Форма трапецеидальной резьбы, снабженная индикатором износа, и соединительный патрубок высокого давления, содержащий такую форму

Изобретение относится к формам трапецеидальной резьбы и направлено на повышение эффективности определения износа резьбы. Форма трапецеидальной резьбы содержит резьбу, имеющую трапецеидальную форму поперечного сечения и имеющую поверхность вершины, две боковые поверхности и выемку; и индикатор износа резьбы, образованный в одной из поверхностей - поверхности вершины и одной из боковых поверхностей, причем индикатором износа резьбы является V-образный канал. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Область изобретения

[001] Изобретение, главным образом, относится к формам трапецеидальной резьбы, точнее к формам трапецеидальной резьбы, снабженным индикатором износа, и патрубкам высокого давления, содержащим такие формы резьбы.

Уровень техники

[002] Резьбовые соединения часто используются для соединения двух элементов друг с другом. Например, гайка и болт могут соединяться посредством резьбового соединения. Аналогично два участка трубы могут быть соединены с помощью резьбового соединения. Резьбовые соединения, как правило, включают охватываемую деталь и охватывающую деталь. Охватываемая деталь имеет резьбу, образованную на наружной поверхности, а охватывающая деталь имеет резьбу, образованную на внутренней поверхности. Резьба имеет приподнятый участок или выступ, окруженный по обе стороны утопленными участками или выемками. Приподнятые участки и утопленные участки, главным образом, имеют спиральную форму. При соединении приподнятые участки на охватываемой резьбе, главным образом, входят в утопленные участки охватывающей резьбы. Путем вкручивания или поворачивания охватываемой и охватывающей деталей относительно друг друга приподнятые участки могут продвигаться через утопленные участки, таким образом, охватываемая и охватывающая детали продвигаются в продольном направлении относительно друг друга.

[003] Сама резьба может принимать различные формы поперечного сечения. Например, общеизвестные крепежные детали, такие как гайки и болты, могут иметь V-образную резьбу, где утопленные участки имеют форму поперечного сечения в виде буквы «V», а приподнятые участки имеют форму поперечного сечения в виде перевернутой буквы «V». Хотя V-образная резьба надежно скрепляет охватываемую деталь с охватывающей деталью, при V-образной форме нагрузки материала сосредотачиваются на острых кромках, что может вести к разрушению. Кроме того, V-образная форма означает, что часть приподнятого участка, которая наиболее глубоко входит в утопленный участок, также является самой тонкой или самой слабой частью резьбы, что также может вести к разрушению. Кроме того, острая вершина приподнятого участка наиболее чувствительна к повреждению из-за ударов, которые могут деформировать приподнятый участок достаточно сильно, чтобы он не мог входить в утопленный участок.

[004] Другим типом резьбы является прямоугольная резьба. Эта резьба имеет прямоугольную форму поперечного сечения. Прямоугольная резьба, в общем, прочнее, чем V-образная резьба, поскольку приподнятые участки имеют более толстое поперечное сечение вблизи концов. Хотя прямоугольная резьба прочнее, чем V-образная резьба, прямоугольная резьба сложнее в изготовлении и имеет более короткий срок службы.

[005] Трапецеидальная резьба является улучшением по сравнению с прямоугольной резьбой. Трапецеидальная резьба имеет трапецеидальную форму поперечного сечения. Трапецеидальная резьба обладает высокой прочностью, в общем, удобнее в изготовлении и может компенсировать износ, что ведет к более продолжительному сроку службы. Трапецеидальная резьба часто используется в ходовых винтах или в других вариантах применения, которые требуют прочных и точных соединений.

[006] Другой тип трапецеидальной резьбы известен как американская трапецеидальная резьба. Американская трапецеидальная резьба включает угол подъема резьбы 29° и высоту профиля резьбы, равную половине шага. Выступ и выемка американской трапецеидальной резьбы являются сравнительно плоскими, что делает механическую обработку резьбы легче. Резьба также имеет более широкое основание, что увеличивает прочность соединения. Американская трапецеидальная резьба также позволяет использовать разъемную гайку, которая может компенсировать до определенной степени износ резьбы. Вследствие более широкого основания и более широких каналов американская трапецеидальная резьба также хорошо работает в окружающей среде, содержащей загрязняющие вещества, такие как грязь, которая может застревать между витками резьбы. Американская трапецеидальная резьба, как правило, используется на шланговых соединениях концов, наполнительных клапанах, штоках клапанов и других широко известных местоположениях, где требуется быстрое соединение и отсоединение, и/или могут встречаться большие усилия. Эта резьба сравнительно долговечна, но, как и другие типы резьбовых соединений, склонна к износу.

[007] Любой тип резьбы склонен к износу при использовании. Изношенная резьба может значительно снижать прочность резьбового соединения. Вследствие характера резьбовых соединений износ часто трудно или невозможно обнаружить. В результате чрезмерный износ резьбы может оставаться не обнаруженным вплоть до поломки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[008] В соответствии с одним иллюстративным аспектом настоящего изобретения форма трапецеидальной резьбы включает резьбу, имеющую трапецеидальную форму поперечного сечения, резьба включает поверхность вершины, две боковые поверхности и выемку, и индикатор износа резьбы, образованный в одной из поверхностей - поверхности вершины и одной из боковых поверхностей.

[009] В соответствии с другим иллюстративным аспектом настоящего изобретения, резьбовое соединение включает охватываемую деталь, снабженную формой наружной резьбы, охватывающую деталь, снабженную формой внутренней резьбы, и индикатор износа резьбы, расположенный по меньшей мере на одной из форм - форме наружной резьбы и форме внутренней резьбы, при этом индикатор износа резьбы обеспечивает визуальную индикацию чрезмерного износа резьбы.

[0010] Кроме того, в соответствии с одним или большим количеством вышеупомянутых аспектов, форма трапецеидальная резьбы (или резьбовое соединение) может дополнительно содержать одну или больше следующих предпочтительных форм.

[0011] В некоторых предпочтительных формах, форма трапецеидальная резьбы или резьбовое соединение может включать V-образный канал, образованный в одной из поверхностей - поверхности вершины и одной из боковых поверхностей, индикатор износа резьбы, показывающий чрезмерный или небезопасный износ резьбы, когда V-образный канал становится неотличимым от верхней поверхности или боковой поверхности. В одной из предпочтительных форм v-образный канал может быть по существу параллельным верхней кромке формы резьбы или боковой поверхности формы резьбы. В других предпочтительных формах V-образный канал может проходить радиально наружу от выемки в форме резьбы. В других предпочтительных формах v-образный канал может иметь глубину, которая находится между 5 и 25%, предпочтительно между 10 и 20%, толщины или высоты формы резьбы. В других предпочтительных формах форма резьбы может иметь боковые поверхности, которые расположены под углом радиально наружу относительно друг друга. В других предпочтительных формах боковые поверхности могут быть расположены под углом между 15 и 45°, предпочтительно между 20 и 40° и более предпочтительно между 25 и 35°. В других предпочтительных формах индикатор износа резьбы может включать ряд слоев материала, каждый из которых имеет физические характеристики, которые отличаются от соседнего слоя материала, при этом индикатор износа резьбы показывает чрезмерный или небезопасный износ резьбы, когда первый слой изнашивается в достаточной степени для того, чтобы показался второй слой. В других предпочтительных вариантах осуществления физическая характеристика представляет собой, как минимум, одну из ряда: цвет, текстура и электропроводность.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] На фиг. 1 приведен вид в перспективе резьбового соединения между охватываемой деталью и охватывающей деталью.

[0013] На фиг. 2 приведен вид в поперечном сечении резьбового соединения по фиг. 1.

[0014] На фиг. 3 приведен вид крупным планом резьбового соединения по фиг. 1, с охватываемой деталью, взаимодействующей с охватывающей деталью.

[0015] На фиг. 4 приведен вид крупным планом поперечного сечения части резьбы в резьбовом соединении по фиг. 1.

[0016] На фиг. 5 приведен вид крупным планом поперечного сечения охватываемой резьбы, включающей индикатор износа резьбы.

[0017] На фиг. 6 приведен вид крупным планом поперечного сечения охватывающей резьбы, включающей индикатор износа резьбы.

[0018] На фиг. 7-9 приведен вид крупным планом поперечного сечения резьбы, включающей другой вариант осуществления индикатора износа резьбы.

[0019] На фиг. 10 приведен вид в плане резьбы, включающей еще один вариант осуществления индикатора износа резьбы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0020] В настоящем документе описаны несколько типов трапецеидальной резьбы, которая включает индикатор износа резьбы. Однако индикаторы износа резьбы, описанные в настоящем документе, могут применяться для других резьбовых соединений, таких как прямоугольная и V-образная резьба, в других вариантах осуществления.

[0021] Износ резьбы в резьбовых соединениях может быть важным вопросом безопасности. Превышающее норму использование, неправильная эксплуатация и отсутствие соответствующего осмотра и методов осмотра ведет к инцидентам, где преждевременный износ профиля трапецеидальной резьбы (например, профиля американской трапецеидальной резьбы) ведет к неожиданному разъединению арматуры, вызывающему несчастные случаи, повреждение имущества и даже смертельные исходы. Трапецеидальная резьба широко распространена в отрасли сжиженного газа пропана (LP) для перекачки топлива, и в последнее время подвергается тщательному рассмотрению. Для уменьшения возможности выхода из строя некоторые нефтеперегонные заводы требуют, чтобы в соединениях для перекачки топлива использовались нефтезаводские шланги, которые периодически осматриваются на нефтеперегонном заводе. Однако способы осмотра для определения степени износа резьбовых соединений, как правило, носят субъективный характер, опираясь на опыт и остроту зрения инспекторов. В настоящее время не существует никаких процедур или продуктов для объективного измерения износа резьбы.

[0022] Авторы изобретения обнаружили, что индикатор износа резьбы может быть добавлен к формам трапецеидальной резьбы, чтобы инспектор мог объективно определить износ резьбы путем сравнения физических желобков на боковых поверхностях и/или пике резьбы (т.е. вершине или выступе) с остальной резьбой. В других вариантах осуществления резьба может быть покрыта металлом до толщины, которая, будучи эродированной, указывает на чрезмерный износ резьбы.

[0023] Возвращаясь к фиг. 1, показано резьбовое соединение 10. Резьбовое соединение 10 включает охватываемую деталь 12 и охватывающую деталь 14. Охватываемая деталь 12 включает наружный резьбовой участок 16, а охватывающая деталь 14 включает внутренний резьбовой участок 18. При соединении охватываемой детали 12 и охватывающей детали 14 наружный резьбовой участок 16 соединен с внутренним резьбовым участком 18, чтобы скреплять охватываемую деталь 12 с охватывающей деталью 14.

[0024] Как показано на фиг. 2, наружный резьбовой участок 16 включает ряд витков 20, которые содержат наружную вершину или выступ 22 и наружную утопленную часть или выемку 24. Внутренний резьбовой участок 18 аналогично включает ряд витков 26, которые содержат внутреннюю вершину или выступ 28 и внутреннюю утопленную часть или выемку 30. При соединении наружные выступы 22 входят во внутренние выемки 30. Аналогично, при соединении внутренние выступы 28 входят в наружные выемки 24, что приводит к скреплению друг с другом охватываемой детали 12 и охватывающей детали 14, как показано на фиг. 3.

[0025] Наружные выступы 22 и внутренние выступы 28 имеют трапецеидальную форму. В одном примере, показанном на фиг. 4, при соединении охватываемой детали 12 и охватывающей детали 14 выступы 22, 28 могут входить между двумя боковыми поверхностями 32, 34 выемок 24, 30. Боковые поверхности 32, 34 могут быть расположены под углом в сторону друг от друга в радиальном направлении (т.е. от выемки 24, 30), под углом А. В варианте осуществления по фиг. 4, угол A может составлять примерно 29°. В других вариантах осуществления угол A может составлять примерно 30°. В других вариантах осуществления угол А может предпочтительно находиться в диапазоне примерно от 15 до 45°, более предпочтительно примерно между 20 и 40°, и еще более предпочтительно примерно между 25 и 35°. Виток может иметь толщину Т, которая измеряется в продольном направлении и охватывает одну полную форму кривой (т.е. одна боковая поверхность 32, одна выемка 24, 30, один выступ 22, 28 и другая боковая поверхность 34). Толщина Т, глядя в поперечном сечении, примерно аналогична периоду формы кривой для формы резьбы. Расположенные под углом боковые поверхности 32, 34 в результате дают основание 40 формы резьбы, которое шире в продольном направлении, чем поверхность 42 вершины формы резьбы.

[0026] На фиг. 5 и 6 показан один вариант осуществления трапецеидальной резьбы, включающей индикатор 50 износа резьбы. Охватываемая трапецеидальная резьба показана на фиг. 5, а охватывающая трапецеидальная резьба - на фиг. 6. Индикатор 50 износа резьбы может быть расположен вдоль поверхности 42 вершины или вдоль боковой поверхности 32, 34 резьбы. В варианте осуществления по фиг. 5, индикатор износа резьбы включает V-образный канал 52, имеющий первую сторону 54 и вторую сторону 56. Первая сторона 54 и вторая сторона 56 встречаются на пересечении 58. Пересечение 58 расположено на глубине или на расстоянии d либо от поверхности 42 вершины, либо от боковой поверхности 32, 34. Расстояние d установлено таким, чтобы соответствовать максимальной величине износа резьбы, которая допустима для данного применения. Например, расстояние d может соответствовать величине между 5 и 25% полной толщины или высоты h резьбы, которая может быть измерена от основания 40 до поверхности 42 вершины. Расстояние d может также соответствовать величине между 5 и 25% ширины w резьбы, которая может быть измерена от боковой поверхности 32, 34 до центра резьбы в местоположении индикатора 50 износа резьбы. Предпочтительно расстояние d может соответствовать величине между 10 и 20% высоты h или ширины w соответственно. В других вариантах осуществления индикатор 50 износа резьбы может иметь другие формы поперечного сечения, такие как u-образная форма, полукруглая форма, прямоугольная форма или практически любая другая форма, которая проходит внутрь, в материал, образующий резьбу, от боковой поверхности или поверхности вершины.

[0027] В варианте осуществления по фиг. 5 и 6 индикатор 50 износа резьбы показан как спиральная канавка, как на поверхности 42 вершины, так и на передней рабочей стороне или боковой поверхности 32 резьбы, где обычно возникает износ. Спиральная канавка проходит, главным образом, параллельно верхней кромке 59, которая образована на пересечении поверхности 42 вершины и боковой стенки 32, 34. Состояние неприемлемого износа может указываться, когда любой из индикаторов 50 износа резьбы становится неотличимым от поверхности, на которой образован индикатор 50 износа резьбы (например, поверхность 42 вершины или боковая поверхность 32, 34). Иначе говоря, если индикатор 50 износа резьбы становится неотличимым (например, поверхность становится плоской, как если бы индикатор 50 износа резьбы исчез или стал едва заметным), имеет место чрезмерный износ, и резьбовое соединение больше небезопасно использовать.

[0028] На фиг. 7-9 показан другой вариант осуществления индикатора износа резьбы. В вариантах осуществления по фиг. 7-9 материал, образующий резьбу, может быть покрыт металлом с образованием нескольких слоев. В частности, материал может иметь первый слой 60, второй слой 70 и, в некоторых вариантах осуществления, третий слой 80 (фиг. 7). При необходимости может добавляться больше слоев. В некоторых вариантах осуществления может потребоваться только два слоя (фиг. 8 и 9). Слои 60, 70, 80, могут формироваться, главным образом, параллельно либо к поверхности 42 вершины (фиг. 7), к боковым поверхностям 32, 34 (фиг. 8) или к обеим поверхностям: поверхности 42 вершины и боковым поверхностям 32, 34 (фиг. 9). Слои 60, 70, 80, отличны друг от друга по некоторым физическим характеристикам. Например, слои 60, 70, 80, могут иметь различные цвета или текстуры. Когда верхний слой изнашивается, внутренний слой будет постепенно обнажаться, что будет видно по другой физической характеристике внутреннего слоя. Когда обнажено достаточное количество внутреннего слоя, резьбовое соединение считается небезопасным. Дополнительным преимуществом индикатора износа резьбы по фиг. 7-9 является то, что местоположения, имеющие наибольший износ, будут обнажаться первыми, и легко определяются. Например, внутренний слой, обнаженный только в ограниченной площади, может быть показателем других проблем, таких как неравномерное распределение напряжения или нагрузки в резьбовом соединении. В результате раскрываемые индикаторы износа резьбы могут облегчить поиск и устранение неисправностей и анализ ошибок для ненадежных резьбовых соединений.

[0029] Способ многократного покрытия металлом может использоваться для образования индикаторов износа резьбы, показанных на фиг. 7-9. Например, зеленое покрытие может формировать самый наружный слой, а желтое покрытие - формировать промежуточный слой для указания предупреждения, и конечный красный слой указывает на чрезмерный износ и опасное состояние. Такое расположение обеспечивает пользователю время для замены арматуры или решения о том, что арматура используется неправильно. В других вариантах осуществления электропроводность или ее отсутствие может интегрироваться в слои, покрывающие арматуру, где при возникновении чрезмерного износа может либо создаваться, либо прерываться сигнал.

[0030] На фиг. 10 показан еще один вариант осуществления индикатора износа резьбы. В варианте осуществления по фиг. 10, индикатор 50 износа резьбы образован на боковой поверхности 32, 34 резьбы. Индикатор износа резьбы проходит радиально наружу от выемки 24, 30 в направлении поверхности 42 вершины. Когда боковая поверхность 32, 34 изнашивается, в итоге индикатор 50 износа резьбы будет не отличим от боковой поверхности 32, 34, как в варианте осуществления по фиг. 5 и 6. Однако, когда поверхность 42 вершины изнашивается, индикатор 50 износа резьбы будет становиться больше и больше. Чрезмерный износ поверхности 42 вершины может быть определен с помощью индикатора износа резьбы, превышающего определенный размер. В другом варианте осуществления индикаторы 50 износа резьбы могут быть отделены расстоянием, которое позволяет одному индикатору 50 износа резьбы сливаться с соседним индикатором 50, когда достигнут максимальный износ.

[0031] Индикаторы износа резьбы, описанные в настоящем документе, обеспечивают способ обнаружения чрезмерного износа резьбы до выхода из строя. Раскрытые индикаторы износа резьбы, кроме того, способствуют своевременной замене изношенной резьбы. Другие преимущества включают способствование поиску и устранению неисправностей нарушенных резьбовых соединений.

[0032] Хотя в настоящем документе раскрыты некоторые формы трапецеидальной резьбы и соединительная арматура высокого давления, имеющая формы трапецеидальные резьбы, в соответствии с принципами настоящего изобретения, объем прилагаемой формулы изобретения не ограничивается ими. Напротив, формула охватывает все варианты осуществления принципов настоящего изобретения, которые явно подпадают под объем действия допустимых эквивалентов.

1. Форма трапецеидальной резьбы, содержащая:

резьбу, имеющую трапецеидальную форму поперечного сечения и имеющую поверхность вершины, две боковые поверхности и выемку; и

индикатор износа резьбы, образованный в одной из поверхностей - поверхности вершины и одной из боковых поверхностей, причем индикатором износа резьбы является V-образный канал.

2. Форма трапецеидальной резьбы по п. 1, в которой V-образный канал образован на одной из боковых поверхностей.

3. Форма трапецеидальной резьбы по п. 1 или 2, в которой V-образный канал по существу параллелен верхней кромке, которая образована на пересечении поверхности вершины и одной боковой поверхности.

4. Форма трапецеидальной резьбы по п. 1 или 2, в которой V-образный канал проходит радиально наружу от выемки.

5. Форма трапецеидальной резьбы по п. 1 или 2, в которой V-образный канал имеет глубину между 5 и 25%, предпочтительно между 10 и 20% от толщины или высоты формы трапецеидальной резьбы.

6. Форма трапецеидальной резьбы по п. 1 или 2, в которой боковые поверхности расположены под углом радиально наружу относительно друг друга.

7. Форма трапецеидальной резьбы по п. 1 или 2, в которой боковые поверхности расположены под углом между 15 и 45°, предпочтительно между 20 и 40° и более предпочтительно между 25 и 35°.

8. Форма трапецеидальной резьбы, содержащая:

резьбу, имеющую трапецеидальную форму поперечного сечения и имеющую поверхность вершины, две боковые поверхности и выемку;

и индикатор износа резьбы, представляющий собой слоистую поверхность, покрывающую одну из поверхностей - поверхность вершины и одну из боковых поверхностей.

9. Форма трапецеидальной резьбы по п. 8, в которой индикатор износа резьбы включает три слоя.

10. Форма трапецеидальной резьбы по п. 8 или 9, в которой каждый слой имеет другую физическую характеристику.

11. Форма трапецеидальной резьбы по п. 8 или 9, в которой физической характеристикой является цвет.

12. Форма трапецеидальной резьбы по п. 8 или 9, в которой физической характеристикой является текстура.

13. Форма трапецеидальной резьбы по п. 8 или 9, в которой физической характеристикой является электрическая проводимость.

14. Резьбовое соединение, включающее:

охватываемую деталь, снабженную формой наружной резьбы;

охватывающую деталь, снабженную формой внутренней резьбы; и

индикатор износа резьбы, расположенный по меньшей мере на одной из форм - форме наружной резьбы и форме внутренней резьбы, причем индикатор износа резьбы представляет собой V-образный канал, обеспечивающий визуальную индикацию чрезмерного износа резьбы.

15. Резьбовое соединение по п. 14, в котором одна из формы наружной резьбы и одна из формы внутренней резьбы является формой трапецеидальной резьбы.

16. Резьбовое соединение по п. 14 или 15, в котором V-образный канал проходит радиально наружу.

17. Резьбовое соединение, включающее:

охватываемую деталь, снабженную формой наружной резьбы;

охватывающую деталь, снабженную формой внутренней резьбы; и

индикатор износа резьбы, расположенный по меньшей мере на одной из форм - форме наружной резьбы и форме внутренней резьбы, причем индикатор износа резьбы представляет собой множество слоев материала, обеспечивающих визуальную индикацию чрезмерного износа резьбы.

18. Резьбовое соединение по п. 17, в котором каждый слой из множества слоев имеет другую физическую характеристику.