Трубная резьба

Трубная резьба — это резьба, нарезанная на поверхности труб, фитингов и других деталей трубопроводов, предназначенная для обеспечения герметичного и прочного соединения элементов трубопроводной арматуры. В отличие от крепёжной резьбы, основная функция трубной резьбы — не столько фиксация деталей от смещения, сколько создание плотного, непроницаемого для жидкости или газа стыка. Трубная резьба является стандартизированным элементом, что обеспечивает взаимозаменяемость деталей различных производителей.

История

Первые попытки стандартизировать резьбовые соединения для труб относятся к XIX веку, с развитием паровых машин и водопроводных сетей. До этого трубы соединялись в основном сваркой, пайкой или на муфтах с заливкой свинцом.

В 1841 году британский инженер Джозеф Уитворт (Joseph Whitworth) предложил систему резьб с углом профиля 55°, которая стала основой для британского стандарта трубной резьбы (BSP — British Standard Pipe). Этот стандарт, известный как резьба Уитворта, быстро распространился в странах Британской империи и Европе.

В США в 1864 году Уильям Селлерс (William Sellers) разработал систему резьб с углом профиля 60°, которая легла в основу американского национального стандарта (NPT — National Pipe Thread). Различие в углах профиля (55° и 60°) стало причиной несовместимости британской и американской систем.

В России и СССР исторически применялась метрическая резьба, однако для трубопроводов была принята система, близкая к британской (BSP), но с собственными стандартами (ГОСТ). В настоящее время в Российской Федерации действуют ГОСТ 6357-81 (цилиндрическая трубная резьба) и ГОСТ 6211-81 (коническая трубная резьба), которые гармонизированы с международными стандартами ISO.

Классификация

Трубная резьба классифицируется по нескольким признакам.

По форме профиля

• Цилиндрическая резьба (обозначается буквой G в международной системе и буквой R в российской системе для конической). Профиль нарезан на цилиндрической поверхности. Герметичность соединения достигается за счёт уплотнительных материалов (лён, ФУМ-лента, герметики).
• Коническая резьба (обозначается буквой R для наружной и Rc для внутренней в российской системе, NPT в американской). Профиль нарезан на конической поверхности с конусностью 1:16 (на каждые 16 мм длины диаметр уменьшается на 1 мм). Герметичность достигается за счёт деформации витков при затяжке, что позволяет обходиться без уплотнителей в некоторых применениях.

По системе стандартов

• Британская трубная резьба (BSP) — цилиндрическая (BSPP) и коническая (BSPT). Угол профиля 55°. Широко распространена в Европе, Азии, Австралии.
• Американская трубная резьба (NPT) — коническая, угол профиля 60°. Основной стандарт в США и Канаде.
• Метрическая трубная резьба — используется редко, в основном в специальных отраслях (например, в оптике или пневматике высокого давления). Угол профиля 60°.

По направлению

• Правая резьба — затяжка осуществляется вращением по часовой стрелке. Наиболее распространённый тип.
• Левая резьба — затяжка осуществляется вращением против часовой стрелки. Используется в тех случаях, где правая резьба может самопроизвольно открутиться (например, на газовых баллонах, в некоторых узлах вращающегося оборудования). Обозначается буквами LH (Left Hand).

Основные параметры и обозначения

Трубная резьба характеризуется следующими параметрами:

• Номинальный диаметр (DN) — условный проход трубы в миллиметрах (например, DN 15, DN 20). В дюймовых системах (BSP, NPT) номинальный размер указывается в дюймах (например, 1/2", 3/4"). Важно: номинальный диаметр не равен наружному диаметру резьбы, а примерно равен внутреннему диаметру трубы.
• Наружный диаметр резьбы (d) — диаметр по вершинам витков.
• Внутренний диаметр резьбы (d1) — диаметр по впадинам витков.
• Шаг резьбы (P) — расстояние между соседними витками, измеренное вдоль оси. В дюймовых системах шаг часто задаётся числом витков на дюйм (TPI — Threads Per Inch).
• Угол профиля — угол между боковыми сторонами витка. Для BSP — 55°, для NPT и метрической — 60°.
• Конусность — для конических резьб (1:16).

Примеры обозначений

• G 1/2" — цилиндрическая трубная резьба BSPP, номинальный диаметр 1/2 дюйма (наружный диаметр резьбы — 20,955 мм, шаг — 14 ниток на дюйм, то есть 1,814 мм).
• R 3/4" — коническая наружная резьба BSPT, номинальный диаметр 3/4 дюйма.
• Rc 1" — коническая внутренняя резьба BSPT.
• 1/2" NPT — коническая резьба по американскому стандарту, номинальный диаметр 1/2 дюйма (наружный диаметр — 21,223 мм, шаг — 14 ниток на дюйм).
• M20×1,5 — метрическая трубная резьба (используется редко).

Устройство и принцип работы

Соединение на трубной резьбе состоит из двух деталей: одна с наружной резьбой (например, конец трубы или штуцер), другая с внутренней резьбой (например, муфта или корпус вентиля). При сборке детали свинчиваются, и витки резьбы входят в зацепление.

В цилиндрической резьбе герметичность обеспечивается за счёт заполнения зазора между витками уплотнительным материалом (лён с суриком, ФУМ-лента, анаэробные герметики). В конической резьбе герметизация происходит за счёт радиальной деформации витков при затяжке — металл «схлопывается», и зазор становится минимальным. В некоторых конструкциях (например, в резьбе NPT) допускается работа без уплотнителя, но на практике его часто используют для надёжности.

Применение

Трубная резьба является основным способом соединения в следующих областях:

• Водоснабжение и отопление — соединение труб, радиаторов, кранов, смесителей, фильтров. В жилых и промышленных зданиях.
• Газоснабжение — соединение газовых труб, газовых плит, котлов, счётчиков. Требования к герметичности особенно высоки.
• Нефтяная и газовая промышленность — соединение трубопроводов на буровых установках, в системах сбора и транспортировки нефти и газа. Здесь часто применяются специальные резьбы (например, API-резьба).
• Пневматика и гидравлика — соединение шлангов, цилиндров, клапанов, насосов.
• Сантехника — сборка систем канализации (хотя там чаще используют раструбные соединения с резиновыми уплотнителями, резьба применяется для подключения унитазов, сифонов).
• Машиностроение — в системах охлаждения, смазки, подачи топлива.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Простота сборки и разборки — не требует специального инструмента (кроме ключей).
• Взаимозаменяемость — стандартизация позволяет использовать детали разных производителей.
• Надёжность — при правильной сборке выдерживает высокое давление (до десятков атмосфер).
• Ремонтопригодность — повреждённую резьбу можно восстановить плашкой или метчиком.

Недостатки

• Ограничение по давлению и температуре — при очень высоких давлениях (сотни атмосфер) или температурах (свыше 300°C) резьбовые соединения могут терять герметичность.
• Коррозия — резьба является концентратором напряжений и местом, где коррозия развивается быстрее.
• Требование к уплотнению — цилиндрическая резьба требует обязательного использования уплотнительных материалов, что увеличивает время сборки.
• Износ — при многократных сборках-разборках витки истираются, и соединение теряет герметичность.

Интересные факты

• В СССР и России до сих пор используется дюймовая система для трубной резьбы, хотя в остальных отраслях промышленности (кроме авиации и некоторых специальных) давно перешли на метрическую. Это связано с исторической преемственностью и огромным парком оборудования.
• Резьба NPT и BSPT несовместимы из-за разного угла профиля (60° против 55°). Свинчивание возможно, но герметичность не гарантируется, и соединение может быть ненадёжным. Для перехода используются специальные переходники.
• В некоторых странах (например, в Японии) используется собственная система трубной резьбы (JIS), которая близка к BSP, но имеет свои нюансы.
• В космической технике и атомной энергетике резьбовые соединения труб часто дополнительно обвариваются или фиксируются специальными стопорами, чтобы исключить самопроизвольное откручивание от вибрации.

Источники

• ГОСТ 6357-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная цилиндрическая».
• ГОСТ 6211-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная коническая».
• ISO 7-1:1994 «Pipe threads where pressure-tight joints are made on the threads — Part 1: Dimensions, tolerances and designation».
• ASME B1.20.1-2013 «Pipe Threads, General Purpose (Inch)».
• Бирюков А.И. «Детали машин и основы конструирования». — М.: Машиностроение, 2015.
• Справочник конструктора-машиностроителя / Под ред. В.И. Анурьева. — 9-е изд. — М.: Машиностроение, 2006.