JPH0769028B2

JPH0769028B2 - 油井管継手

Info

Publication number: JPH0769028B2
Application number: JP11590090A
Authority: JP
Inventors: 昌雄小笠原; 藤雅神山; 英司都留; 栄三竹内
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1990-05-07
Publication date: 1995-07-26
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPH0415385A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、厚肉、高強度、大径の油井鋼管を強固に接続
するためのネジ継手に関する。

［従来の技術］油井管をネジを用いて結合する技術は、よく知られてお
り、ネジ形状には第３図に示すようにAPI（アメリカ石
油協会）が定めた、丸山ネジ（Round Thread）、台形ネ
ジ（Buttress Thread）などがある。丸山ネジは、荷重
面と挿入面とが密閉されているため、良好なシール性を
示し、台形ネジはネジそのもによる密閉性はよいが、良
好な継手強度を確保したい時に用いられる。

更に、ネジ山高さが充分取れない薄肉の継手の場合、第
４図に示すようなカギ状ネジ（Hook Thread）が用いら
れる。ラインパイプ配管の継手でも、ネジを用いること
があり、ネジピッチ、テーパなどに若干の違いはある
が、油井管の場合と同様なネジ形状が用いられている。

［発明が解決しようとする課題］丸山ネジの場合、ネジの曲率半径がγ_１＝0.356〜0.508
mmと大きいため、応力集中が少ない一方、荷重面が鋼管
軸に対し、30°を成しており、軸荷重が加わった際、ネ
ジの乖離が発生するため、十分な強度が確保出来ない。
台形ネジの場合、荷重面が鋼管軸に対し３°と小さく、
軸方向引張荷重に対し、乖離が発生することはないが、
コーナ曲率半径γ_２が0.15〜0.25mmと小さく、局部面圧
の上昇によるネジの焼き付きが発生することがある。特
に、カギ状ネジの場合、荷重軸が負になるため、ネジ同
士の食い込みが発生し易く、曲率半径γ_３が小さいと、
焼き付き易い。ネジ加工の観点から考えれば、加工工具
の曲率半径があまり小さいと、工具摩耗が発生し、工具
寿命が低下するため、工具の曲率半径は大きい方が良
い。しかし、曲率半径をあまり大きく取ると、ネジの嵌
合面が十分取れず、ネジの乖離が発生し易く、又軸方向
の力を十分に相互に伝えることが出来ない。ネジの嵌合
面を確保するために、ネジ山高さを高くする方法もある
が、これはまた応力集中の増加の原因にとなり、継手強
度の低下に繋る。

そこでこの発明は、ネジ山頭部コーナの曲率半径を出来
るだけ大きく取り、なおかつネジ嵌合による応力集中を
低下させ、ネジの焼き付きを防止すると共に、加工工具
寿命を確保するための最適ネジ山頭部コーナ曲率半径の
範囲を求めたものである。

［課題を解決するための手段］而して、本発明の油井管継手は、雌ネジと雄ネジとが一
定のテーパをもち嵌合し合いネジ山頭部が平坦な台形状
をなし、ネジ山高さが2.0〜3.0mmの高さを有し相互に螺
合する継手部材であって、台形状のネジ頭部及び底部の
コーナーの曲率半径を0.25〜0.55mmの大きさで加工する
ことを特徴としている。特に、前記における曲率半径を
カギ形状のネジ頭部の加工構造にすることを第２の特徴
としている。

以下本発明の詳細を説明する。

第１図において、まず最小許容曲率半径γ_ｎ（min）を
推定すると、ネジ山高さ2mmの場合を考えて応力集中係
数α_ｎは（１）式で表わされる。

上記（１）式は一般式であるが、この式を用いてα_ｎ≦
2.5を確保するとすれば、ネジ山高さα_ｘ2mm、ネジ山ピ
ッチＰ6.35mmのときγ_ｎ≧0.25mmとなる。即ち、0.25
mm以下では応力集中が2.5以上となり、疲労亀裂などの
発生が危惧される。

しかし、あまりγ_ｎが大きい場合には、第２図において
接触部ｌが十分取れず、接触面でずれが発生すると、ネ
ジは容易にはずれてしまい、十分な強度が確保できな
い。

そこで、最大許容曲率半径γ_ｎ（max）を求めるため
に、第２図のように荷重面のｌの長さを考えた場合、ｌμN cosθ≧νσ_Ｌ（2P）Ｎは荷重面に加わる垂直面圧、Ｎ2.5σ_ｙととる。σ
_Ｌは軸方向に引張った時の応力で、σ_Ｌσ_ｙと考え
る。またνはポアソン比ν＝0.3,μは摩擦係数μ0.8
と考えて、θ＝−３°のカギ状ネジについて接触面長さ
ｌを求めるとｌ≧0.9mm となる。

さらに第２図において、２γ_ｎ＋ｌ＝ｄの関係から、γ
＜0.55mmとなる。

以上の結果から、この場合、最適範囲として 0.25≦γ_ｎ≦0.55 が提案できる。ちなみにAPI台形ネジ（Buttress Threa
d）の場合、第３図のように応力集中係数α_ｎ2.46と
なっている。

以下に厚肉油井管にカギ状ネジ（Hook Thread）を適用
した場合の例を示す。

［実施例］第3,4図には径193.7mm、肉厚26mmと、径273.05mm、肉厚
26mmの２つの極厚肉油井管にネジ山高さｄ＝2.0mm、ネ
ジピッチ2p＝6.35mm、θ＝−３°のカギ状ネジに対し、
γ_ｎ＝0.5±0.05mmで加工した場合の例を示した。この
パイプは厚肉パイプのため、ネジテーパーを急テーパー
にし、ネジの加工数を出来るだけ少なくした。またネジ
山高さについては十分高く取れることから2.0mmとし、
ｌを確保できるように考えた。ただし、ネジ山数を減少
させると、一つのネジに係る負荷が増すため、ネジせん
断条件 Nln≧ｔσ_ｙを満たすようにした。ここでＮ＝2.5σ_ｙ、ｔはパイプ
肉厚、σ_ｙは降伏応力である。従って完全ネジ山数ｎに
ついてｎ＞10となるｎ値で設計した。

効果として、第１表に外径273mm、肉厚26.6mm、Ｌ−80
材の外圧負荷下での引張破断テストの結果を示した。ネ
ジ強度が十分に伝わることにより、パイプの母管破断が
可能となった。同時に外圧下の二軸継手強度の著しい上
昇が認められた。

さらに、切削寿命については、第２表に示すように、従
来型曲率を用いる限り、カギ形ネジの切削寿命は低いの
に対し、本発明の曲率でカギ形ネジを加工すれば切削寿
命が著しく向上することがわかる。また、第３表からわ
かるように、耐ゴーリング性についても本発明のものが
従来のものより優れている。

［発明の効果］以上説明した本発明の継手によれば、高い継手強度が得
られることから、厚肉・高強度・大径の油井管のネジ継
手として最適なものを提供することができ、その産業上
寄与するところは極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明のネジ継手を説明するための
ネジ形状の説明図、第３図は従来のネジ形状を示すもの
で、（ａ）はAPIネジ、（ｂ）は台形ネジ、（ｃ）はネ
ジ継手の説明図、第４図は従来のカギ状ネジの形状図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹内栄三福岡県北九州市八幡東区枝光１―１―１新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (56)参考文献特開昭61−45188（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】雌ネジと雄ネジとが一定のテーパをもち嵌
合し合いネジ山頭部が平坦な台形状をなし、ネジ山高さ
が2.0〜3.0mmの高さを有し相互に螺合する継手部材であ
って、台形状のネジ頭部及び底部のコーナーの曲率半径
を0.25〜0.55mmの大きさで加工することを特徴とする油
井管継手。
【請求項２】雌ネジと雄ネジとが一定のテーパをもち嵌
合し合いネジ山頭部が平坦な台形状をなし、ネジ山高さ
が2.0〜3.0mmの高さを有し相互に螺合する継手部材であ
って、カギ型状のネジ頭部及び底部のコーナーの曲率半
径を0.25〜0.55mmの大きさで加工することを特徴とする
油井管継手。