Трубная резьба: Полное руководство по типам, стандартам и применению

Статьи

Полное руководство по типам, стандартам и применению

Трубная резьба – это фундаментальный элемент в современной инженерии и строительстве, обеспечивающий надежное и герметичное соединение трубопроводных систем. От водопроводных сетей до сложных промышленных трубопроводов, правильный выбор и применение трубной резьбы критически важны для безопасности, эффективности и долговечности всей системы. Эта статья представляет собой всесторонний обзор трубной резьбы, охватывающий ее типы, стандарты, особенности, инструменты для нарезки и важные ГОСТы.

Что такое трубная резьба и зачем она нужна?

Трубная резьба – это механический процесс создания спиральной нарезки на концах труб, предназначенной для соединения их между собой или с другими компонентами системы (фитингами, клапанами и т.д.). Основная задача резьбового соединения – обеспечить герметичность, выдерживать рабочее давление и температуру, а также обеспечивать возможность демонтажа для обслуживания или ремонта.

Расшифровываем стандарты трубной резьбы: метрическая, дюймовая и другие

Метрическая резьба. Метрическая резьба отличается тем, что все ее основные параметры измеряются в миллиметрах и обозначаются символом "М" по ГОСТу. Она активно используется для труб диаметром от 1 до 600 мм с шагом от 0,25 до 6 мм. Профиль такой резьбы представляет собой равносторонний треугольник с углом 60° при вершине и теоретической высотой H=0,866025404. Основные параметры метрической резьбы регулируются действующим ГОСТ 24705-2004, который был принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации, а также национальными органами по стандартизации ряда стран, включая Россию, Беларусь, Украину и другие.
Дюймовая резьба. Дюймовая резьба измеряется в дюймах и обозначается как "Тр" по ГОСТу. Она основана на британском стандарте BSW, разработанном инженером Уитвортом в 1841 году, и соответствует стандарту BSPT. Один дюйм равен 2,54 см, а графически обозначается двойным штрихом справа и сверху от числа (1" = 1 дюйм). Для дюймовой трубной резьбы размер обозначает внутренний диаметр трубы. Существует четыре варианта шага: 28, 19, 14 и 11 ниток на дюйм. Профиль дюймовой резьбы имеет более острые гребни и впадины с углом 55° и теоретической высотой H=0,960491, а вершины зубцов скруглены. Соединение метрической и дюймовой резьбы в одном соединении невозможно без специального переходника. Размеры дюймовой трубной резьбы определяются по ГОСТ 6357-81 "Основные нормы взаимозаменяемости".

Условно-дюймовая резьба. В США и Канаде широко используется условно-дюймовая резьба, или UTS (Unified Thread Standard), которая характеризуется углом 60° при вершине и теоретической высотой профиля H=0,866025P. UTS делится на несколько стандартов в зависимости от шага: UNC (Unified Coarse); UNF (Unified Fine); UNEF (Unified Extra Fine); 8UN; UNS (Unified Special) Существует два варианта: BSPP (British Standard Parallel Pipe): Параллельная резьба. BSPT (British Standard Pipe Tapered): Коническая резьба.

Профиль Эдисона (круглая резьба). Для соединения труб иногда используется круглая резьба, известная как профиль Эдисона. Ее профиль характеризуется чередованием выпуклых и вогнутых дуг с одинаковым радиусом. Этот тип резьбы применяется в соединениях, которые часто развинчиваются и свинчиваются, так как обеспечивает высокую износоустойчивость.
Цилиндрическая резьба. Цилиндрическая трубная резьба используется для соединения труб, арматуры и фитингов диаметром от 1/16 до 6 дюймов с числом ниток от 28 до 11 на дюйм. Ее нормативным документом является ГОСТ 6367-81, согласно которому маркировка должна включать букву G, размер резьбы и класс точности среднего диаметра. Для левой резьбы используется обозначение LH. Резьбовое соединение обозначается дробью, где числитель указывает класс точности внутренней резьбы, а знаменатель – наружной. Внутренняя цилиндрическая резьба по ГОСТу 6357-81 совместима с наружной конической резьбой по ГОСТу 6211-81 и соответствует стандарту BSPP.
Коническая резьба (BSPT - трапецевидная). Коническая трубная резьба используется для обеспечения герметичности и стопорения без применения ключа, что достигается за счет деформации резьбы. На сегодняшний день наиболее распространенным стандартом в зарубежной технике является метрический ISO. Однако в мире также широко используются и другие стандарты, что связано с исторически сложившимися различиями в системах мер разных стран. Использование дюймовой или метрической резьбы зависит от области применения. Например, в жилищном строительстве обычно используются трубы с цилиндрической дюймовой резьбой размером 1/4, 1/2 и 1 дюйм. Метрическая резьба применяется в промышленности. Конусная трубная резьба обеспечивает исключительную надежность соединений и используется в трубопроводах, работающих под высоким давлением, например, при газо- и нефтедобыче, на буровых установках. Американский стандарт условно-дюймовой трубной резьбы UNC 1/4 (1/4"x1.25 mm) принят во всем мире для крепления фото- и видеотехники.

Что такое BSP, BSPT и NPT?

BSP (British Standard Pipe) — это международный стандарт для трубных резьб, изначально разработанный в Великобритании.
BSPT — это разновидность резьбы BSP, которая имеет коническую форму, обеспечивающую более надежное и герметичное соединение по сравнению с параллельной резьбой. Благодаря конической форме, при затягивании резьбы создается повышенное давление на уплотнительные поверхности, что гарантирует отсутствие утечек даже при высоких давлениях.
NPT (National Pipe Thread) - это американский стандарт для конической резьбы, используемый преимущественно в Северной Америке. Обеспечивает хорошую герметичность за счет конусообразной формы.

SO и DIN: Международные стандарты, которые обеспечивают унификацию параметров резьбы по всему миру. Регламентируют размеры, шаг и профиль резьбы, обеспечивая совместимость деталей из разных стран.

Параметры соединения трубной резьбы

Диаметр: наружный диаметр (D, d) – диаметр цилиндра, описанного вокруг вершин наружной (d) или впадин внутренней резьбы (D).
Средний диаметр: (D2, d2) – диаметр цилиндра, образующая которого пересекает профиль резьбы таким образом, что её отрезки, образованные при пересечении с канавкой, равны половине номинального шага резьбы.
Шаг резьбы: шаг (Р) – расстояние между одноименными боковыми сторонами профиля, измеряется в долях метра, в долях дюйма или числом ниток на дюйм (знаменатель простой дроби, где числитель является дюймом, выраженный натуральным числом)

Внутренний диаметр (D1, d1) – диаметр цилиндра, вписанного во впадины наружной (d1) или вершины внутренней резьбы (D1)
Ход (Рh) – величина относительного перемещения исходной средней точки по винтовой линии резьбы на угол 360°.

Тип резьбы определяется формой профиля, по которым она изготовлена. Основные типы включают:

Метрическая резьба – характеризуется шагом резьбы, измеряемым в миллиметрах. Например, М10×1.5 означает метрическую резьбу с наружным диаметром 10 мм и шагом 1.5 мм.
Дюймовая резьба (Whitworth) – старый британский стандарт, отличается углом профиля в 55 градусов и радиусными вершинами и впадинами.
Дюймовая резьба (UN) – характеризуется количеством витков на дюйм и углом профиля в 60 градусов.
Трубная резьба (G, NPT) – используется для соединения труб: G – параллельная резьба, NPT – коническая резьба с углом профиля 60 градусов.

Инструменты для нарезки трубной резьбы

Резьбонарезные ножи (ручные): Используются для нарезки резьбы вручную. Требуют опыта и физической силы.

Резьбонарезные головки (машинные): Устанавливаются на труборезные станки и обеспечивают более точную и быструю нарезку резьбы.
Накаточные головки: Используются для формирования резьбы путем пластической деформации металла.
Резьбомеры: Используются для измерения шага резьбы.
Штангенциркули и микрометры: Используются для измерения диаметра резьбы.

Таблица размеров трубной резьбы

Совместить метрическую и дюймовую резьбу в одном соединении невозможно, для этого необходим специальный переходник. Размер трубной дюймовой резьбы определяется по действующему ГОСТ 6357-81 "Основные нормы взаимозаменяемости".

Выбор резьбонарезного оборудования

Выбор резьбонарезного оборудования зависит от типа и масштабов производства, материала и размеров труб, требований к точности резьбы и других факторов. Резьбу можно получить методом накатки или нарезки.
Резьбу методом накатки получают с помощью специальных резьбонарезных роликов. Для этого заготовку устанавливают между роликами с необходимым контуром резьбы и накатывают витки резьбы на резьбонакатных автоматах и полуавтоматах, а иногда на токарных и револьверных станках. Благодаря плавному распределению волн напряжения между витками за счет деформации металла, такая резьба отличается высокими механическими характеристиками и высокой производительностью. Однако точность используемых роликов должна быть на очень высоком уровне, а материал изготовления обладать повышенными механическими свойствами – чаще всего используется высоколегированные штампованные стали.
Нарезанные резьбы более просты в изготовлении, однако по механическим свойствам и пределу выносливости уступают накатанным. Это связано с наличием более острых кромок профиля и более высокого значения коэффициента напряжения.
По способу нарезки резьбы подразделяется на ручную и с помощью специального станка. При ручной нарезке используются специальные приспособления: метчик (для внутренней трубной резьбы) и плашки (для наружной трубной резьбы), или специальный резьбонарезной ручной инструмент – клупп, осуществляющий нарезку с помощью подвижных регулируемых гребенчатых резцов. Ручную нарезку рекомендуется производить при диаметрах труб до 1 дюйма, так как большие диаметры требуют значительно больших физических усилий.
Для больших нагрузок и объемов работ сегодня существует огромный выбор надежного резьбонарезного инструмента: от переносных электрорезьбонарезных инструментов до специальных станков, способных справиться с нарезкой резьбы любого типа на трубах всевозможных диаметров из любых материалов. Это оборудование обеспечивает высокую точность и производительность, что значительно повышает эффективность производственных процессов.

Заключение

Трубная резьба является важнейшим элементом современных инженерных систем, обеспечивающим надежное и герметичное соединение трубопроводов. Правильный выбор типа резьбы, её параметров и метода нарезки напрямую влияет на безопасность, эффективность и долговечность всей трубопроводной системы. Существует широкий спектр типов резьбы - от традиционных цилиндрических и конических до метрических, каждый из которых имеет свои специфические особенности и области применения. При этом выбор метода нарезки резьбы (накатка или нарезка) и соответствующего оборудования зависит от множества факторов: масштабов производства, материала труб, требуемой точности и диаметра.
Современные технологии позволяют достигать высокой точности и производительности как при ручной, так и при механической нарезке резьбы. Важно отметить, что соблюдение установленных стандартов и ГОСТов при работе с трубной резьбой гарантирует совместимость элементов трубопроводных систем и их надежную работу в течение длительного времени. Таким образом, глубокое понимание особенностей различных типов резьбы и методов их нарезки является ключевым для успешного проектирования и монтажа трубопроводных систем различного назначения.