Typer og betegnelser for rørgevindtyper og betegnelser

Udgivet med tilladelse fra Colder Products Company

Oversigt

Der er udviklet forskellige typer af gevind til fastgørelse og hydrauliske systemer. Af særlig betydning er plast-til-metal-, koniske/parallelle gevindforbindelser i hydrauliske kredsløb. Der gives en diskussion og anbefalinger for at skabe bevidsthed om de forskellige typer af tråde og deres anvendelse.

Udvikling

I det 19. århundrede var der behov for mange forskellige typer skruegange til hydrauliske og pneumatiske kredsløb samt til fastgørelse af komponenter. Som følge heraf begyndte producenterne at udvikle deres egne fastgørelsessystemer. Dette resulterede i kompatibilitetsproblemer. Den engelske maskiningeniør og opfinder Sir Joseph Whitworth udviklede i 1841 et ensartet gevindskæringssystem for at løse problemet med uforenelighed. Whitworths gevindform er baseret på en gevindvinkel på 55 grader med afrundede rødder og kamme.

I Amerika satte William Sellers standarden for møtrikker, bolte og skruer, som blev til det nationale rørkoniske gevind (NPT) i 1864. Hans 60 graders gevindvinkel, som blev brugt af de tidlige amerikanske urmagere, muliggjorde den amerikanske industrielle revolution. Disse gevindformer blev senere den amerikanske nationale standard.

Whitworth-gevindformen blev valgt som et forbindelsesgevind til rør, som blev gjort selvtættende ved at skære mindst ét af gevindet på en konisk vinkel. Dette blev kendt som British Standard Pipe thread (BSP Taper eller BSP Parallel thread). Whitworth-gevindet anvendes nu internationalt som standardgevind til samling af rør med lavt kulstofindhold i stål.

Den bedst kendte og mest udbredte forbindelse, hvor rørgevindet både udgør den mekaniske forbindelse og den hydrauliske tætning, er det amerikanske National Pipe Tapered Thread eller NPT. NPT har et konisk han- og hungevind, som tætnes med PTFE-bånd eller fugemasse.

Rørgevind, der anvendes i hydrauliske kredsløb, kan opdeles i to typer:

• a) Samling af gevind – er rørgevind til samlinger, der gøres tryktætte ved tætning på gevindet, og er koniske udvendige gevind og parallelle eller koniske indvendige gevind. Tætningsvirkningen forbedres ved at anvende en fugemasse.
• b) Fastgøringsgevind – er rørgevind, hvor der ikke laves tryktætte samlinger på gevindet. Begge gevind er parallelle, og tætningen sker ved at komprimere et blødt materiale på det ydre gevind eller en flad pakning.

Størrelser

Rørgevindstørrelser er baseret på en indvendig diameter (ID) eller flowstørrelse. For eksempel identificerer ”1/2-14 NPT” et rørgevind med en nominel indvendig diameter på 1/2 tomme og 14 gevind pr. tomme, fremstillet i henhold til NPT-standarden. Hvis der tilføjes ”LH”, har røret et venstre gevind. De mest almindelige globale former for rørgevind er:

NPT	American Standard Pipe Taper Thread (Amerikansk standardrørkonisk gevind)
NPSC	American Standard Straight Coupling Pipe Thread (Amerikansk standard lige koblingsrørgevind)
NPTR	American Standard Taper Railing Pipe Thread (Amerikansk standardskinne konisk gevind)
NPSM	American Standard Straight Mechanical Pipe Thread (Amerikansk standard lige mekanisk rørgevind)
NPSL	American Standard Straight Locknut Pipe Thread (Amerikansk standard lige låsemøtrik med rørgevind)
NPTF	American Standard Pipe Thread Tapered (Amerikansk standard konisk rørgevind (tørtætning))
BSPP	British Standard Pipe Thread Parallel (Britisk standard rørgevind parallelt)
BSPT	British Standard Pipe Thread Tapered (Britisk standard konisk rørgevind)

Plastik sprøjtestøbte gevindformer fremstilles i henhold til ANSI B2.1 og SAE J476 standarder.

Ordet ”konisk” i flere af de ovennævnte navne peger på den store forskel mellem mange rørgevind og gevind på bolte og skruer. Mange rørgevind skal ikke blot udgøre en mekanisk samling, men også en tæt hydraulisk tætning. Dette opnås ved, at den koniske gevindform på hangevindet passer til gevindformen på det koniske hungevind, og ved at der anvendes rørtætningsmiddel til at udfylde eventuelle hulrum mellem de to gevind, som kan forårsage en spiralformet lækage. Bundstykket af gevind er ikke på en cylinder, men på en kegle; det er konisk. Konikken er 1/16 tomme i en tomme, hvilket er det samme som 3/4 tomme i en fod.

På grund af konus kan et rørgevind kun skrues ind i et fittings et vist stykke, før det sætter sig fast. Standarden angiver denne afstand som længden af håndfast indgreb, dvs. den afstand, som rørgevindet kan skrues ind med hånden. Den angiver også en anden afstand – den effektive gevindlængde, dvs. den længde af gevindet, der sikrer tætningen på et konventionelt bearbejdet rørgevind. For arbejdere er det i stedet for disse afstande mere praktisk at vide, hvor mange omdrejninger der skal foretages i hånden og hvor mange med en skruenøgle. En simpel tommelfingerregel for montering af koniske rørgevind – både metal og plast – er fingerspænding plus en til to omdrejninger med en skruenøgle. Drejningsmoment installationsværdier kan bestemmes for hver anvendelse, men på grund af de variationer, der er involveret i rørforbindelser såsom ulige materialer af han- og hungevind, anvendt type fugemasse og interne variationer i produktets vægtykkelse, en specifikation for standard-drejningsmomentet kan ikke anvendes generisk.

Denne tabel viser de afstande og det antal omdrejninger, der kræves i standarden. Der er tilladt en tolerance på plus eller minus én omdrejning, og i praksis skæres gevind ofte rutinemæssigt kortere end angivet i standarden. Alle dimensioner er angivet i tommer.

American Standard Taper Pipe External Thread (Amerikansk standardrør konisk eksternt gevind)

Nominel størrelse	Faktisk udvendig diameter	Gevind pr. tomme	Længde af indgreb (strammet i hånden)	Længde af effektivt gevind
1/8	0,407	27	0,124 ≈ 3,3 omdrejninger	0,260
1⁄4	0,546	18	0,172 ≈ 3,1 omdrejninger	0,401
3/8	0,681	18	0,184 ≈ 3,3 omdrejninger	0,408
1/2	0,850	14	0,248 ≈ 3,4 omdrejninger	0,534
3/4	1,060	14	0,267 ≈ 3,7 omdrejninger	0,546
1	1,327	11,5	0,313 ≈ 3,6 omdrejninger	0,682

Koniske/parallelle gevindforbindelser

På trods af de standarder, der er indført for at opretholde ensartede fittings, er koniske rørgevind ikke nøjagtige, og under brug og reparation kan gevindet blive beskadiget og udsat for lækage. Området, hvor gevindets top og rod mødes, kan danne en spiralformet lækagebane, som ikke kan fjernes ved stramning.

En tryktæt samling opnås ved den kompression i gevindet, der opstår ved tilspænding. Denne kompression og tætning sker i de første få omgange af det indvendige gevind. Når der skrues, deformeres materialet fra både det indvendige og det udvendige gevind ind i hinanden. Dette sikrer fuld gevindkontakt, hvilket minimerer spirallækager. Variationer mellem sprøjtestøbt plast og maskinbearbejdet metal kan forekomme på grund af forskellige fremstillingsprocesser.

Rørgevind blev oprindeligt designet som maskinbearbejdede gevindformer. Med brugen af termoplast og sprøjtestøbning af plast til fremstilling af rørgevindforme af plast gør formkrympning og plastsænkning det vanskeligt at sikre lækagefri samlinger. Derfor anbefales det at anvende et PTFE-baseret tætningsmiddel på alle rørgevind af plast. Den mest almindelige form for tætningsmiddel er PTFE-bånd, der er viklet 2 til 3 omgange rundt om det udvendige gevind før montering. Flydende PTFE-baserede tætningsmidler anvendes også med succes til at sikre en tryktæt forsegling. Det er altid vigtigt at være forsigtig ved påføring af tætningsmidler for at undgå, at tætningsmaterialet kommer ind i systemets flowvej.

De følgende afsnit viser eksempler på, hvordan forskellige gevind anvendes, og på problemer, der kan opstå i forbindelse med forsøg på at skabe en tætningsfri forbindelse.

Når et BSPT konisk hangevind spændes fast i et lige hungevind (BSPP), kan der kun laves tætning i bunden af hunporten med 1 eller 2 gevind. Se figur 1. Tætningen er kompromitteret på grund af den manglende kontrol af gevindformen i BSP-specifikationerne. Variation i toppene og rødderne kan forårsage en uoverensstemmelse i gevindet og skabe en spiralformet lækage. Der kræves gevindtætningsmiddel for at tætne denne kombination.

Hvis du bruger både koniske han- og hun-BSPT-gevind, er der bedre mulighed for at tætne, da du nu tilpasser konus på han- og hungevindet. Se figur 2. Dette giver flere gevind en chance for at tætne mod spiralformet lækage. Der mangler stadig kontrol af kammen og roden, men med gevindtætningsmiddel ville det være lettere at opnå en tryktæt samling.

Der er blevet indført en række variationer af NPT-gevindet for at løse problemet med spiraludsivning, og de er kendt som Dryseal-gevind (se SAE-standard J476). Den mest kendte er NPTF (F for Fuel). Ved denne gevindkonstruktion er der kontrol på toppen og rødderne af både han- og hungevindet for at sikre, at toppen knuser eller forskyder materiale ind i roden af det matchende gevind. Samlingspasset mellem toppen af det ene gevind og roden af det andet gevind, sammen med at gevindflankerne passer sammen, sikrer mod spiraludsivning.

En variant af Dryseal-gevindet er NPSF (National Pipe Straight Fuel). Den anvendes til indvendige gevind, og et NPTF-udvendigt gevind kan skrues ind i den for at opnå en tilfredsstillende mekanisk forbindelse og en hydraulisk tætning. Kombinationen af et parallelt og konisk gevind betragtes ikke som ideel, men anvendes i vid udstrækning. Hurtigkoblinger af plast af høj kvalitet anvender typisk NPT-gevind.

Et andet konisk gevind er British Standard Pipe Taper, eller BSP, som er omfattet af British Standard 21. BSP-gevind anvendes almindeligvis til lavtryksinstallationer, men anbefales ikke til hydrauliske systemer med mellem- og højtryk. Denne form anvender Whitworth-gevind med en vinkel på 55° og en konus på 1 i 16. Den kan ikke udskiftes med den amerikanske NPT-gevind, selvom de i størrelserne 1/2" og 3/4" begge har 14 gevind pr. tomme.

Der opstår problemer ved gevindskæring af en NPT-han-gevindform i en BSP-hun-gevindform med lige gevind. Størrelserne 1/16", 1/8", 1/4" og 3/8" har en forskellig stigning, hvilket medfører en fejljustering af gevindet. Gevindets flankvinkler er også forskellige mellem NPT og BSP. NPT har et 60° gevind, hvor BSP har et 55° gevind.

Størrelserne 1/2" og 3/4" i NPT og BSP har alle 14 gevind pr. tomme, og NPT'eren vil kunne gribe rimeligt godt ind i BSP'eren.

Selvom disse gevind har samme hældning og er godt indgreb, er der stadig problemer med gevindformen. De forskellige gevindvinkler og tolerancer for top og rod vil give mulighed for spiralformet lækage som vist i figur 7. Disse gevind kan anvendes effektivt sammen, hvis der anvendes en passende gevindtætningsmasse.

Der opstår mange problemer, når hurtigkoblinger af plast med deres tilsvarende sprøjtestøbte rørgevindformer loddes ind i hydrauliske systemer med metalrør. Der kan opstå utætheder og svigt i plastgevindformen, hvis man ikke er forsigtig. Når man undersøger en fejl i en rørforbindelse mellem metal og plast, skal man tage hensyn til to faktorer, nemlig kemisk angreb og overspænding.

Kemisk angreb kan forekomme, når der anvendes ukorrekte gevindtætningsmidler. Gevindtætning er et forsøg på at blokere den spiralformede lækagebane, som opstår, når gevindformens toppunkt og rod ikke passer sammen. Anaerobe gevindtætningsmidler bør undgås ved forsegling af gevindformer af plast. Disse tætningsmidler indeholder kemikalier, som kan angribe plast. Brug af et PTFE-baseret rørgevindforseglingsmiddel er et bedre valg til plastgevind.

Overdreven tilspænding af et plastikrørgevind vil have en negativ indvirkning på forbindelsens funktion. Den største forskel mellem plast og metaller er polymerernes reaktion. Sprøjtestøbte plastdele fortsætter med at deformere sig, hvis de holdes under en konstant belastning, f.eks. ved krybning. Krybning er den fortsatte udvidelse eller deformation af en plastdel under konstant belastning. Typisk vil plastmaterialet i et sprøjtestøbt plastrørgevind i form af et rørgevind i plast krybe, fordi det er blevet overspændt i en konisk hunport. Deformationen af delens indre egenskaber kan føre til svigt.

Standardrørgevindformer, som Colder Products Company producerer

NPT (National Pipe Taper) Størrelser:	BSPT (British Standard Pipe Taper) Størrelser:
1/16 – 27NPT
1/8 – 27NPT	1/8 – 28BSPT
1/4 – 18NPT	1/4 – 19BSPT
3/8 – 18NPT	3/8 – 19BSPT
1/2 – 14NPT	1/2 – 14BSPT
3/4 – 14NPT	3/4 – 14BSPT
1 – 11-1/2 NPT

=