NO167599B - Skrueskjoet for staalroer med tetningsanordning ved gjengene, samt en fremgangsmaate for fremstilling av en slik skjoet. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en skrueskjøt for stålrør, spesielt for bruk i petroleumsindustrien, som omfatter en tet-ningsanordning i gjengenes område.

Det er kjent at rørskjøter som benyttes i petroleumsindustrien må oppvis visse egenskaper som er vanskelig å forene, idet disse spesielt utgjøres av det faktum at skjøten, som må være lett å maskinere og ikke være særlig følsom overfor skade, sikrer perfekt tetthet ved meget høye trykk som kan utøves enten på innsiden eller utsiden av skjøten, selv under de forhold hvor skjøten utsettes for bøying og betydelige strekkspenninger eller aksial sammentrykning.

Det er også nødvendig at skjøtelementene er ombyttelige uten at dette negativt påvirker kvaliteten av tetningen som oppnås under fornyet sammenskruing av skjøten med andre elementer.

De skrueskjøter som nå benyttes i petroleumsindustrien omfatter hann- og hunn-gjenger som oftest er koniske (men som også kan være sylindriske) og som sikrer den mekaniske forbindelse mellom de to elementer av røret og spesielt opptar de aksiale påkjenninger som skjøten utsettes for.

I de fleste tilfeller omfatter også de kjente skjøter såkalte skrustoppere hvis formål det er å stoppe hannelementet i forhold til hunnelementet så snart det forutbestemte sammenskru-ingsmoment er nådd.

Endelig omfatter skjøter av denne type i det minste et par tetningsflater som er slik plassert at de under skjøtens sammenskruing kommer i kontakt med hverandre og utsettes for et trykk som er tilstrekkelig til å oppnå tetning.

I de fleste tilfeller oppnås dette ved hjelp av metallisk kontakt, men i noen tilfeller kan tetningsflåtene også omfatte plasttetninger såsom PTFE-ringer som ved deformasjon sikrer eller bidrar til skjøtens tetthet.

Spesielt er det kjent at slike ringformede tetninger av PTFE eksempelvis plasseres i et spor i hunnelementet enten i området for tetningsflåtene eller i gjengeområdet, slik at under sammenskruing av skjøten bevirker hannelementet plastisk deformasjon av tetningen, som således tilpasses formen av hannelementet .

Slike plasttetninger har imidlertid den ulempe at de er van-skelige å bringe på plass, og i praksis må de byttes hver gang skjøten skrus fra hverandre og skrus sammen igjen.

Det er også kjent, spesielt for å oppnå tetthet i skrueskjøter i rør for vannforsyning eller sentralfyring i bygninger, en teknikk som består i at gjengene på et av elementene påføres et termoplastisk materiale som deformeres under sammenskruingen for å sikre tetthet.

Disse tetningsanordninger er ment å skulle erstatte bruk av grov PTFE-fiber eller tape, som vanligvis vikles på gjengene på hannelementet før dette skrus inn i hunnelementet. Disse har kun til hensikt å påføre et termoplastisk materiale i gjengeområdet på ett av elementene.

I dette tilfelle er det vanligvis ikke mulig å skru skjøten fra hverandre og skru den sammen på nytt ved ombytting av elementene og samtidig beholde den nødvendige tetthet.

Foreliggende oppfinnelse har til formål å gi skjøter for stål-rør for petroleumsindustrien fullstendig tetthet i gjengeområdet, samtidig med at man oppnår den fordel at skjøtene får en mere ensartet karakter ved å redusere de forskjellige klar-inger som er nødvendige i de tidligere kjente anordninger.

I realiteten er det kjent at for å oppfylle sin primære funk-sjon, som er mekanisk å forene de to elementer av røret, må hver gjenge på hannelementet presses mot den tilsvarende gjenge på hunnelementet i aksial retning og oftest også i radial retning.

Dette betyr at man kan inndele konturen eller profilen av skjøtens gjenger i sammenskrudd tilstand i flater som presses sterkt mot hverandre under skjøtens sammenskruing og flater på hannelementet og hunnelementet som vender mot hverandre og befinner seg i en viss avstand fra hverandre og mellom hvilke det består en klaring mellom gjengene.

Som følge av denne del av konturen hvor flatene på hannelementet og hunnelementet er adskilt fra hverandre har det til i dag i praksis ikke vært mulig å oppnå tilfredsstillende tetthet i gjengeområdet av denne type skjøt.

Det faktum at denne klaring foreligger mellom de tilsvarende flater på hanngjengene og hunngjengene skaper en lekkasjebane av hovedsakelig skruelinjet fasong langs gjengene som hindrer tetthet i dette område.

Foreliggende oppfinnelse søker å tilveiebringe tetthet i gjengeområdet ved å bibringe gjengene på hannelementet og hunnelementet en form som passer perfekt sammen slik at det er kontinuerlig kontakt mellom flatene på hannelementet og hunnelementet som utgjør gjengene.

Formålet ifølge oppfinnelsen er å tilveiebringe en skrueskjøt for et stålrør som spesielt kan benyttes i petroleumsindustrien, av den type hvor hannelementet og hunnelementet er forbundet med hverandre ved gjenger, hvor en del av konturflaten av hver gjenge i sammenskrudd tilstand presses sterkt mot gjengen på det andre element, hvor det karakteristiske er at et første element av skjøten på i det minste en viss del av sin lengde av gjengene har et belegg av et syntetisk materiale hvis volum nøyaktig tilsvarer volumet og formen av den klaring som ville eksistere i sammenskrudd tilstand mellom det første element og det andre element hvis dimensjoner ville befinne seg ved de maskineringstoleransegrenser som gir den størst tillatelige klaring i skjøtens sammenskrudde tilstand.

Det vil forstås at skjøten ifølge oppfinnelsen under disse forhold består av et første element som har en sammensatt konstruksjon og et andre konvensjonelt element (hann- eller hunnelement) som er helt og holdent metallisk. De konturflater på gjengene av det første element som under sammenskruing utøver trykkrefter mot gjengene av det andre element, er metalliske, mens de konturflater av gjengene på det første metalliske element som under sammenskruing ville etterlate en klaring mot det andre element, er belagt med et syntetisk materiale, slik at med maksimale toleranser på det fullstendig metalliske andre element foreligger det ikke lenger noen klaring under sammenskruing av de to elementer ifølge oppfinnelsen.

Det vil forstås at massen av syntetisk materiale som således er påført det første element, ikke behøver formes under sammenskruingen for å tilpasse seg fasongen av gjengene på det andre, fullstendig metalliske element slik som i teknikkens stand, men at det ganske enkelt utsettes for en mindre sammentrykning som er et resultat av maskineringstoleransene.

Belegget av syntetisk materiale som ifølge oppfinnelsen an-bringes på det første element, kan oppnås på forskjellige må-ter .

Etter en første fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen skrur man

på eller inn i det første element som skal påføres belegget en dor som har gjenger hvis dimensjoner tilsvarer nøyaktig toleransegrensene for det andre metalliske element som skal skrus på eller inn i det første, og ved hjelp av et antall kanaler anordnet i doren injiserer man mellom de to gjenger det syntetiske materiale som når det hefter til det første element gir dette dets sammensatte karakter som gjør det mulig å oppnå tetthet i gjengene ifølge oppfinnelsen. Ifølge en annen fremgangsmåte tilveiebringes det sammensatte element ifølge oppfinnelsen ved at man på den metalliske del av dette første sammensatte element som skal fremstilles fester en masse av syntetisk materiale som bringes til å polymerisere, hvoretter man maskinerer dette syntetiske materiale slik at det kun forblir i de soner hvor metallflåtene av gjengene på det andre metalliske element ikke må presses mot tilsvarende metallflater på gjengene av det første sammensatte element.

og med en periferi som gjør det mulig å utfylle hele det frie rom som gjenstår mellom hanngjengene og hunngjengene under sammenskruing av skjøten.

Som syntetisk materiale er det ifølge oppfinnelsen fordelaktig å benytte uretanelastomerer såsom Polatane XPE eller RIM 160 med mikrocellular struktur, polykarbonater, polyolefiner, polyamider.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives i forbindelse med de utførelseseksempler som er illustrert på ved-føyede tegninger, hvor

Fig. 1 viser et snitt gjennom en konvensjonell rørskjøt for petroleumsindustrien. Fig. 2 er et snitt i større målestokk som viser en første ut-førelse av gjengene av en konvensjonell skjøt. Fig. 3 viser et snitt av en andre utførelse av gjenger av en konvensjonell skjøt. Fig. 4 viser et snitt av en tredje utførelse av gjenger av en konvensjonell skjøt. Fig. 5 viser et snitt av et par hann- og hunngjenger ifølge oppfinnelsen. Fig. 6 viser en anordning som muliggjør fremstilling av gjenger ifølge oppfinnelsen.

Fig. 7 viser i større målestokk et utsnitt VII på fig. 6.

På fig. 1 er det i snitt vist en skjøt som er vanlig benyttet i petroleumsindustrien.

Denne skjøt omfatter et hunnelement eller muffe 1 som har inn-vendige koniske gjenger 2, som står i inngrep med hannelementet 3 med tilsvarende utvendige koniske gjenger 4.

En stopper 5 anordnet i hunnelementet tjener som understøttel-se for enden 6 av hannelementet for å begrense sammenskruing, mens et par flater 7 og 8 anordnet på hhv. hunnelementet og hannelementet sikrer tetthet i skjøten.

Fig. 2 viser i større målestokk et element av gjengene på

fig. 1.

Man ser av fig. 2 hvorledes gjengen 9 på hannelementet 3 griper inn i en utsparing 10 i hunnelementet 1. Når man tar i betraktning at det foreligger en skrustopper 5 blir siden 11 av gjengen 9 presset sterkt i aksial retning mot siden 12 av utsparingen 10.

Videre vil bunnen av gjengen 13 på hannelementet 3 presses sterkt radialt mot toppen av gjengen 14 på hunnelementet på grunn av gjengenes konisitet og den resulterende krympning.

I den viste utgave er det toppen av hunngjengene som hviler mot utsparingene i hanngjengene, men dette kunne naturligvis være omvendt dersom man under maskineringen gjør høyden av gjengene 9 høyere enn dybden av utsparingene 10.

Under disse forhold vil det ses at dersom man betrakter hele periferien av en gjenge på hannelementet, vil man se at gjengebunnene 13 og gjengesidene 11 på hunnelementet presses sterkt mot hannelementet, noe som sikrer tetning i denne sone. På den annen side, i området for toppen 15 og baksiden 16 av gjengen 9 på hannelementet er det nødvendigvis en klaring mellom hunnelementet og hannelementet. Denne klaring betegnet 17 på fig. 2 betyr at tidligere har det ikke vært mulig å oppnå tilfredsstillende tetthet i gjengeområdet.

Det vil forstås at effekten av denne klaring, som er vist på fig. 2 for en gjenge, fortsetter skruelinjeformet langs gjengene mellom hannelementet og hunnelementet.

En annen utgave av gjengene er vist på fig. 3, hvor krymp-ningen som dannes under tilskruingen av de koniske hanngjenger i de koniske hunngjenger utøves mot sideflatene 18 og 19 av gjengene mens det gjenstår et fritt rom 17 ved toppen både av hanngjengene og hunngjengene.

Fig. 4 viser en annen utgave av gjenger som adskiller seg fra den utgave som er vist på fig. 2 ved det faktum at an-leggssiden 11 av hannelementet og understøttelsessiden 12 av hunnelementet danner en vinkel som er skrådd forover i forhold til skjøtens radialplan.

Denne type gjenger etterlater også en klaring 17 på toppen av hanngjengen 9 og ved dennes bakside 16.

Fig. 5 viser hvorledes man kan oppnå perfekt tetthet i gjengeområdet ved hjelp av oppfinnelsen.

På fig. 5 finner man en gjenge 9 på hannelementet med dens understøttelsesside 11, dens topp 15, dens bakside 16 og dens gjengebunner 13.

I den viste utgave er hannelementet et element av en konvensjonell skjøt, mens hunnelementet 1 er et sammensatt element laget ifølge oppfinnelsen for samvirkning med hannelementet.

På hunnelementet 1 vil man se gjengeutsparingen 10 med under-støttelsesside 12 og gjengetopp 14.

Ifølge oppfinnelsen er gjengeutsparingen 10 forsynt med et belegg av syntetisk materiale 20 som hefter til metalldelen av hunnelementet 1 og hvis bunn 21 og bakside 22 har en form som tilsvarer profilen i sammenskrudd tilstand av gjengen på hannelementet, hvis dimensjoner befinner seg ved den nedre toleransegrense for maskinering av hannelementets gjenger.

Det følger at når man skrur hunnelementet 1 inn på hannelementet som befinner seg ved den nedre toleransegrense, forblir det intet fritt rom mellom hunnelementet og hannelementet, idet kontakt med hannelementet er sikret enten med metalldel-ene 12, 14 på hunnelementet eller ved omkretsen 21, 22 av be-8

legget av syntetisk materiale på hunnelementet.

Imidlertid vil man forstå at i omtrent alle tilfeller vil gjengene på"hannelementet under sammenskruingen i noen grad komprimere det syntetiske belegg 20 på hunnelementet, for således å forsterke den tetthet som oppnås.

Den brutte linjé 23 på hunnelementet viser således omkretsen av gjengen på hannelementet i skjøtens sammenskrudde tilstand.

Det vil forstås at under disse forhold sikrer skjøten ifølge oppfinnelsen perfekt tetthet i gjengeområdet fordi dimensjon-en av en gjenge på hannelementet varierer langs sin skruelinjeformede bane innenfor fremstillingstoleransene, slik at i det minste i en sone av denne skruelinjeformede bane vil toppen 15 og baksiden av gjengene på hannelementet sikre tilstrekkelig sammentrykning av det syntetiske materiale 20 til å sikre perfekt tetthet langs gjengene.

Under disse forhold vil det også forstås at ifølge oppfinnelsen er det ikke nødvendig å anbringe det syntetiske belegg 20 på gjengene i sin helhet, men at det vil være tilstrekkelig å påføre belegget på et gitt sted.

Imidlertid er det fordelaktig å påføre det syntetiske belegg 20 langs gjengene i sin helhet for å øke de monolittiske egenskaper av skjøten, spesielt i det tilfelle hvor skjøten har en eller flere sylindriske gjenger, som på i og for seg kjent måte tillater sidebevegelser av hannelementet i forhold til hunnelementet.

Fig. 6 og 7 viser en anordning som tillater fremstilling av det sammensatte hunnelement vist på fig. 5.

På fig. 6 ses et snitt gjennom hunnelementet 1 som skal på-føres det syntetiske materiale 20 for å oppnå tetthet ifølge oppfinnelsen.

For dette formål blir det i hunnelementet innskrudd en dor 24 hvis gjenger er maskinert slik at de nøyaktig tilsvarer de minste dimensjoner som fremstillingstoleransene tillater for hannelementet som skal sammenkobles med hunnelementet.

Doren 24 skrus inn i elementet 1 med tilstrekkelig moment

til å sikre kontakt mellom sidene og bunnene og de understøt-tende topper av de involverte hanngjenger og hunngjenger.

Doren er forsynt med et antall kanaler 25 som fører inn i rommet 17 mellom de utvendige gjenger på doren 24 og gjengene 2 på hunnelementet 1, idet disse kanaler er forbundet med en hovedkanal 26 som tillater injisering av et syntetisk materiale under trykk inn i rommet 17.

Fig. 7 viser i større målestokk hvorledes kanalen 25 ender i rommet 17 mellom toppen 15 og den ikke-understøttede bakside 22 av gjengen på hannelementet og bunnen 10 og den ikke-under-støttende bakside 16 av hunnelementet for injisering av syntetisk materiale 20 som hefter til hunnelementet og hvis frie overflate tilsvarer nøyaktig formen av den tilsvarende gjenge med de minste dimensjoner som er forenlige med maskineringstoleransene.

For at dette syntetiske materiale 20 ikke skal hefte til doren under utskruing av denne, er det tilstrekkelig å belegge overflaten av doren med et slippmiddel.

Ifølge oppfinnelsen kan det benyttede syntetiske materiale med fordel være en uretanelastomer kjent som Polatane XPE.

I en annen utførelse av oppfinnelsen er det mulig å injisere det syntetiske materiale slik at det danner en fullstendig foring og jevnt dekker gjengene på hunnelementet ved å benytte en dor uten gjenger, og når det syntetiske materiale 20 har herdet kan man maskinere dette slik at det kun gjenstår syntetisk materiale som tilsvarer det som er vist på fig. 7.

Det vil forstås at fremstillingsmetodene beskrevet ovenfor ikke representerer begrensende egenskaper og at de kan gjøres til gjenstand for ønskelige modifikasjoner uten å avvike fra oppfinnelsens ramme.

Spesielt vil det være klart at selv om det i de beskrevne ut-gaver er hunnelementet som er det sammensatte element ifølge oppfinnelsen fordi det forsynes med et belegg av syntetisk materiale, er det også mulig å påføre dette belegg av syntetisk materiale på hannelementet (idet hunnelementet forblir konvensjonelt) ved å utføre påføringen av belegget med en hunndor.

Videre vil det forstås at man kunne lage to sammensatte elementer uten å avvike fra oppfinnelsens ramme, selv om denne løsning er mere komplisert.

Claims (4)

1. Løsgjørbar og ombyttbar skrueskjøt for stålrør, spesielt for bruk i petroleumsindustrien, av den type hvor et hannelement (3) og et hunnelement (1) forbindes ved hjelp av gjenger (2, 4), mens en del (11, 13) av konturflaten på hver gjenge presses sterkt mot tilsvarende gjenge (12, 14) på det andre element i sammenskrudd tilstand, idet et syntetisk materiale er plassert mellom gjengene for å sikre tetthet, karakterisert ved at et første element (1) av skjøten har en sammensatt konstruksjon og har på i det minste en viss lengde av sine gjenger et belegg (20) av et syntetisk materiale, hvis volum og form nøyaktig tilsvarer volumet og formen av klaringen (17) som ville foreligge i sammenskrudd tilstand mellom metalldelen av det sammensatte element (1) og det andre element (3) hvis dimensjoner ville befinne seg på grensen av de maskineringstoleranser som gir størst mulig klaring i skjøtens monterte tilstand.

2. Skjøt ifølge krav 1, karakterisert ved at det syntetiske materiale som utgjør belegget består av en uretanelastomer såsom Polathane XPE eller RIM 160 med mikrocellulær struktur, et polykarbonat, en polyolefin eller en polyamid.

3. Fremgangsmåte for fremstilling av en skjøt ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at man skrur på eller inn i det første element (1) som skal påføres belegget (20) en dor (24) som har gjenger (4) hvis dimensjoner nøyaktig tilsvarer toleransegrensene for det andre metalliske element (3) som kan skrus på eller inn i det første, og at man ved hjelp av et antall kanaler (25) anordnet i doren injiserer det syntetiske materiale (20) mellom gjengene (2, 4), som ved befestigelse til det første element (1) gir dette dets sammensatte konstruksjon som muliggjør oppnåelse av tetthet i gjengeforbindelsen ifølge oppfinnelsen.

4. Fremgangsmåte for fremstilling av en skjøt ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at man fremstiller det første sammensatte element (1) ifølge oppfinnelsen ved å feste et syntetisk materiale (20) til metalldelen av dette første element og bevirker polymerisering av det syntetiske materiale, hvorpå man maskinerer dette syntetiske materiale slik at det kun forblir i de soner hvor metallflåtene av gjengene på det andre metallelement (15, 16) ikke må presses mot tilsvarende metallflater på gjengene på det første sammensatte element, og med en periferi (21, 22) som med-fører utfylling av hele det frie rom som gjenstår mellom hanngjengene og hunngjengene under sammenskruing av skjøten.