Коническое трубное резьбовое соединение

 

Изобретение относится к резьбовым соединениям преимущественно обсадных и насосно-компрессорных труб и может найти применение в нефтегазовой промышленности. Коническое трубное резьбовое соединение содержит охватываемый элемент с последовательно расположенными на конце наружными коническими резьбами, имеющими одинаковый осевой шаг, и охватывающий элемент с соответственными внутренними резьбами. Трубное резьбовое соединение выполнено комбинированным. Конические резьбы, расположенные со стороны торцов охватываемого и охватывающего элементов, имеют соответственно треугольный и трапецеидальный профиль. Трапецеидальная резьба охватывающего элемента имеет минимальный внутренний диаметр, который меньше максимального наружного диаметра треугольной резьбы охватываемого элемента, и форму профиля, при которой выступы одной из указанных резьб вписываются во впадины другой на всем протяжении их относительного винтового перемещения при сборке резьбового соединения. Вершины трапецеидальной и треугольной резьб охватываемого элемента расположены на поверхности одного образующего конуса. Поверхность профиля внутренней трапецеидальной резьбы, обращенная к торцу охватывающего элемента, соответствует поверхности профиля наружной треугольной резьбы, обращенной к торцу охватываемого элемента. Повышается герметичность резьбового соединения. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к резьбовым соединениям преимущественно обсадных и насосно-компрессорных труб и может найти применение в нефтегазовой промышленности.

Известны резьбовые соединения, содержащие охватываемый элемент (гладкую трубу) с расположенной на конце наружной конической резьбой треугольного профиля и охватывающий элемент (муфтовый конец) с соответственной внутренней резьбой (ГОСТ 632-80 “Трубы обсадные и муфты к ним”, трубы с треугольной резьбой и муфты к ним).

Их недостатком является относительно низкая прочность на растяжение, ограничиваемая величиной страгивающей нагрузки.

Известны также резьбовые соединения, содержащие охватываемый элемент с расположенной на конце наружной конической резьбой трапецеидального профиля и охватывающий элемент с соответственной внутренней резьбой (ГОСТ 632-80 “Трубы обсадные и муфты к ним”, трубы с трапецеидальной резьбой ОТТМ и муфты к ним).

Их недостатком является относительно низкая герметичность, обусловленная наличием зазоров в сопряжении трапецеидальных резьб охватываемого и охватывающего элементов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является коническое трубное резьбовое соединение, содержащее охватываемый элемент с последовательно расположенными на конце наружными резьбами, имеющими одинаковый осевой шаг, и охватывающий элемент с соответственными внутренними резьбами (RU 2153121 С2, F 16 L 15/06: “Резьбовое соединение для труб”, 20.07.2000).

Недостатком этого соединения является ограниченная возможность его использования для относительно тонкостенных труб, обусловленная радиальным разнесением резьб для создания кольцеобразных опорных поверхностей на границе их раздела.

Другим недостатком является сложность его конструкции и высокая трудоемкость изготовления.

Задачей изобретения является комплексное обеспечение прочности на растяжение и герметичности резьбового соединения при минимальных требованиях к необходимой толщине стенки труб, а также упрощение его конструкции и снижение трудоемкости изготовления.

Сущность изобретения заключается в том, что коническое резьбовое соединение, содержащее охватываемый элемент с последовательно расположенными коническими резьбами, имеющими одинаковый осевой шаг, и охватывающий элемент с соответственными внутренними резьбами, выполняют комбинированным. При этом коническую резьбу, расположенную со стороны торца охватываемого элемента, и соответственную резьбу охватывающего элемента выполняют с треугольным профилем, обеспечивающим необходимую герметичность их сопряжения. Коническую резьбу, расположенную со стороны торца охватывающего элемента, и соответственную резьбу охватываемого элемента выполняют с трапецеидальным профилем, обеспечивающим необходимую прочность их соединения на растяжение.

Для уменьшения необходимой толщины стенки комбинированного резьбового соединения трапецеидальную резьбу охватывающего элемента выполняют с минимальным внутренним диаметром, который меньше максимального наружного диаметра треугольной резьбы охватываемого элемента. В частном случае для минимизации толщины стенки вершины трапецеидальной и треугольной резьб охватываемого элемента располагают на поверхности одного образующего конуса.

Для обеспечения возможности сборки резьбового соединения трапецеидальную и треугольную резьбы соответственно охватывающего и охватываемого элементов выполняют с формами профиля, при которых выступы одной из указанных резьб вписываются во впадины другой на всем протяжении их относительного винтового перемещения при свинчивании. В частном случае для улучшения взаимной ориентации и уменьшения опасности повреждения резьб охватываемого и охватывающего элементов на начальном этапе их сборки поверхность профиля внутренней трапецеидальной резьбы, обращенную к торцу охватывающего элемента, выполняют соответствующей поверхности профиля наружной треугольной резьбы, обращенной к торцу охватываемого элемента.

На фиг.1, 2 изображен продольный полуразрез комбинированного резьбового соединения, в котором охватывающий и охватываемый элементы для удобства восприятия разнесены перпендикулярно его оси. В качестве примера приведен частный случай, когда для минимизации необходимой толщины стенки вершины трапецеидальной и треугольной резьб на охватываемом элементе расположены на одной конической образующей поверхности.

На фиг.3 изображен продольный полуразрез комбинированного резьбового соединения в состоянии, характеризующемся промежуточным положением резьб охватывающего и охватываемого элементов в процессе его сборки.

На фиг.4 изображен продольный полуразрез комбинированного резьбового соединения в окончательно собранном (затянутом) состоянии.

Охватывающий элемент 1 (фиг.1) имеет две последовательно размещенных вдоль оси и имеющих одинаковый осевой шаг Р внутренние конические резьбы: треугольную 2 и расположенную со стороны его торца 5 трапецеидальную 3, имеющую минимальный внутренний диаметр D₁.

Охватываемый элемент 7 (фиг.2) имеет две последовательно размещенные вдоль оси соответственные наружные конические резьбы: трапецеидальную 11 и расположенную со стороны его торца 6 треугольную 8, имеющую максимальный наружный диаметр D₂. В приведенном частном случае, наиболее подходящем для гладких труб, вершины обоих резьб расположены на поверхности одного образующего конуса 10.

Для уменьшения диаметрального размера резьбового соединения трапецеидальная резьба 3 охватывающего элемента 1 выполнена с минимальным внутренним диаметром D₁, который меньше максимального наружного диаметра D₂ треугольной резьбы 8 охватываемого элемента 7.

Для улучшения взаимной ориентации и уменьшения опасности повреждения при сборке задняя поверхность 4 профиля внутренней трапецеидальной резьбы 3, обращенная к торцу 5 охватывающего элемента 1, может быть выполнена соответствующей профилю 9 наружной треугольной резьбы 8, обращенному к торцу 6 охватываемого элемента 7.

На начальном этапе сборки комбинированного резьбового соединения наружную треугольную резьбу 8 охватываемого элемента 7 вводят в полость внутренней трапецеидальной резьбы 3 охватывающего элемента 1 до соприкосновения их вершин.

Дальнейший пропуск треугольной резьбы 8 вдоль оси осуществляют в условиях винтового перемещения ее выступов 13 во впадинах 14 трапецеидальной резьбы (фиг.3). Для обеспечения этой возможности профиль внутренней трапецеидальной резьбы 3 охватывающего элемента выполняют таким образом, чтобы на всем протяжении винтового перемещения при пропуске ее выступы 16 вписывались во впадины 15 наружной треугольной резьбы охватываемого элемента, а выступы 13 последней вписывались во впадины 14 трапецеидальной резьбы.

На промежуточном этапе сборки (фиг.3) треугольная резьба 8 охватываемого элемента может одновременно сопрягаться как с треугольной, так и с трапецеидальной резьбой охватывающего элемента. При этом контакт с последней происходит по поверхностям 9 и 4 их профилей, а между рабочими поверхностями в обоих парах резьб имеются одинаковые осевые зазоры 12 и 17.

В затянутом резьбовом соединении (фиг.4) треугольные конические резьбы охватываемого и охватывающего элементов сопрягаются с заданным натягом, обеспечивая его герметичность, а рабочие поверхности 18 и 19 их трапецеидальных резьб входят в контакт, обеспечивая прочность соединения на растяжение.

Формула изобретения

1. Коническое трубное резьбовое соединение, содержащее обхватываемый элемент с последовательно расположенными на конце наружными коническими резьбами, имеющими одинаковый осевой шаг, и охватывающий элемент с соответственными внутренними резьбами, отличающееся тем, что трубное резьбовое соединение выполнено комбинированным, при этом конические резьбы, расположенные со стороны торцов охватываемого и охватывающего элементов, имеют соответственно треугольный и трапецеидальный профиль, причем трапецеидальная резьба охватывающего элемента имеет минимальный внутренний диаметр, который меньше максимального наружного диаметра треугольной резьбы охватываемого элемента, и форму профиля, при которой выступы одной из указанных резьб вписываются во впадины другой на всем протяжении их относительного винтового перемещения при сборке резьбового соединения.

2. Коническое трубное резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что вершины трапецеидальной и треугольной резьб охватываемого элемента расположены на поверхности одного образующего конуса.

3. Коническое трубное резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что поверхность профиля внутренней трапецеидальной резьбы, обращенная к торцу охватывающего элемента, соответствует поверхности профиля наружной треугольной резьбы, обращенной к торцу охватываемого элемента.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4