CONEXIÓN DE ROSCA EN CUÑA DE TIPO ABIERTO.

El uso de roscas de tornillo para conectar juntas de conducto entre sí a fin de transportar fluido, es una técnica muy antigua que ha progresado durante cientos de años en un esfuerzo por satisfacer necesidades periódicas de conexiones de conducto selladas mejores y más resistentes. Los requisitos de rendimiento para conexiones de conducto roscadas aún varían ampliamente hoy en día, tal como para tuberías domésticas con una presión de fluido de menos de 551,58 kPa virtualmente sin cargas mecánicas, a tuberías de pozos petrolíferos que puede requerirse que contengan una presión de gas superior a 103,42 mPa y de forma simultánea, soporten cargas mecánicas extremas y resistan amplias fluctuaciones de temperatura. Debido a la histórica debilidad de las conexiones de conducto roscado y su tendencia a aflojarse, tener fugas, y o romperse, su uso en plantas industriales y refinerías se ha visto limitado por los Códigos Industriales a tamaños de conducto muy pequeños y bajas presiones. No obstante, debido a que no hay una conexión de conducto alternativa razonable para su uso dentro de los tamaños de orificio muy limitados perforados para pozos petrolíferos y de gas, las conexiones de conducto roscado aún se usan hoy en día, de modo que la mayor parte de la investigación y del desarrollo acerca de las conexiones de conducto se ha orientado hacia tal uso. En 1939 el API adoptó la conexión de rosca 8Rd para conectar las juntas de las tuberías y las tuberías de revestimiento de la API que aún se usan para conectar alrededor de un 80 % de los conductos petrolíferos de hoy en día. La patente del presente solicitante 5.427.418 presentada en 1992 explicaba por que las Conexiones 8Rd de la API se aflojan y tienen fugas y el API Item 2239 Work Group descubrió ese hecho en 1995 y recientemente adoptó algunos principios del documento 5.427.418 en el documento SR17 Supplemental Requisites for API LTC Connections with Specified Performance de la API. En un esfuerzo para proporcionar conexiones de conducto que sellen mejor que las Conexiones 8Rd de la API, se desarrollaron conexiones de conducto Mejoradas especiales por otros numerosos grupos que adoptaron labios de sellado anulares finos en el extremo de sus roscas macho tal como se describe en la patente de los Estados Unidos 4.613.717 que era en sí misma, una variación de la patente de los Estados Unidos 2.766.998 que introdujo sellos de metal asistido por presión, de alta presión y de alta temperatura fiable probados en los sectores industriales nuclear y espacial así como en los sectores industriales petrolífero y de gas. No obstante, tales sellos cuando se usan en las conexiones de conducto de pozo petrolífero están plagados con diversos problemas graves tales como: fuga debida a daño en el labio; costes excesivos; y pérdida de la eficiencia de la conexión cuando se usan en conexiones a nivel debido a que el espesor de la pared del conducto para soportar cargas axiales se reduce para formar el labio y su superficie de sellado correspondiente. Hoy en día, la mayor parte de los expertos en el campo cree que se requiere un sello de labio debido a que las roscas de conducto no pueden sellar presiones de gas por encima de 10.000 psi. Ha habido una confusión considerable en el sector acerca de qué constituye una prueba de cualificación fiable para conexiones de conducto roscado, lo que ha dado como resultado demasiadas reivindicaciones de ventas que reflejan esperanzas más que hechos. La nueva norma ISO 13679 promete terminar con ese problema porque permite elegir los índices de eficiencia en % en relación con los índices de conducto para los que una conexión va a probarse y para los que va a cualificarse, sometida a combinaciones de: presión interna; presión externa; tensión; compresión; flexión; temperatura; y la elección de agua o gas como el fluido de presurización. También especifica los procedimientos de prueba que miden de forma precisa la capacidad de rendimiento. Por lo tanto, se espera que el número de nuevas conexiones ofrecidas a la venta disminuya a la vista de tales normas restrictivas, pero que el progreso real debería aumentar debido a que los usuarios pueden por primera vez, dar comienzo a un uso inmediato de una nueva conexión cualificada por la ISO con confianza. La solicitud para la presente invención se hace con la comprensión de lo anterior en mente. Para los fines de la presente invención, las siguientes definiciones se aplican. Ángulo de flanco = el ángulo agudo en un plano que coincide con el eje del conducto medido entre un flanco de rosca macho y un plano colocado a 90 grados con respecto al eje, siendo el ángulo positivo si el flanco está orientado en dirección opuesta al eje, siendo el ángulo negativo si el flanco está orientado hacia el eje. Ángulo incluido = la suma algebraica del ángulo de flanco de inserción y del ángulo de flanco de carga. Vuelta de rosca = una parte de 360 grados de una rosca de tornillo. Macho = un extremo roscado de conducto macho, siendo la vuelta de rosca de diámetro más pequeño la primera vuelta de rosca. Hembra = un extremo roscado de conducto hembra formado para hacerse corresponder con roscas macho, siendo la vuelta de rosca de diámetro más grande la primera vuelta de rosca. Rosca en cuña = una forma de rosca de tornillo que tiene una cresta, una raíz, un flanco de inserción y un flanco de 2 carga, estando el flanco de carga formado en un ángulo helicoidal más grande de lo que lo es el flanco de inserción de tal modo que la longitud axial de la cresta es más pequeña en el inicio de la primera vuelta de rosca, aumentado la longitud de la cresta gradualmente hasta una longitud axial máxima en el extremo de la última vuelta de rosca, de tal modo que la hembra y el macho pueden enroscarse entre sí hasta una posición de ajuste completo deseada en la que, tanto los flancos de inserción como los flancos de carga entran en contacto y quedan calzados contra sus flancos correspondientes respectivos y de ese modo se evita un ajuste adicional de la conexión. Rosca atrapada = una forma de rosca que tiene un ángulo incluido negativo. En el caso de que los flancos tuvieran perfiles diferentes a líneas rectas, se considerará que el ángulo de flanco efectivo es una línea recta que se extiende a partir de la cresta hasta la raíz de cada flanco respectivo. Rosca abierta = una forma de rosca que tiene un ángulo incluido no menor que cero, al contrario que una rosca en cuña atrapada que tiene un ángulo incluido negativo que es menor que cero. Sello de metal con metal = contacto continuo de una superficie no roscada formado completamente alrededor de una parte de una hembra o de un macho para su cooperación con una superficie correspondiente del otro, a fin de efectuar un sellado frente a fluido que va a transportarse por la conexión. Espesor de pared macho = una magnitud medida de forma radial a la mitad de la longitud de las roscas enganchadas, que se extiende a partir del diámetro de paso de rosca macho al orificio macho. Espesor de pared hembra = una magnitud medida de forma radial a la mitad de la longitud de las roscas enganchadas, que se extiende a partir del diámetro de paso de rosca hembra al diámetro exterior hembra. Paso de inserción = longitud axial entre flancos de inserción separados una vuelta de rosca. Paso de carga = longitud axial entre flancos de carga separados una vuelta de rosca. Conexión de resistencia completa = una conexión de conducto que se sellará y no se romperá sometida a cualquier combinación de cargas a la que no se supere el límite elástico de la VME del cuerpo del conducto. Magnitud de espesor de puente = la anchura de hueco máxima formada entre roscas ensambladas correspondientes, que sellará la grasa para enroscar usada en las roscas. Área crítica macho = el área en sección transversal del macho en un plano perpendicular con respecto al eje, estando el plano colocado en el extremo de diámetro grande de enganche de rosca. Área crítica hembra = el área en sección transversal de la hembra en un plano perpendicular con respecto al eje, estando el plano colocado en el extremo de diámetro pequeño del enganche de rosca. Técnica anterior ES 2 368 032 T3 La patente de los Estados Unidos 1.474.375 a nombre de Moore da a conocer una forma primitiva de una rosca atrapada pero no de una rosca en cuña, que se sella después del ensamblaje comprimiendo un elemento maleable entre las roscas correspondientes. La patente de los Estados Unidos 2.006.520 a nombre de Stone da a conocer una forma distinta de una rosca en cuña cuadrada y sellos en otras partes como en 39, 20 y 28, para una eficiencia de junta a nivel de la conexión que puede ser de un 53 %, en la columna 8 línea 10. El documento de Stone no reivindica ningún sello de rosca como resulta evidente en la columna 3 líneas 5 a 9, en la columna... [Seguir leyendo]

1. Una conexión de conducto roscado para su ensamblaje con el uso de grasa para enroscar a fin de conectar y sellar juntas de conducto para transportar fluidos presurizados, teniendo la conexión una hembra (2) y un macho (1) formados con roscas en cuña correspondientes, teniendo las roscas hembra crestas (21), raíces (8), flanco (4) de inserción, flancos (6) de carga, teniendo las roscas macho crestas (7), raíces (20), flancos (3) de inserción y flancos (5) de carga, y un ángulo (35) incluido medido entre el flanco de carga y el flanco de inserción, en la que las roscas son roscas en cuña abiertas, de tal modo que el ángulo incluido no es menor que cero grados. 2. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 1, en la que el ángulo (35) incluido se mide en el hueco entre cada conjunto de flancos de carga y de inserción, en la que la raíz (8) hembra y la cresta (7) macho comprenden un conjunto exterior de superficies cooperantes, y la cresta (21) hembra y la raíz (36) macho comprenden un conjunto interior de superficies cooperantes, estando las roscas recubiertas con grasa para enroscar adecuada para sellar y lubricar entre las roscas correspondientes, y existiendo una magnitud (22) de espesor de puente que define el hueco más ancho que la grasa sellará entre las roscas correspondientes; estando la conexión dimensionada de tal modo que cuando se obtiene una posición de ajuste completo todos los flancos están en contacto con sus flancos correspondientes; estando los diámetros de las raíces y las crestas dimensionados de tal modo que antes de que se obtenga la posición de ajuste completo durante el ensamblaje, se inicia una interferencia radial íntima entre un par de superficies cooperantes de tal modo que en la posición de ajuste completo, existe una magnitud deseada de interferencia radial entre las mismas a fin de mantener el contacto íntimo entre las mismas, y existe un hueco entre el otro par de superficies cooperantes, siendo el hueco de una magnitud no más grande que la magnitud de espesor de puente. 3. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, en la que las roscas son roscas de sección decreciente. 4. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, en la que las roscas son roscas cilíndricas. 5. Una conexión de conducto roscado de acuerdo con la reivindicación 3, en la que el ángulo (35) incluido es de cero grados. 6. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que el ángulo incluido no es mayor de dos veces el ángulo de fricción que actúa entre las roscas correspondientes. 7. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que, tras el ajuste, los flancos correspondientes de las roscas en cuña ejercen una fuerza de calzado contra sus flancos correspondientes, teniendo la fuerza de calzado tanto una componente axial como una componente radial, y en la que el ángulo (35) incluido es mayor de dos veces el ángulo de fricción que actúa entre las roscas correspondientes; teniendo la pared (24) hembra y la pared (25) macho suficiente resistencia de reserva, además de la resistencia que se requiere para soportar el par de fuerzas de ajuste deseado y todas las otras cargas de funcionamiento, no sometiéndose las paredes a un esfuerzo más alto que el esfuerzo de diseño límite, a fin de evitar la separación de las roscas correspondientes sobre las que hace presión la componente radial de la fuerza de calzado. 8. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que las roscas se recubren con grasa para enroscar adecuada para sellar y lubricar entre las roscas correspondientes, y no hay hueco entre las roscas correspondientes más ancho que la magnitud (22) de espesor de puente. 9. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que una interferencia (M) diametral entre las roscas correspondientes en un punto (23) intermedio de enganche de rosca, cuando se encuentra en la posición de ajuste completo, es sustancialmente igual a dos tercios del diámetro (D) de conducto exterior multiplicado por el límite elástico unitario de material del conducto (Y), todo ello dividido por el módulo de elasticidad (E) del material del conducto, (M = 2/a × D × Y/E). 10. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3 en la que las roscas en cuña correspondientes tienen una longitud axial predeterminada de enganche de rosca, teniendo las roscas una cresta (7), raíces (8), flancos (3) de inserción y flancos (5) de carga, una longitud de paso axial de flanco de inserción y una longitud de paso axial de flanco de carga, y la longitud (9) axial más pequeña de la primera cresta (7) de rosca macho es sustancialmente igual a la longitud (11) axial más pequeña de la primera cresta (16) de rosca hembra, a fin de maximizar el número de vueltas de rosca dentro de la longitud del enganche de rosca para esa longitud de cresta axial más pequeña. 11. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que la disminución en la sección de la rosca no es más de 0,25. 12. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que las crestas (7) y las raíces (8) están colocadas en paralelo al eje de la conexión. ES 2 368 032 T3 13. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que las roscas se recubren con grasa para enroscar, para sellar y lubricar entre las roscas correspondientes; existiendo una magnitud (22) de espesor de puente que define el hueco más ancho que la grasa sellará entre las roscas correspondientes; la anchura radial del flanco (6) de carga hembra es más grande que la anchura radial del flanco (5) de carga macho, pero no por más que la magnitud de espesor de puente; la anchura radial del flanco (4) de inserción hembra es más grande que la anchura radial del flanco (3) de inserción macho, pero no por más que la magnitud de espesor de puente. 14. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que las roscas se recubren con grasa para enroscar, para sellar y lubricar entre las roscas correspondientes; la rosca hembra está formada en una disminución en la sección ligeramente más grande que la disminución en la sección de la rosca macho de tal modo que cuando se inicia el ensamblaje de la conexión, la primera vuelta de rosca de la rosca macho (10) entrará en contacto con una vuelta de rosca hembra alrededor de su periferia antes de que cualquier otra vuelta de rosca macho lo haga, después de lo cual a medida que el ajuste continúa, otras roscas macho entrarán en contacto sucesivamente con las roscas hembra alrededor de su periferia y de ese modo dará lugar a que sustancialmente toda la grasa en exceso se extruya progresivamente hacia el extremo de diámetro grande, de entre las roscas correspondientes tras alcanzar la posición de ajuste completo para la conexión. 15. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que los flancos de inserción tienen una longitud de paso axial constante, los flancos de carga tienen una longitud de paso axial constante más grande en magnitud que la longitud de paso axial de flanco de inserción, siendo una longitud de paso axial media igual al promedio matemático de las longitudes de paso axial del flanco de inserción y del flanco de carga, siendo la longitud axial (9) de la cresta de rosca en el inicio de la primera vuelta de rosca (10) una primera magnitud, siendo la longitud de paso axial de flanco de carga menos la longitud de paso de flanco de inserción axial igual en magnitud a una segunda magnitud y en la que: la longitud de paso axial media es sustancialmente igual al cuadrado de la primera magnitud, más la segunda magnitud multiplicada por la longitud de las roscas enganchadas, todo ello elevado a la potencia 0,5, más la primera magnitud. 16. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que la anchura radial del flanco (3) de inserción es sustancialmente igual a la mitad de la longitud de paso axial media multiplicada por la disminución en la sección de la rosca, más la anchura radial del flanco (5) de carga. 17. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que el paso axial del flanco (5) de carga menos el paso axial del flanco (3) de inserción, es sustancialmente igual a la suma de, 0,0025 pulgadas (0,0635 mm) más, 0,00036 multiplicado por el diámetro exterior del conducto. 18. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 15, en la que la longitud de paso axial del flanco (5) de carga es sustancialmente igual a la longitud de paso axial media más la mitad de la segunda magnitud; y la longitud de paso axial de flanco de inserción es sustancialmente igual a la longitud de paso axial media menos la mitad de la segunda magnitud. 19. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que el ángulo de flanco de inserción es positivo, y el ángulo de flanco de carga es negativo. 20. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que el ángulo de flanco de inserción es negativo; y el ángulo de flanco de carga es positivo. 21. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que el macho tiene una superficie (97) de sellado externa formada alrededor de su periferia junto al extremo de diámetro pequeño de la rosca a fin de cooperar con una superficie (98) de sellado correspondiente formada dentro de la hembra correspondiente junto al extremo de diámetro pequeño de la rosca a fin de formar de ese modo forma un sello de metal con metal frente a la presión de fluido desde el interior de la conexión. 22. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 3, en la que el macho tiene una superficie (93) de sellado externa formada alrededor de su periferia junto al extremo de diámetro grande de la rosca a fin de cooperar con una superficie (95) de sellado correspondiente que se forma dentro de la hembra correspondiente junto al extremo de diámetro grande de la rosca a fin de formar de ese modo un sello de metal con metal frente a la presión de fluido desde el exterior de la conexión. 23. Una conexión de conducto roscado tal como se reivindica en la reivindicación 14, en la que la interferencia de rosca diametral en el extremo (10) de diámetro pequeño de las roscas enganchadas es más grande que la interferencia de rosca diametral en el extremo (12) de diámetro grande de las roscas enganchadas en una cantidad sustancialmente igual al diámetro (23) medio de rosca multiplicado por dos milésimas de una pulgada. 16 ES 2 368 032 T3 17 ES 2 368 032 T3 18 ES 2 368 032 T3 19