縮載荷。
本發(fā)明又一目的是為利用一扭轉(zhuǎn)臺肩的空轉(zhuǎn)螺紋結(jié)構(gòu)提供提高的額定壓縮載荷。其中環(huán)繞接合的扭矩臺肩的有限區(qū)域限于沿其最小截面尺寸的區(qū)域加強扭轉(zhuǎn)臺肩以防止扭轉(zhuǎn)臺肩的塑性變形影響鄰接扭轉(zhuǎn)臺肩薄弱區(qū)域的間隙。
本發(fā)明的另一目的是提供一種利用一扭轉(zhuǎn)臺肩的外螺紋和內(nèi)螺紋接頭部件的連接，其中在相連的接頭部件的螺紋之間的嚙合側(cè)面盡最大可能地減小，從而使螺紋嚙合側(cè)面在壓縮力超過扭轉(zhuǎn)臺肩的屈服極限以前將嚙合以幫助分配該壓縮力。
本發(fā)明上述的以及其他的目的、特征和優(yōu)點參照以下附圖、說明和權(quán)利要求書可以更易于評價和理解。
附圖簡述圖1為說明現(xiàn)有技術(shù)的連接的四分之一剖面圖；圖2為傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)連接的扭轉(zhuǎn)臺肩區(qū)域的放大詳圖；圖3為傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)連接的套端部的詳細(xì)四分之一剖面圖；圖4為傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)連接的放大的四分之一剖面圖，說明在壓縮載荷作用下扭轉(zhuǎn)臺肩區(qū)域的變形；圖5為本發(fā)明的接頭的四分之一剖面圖；圖6為說明本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)臺肩區(qū)域的放大的和詳細(xì)的四分之一剖面圖；圖6A為圖6的接頭的扭轉(zhuǎn)臺肩區(qū)域的放大的詳圖，其中為說明起見夸大了兩部件間的間距；圖7為說明本發(fā)明連接螺紋嚙合細(xì)節(jié)的四分之一剖面圖；圖8為說明本發(fā)明連接的外側(cè)密封的放大的四分之一的剖面圖。
優(yōu)選實施方案詳述圖5示出本發(fā)明的總體用30表示的連接。連接30包括一套部件31和一軸部件32。在總體用35表示的一扭轉(zhuǎn)臺肩的每一側(cè)形成兩級螺紋部分33和34。扭轉(zhuǎn)臺肩35是一反向角臺肩，并且螺紋33和34是一鉤狀承載側(cè)面形狀。螺紋33和34描述在軸部件32的外表面和套部件31的內(nèi)表面上形成的螺紋的嚙合。
扭轉(zhuǎn)臺肩35的細(xì)節(jié)示于附圖的圖6和6A中。示出扭轉(zhuǎn)臺肩35具有接合接觸表面36，其從套31的圓柱形壁37延伸至軸32的圓柱形壁38。軸32上的圓柱形壁37a在套31的圓柱形壁37以下延伸而在兩圓柱形壁37a與37之間產(chǎn)生一徑向間隙“x”。同樣，套31上的圓柱形壁38a在軸32的圓柱形壁38以上延伸而在兩圓柱形壁38a與38之間產(chǎn)生一徑向間隙“y”。如所述這樣，軸壁38的圓柱形表面的直徑大于軸壁37a的圓柱形表面的直徑而套壁37的圓柱形表面的直徑大于套壁38a的圓柱形表面的直徑。因此扭轉(zhuǎn)臺肩35形成在軸32和套31的各圓柱形壁部分的端部。各圓柱形壁表面之間的間隙x和y經(jīng)非常放大地示于圖6A中以有助于描述在臺肩接合區(qū)中的連接特性。
軸32設(shè)有一環(huán)形槽區(qū)域39，其在軸與圓柱形表面37的接觸點與外螺紋的終端部分之間延伸。該凹槽39是一加工凹槽，其在螺紋的形成與接合套表面37的軸圓柱形表面的形成之間形成一過渡區(qū)以便于加工外螺紋。設(shè)置在套內(nèi)部形成的一類似的凹槽40用于對于圓柱形表面38與套接合的同樣目的。
接觸表面36具有一徑向尺寸S，其在壁37與38之間區(qū)域中所占百分比顯著大于現(xiàn)有技術(shù)如圖1～4中所示的傳統(tǒng)連接。圍繞壁37和38形成的緊密的支承消除了在臺肩塑性變形時可以使扭轉(zhuǎn)臺肩36納入的空隙。在一優(yōu)選的例子中，在扭轉(zhuǎn)臺肩面積36與圍繞的壁37和38之間的間隙x和y分別都為0.00英寸。按照本發(fā)明的宗旨，對于在允許的加工公差的最小最大極限值下加工的部件，在壁37與37a間的間隙x和在壁38與38a間的間隙y為0.00英寸或0.004英寸。因此，與采用標(biāo)準(zhǔn)加工公差的最大間隙0.014英寸相比其最大間隙為0.004英寸。
套31與圓柱形區(qū)域37a的接合長度和軸32與圓柱形區(qū)域38a的接合長度優(yōu)選為扭轉(zhuǎn)臺肩36高度S的兩倍；然而，接合表面長度可以小到扭轉(zhuǎn)臺肩高度S的一半或更小，只要它能充分地容納臺肩在受壓縮載荷時的塑性變形就可。
參照圖6這一點可以理解，在相鄰扭轉(zhuǎn)臺肩的軸表面與套表面之間的間隙的減小限制了扭轉(zhuǎn)臺肩的塑性變形而在螺紋聯(lián)接中提供了增強的壓縮和彎曲抗力。在圖5～8中所示的本發(fā)明的形式中，扭轉(zhuǎn)臺肩的各相鄰表面之間的徑向間隙通過高過螺紋牙根34a的平面的扭轉(zhuǎn)臺肩的頂部37a來封閉，這樣增加了臺肩的壓縮面積，并且又提高了臺肩的彈性承載能力。
在制造標(biāo)準(zhǔn)接頭的圓柱表面中對套半徑而言傳統(tǒng)的加工公差為+0.007-0″。對直徑則該偏差加倍。對于傳統(tǒng)的軸半徑的標(biāo)準(zhǔn)公差為-0.007+0″。在采用這些標(biāo)準(zhǔn)加工公差時，在傳統(tǒng)連接的軸或套的圓柱形壁與扭轉(zhuǎn)臺肩壁之間的間隙可以大到0.014英寸。
按照本發(fā)明的宗旨，套在半徑上加工允許的公差優(yōu)選為±0.002英寸而不是通常采用的公差0.007-0″。同樣，軸上的公差為±0.002英寸而不是如傳統(tǒng)采用的公差-0.007+0″。結(jié)果是在具有這些公差的連接中，扭轉(zhuǎn)臺肩的每一側(cè)與軸和套的環(huán)繞圓柱形壁處于緊密的物理接觸。
與為形成一徑向密封而采用錐形側(cè)壁的連接結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的連接降低側(cè)壁咬死的發(fā)生率并且允許更快速地加工和測量軸和套的表面，它是圓柱形而非錐形的。
圖7示出圖5的接頭的螺紋形式的細(xì)節(jié)。在連接的軸部件與套部件之間形成一顯著減小了的間隙45。間隙45的尺寸取決于扭轉(zhuǎn)臺肩的形狀和尺寸。按照本發(fā)明的宗旨，在連接的壓縮載荷作用下，間隙45設(shè)計成能封閉而使形成該間隙的各嚙合側(cè)面在一個壓縮應(yīng)力值下嚙合，該壓縮應(yīng)力值小于造成扭轉(zhuǎn)臺肩變形的壓縮應(yīng)力。由于減小間隙的尺寸時，增加了加工要求并且使軸和套的配合變得更為困難。因此本發(fā)明的一個目的是將間隙45只減小到將壓縮載荷分配到各螺紋上所需的大小而不使扭轉(zhuǎn)臺肩產(chǎn)生變形。因為扭轉(zhuǎn)臺肩的接觸面積增加，降低了減小間隙45的要求。因此本發(fā)明的重要特征是連接的優(yōu)化以便提供最大的扭轉(zhuǎn)臺肩的實際接觸面積。
在本發(fā)明的連接的典型應(yīng)用中，在各嚙合側(cè)面之間的間隙將優(yōu)選為0.002～0.004英寸。在圖1～4中所示形式的傳統(tǒng)螺紋結(jié)構(gòu)中各嚙合側(cè)面之間的空隙或間隙為0.0200英寸。在本發(fā)明的一個連接中，嚙合側(cè)面角將優(yōu)選與垂直于連接的軸線的直線成15°～30°角。此外，承載側(cè)面角將優(yōu)選與垂直于連接的軸線的直線成-3°至-15°角。雖然本發(fā)明的螺紋將優(yōu)選具有徑向螺紋過盈，但螺紋也可以是空轉(zhuǎn)的。
在各嚙合側(cè)面之間的間隙優(yōu)選通過加大內(nèi)螺紋的寬度來減小。這種改變也增加各嚙合的螺紋之間的過盈面積。也可以采用減小間隙45的其他方法而并不背離本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)臺肩13優(yōu)選位于兩級錐形螺紋之間，如圖5中所示，然而，螺紋可以是筆直的，并且臺肩可以位于連接中的其他位置。扭轉(zhuǎn)臺肩角優(yōu)選與垂直于管軸線的直線成15°反向角；然而，該角可以是差不多5°的正角并且實際上可以取任何負(fù)角。
該套的外徑(OD)經(jīng)擴大和加工而成，而該軸的內(nèi)徑(ID)經(jīng)型鍛和擴孔而成的。雖然示出的套接頭是應(yīng)用于擴大的管上，但應(yīng)該理解該管也可以是普通的或鐓鍛的管子。
圖5的連接具有兩級軸向間隔開的錐形螺紋。各螺紋具有鉤狀承載側(cè)面，在軸的牙根套的牙頂上具有徑向螺紋過盈。在各嚙合側(cè)面間的有一小間隙的外螺紋牙頂/內(nèi)螺紋牙根上形成有徑向螺紋間隙。當(dāng)受滿負(fù)荷壓縮時，該連接貼著環(huán)繞扭轉(zhuǎn)臺肩的接合的圓柱形壁形成徑向的金屬對金屬的密封。
圖8示出本發(fā)明的連接的外部密封中的細(xì)節(jié)。套31的端部與軸32的外表面形成過盈密封50。密封50的作用是防止在連接以外的區(qū)域的流體進(jìn)入嚙合的軸與套之間的螺紋區(qū)域。正如參照圖5可清楚看出的，在軸32的端部與套31的內(nèi)表面之間形成一類似的密封51。該密封51防止連接內(nèi)部的流體進(jìn)入在包括嚙合螺紋的軸與套之間的區(qū)域。
在本發(fā)明用于9.625英寸外徑的套管的連接中，圓柱形表面37和38用±0.002英寸的公差加工，其中該套管具有壁厚0.545英寸、重53.50磅/英尺的鋼制的、直徑上錐度3/4英寸/英尺的二級連接、公稱高度0.061～0.062英寸的每英寸5個牙的螺距以及每級±0.001英寸的導(dǎo)程公差和各級之間的導(dǎo)程公差0.002英寸。在本發(fā)明的組裝好的 英寸套管的連接中嚙合側(cè)面間隙為0.0035英寸，其比標(biāo)準(zhǔn)間隙0.020英寸顯著地減小了。該間隙減小通過增加內(nèi)螺紋的寬度來達(dá)到而不改變外螺紋的尺寸以便保持在具有傳統(tǒng)的外螺紋和內(nèi)螺紋的連接與設(shè)有本發(fā)明的螺紋結(jié)構(gòu)的連接之間的互換性。
在將由Grant prideco公司制造的一標(biāo)準(zhǔn)的NJO連接與本發(fā)明改進(jìn)的連接相比較的分析中，對于 英寸、65#/英尺、嚙合側(cè)面間隙0.0190英寸的P110管的標(biāo)準(zhǔn)NJO連接的壓縮率為13.4％，即1474磅/平方英寸。按本發(fā)明所述制造的具有嚙合側(cè)面間隙為0.0035英寸的同樣連接算得的壓縮率為40.1％，即44110磅/平方英寸。
雖然參照整體的接頭連接描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解本發(fā)明也可以用于匹配的管上。顯然本發(fā)明可以采用各種不同的螺紋形式和連接結(jié)構(gòu)而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
以上描述和實例說明了本發(fā)明選定的實施方案，由此可見，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將提出各種變型和修改，所有這些都包括在本發(fā)明的精神和權(quán)限內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于將各管狀體固定在一起的螺紋連接，其包括一軸向延伸的軸部件，其具有形成外螺紋的外部區(qū)域，該外螺紋具有一嚙合側(cè)面和一承載側(cè)面；一軸向延伸的套部件，其具有形成內(nèi)螺紋的內(nèi)部區(qū)域，該內(nèi)螺紋具有一嚙合側(cè)面和一承載側(cè)面，該內(nèi)螺紋適合于沿所述軸部件和套部件的公共軸線與所述外螺紋螺紋嚙合；一在所述軸部件上形成的軸扭轉(zhuǎn)臺肩，該軸扭轉(zhuǎn)臺肩在具有不同直徑的第一和第二圓柱形軸表面之間形成，并且在所述外部區(qū)域與軸部件共軸線形成；一在所述套部件上形成的套扭轉(zhuǎn)臺肩，該套扭轉(zhuǎn)臺肩在具有不同直徑的第一和第二圓柱形套表面之間形成，并且在所述內(nèi)部區(qū)域與套部件共軸線形成，該套扭轉(zhuǎn)臺肩適合于接合所述軸扭轉(zhuǎn)臺肩以便軸向限制所述軸和套的螺紋嚙合；以及其中所述第一圓柱形套表面的直徑優(yōu)選成比第一圓柱形軸表面的直徑大，并足以限制所述軸和套的扭轉(zhuǎn)臺肩，以便在軸和套的扭轉(zhuǎn)臺肩受所述連接的壓縮載荷產(chǎn)生塑性變形時限制各扭轉(zhuǎn)臺肩的塑性變形使圓柱形軸表面與圓柱形套表面之間產(chǎn)生間隙。
2.按照權(quán)利要求1所述的連接，其特征在于，所述第一圓柱形套表面的直徑大于第一圓柱形軸表面的直徑不到0.014英寸。
3.按照權(quán)利要求1所述的連接，其特征在于，所述第一圓柱形套表面的直徑大于第一圓柱形軸表面的直徑不到0.008英寸。
4.按照權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述外螺紋的嚙合側(cè)面和內(nèi)螺紋的嚙合側(cè)面的尺寸確定成閉合并且在該連接的壓縮載荷低于造成所述軸或套的扭轉(zhuǎn)臺肩塑性變形的壓縮載荷時相互嚙合，從而該壓縮載荷分配到外螺紋、內(nèi)螺紋以及各扭轉(zhuǎn)臺肩上而提高該連接的額定壓縮載荷。
5.按照權(quán)利要求4所述的連接，其特征在于，所述各嚙合外螺紋與內(nèi)螺紋的嚙合側(cè)面之間的軸向間隙在所述連接受壓縮載荷以前小于0.0200英寸。
6.按照權(quán)利要求4所述的連接，其特征在于，所述各嚙合外螺紋與內(nèi)螺紋的嚙合側(cè)面之間的軸向間隙在所述連接受壓縮載荷以前在0.0020與0.0012英寸之間。
7.按照權(quán)利要求4所述的連接，其特征在于，所述內(nèi)螺紋相對于外螺紋被軸向加寬以便減小嚙合時該嚙合外螺紋與內(nèi)螺紋之間的嚙合側(cè)面間隙。
8.按照權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述外螺紋和內(nèi)螺紋以外螺紋牙根和內(nèi)螺紋牙頂上的徑向過盈相嚙合。
9.按照權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述外螺紋牙頂與內(nèi)螺紋牙根之間沒有徑向過盈。
10.按照權(quán)利要求8所述的接頭，其特征在于，所述外螺紋牙頂與內(nèi)螺紋牙根之間沒有徑向過盈。
11.按照權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述軸臺肩軸向插在各外螺紋之間而套扭轉(zhuǎn)臺肩軸向插在各內(nèi)螺紋之間。
12.按照權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述軸和套的扭轉(zhuǎn)臺肩形成反向角接合表面。
13.按照權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述套部件在一管狀體的徑向擴大的端部上加工而成。
14.按照權(quán)利要求13所述的接頭，其特征在于，所述軸部件在一管狀體的型鍛和擴孔的內(nèi)徑上形成。
15.按照權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述圓柱形軸表面的軸向長度在所述軸或套的扭轉(zhuǎn)臺肩的徑向尺寸的1.5與3倍之間。
16.按照權(quán)利要求12所述的接頭，其特征在于，所述反向角接合表面與垂直于所述公共軸線的直線成15°至30°角。
17.按照權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述軸和套的承載側(cè)面與垂直于所述公共軸線的直線成-3°至-15°角。
18.按照權(quán)利要求11所述的接頭，其特征在于，所述外螺紋和內(nèi)螺紋包括兩級錐螺紋。
19.按照權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述軸和套連接設(shè)置在管狀體的任一端。
20.按照權(quán)利要求19所速的接頭，其特征在于，所述管狀體設(shè)有逐個的外螺紋，而所述套部件由匹配嚙合于所述管狀體的一外螺紋的逐個內(nèi)螺紋接合而成。
21.按照權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述軸扭轉(zhuǎn)臺肩具有高過所述外螺紋的牙根平面的頂部。
22.一種用于將各管狀體固定在一起的螺紋連接，其包括一軸向延伸的軸部件，其具有形成外螺紋的外部區(qū)域，該外螺紋具有一嚙合側(cè)面和一承載側(cè)面；一軸向延伸的套部件，其具有形成內(nèi)螺紋的內(nèi)部區(qū)域，該內(nèi)螺紋具有一嚙合側(cè)面和一承載側(cè)面，該內(nèi)螺紋適合于沿所述軸部件和套部件的公共軸線與外螺紋螺紋嚙合；一在所述軸部件的外部區(qū)域上形成的軸扭轉(zhuǎn)臺肩；一在所述套部件的內(nèi)部區(qū)域上形成的套扭轉(zhuǎn)臺肩，該套扭轉(zhuǎn)臺肩適合于接合所述軸扭轉(zhuǎn)臺肩以軸向限制所述軸和套的螺紋連接；以及其中所述外螺紋和內(nèi)螺紋的嚙合側(cè)面的尺寸確定成封閉，并且在該連接的壓縮載荷低于造成所述軸或套的扭轉(zhuǎn)臺肩塑性變形的壓縮載荷時外螺紋和內(nèi)螺紋的嚙合側(cè)面相互嚙合，從而該壓縮載荷分配到外螺紋、內(nèi)螺紋以及各扭轉(zhuǎn)臺肩上以提高該連接的額定壓縮載荷。
23.按照權(quán)利要求22所述的連接，其特征在于，所述各嚙合外螺紋與內(nèi)螺紋的嚙合側(cè)面之間的軸向間隙在所述連接受壓縮載體以前小于0.0200英寸。
24.按照權(quán)利要求22所述的連接，其特征在于，所述各嚙合外螺紋與內(nèi)螺紋的嚙合側(cè)面之間的軸向間隙在所述連接受壓縮載荷以前在0.020與0.0012英寸之間。
25.按照權(quán)利要求22所述的連接，其特征在于，所述內(nèi)螺紋相對于外螺紋被軸向加寬以便在所述連接受壓縮載荷以前減小該嚙合的外螺紋與內(nèi)螺紋之間的嚙合側(cè)面間隙。
26.按照權(quán)利要求22所述的接頭，其特征在于，所述外螺紋和內(nèi)螺紋以外螺紋牙根和內(nèi)螺紋牙頂上的徑向過盈相嚙合。
27.按照權(quán)利要求22所述的接頭，其特征在于，所述外螺紋牙頂與所述內(nèi)螺紋牙根之間沒有徑向過盈。
28.按照權(quán)利要求26所述的接頭，其特征在于，所述外螺紋牙頂與內(nèi)螺紋牙根之間沒有徑向過盈。
29.按照權(quán)利要求22所述的接頭，其特征在于，所述軸和套的扭轉(zhuǎn)臺肩分別軸向插在各外螺紋和各內(nèi)螺紋之間。
30.按照權(quán)利要求22所述的接頭，其特征在于，所述軸和套的扭轉(zhuǎn)臺肩形成反向角接合表面。
31.按照權(quán)利要求22所述的接頭，其特征在于，所述套部件在一管狀體的徑向擴大的端部上加工而成。
32.按照權(quán)利要求31所述的接頭，其特征在于，所述軸部件在一管狀體的型鍛和擴孔的內(nèi)徑上形成。
33.按照權(quán)利要求22所述的接頭，其特征在于，所述圓柱形套表面和圓柱形軸表面的軸向長度在所述軸扭轉(zhuǎn)臺肩的徑向尺寸的1.5與3倍之間。
34.按照權(quán)利要求30所述的接頭，其特征在于，所述反向角接合表面與垂直于所述公共軸線的直線成15°至30°角。
35.按照權(quán)利要求22所述的接頭，其特征在于，所述外螺紋和內(nèi)螺紋的承載側(cè)面與垂直于所述公共軸線的直線成-3°至-15°角。
36.按照權(quán)利要求29所述的接頭，其特征在于，所述外螺紋和內(nèi)螺紋包括兩級錐螺紋。
37.按照權(quán)利要求22所述的接頭，其特征在于，所述軸和套連接設(shè)置在管狀體的任一端。
38.按照權(quán)利要求37所述的接頭，其特征在于，所述管狀體設(shè)有逐個的外螺紋，而所述套部件由匹配嚙合于該管狀體的一外螺紋的逐個內(nèi)螺紋接合而成。
全文摘要
通過增加連接(30)中的扭轉(zhuǎn)臺肩(35)的接合面積和通過減小螺紋(33、34)的各嚙合側(cè)面之間的間隙來增加可用于承受螺紋連接(30)的壓縮載荷的表面面積。該面積由增加部件的尺寸和減小部件制造中所允許的加工公差來增加。連接中鄰接扭轉(zhuǎn)臺肩的間隙(x)被減小,從而增加扭轉(zhuǎn)臺肩的接觸表面積,同時連接的各圍繞的圓柱壁的貼近減小了能夠接納各扭轉(zhuǎn)臺肩角的的塑性變形的間隙。鄰接扭轉(zhuǎn)臺肩的各表面(37、38)是圓柱形的而不是錐形的,以便降低加工成本和提高連接的制造速度。
文檔編號F16L15/04GK1357087SQ00809258
公開日2002年7月3日 申請日期2000年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月30日
發(fā)明者R·W·德蘭格, M·E·埃范斯, D·S·科斯塔, R·M·伊森 申請人:格蘭特普萊德科公司