專利名稱：管連接的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管連接，尤其地涉及一種氣密的管螺栓連接(在該種管連接的 情形下，部件在連接區(qū)域中借助于根據(jù)DIN 8593的接合通過壓靠(Anpressen)和壓入 (Einpressen)來連接)，其包括內(nèi)管件和外管件或者兩個帶有外套筒的內(nèi)管件。
背景技術(shù)：
管、至少無縫的管(其可由不同的材料來制成)應(yīng)用于油田產(chǎn)品和/或氣田產(chǎn)品 的垂直且水平地還在較大距離上的運送，并且由于在實際的運用和使用中的連接的高的密 封品質(zhì)需要高的應(yīng)力。一種已經(jīng)長期所使用的管連接(其基本上在幾何形狀的基礎(chǔ)設(shè)計方案方面示出了 現(xiàn)有技術(shù))如此地來形成，即，內(nèi)管件和外管件具有平截圓錐體形狀(kegelstumpffbrmig) 的彼此貼靠的、帶有在內(nèi)管件的末端方向上朝向彼此的大約1 10的傾斜度的密封面，該 密封面與在軸向上相反指向的平截圓錐體形狀的止擋面共同作用。在此，密封效果可通過 管端部的互相的軸向上彼此的壓靠(完全地接合)，例如借助于螺紋擰緊和諸如此類的方 式來實現(xiàn)。為了在現(xiàn)場中給定的作用到管道處的應(yīng)力情況下改進(jìn)管連接的密封性或密封的 品質(zhì)，但是同樣為了在管構(gòu)件拆卸和重新裝配時實現(xiàn)維持管連接的密封品質(zhì)，已經(jīng)提出了 帶有連接的密封面和止擋面的特別的結(jié)構(gòu)的多種幾何形狀的實施形式。然而，復(fù)雜的密封 面成型大多數(shù)與用于管端部的連接區(qū)域的去毛刺(spanabhebende Bearbeitung)的較高的 費用和與制造上的降低的經(jīng)濟(jì)性相聯(lián)系。文件US 7 334 821B2公開了一種帶有管內(nèi)部件的桶狀的、截面中為凸?fàn)畹拿芊?面和接著該密封面的帶有末端的止擋面的突出的突起(Fortsatz)的管連接。如此，管構(gòu)件 的壓合面應(yīng)在管連接的完全接合中應(yīng)獲得增大的錐度，并且產(chǎn)生改進(jìn)的密封效果。然而，用 于構(gòu)建復(fù)雜地成型的密封區(qū)域的制造費用顯得較高。

發(fā)明內(nèi)容
基于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的管連接的基本的幾何形狀的設(shè)計方案，本發(fā)明的目的在于， 在可制造性的高的經(jīng)濟(jì)性的情形下公開一種新型的管連接，其導(dǎo)致了在實際的現(xiàn)場應(yīng)用 (Feldeinsatz)中的管道的改進(jìn)的使用特性，并且其有助于管路的拆卸和重新裝配。改進(jìn)的管道的使用特性尤其地涉及到既在高的內(nèi)部壓力的情況下又在高的外部 壓力的情況下以及在管線的疊加的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力及彎曲應(yīng)力的情況下維持相應(yīng)的管連接 的密封性，其中，應(yīng)使連接區(qū)域中的所謂的卡住現(xiàn)象(Fresserscheirumg)降低到最小，并 且應(yīng)改進(jìn)連接的松開和重新完全接合。所提出的目的根據(jù)本發(fā)明在之前提到的類型的管連接的情形下由此來解決，即， 利用三個區(qū)域構(gòu)建連接，其中，管件或者管件和套筒的連接區(qū)域的壓配合部O^resssitz) 和止擋部具有合作的、在端部方向上從內(nèi)管件朝管軸線傾斜的平截圓錐體形狀的壓配合面并且在端側(cè)處具有與該壓配合面相反指向的平截圓錐體形狀的止擋面，并且以無接觸的方 式利用同軸的間隙或空腔來形成用于部件的處于連接中的部件的壓配合部和止擋部的過 渡部。利用本發(fā)明所實現(xiàn)的優(yōu)點可理解為協(xié)同地基本上提高壓配合面處的面壓力且 有利地使壓配合面定位成與止擋面隔開。與之相關(guān)聯(lián)的還有連接區(qū)域中的局部的、機 械的材料應(yīng)力的大小的普遍的優(yōu)化和避免考慮到在材料中出現(xiàn)的彈性變形和裂紋開始 (Rissinitiation)而引起的應(yīng)力集中。借助于廣泛的研究已發(fā)現(xiàn)，在擠壓超過額定值期間和在疊加的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力及 彎曲應(yīng)力期間根據(jù)本發(fā)明的管連接的密封特性完全地得以保持。
根據(jù)FE (有限元)方法及彈性確定的計算已經(jīng)得出，通過在連接區(qū)域中的根據(jù)本 發(fā)明的幾何形狀更確切地說利用壓配合面和止擋面之間的空腔的構(gòu)造來產(chǎn)生多重的優(yōu)點。一方面，通過空腔在相對于現(xiàn)有技術(shù)具有相同的連接的縱向距離的情況下縮短或 減小壓配合面或者密封座面，這導(dǎo)致了較高的密封面擠壓。無接觸地布置的過渡部在負(fù)載動力學(xué)上產(chǎn)生了提高的、很大程度上均勻的單位面 壓力，并且因此產(chǎn)生了壓配合面處的密封，其中，通過軸向上相對于止擋面隔開在系統(tǒng)彎曲 時僅產(chǎn)生局部的面壓力的可接受的差異。如有可能疊加的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力僅輕微地影響連 接的密封性，因為壓配合面具有大約1 10的微小的傾斜度。有利地，在管件的連接區(qū)域中的空腔作為潤滑劑槽(khmiermitteltasche)來起 作用，并且改進(jìn)了分布，并在現(xiàn)場管道的密封性的組裝情況下降低了潤滑劑的壓力。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施形式連接區(qū)域的壓配合部和止擋部的在管件之間以 無接觸的方式形成的過渡部通過來自外管件的內(nèi)壁面的同軸的凹進(jìn)部來形成時，既實現(xiàn)了 合適的機械的材料應(yīng)力，又實現(xiàn)了有利于連接的密封性的應(yīng)力狀態(tài)。在內(nèi)管件壓入到外管件中時，在形成連接的完全接合時在壓配合面的區(qū)域中構(gòu)造 了高的、基本上徑向上指向的力，該力在該區(qū)域中導(dǎo)致了帶有外管壁的材料的切向的、彈性 的拉伸的擴大。通過來自在接著的過渡區(qū)域中的外管件的內(nèi)壁面的同軸的凹進(jìn)部和因此直到止 擋面的區(qū)域中的管件的接觸免除(Berilhrungsfreistellung)，在外管壁的切向方向上不再 提供彈性的拉伸，然而在其中軸向上指向的拉力起作用，該拉力通過內(nèi)管的止擋面壓到外 管件的那些止擋面上而形成，并且引起了軸向上的彈性的拉伸。在連接區(qū)域中根據(jù)本發(fā)明如此地最大程度地降低局部復(fù)雜的(komplex)應(yīng)力狀 態(tài)，其中，根據(jù)本發(fā)明過渡區(qū)域的構(gòu)造促成了較大的彈性的拉伸值，并且即使在管線的復(fù)雜 的應(yīng)力時也確保了連接的密封性。以合適的方式，在過渡區(qū)域中的凹進(jìn)部在截面中具有無棱角的輪廓，因為由此最 大程度地避免在外管的內(nèi)表面處的應(yīng)力集中，并且排除了裂紋開始和疲勞斷裂危險。當(dāng)內(nèi)管件在過渡部的區(qū)域中從末端繼續(xù)的壓配合面朝向止擋面以倒圓的方式 (gerundet)形成，則可消除帶有局部的塑性的材料變形的局部的應(yīng)力集中，并且可改進(jìn)止 擋面的配合。特別好的結(jié)果可利用帶有& = 0. 9至1. 5mm的半徑或用于& = 0. 2至0. 6mm 的TUBING的棱邊倒圓來實現(xiàn)。有利地，在外管件中同軸的凹進(jìn)部在截面中從壓配合面至凹進(jìn)部輪廓利用0. 5至1.0mm的過渡半徑來形成，并且直到止擋面以無棱邊的方式來成型。如此在壓配合面和凹進(jìn) 部的邊界區(qū)域中可靠地避免壓應(yīng)力集中。廣泛的且有針對性的研究已得出，無接觸地布置的過渡部的長度相對于有效的壓 配合部的長度的商以合適的方式應(yīng)具有0. 4至1. 7的、優(yōu)選地0. 6至1. 5的值，以用于實現(xiàn) 根據(jù)本發(fā)明的管連接的最優(yōu)的密封情況。從包含所有的通常的管直徑中得出這些明顯寬的值區(qū)域。尺寸相關(guān)的評價公布了，對于帶有大于4 英寸的外徑的管、所謂的套管 (Futterrohr)或者CASING,商優(yōu)化地位于0. 4至1. 2，優(yōu)選地位于0. 6至1. 0。相反地，對于豎管或者輸送管(其具有小于/等于4 英寸至大約1.66英寸并且 更小的外徑)即在所謂的TUBING的情形下確定無接觸地放置的過渡部的長度相對于壓配 合部的長度的優(yōu)化的商為0. 9至1. 7，優(yōu)選地為1. 1至1. 5。為了實現(xiàn)帶有提高的密封性的管連接的合適的且高品質(zhì)的緊湊的實施形式，外管 件應(yīng)相對于直徑朝向止擋面具有大約為1 10的壓配合面的傾斜度，并且止擋面相反指向 地相對于軸線法向(Axnormale)具有β = 10°至20°、優(yōu)選地β = 15°的角度Beta。如從試驗中已得出的那樣，當(dāng)壓配合面和/或止擋面應(yīng)具有小于Ra = 3. 2 μ m然 而大于Ra = 0.4的表面粗糙度(根據(jù)DIN 4777IS0/DIN4287/1作為平均粗糙度值來測量)， 則盡可能在壓配合面沒有所謂的卡住的情況下，可使用高的單位壓力負(fù)載，并且盡可能不 受限制的管連接的拆卸是可能的。在這方面假設(shè)，最優(yōu)的潤滑劑量可定位在處于上述粗糙 度極限中的粗糙的表面輪廓的凹陷部中，以便獲得期望的特性。在效應(yīng)技術(shù)方面，根據(jù)本發(fā)明的管連接可通過不同的器件(其軸向上將管件擠壓 到一起)而完全地接合。有利地，已知的螺栓連接已證實為有效的。


下面借助于示意性的圖紙僅示出根據(jù)本發(fā)明的管連接的一個實施形式。其中圖1在軸向的剖面中顯示了管連接。
具體實施例方式在圖1中在軸向的剖面中顯示了內(nèi)管I和外管A的管連接。在管的連接區(qū)域中，內(nèi)管件I具有帶有壓配合面II的平截圓錐體面，該壓配合面 II相對于管直徑末端上以1 10的值傾斜。接著壓配合面II末端以朝管縱向軸線X以 15°的角度β相反指向地傾斜的方式成型有止擋面21，該止擋面21示出了帶有端側(cè)的密 封面的止擋部2和內(nèi)管端部。外管件A在處于完全接合的管件連接時在連接區(qū)域1中以壓配合面Al最接近地 貼靠在內(nèi)管的壓配合面II處。在連接區(qū)域1 (其包括壓配合面II和1Α)和帶有管件的止擋面的區(qū)域2之間設(shè)置 有過渡區(qū)域3，在該過渡區(qū)域3中存在來自外管A的內(nèi)壁的凹進(jìn)部RA，在管件I和A之間成 型有空腔R，并且使部件在該區(qū)段中以無接觸的方式布置。在外管件A中，壓配合面IA和凹進(jìn)部輪廓3Α之間的邊界區(qū)域以0. 8mm的半徑倒圓，其中，之后同軸的凹進(jìn)部RA的直到止擋面2A的整個內(nèi)壁面3A以無棱邊倒圓的方式構(gòu)建。
權(quán)利要求
1.一種管連接、尤其為氣密的管螺栓連接，在所述管連接中，部件在連接區(qū)域中借助于 根據(jù)DIN 8593的接合通過壓靠和壓入來連接，所述管連接包括內(nèi)管件(I)和外管件(A)或 者兩個帶有外套筒(A)的內(nèi)管件(I)，其特征在于，利用三個區(qū)域構(gòu)建連接，其中，所述管件 或者所述管件和套筒的連接區(qū)域的壓配合部(1)和止擋部( 具有合作的、在端部方向上 從內(nèi)管件朝向管軸線U)傾斜的平截圓錐體形狀的壓配合面(II，1A)并且在端側(cè)處具有相 對于所述壓配合面(1I，1A)相反指向的平截圓錐體形狀的止擋面ΟΙ，2Α)，并且以無接觸 的方式利用同軸的間隙或空腔(R)來形成用于所述部件的處于連接中的所述部件的壓配 合部⑴和止擋部⑵的過渡部⑶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管連接，其特征在于，所述連接區(qū)域的所述壓配合部和所述 止擋部的在所述管件之間以無接觸的方式形成的所述過渡部C3)通過來自所述外管件(A) 中的內(nèi)壁面(3A)的同軸的凹進(jìn)部(RA)來形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的管連接，其特征在于，在所述過渡區(qū)域(3)中的凹進(jìn)部 (RA)在截面中具有無棱角的輪廓(3A)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的管連接，其特征在于，在末端繼續(xù)的壓配合面 (II)和所述止擋面的過渡部(3)的區(qū)域中以倒圓的方式形成所述內(nèi)管件(I)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的管連接，其特征在于，所述外管件(A)中的所述 同軸的凹進(jìn)部(RA)在截面中從所述壓配合面(IA)至所述凹進(jìn)部輪廓(3A)以0. 5至1. Omm 的過渡半徑(Ro) (Ro = 0. 5-1. 0)來形成，并且直到所述止擋面OA)以無棱邊的方式成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的管連接，其特征在于，無接觸地布置的所述過 渡部(3)的長度相對于所述壓配合部(1)的長度的商得出0. 4至1. 7、優(yōu)選地為0. 6至1. 5 的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的管連接，其特征在于，對于根據(jù)API5CT的基本上為帶有大 于4 英寸的外徑的套管的CASING管，以與所述內(nèi)管件(I)無接觸的方式布置的所述過渡 部(3)的長度相對于所述壓配合部(1)的長度的商得出0. 4至1. 2、優(yōu)選地為0. 6至1. 0的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的管連接，其特征在于，對于根據(jù)API5CT的基本上為帶有4 英寸和更小的例如1. 66英寸的外徑的豎管或者輸送管的TUBING管，以與所述內(nèi)管件(I) 無接觸的方式布置的所述過渡部(3)的長度相對于所述壓配合部(1)的長度的商得出0.9 至1. 7、優(yōu)選地為1. 1至1. 5的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的管連接，其特征在于，所述外部件㈧具有相對 于所述直徑大約為1 10的所述壓配合面(IA)的傾斜度，并且所述止擋面以K)相對于軸 線法向具有10°至20°、優(yōu)選地大約15°的角度Beta。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的管連接，其特征在于，所述管材料至少在所述 連接區(qū)域中進(jìn)行熱力學(xué)處理或者調(diào)質(zhì)處理，并且具有提高的材料強度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的管連接，其特征在于，所述壓配合面(II，1A) 和/或所述止擋面(2I，2A)具有根據(jù)DIN 4777IS0/DIN4^7/1確定作為平均粗糙度值的、 小于= 3. 2 μ m然而大于= 0. 4 μ m的表面粗糙度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的管連接，其特征在于，所述管件的接合借助于 螺栓連接來建立。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管連接、尤其地氣密的管螺栓連接(在該種管連接的情形下，部件在連接區(qū)域中借助于根據(jù)DIN 8593的接合通過壓靠和壓入來連接)，其包括內(nèi)管件(I)和外管件(A)或者兩個帶有外套筒(A)的內(nèi)管件(I)。為了改進(jìn)在實際的現(xiàn)場應(yīng)用中的使用特性，尤其地為了在疊加的應(yīng)力時維持相應(yīng)的管連接的密封性，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置有，利用三個區(qū)域建立連接，其中，管件或者管件和套筒的連接區(qū)域的壓配合部(1)和止擋部(2)具有合作的、在端部方向上從內(nèi)管件朝向管軸線(x)傾斜的平截圓錐體形狀的壓配合面(1I，1A)并且在端側(cè)處具有相對于壓配合面(1I，1A)相反指向的平截圓錐體形狀的止擋面(2I，2A)，并且以無接觸的方式利用同軸的間隙或空腔(R)來形成用于部件的處于連接中的部件的壓配合部(1)和止擋部(2)的過渡部(3)。
文檔編號E21B17/042GK102057128SQ200980121333
公開日2011年5月11日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者C·特多里厄, G·弗里茨 申請人:奧鋼聯(lián)管柱有限責(zé)任兩合公司