Способ завинчивания резьбовых соединений для стальных труб

 

Изобретение относится к технологическим процессам сборки стальных труб, имеющих ограничительные упоры. Цель изобретения - повышение эффективности затяжки. Резьбовое соединение для стальных труб включает охватываемый элемент 1 с наружной резьбой 2 и охватывающий элемент 3 с внутренней резьбой 4, имеющей, по крайней мере, один ограничительный упор 5 для взаимодействия с ответным ограничителем упором 6 охватываемого элемента 1. Перед завинчиванием труб на наружную поверхность охватывающего элемента 3 на расстоянии 5-20 мм от плоскости ограничительного упора в направлении, противоположном ее резьбовому концу, закрепляют датчик напряжений, ориентированный вдоль образующей охватывающего элемента 3. Затем производят завинчивание труб при одновременном контроле степени деформации охватывающего элемента 3 на уровне датчика и по достижении требуемой степени деформации затяжку прекращают. В начальный период завинчивания до соприкосновения ограничительных упоров 5 и 6 охватывающего 3 и охватывающего 1 элементов наружная поверхность охватывающего элемента 3 испытывает вдоль образующей напряжения сжатия. При взаимодействии упоров 5 и 6 наружная поверхность охватывающего элемента 3 на уровне датчика напряжений испытывает напряжение растяжения. В качестве контролируемого параметра может быть использована алгебраическая сумма сигналов от момента затяжки и степени деформации. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

693 (11) А3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Фиг.1

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3964115/25-28 (22) 08.10.85 (31) 8415403 (32) 08.10.84 (33) FR (46) 30.01.90.Бюл. 9 4 (7t) Валлурек (FR) (72) Дидье . Рене . Марсель Грар и Эрве Ив-Мари Огюст Салкин (FR) (53) 621.643 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 974016, кл. F 16 Ь 19/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР

В 530653, кл. Е 21 В 17/042, 1972.

9 ----.с (51)5 Е 21 В 17/042 G 01 В 7 18

2 (54) СПОСОБ ЗАВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ

СОЕДИНЕНИЙ ДЛЯ СТАЛЬНЫХ ТРУБ (57) Изобретение относится к технологическим процессам сборки стальных труб, имеющих ограничительные упоры.

Цель изобретения — повышение эффективности затяжки. Резьбовое соединение для стальных труб включает oxsaтываемый элемент l с наружной резьбой 2 и охватывающий элемент 3 с внутренней резьбой 4, имеющей по край. ней мере один ограничительный упор 5 для взаимодействия с ответным ограничительным упором 6 охватываемого

1540661 элемента 1. Перед завинчиванием труб; на наружную поверхность охватывающего элемента 3 на расстоянии 5-20 мм от плоскости ограничительного упора в направлении противоположном ее резьбовому концу, закрепляют датчик напряжений, ориентированный вдоль образующей охватывающего элемента 3, Затем производят завинчивание труб при одновременном контроле степени деформации охватывающего элемента 3 на уровне датчика и по достижении требуемой степени деформации затяжку прекращают. В начальный период sa- 1g

Изобретение относится к технологическим процессам обработки сталь-. ных труб, имеющих ограничительные упоры, и может быть использовано в .различных отраслях промьппленности.

Цель изобретения — повывение эффективности затяжки за счет иден1 тичности характеристик.

На фиг.1 изображено трубное соединение, содержащее конические резьбы и ограничительные упоры, расположенные внутри охватывающего элемента и на торце охватываемого элемента перед их взаимодействием, разрез; на фиг.2 " то же, когда трубное соединение полностью затянуто; на фиг.3— устройство, прижимающее датчик напряжений к трубе; на фиг.4 — устройство, прижимающее датчик напряжений к охватывающему элементу, разрез; 40 на фиг.5 — теоретическое изменение продольных деформаций охватывающего элемента соединения, изображенного на фиг 1.2; на фиг.6 — теоретическое изменение продольных деформаций охватывающего элемента соединениям имеющего цилиндрические резьбы и ограничительные упоры; на фиг.7 действительные кривые момента сил и деформации наружной поверхности

50 ,охватывающего элемента.

Способ завинчивания резьбовых соединений для стальных труб реализуется следующим образом.

Стальные трубы, включающие охватываемый элемент 1 с наружной резьбой

2. и охватывающий элемент 3 с внут"ренней резьбой 41 ответной наружной резьбе 2 и имеющей по крайней мере винчивания до соприкосновения ограничительных. упоров 5 и 6 охватывающего 3 и охватываемого. 1 элементов наружная поверхность охватывающего элемента 3 испытывает вдоль образующей напряжения сжатия. При взаимодействии упоров 5 и 6 наружная поверхность охватывающего элемента 3 на уровне датчика напряжений испытывает напряжение растяжения. В качестве контролируемого параметра может быть использована алгебраическая сумма сигналов от момента затяжки и степени деформации. I з.п. ф-лы, 7 ил. один ограничительный упор S для взаимодействия с охватываемым ограничительным упором 6 охватываемого элемента 1, завинчиваются средствами затяжки резьбового соединения до требуемого значения контролируемого параметра.

Перед завинчиванием труб на наружную поверхность охватывающего элемента 3 на расстоянии D = 5"2Q мм от плоскости ограничительного упора

5 в направлении, противоположном резьбовому концу 4, закрепляют датчик ? напряжений при помощи крепежно-. го устройства 8. Датчик 7 напряжений ориентирован таким образом, чтобы измерять продопьные деформации вдоль образующей охватывающего элемента 3.

В качестве контролируемого параметра измеряют или продольную деформацию растяжения, или продольную дефор; мацию сжатия охватывающего элемента

3 на уровне датчика 7 напряжений, или алгебраическую сумму электрических сигналов, представляющих собой, с одной стороны, приложенный момент, а с другой стороны — продольную деформацию охватывающего элемента 3 по образующей на уровне того же датчика

7 напряжений.

После достижения требуемого момента затяжки, характеризующегося алгебраической суммой электрических сигналов, соответствующих приложенному моменту и продольной деформации охватывающего элемента 3 соответственно, дополнительно к трубам прикладывают заданный момент или дополнительно свинчивают трубы на заданный угол пово5 15 рота. В процессе эавинчивания труб средствами затяжки вследствие того, что.охватываемый элемент 1 на участке резьбы 2 имеет диаметр, больший внутреннего диаметра внутренней резьбы 4 охватывающего элемента 3, по мере завинчивания охватываемого элемента 1 в охватывающий элемент 3 (до тех пор, пока поверхности ограничительных упоров 5 и 6 не придут в соприкосновение) происходит увеличение диаметра охватывающего элемента

3, что изображено на фиг.l пунктирной линией 9. Деформация (т.е ° увеличение диаметра охватывающего элемента

3) распространяется за плоскость ограничительного упора 5. Деформация охватывающего элемента 3 выражается в продольном сжатии и поперечном растяжении его наружной поверхности вдоль его образующей и в перпендикулярном ему направлении соответственно.

При окончательном завинчивании труб с требуемым моментом затяжки ограничительные упоры 5 и б охватывающего 3 и охватываемого 1 элементов взаимодействуют друг с другом, при этом происходит дальнейшая деформация наружной поверхности охватывающего элемента 3, которая изображена на фиг.2 ° пунктирными линиями 10, 1Оа. При этом кривая, изображенная пунктирной линией 10, характеризующая деформацию охватывающего элемента 3 от плоскости его упора 5 до торца, имеет такой же вид, как и на фиг.l, а изменение деформации от плоскости

I упора 5 вдоль образующей охватывающего элемента 3 в направлении, противоположном от его торца, характеризующаяся кривой 10а, имеет вид выпуклости, которая обуславливается тем, что ограничительный упор 6 охватываемого элемента 1 взаимодействует с ограничительным упором 5 охватывающего элемента 3 и перемещает последний в направлении стрелки F, На участке выпуклости кривой 10а поверхность охватывающего элемента 3 испытывает как продольное, так и поперечное растяжение.

Теоретическое изменение деформаций иа образующей охватываемого элемента 1 характеризуется кривой 11 (Фиге5)е где на оси абсцисс отклады40661 6

55 вается угол поворота между охватываемым и охватывающим элементами

1,3, а по оси ординат-величина продольных деформауий наружной поверхности охватывающего элемента 3 во время затяжки. Кривая ll имеет нисходящую ветвь на участке I, соответствующую переходу, во время которого охватывающий элемент 3 навертывается на охватываемый элемент 1 до начала контакта их ограничительных упоров 5 и 6 соответственно. При этом наружная поверхность охватывающего элемента 3 испытывает продольное сжатие, а вторая ветвь на участке

II соответствует периоду, который следует при взаимодействии ограничительных упоров 5 и 6 охватывающего 3 и охватываемого 1 элементов соответственно и отражает напряжения растяжения наружной поверхности охватывающего элемента 3 вдоль его образующей.

Теоретическое изменение деформаций на образующей охватываемого элемента 1 соединения, имеющего цилиндрическую резьбу и ограничительные упоры, характеризуется кривой 12, из которой видно, что при завинчивании труб до соприкосновения их ограничительных упоров (участок I на,ружная поверхность охватывающего элемента 3 не испытывает деформации вследствие отсутствия сил растяжения в резьбе и на следующем участке

II кривой, характеризующей завинчивание при взаимодействии ограничительных упоров, измененное напряжение растяжения поверхности охватывающего элемента 3 такое же, как и для случая завинчивания конических резьбовых соединений на участке ТТ кривой 11.

При одновременном измерении деформации наружной поверхности охватывающего элемента реального соединения и момента затяжки изменение степени деформации представлено на фиг.7.

По оси абсцисс Х откладывается относительный поворот охватывающего и охватываемого элементов, выраженный в градусах, а на оси ординат — с одной стороны, приложенный момент затяжки, с другой стороны — величина продольных деформаций . в напранлс нии образующих на наружной поверхнос ти охватывающего элемента. Эта кри1540661 вая соответствует завинчиванию стандартного соединения трубы 3,5 дюйма, 9,20 фунтов на фунт, выполненного из стали 80 VC13. Датчик 7 напряжений расположен в 7 мм от плоскости ограничительного упора с другой стороны резьбы.

Момент затяжки, характеризующийся кривой 13» увеличивается слегка, затем больше (приблизительно до 100 т/ !

/кг), когда уплотняющие поверхности, а затем ограничительные упоры входят в соприкосновение (угол поворота

270 ), достигая величины 425 м.кг, >5

В течение периода медленного и незначительного увеличения. момента затяжки наружная поверхность охватываемого элемента 1 испытывает сжатие, которое соответствует участку I кри- 20 вой 11 на фиг.5, затем резкое растяжение::, увеличивающееся одновременно с моментом затяжки, которое соответствует участку II кривой 11 на фиг.5.

На кривой 14 колебания деформаций сжатия объясняются допусками на обработку резьбы. Деформация сжатия достигает минимальной величины в .момент, когда уплотняющие поверхности и затем ограничительные упоры 5 и 6 30 доходят до соприкосновения (около

260 ), а затем максимальная деформация растяжения достигает величины

+780

Из графика видно, что при прекращении завинчивания соединения при величине растяжения +780 обеспечивается приложение правильного момента затяжки соединения с момента, когда ограничительные упоры 5 и 6 40 пришли в соприкосновение.

Можно, например, использовать момент, когда алгебраическая сумма электрических сигналов, представляющих собой, с одной стороны, моменты 45 затяжки и, с другой стороны, продольную деформацию охватывающего элемента

3, превышает незначительно заданную величину, которая соответствует сближению ограничительных упоров 5 50 и 6, чтобы приложить данный дополнительный момент затяжки или заданный поворот.

Таким образом, убедившись, что минимальное значение сжатия меньше 55 заданного (например,-2G0 ),.ìîæíî быть уверенным,. что сила завертывания на уровне резьбы не была черезмерной. формула и з о б р е т е н и я

1. Способ завинчивания резьбовых соединений для стальных труб, предназначенных для нефтяной промьппленноети и включающих охватываемый элемент с наружной резьбой и охватывающий элемент с внутренней резьбой, имеющей по крайней мере один ограничительный упор внутри охватывающего элемента для взаимодействия с ответным ему упором охватываемого элемен1 та, заключающийся в завинчнвании труб средствами затяжки резьбового элемента соединения до требуемого значения контролируемого параметра и окончания затяжки, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения эффективности затяжки за счет идентичности характеристик, в качестве контролируемого параметра измеряют или растяжение поверхности охватывающего элемента по образующей на уровне датчика, установленного и закрепленного перед затяжкой на наружной поверхности охватывающего элемента на расстоянии 5-20 мм от плоскости ограничительного упора в направлении, противоположном резьбовому концу, или продольную деформацию сжатия охватывающего элемента по образующей на уровне того же датчика, или алгебраическую сумму элект" рических сигналов, представляющих собой, с одной стороны, приложенный момент, а с другой — продольную деформацию охватывающего элемента по образующей на уровне того же датчика.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что после достижения требуемого момента затяжки, характеризующегося алгебраической суммой электрических сигналов, соответствующих приложенному моменту и продольной деформации охватывающего элемента соответственно, дополнительно к трубам прикладывают заданный момент или дополнительно свинчивают трубы на заданный угол поворота.

1540661 еФ фц . 2

154066 1

N Юа.7

Составитель Q.Ñåðãååâ

Редактор И.Циткииа Техред М.Дидык Корректор М,Кучерявая

Заказ 234 Тираж 471 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям нри ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101