JPS62500532A - 管のストツプ付きねじ継手のねじ込み方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 管のストップ付きねじ継手の ねじ込み方法及び装置 発明の背景 本発明は、特に石油産業で使用できる、鋼管用のストップ付きねじ継手のねじ込 み方法及び装置に関する。

管のコラムを作るために複数個の管セクションを端部どうし合わせて緘封且つ着 脱自在に結合するねじ継手が石油産業で使用されていることは周知である。

そのような継手は、一般的にテーパ付き（円筒形の場合もある）の雄と雌のねじ 、継手のねじ込みによって相互に接触する緘封面、そして多くの場合ねじ込み限 定ストップを有する。このねじ込み限定ストップの目的は、所定個所でねじ込み トルクを急激に大きくすることにより継手の２つの要素をその個所で止めること である。

現在の技術によれば、作業現場での継手のねじ込みは、継手のメーカーが予め決 めた範囲内のねじ込みトルクで継手の一方の要素を他方の要素に結合するように して行われている。

従ってそのようなねじ込み方法では、同じねじ込みトルクでもねじの締付けの固 さが各継手によって大きく異なってくるので、完全に満足すべき結果は得られな い。

実際、製作誤差による特に雄ねじと雌ねじの直径の相違、あるいはまたそれらね じに対するねじ込み限定ストップの位置の偏差のために、例えば、それらねじ込 み限定ストップの面が相互に接触するまでテーパねじをねじ込むのに要するトル クはそれぞれに著しく異なったものになり、またその後でねし限定ストップを締 付けるのに加えられるトルクも逆方向にであるが変化するのである。更に、継手 を組立てるのに使用されるグリースの品質も常に同じというわけではなく、これ によってもねじ込みに要するトルクは違ったものになる。

そのような条件で全ねじ込みトルクの相当大きい部分がねじの嵌合やねじ込み限 定ストップの締付けに使われることを考えれば、同一と見做される継手を同じ締 付はトルクでねじ込んでも同じ信頼性のある使用条件は得られないことが理解さ れよう。

発明の要約 本発明は、ねじ込み限定ストップが接触した後で継手に所定のトルクを加えるこ とにより、ねじ結合された全ての継手が同一の組立てと緘封性能を備えるように する新規な方法と装置に関するものである。

そこで本発明の目的は、外ねじを有する雄要素と内ねじを有する雌要素及びこの 雌要素の内側に設定される少なくとも１対のねじ込み限定ストップを備える型式 の、特に石油産業で用いられる鋼管のねじ継手のねじ込みを行う方法において、 該継手のねり込みを行う前に、該雌要素の外面の、該ねじ込み限定ストップの平 面の該ねじとは反対の側の、その平面から成る距離の個所に、該雌要素の母線に 沿った外面の長手方向変形の同時測定を行えるひずみゲージを取付け、そして、 該ひずみゲージの表示が、このゲージの両所における該＠線に沿った該雌要素の 面の成る所定値の伸びに対応するまで、該継手の現在の技術においては、金属の 面が受ける変形をひずみゲージに伝えるに十分な圧力でそのゲージを金属面に対 し当てるだけで、金属面の変形を測定できるひずみゲージが知られている。

上記方法が実施されるとき、先ず最初に認められることとして、テーパねじの場 合、雄要素のねじ込み限定ストップが雌要素のねじ込み限定ストップに接触する までは、雌要素の面の金属が長手方向に僅かに圧縮される。

上記接触がなされた時点から雌要素のねじ込み限定ストップに回転トルクが掛か り、これによって雌要素の該ストップの平面より先方の個所の直径が大きくなる 。この直径の増大により雌要素の外面の金属が母線に沿って長手方向に伸ばさ机 る。ゲージが測定するのはその伸びである。そしてこの伸びが所定の最高値にな るところまで、継手のストップに締付はトルクが加えられる。

また本発明によれば好適には、継手のねじがテーパねじである場合、ねじ込み限 定ストップが相互に接触する前にねじの個所に過大なトルクがｔＨからないよう にするため、ひずみゲージの測定する長手方向圧縮変形が成る所定値を超えない ようにされる。

本発明の方法が円筒ねじを有する継手に適用される場合、ねじ込み限定ストップ の接触が行わ礼る前には雌要素の面の変形は生じないから、その期間中ひずみゲ ージは河の表示もしない。ねじ込み限定ストップの接触が行われると雌要素の面 に次第に長手方向変形が生じ、これがひずみゲージによって測定される。

本発明によればひずみゲージは好適には、雌要素の長手方向の最大伸びが生じる 個所、例えばねじ込み限定ストップの平面から７ｍの所に設置される。

本発明の目的はまた、前記方法を実施するだめの装置において、ねじ込みが行わ れる継手の雌要素の外面の所定位置にひずみゲージを取付けるための装置、及び 、該雌要素の金属の表面の、少なくとも成る所定値に等しい艮手方向伸び変形を 該ひずみゲージが示したとき該継手のねじ込みを停止させる、例えば該表面の長 手方向変形を測定する周知の型式の装置を備えることを特徴とする装置を提供す ることである。

本発明による装置はまた好適には、テーパねじの場合に、雌要素の面が伸ばされ る前の、ねじ込み限定ストップの接触以前の該面の長手方向ＩＩ！２縮が成る所 定値を超えないようにする装置を備える。

本発明をよりより理解できるように、以下、添付図面に示される実施例について 説明する。

図面の簡単な説明 それら図面において、 第１図は、ｔｔｌｌ要素内部のねじ込み限定ストップ及びテーバねじを有する継 手の、該ストップの接触が行われる前の概略断面図、 第２図は、継手が完全に締付けられた時点での第１図と同様な断面図、 第３図は本発明の装置の概略斜視図、 第４図は管にひずみゲージを取付ける装置の戦略断面図、 第５図は、第１図と第２図の継手の雌要素の面の長手方向変形の理論的展開を示 す図面、 第６図は、内部ねじ込み限定ストップ及び円筒ねじを有する継手の雌要素の面の 理論的長手方向変形を示す図面、そして、 第７図は、第１図と第２図に示される型式の継手で実際に記録された雌要素の外 面の変形とトルクの実際の曲線を示す図面である。

特定実施例の詳細な説明 第１図は、雄要素１と１要素２を有する、石油産業用として設計された鋼管継手 の概略断面図である。雌要素２は、右端部と左端部にねじを付けられたスリーブ で構成され、あるいはまた管セクションの加工した端部で構成されることもある 。

雄要素１はテーバ外ねじ３を有し、そしてこれに対応する形状のテーバ内ねじ４ を雌要素２が有する。雄要素１はねじ込み限定ストップ５を備え、このストップ ５はｍ要素２のねじ込み限定ストップ６に対して突当たる。

雄要素１のねじ３０個所の直径は雌要素２のねじ４の内径より大きいので、雄要 素１が１１要素２の中にねじ込まれるとくこのねじ込みは面５と６が接触するま で行われる）、１ｊｉ要素２の直径は第１図の破線７で示されるように拡大され る。

曲線７で示される変形は図面で見易くするため非常に誇張されている。

第１図で見られるように、変形く即ち、雌要素の直径の拡大）はねじ込み限定ス トップ６の平面を右方向に超えて延びる。

雌要素のそのラッパ状変形は雌要素の外面の長手方向（母線方向）の収縮と横方 向（母線に直角な方向）の伸びをもたらす。

第２図は、第１図の継手のねじ込みが完全に行われた後の状態、即ち、ストップ ５と６が相互に接触してから締付はトルクが加えられた後の状態を示す。

第２図の破線曲線８は、その状態での雌要素の外面の変形を示す。

同図で見られるように、曲線８の、ねじ込み限定ストップ６の平面より左側の部 分は第１図に示される変形の展開と実質的に同じである。

それに対して、ねじ込み限定ストップ６の平面より右側では、そのストップ６を 押す雄要素の端部が雌要素を矢印Ｆの方向に回転させる傾向なもつことのために 、こぶ形変形８ａが形成される。

雌要素の面の曲線８のこぶ８ａの個所は横方向と共に長手方向にも伸ばされる。

本発明によれば、Ｉｌｌ要素の面にひずみゲージを当ててその面の長手方向変形 を測定することにより、継手の締付（プを停止すぺぎ時点を決定する。

その雌要素の外面の長手方向変形を検出する装置が第３図に概略斜視図として示 される。

第３図において雌要素２はスリーブで構成され、そしてねじ４を有する。このね じの中に雄要素１の端部がねじ込まれる。同図にはまた破線によって、ねじ込み 限定ストップ６と、そしてこのストップの平面を１要素２の外面に投影したトレ ース９とが示される。

概略的に示されるストラップ１１により雌要素２に取付けられる装置１ｏによっ て、ひずみゲージが雌要素２の外面に当てられる。

図面で見られるように、ひずみゲージは、ねじ込み限定ストップらの平面９のＩ ｌｌ要素のねじ４がある側とは反対の側の、該平面９から距ｆｉＤの個所に設定 される。

第４図に阻略示されるように、ひずみゲージ１２は。

ストラップ１１により管に取付けられるブロック１０内を明初し且つ戻しばね１ ４によってなに押されている部品１３に取付けられて、雌要素２の外面に対して 当てら机る。ひずみゲージ１２は、長手方向（即ち管の軸心に平行な方向）の変 形を測定するような向きにされる。

第３図と第４図は全くの概略図であり、モして雌要素にひずみゲージ１２を当て るやり方も図示以外に様々あり得ることは理解されよう。

例えば、ひずみゲージ１２は、雄要素を回してねじ込むときに雌要素を抑えてい る把持ジョーと合体して備えることもできよう。

第５図から第７図までにおいて、雄要素と雌要素の間に行われる回転の角度が横 座標軸Ｘ上に示され、そして縦座標軸Ｙ上に、ねじ込みの際に雌要素の外面に生 じる長手方向変形の大きざが示される。

第５図は、ひずみゲージによって母線の方向に測定される上記変形の理論的展開 を示す。

曲Ｉ！１５で見られるように、ｍ要素の外面の変形は下降部分工を有するが、こ の部分は、雄要素が＠要素内へねじ込まれていき、従って雌要素の外面がラッパ 状に変形され、これによってその外面が長手方向にｌＩｌ縮される期間に相当す る。これに対し、ねじ込み限定ストップの１３触以後の１１１１間に相当する曲 線１５の部分■においては、第２図の曲３！ｉ！８のこぶ８ａが次第に大きくな って剌要素２の外面に長手方向の伸びを生じさせる。

第６図は、円筒ねじとそのねじ込み限定ストップを備えた継手の場合の雌要素の 面の長手方向変形の曲線を示す。その変形は、ねじと反対の側の、ねじ込み限定 ストツブから成る距随の所で測定される。

留意すべきこととして、ねじどうしの嵌合が締まり嵌めでないために、ねじ込み 限定ストップの接触が行われるまでのねじ込み部分では１１要素の面の変形は全 く生じない。これに対し、曲線の続く部分■においては、第５図の場合と同様に 雌要素の面の長手方向の伸びが生じる。

第７図には、実際の継手の雌要素の外面の変形が、締付け１〜ルクど共に示され る。

第５図及び第６図の場合と同じく、雌要素に対する雄要素の相対回転の角度が横 座標軸Ｘに示され、そして縦座標軸には、これの一方の側に、加えられる締付は トルクｍ、に５が、また他方の側に、雌要素の外面の母線の方向にｍＸ１０−６ 単位で測定された長手方向変形しく微小変形）の大きさが示される。

この曲線は、８０ＶＣ１３級鋼で作られた、１フィー１〜当り９．２ボンドの３ １／２インチの管である、市販の継手の締付けを行った場合のものである。長手 方向ひずみゲージは、ねじの反対側の、ねじ込み限定ストップの平面から７面の 所に設定された。

第７図で示されるように、十字印で表わされるねじ込みトルクは僅かずつ大きく なっていき、そして緘封面が相互に接触する１００ＴｒＬ／に！７近傍で少しく 大きく増大する。それからねじ込み限定ストップの接触が行われ（回転角度２７ ０”）、ねじ込みトルクは４２５ｍ、Ｋｇの値に達する。

トルクが少しずつ緩つくりと増大していく期間では、雌要素の外面は第５図の区 域工に対応する収縮を受け、それから１−ルクの増大と同時に急２ｉ！ｌｌな伸 びを受ける（第５図の区域■）。

この場合、区域■の圧縮が波状を示すことはねじの個所の加工誤差によって説明 されよう。収縮は緘封面の接触が行われる時点で最低の−１２０までなり、次い でねじ込み限定ストップの接触が行われる時点（２６０’　）から伸びが最高の ＋７８０まで増大する。　′上記のことから分かるように、本発明によれば、伸 びの値＋７８０のところで継手のねじ込みを止めることによって、ねじ込み限定 ストップの接触開始以後に継手に加えるトルクを適正なものにすることができる のである。

例えば、トルクと、雌要素の長手方向変形とを示す電気信号の代数合計の値が、 両ストップどうしの接触を示す成る所定の低い値を越えた時点で、更に成る所定 の追加分の締付はトルクまたは回転トルクを与えるような応用が可能であろう。

同様に、圧縮の最低値が成る値（例えば−２００）以下になるようにすることに よって、ねじの締まり嵌合が過大にならないようにできる。

以上の説明から知られるように、本発明の方法と装置によれば適正なねじ込みを 簡単且つ経済的に行い、これによって継手の例えば動きや緘封性のような礪能を 無理なく達成できるのである。

ここに記述してきた実施例は回答制約的なものでなく、従って本発明の範囲から 逸脱することなく、任意の望ましいいろいろな変化形が可能である。

国際調査報告 ＡＮ！：：：＜７Ｄ−ＡＥＩ）ｉτ！Ｊ’１ＡＴｒＣＮＡＬＳＥメｉ、Ｒｃ＜ミ ＲＥ？ＯＲＴＯＮ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．外ねじ（３）を有する雄要素（１）と内ねじ（４）を有する雌要素（２）及 びこの雌要素（２）の内側に設定される少なくとも１対のねじ込み限定ストツプ （５．６）を備える型式の、特に石油産業で用いられる鋼管のねじ継手のねじ込 みを行う方法において、該継手のねじ込みを行う前に、該雌要素（２）の外面の 、該ねじ込み限定ストツプの平面（９）の該ねじ（３．４）とは反対の側の、そ の平面から或る距離（Ｄ）の個所に、該雌要素（２）の母線に沿つた外面の長手 方向変形の同時測定を行えるひずみゲージ（１２）を取付け、そして、該ひずみ ゲージ（１２）の表示が、このゲージの個所における該母線に沿つた該雌要素（ ２）の面の或る所定値の伸びに対応するまで、該継手のねじ込みを行うことを特 徴とする方法。
2. ２．請求の範囲第１項の方法において、該雌要素（２）の面の最大長手方向伸び に対応する、該ねじ込み限定ストツプ（６）の平面（９）からの距離（Ｄ）の個 所に、該ひずみゲージ（１２）が設置されることを特徴とする方法。
3. ３．請求の範囲第１項または第２項の方法において、該ねじ込み限定ストツプ平 面（９）より５から２０ｍｍの距離（Ｄ）の個所に該ひずみゲージが設置される ことを特徴とする方法。
4. ４．請求の範囲前記任意１項の方法において、該雄ねじ（３）と雌ねじ（４）が テーパねじであることを特徴とする方法。
5. ５．請求の範囲第４項の方法において、該ねじ込みが行われるとき、該ひずみゲ ージ（１２）が示す表示によつて、該ねじ込み限定ストツプ（５．６）が相接触 する前に生じる長手方向圧縮変形が或る所定値を超えないようにされることを特 徴とする方法。
6. ６．請求の範囲第１項から第５項までの任意１項の方法において、該雌要素の長 手方向変形とトルクを示す電気信号の代数合計が或る低い所定値を超えた後、更 に追加の或るトルクまたは角回転が与えられてから該継手の締付けが止められる ことを特徴とする方法。
7. ７．請求の範囲前記任意１項の方法を実施するための装置において、ねじ込みが 行われる継手の雌要素（２）の外面の所定位置に、該雌要素（２）の母線に沿つ た長手方向の表面変形の測定を行うひずみゲージ（１２）を取付けるための装置 （１０．１１）、及び、該雌要素の金属の表面の、或る所定値より低いかまたは 等しい伸び変形を該ひずみゲージ（１２）が示したとき該継手のねじ込みを停止 させる装置を組合せて備えることを特徴とする装置。
8. ８．請求の範囲第７項の装置において、該雌要素（２）の面の長手方向収縮変形 が或る所定値を超えないようにする装置を更に備えることを特徴とする装置。