Rørgjengetyper og betegnelser

Utgitt med tillatelse fra Colder Products Company

Oversikt

Ulike typer skruehoder har blitt utviklet for fastgjøring og hydrauliske systemer. Av spesiell bekymring er plast-til-metall, koniske/parallelle gjengede ledd i hydrauliske kretser. Det er gitt en diskusjon og anbefalinger for å skape bevissthet over de ulike gjengetypene og hvordan de brukes.

Evolusjon

På 1800-tallet ble det forespurt mange typer gjengeskruer for hydrauliske og pneumatiske kretser samt som festekomponenter. Som et resultat startet produsenter å lage sine egne festesystemer. Dette resulterte i kompatibilitetsproblemer. Den engelske mekaniske ingeniøren og oppfinneren Sir Joseph Whitworth kom frem til et enhetlig gjengesystem i 1841 for å takler inkompatibilitetsproblemet. Whitworths gjengeform er basert på en 55 graders gjengevinkel med avrundede bunner og topper.

I Amerika satte William Sellers standarden for mutre, bolter og skruer som ble til National Pipe Tapered Thread (NPT) i 1864. Hans 60 graders gjengevinkel, brukt av tidlige amerikanske urmakere, muliggjorde den amerikanske industrielle revolusjonen. Disse gjengeformene ble senere til American National Standard.

Whitworths gjengeform ble valgt som koblingsgjenger for rør, som ble gjort selvforseglende ved å kutte minst en av gjengene konisk. Dette ble kjent som British Standard Pipe thread (BSP Taper eller BSP Parallel thread). Whitworths gjenger brukes nå internasjonalt som standard gjenger for skjøting av lavkarbonstålrør.

Den best kjente og mest brukte forbindelsen der rørgjengene sørger for både den mekaniske skjøtingen og den hydrauliske forseglingen, er American National Pipe Tapered Thread, eller NPT. NPT har koniske hann- og hunngjenger som forsegler med PTFE-teip eller gjengemasse.

Rørgjenger brukt i hydrauliske kretser kan deles inn i to typer:

• a) Koblingsgjenger – er rørgjenger for skjøter laget trykktett ved å tette på gjengene og er koniske utvendige og parallelle eller koniske innvendige gjenger. Forseglingseffekten forbedres ved hjelp av gjengemasse.
• B) Festegjenger – er rørgjenger hvor det ikke lages trykktette skjøter på gjengene. Begge gjengene er parallelle og forseglingen påvirkes av kompresjon av et mykt materiale på de eksterne gjengene, eller en flat pakning.

Størrelser

Rørgjengestørrelsene er basert på en innvendig diameter (ID) eller strømningsstørrelse. «1/2–14 NPT» identifiserer for eksempel rørgjenger med en nominell innvendig diameter på 1/2 tomme og 14 gjenger per tomme, lagd iht. NPT-standarden. Hvis «LH» legges til, har røret venstregjenger. De mest vanlige globale rørgjengeformene er:

NPT	American Standard Pipe Taper Thread
NPSC	American Standard Straight Coupling Pipe Thread
NPTR	American Standard Taper Railing Pipe Thread
NPSM	American Standard Straight Mechanical Pipe Thread
NPSL	American Standard Straight Locknut Pipe Thread
NPTF	American Standard Pipe Thread Tapered (Dryseal)
BSPP	British Standard Pipe Thread Parallel
BSPT	British Standard Pipe Thread Tapered

Sprøytestøpte gjengeformer i plast er produsert i henhold til ANSI B2.1 og SAE J476 standarder.

Ordet «konisk» (tapered) i flere av navnene ovenfor peker på den store forskjellen mellom mange rørgjenger og de på bolter og skruer. Mange rørgjenger må ikke bare skape en mekanisk kobling, men også en lekkasjesikker hydraulisk forsegling. Dette oppnås med den koniske gjengeformen i hanndelen som matcher gjengeformen i den koniske hunndelen og ved bruk av rørtetning for å fylle eventuelle hull mellom de to gjengene som kan forårsake en spirallekkasje. Bunnen på gjengene er ikke på en sylinder, men en konus. De er koniske. Konusformen er 1/16 tomme per tomme, som er det samme som 3/4 tomme per fot.

På grunn av konusformen, kan rørgjenger bare skrus inn en viss avstand før de setter seg fast. Standarden spesifiserer at denne avstanden er lengden av håndstrammingen, avstanden rørgjengene kan skrus inn for hånd. Den spesifiserer også en annen avstand - de effektive gjengene. Det er lengden av gjengene som lager en forsegling på vanlige maskinerte rørgjenger. For arbeidere er det vanligere å vite hvor mange omdreininger man gjør for hånd og hvor mange med skiftenøkkel, i stedet for denne avstanden. En enkel tommelfingerregel for installasjon av koniske rørgjenger, både metall og plast, er håndstrammet pluss en til to omdreininger med en skiftenøkkel. Installasjonsverdier for dreiemoment kan bestemmes per applikasjon, men på grunn av variasjonene som er involvert i rørskjøter, som ulikt materiale for hann- og hunngjenger, type tetningsmidler som brukes og interne variasjoner i produktets veggtykkelse, kan en standard dreiemomentspesifikasjon ikke anvendes generisk.

Denne tabellen viser avstandene og antallet omdreininger som standarden krever. En toleranse på pluss minus én omdreining er tillatt, og i praksis er gjengene ofte rutinemessig kappet kortere enn det standarden spesifiserer. Alle dimensjonene er i tommer.

American Standard Taper Pipe External Thread

Nominell størrelse	Faktisk utvendig diameter (OD)	Gjenger per tomme	Lengden på inngrepet (strammet for hånd)	Lengde på effektive gjenger
1/8	0,407	27	0,124 ≈ 3,3 omdreininger	0,260
1⁄4	0,546	18	0,172 ≈ 3,1 omdreininger	0,401
3/8	0,681	18	0,184 ≈ 3,3 omdreininger	0,408
1/2	0,850	14	0,248 ≈ 3,4 omdreininger	0,534
3/4	1,060	14	0,267 ≈ 3,7 omdreininger	0,546
1	1,327	11,5	0,313 ≈ 3,6 omdreininger	0,682

Konisk/parallelle gjengede skjøter

På tross av standardene opprettet for å opprettholde enhetlige beslag, er koniske rørgjenger unøyaktige, og gjennom bruk og reparasjoner kan gjengene bli skadet og begynne å lekke. Området der toppen og bunnen av gjengene møtes kan danne en spirallekkasjebane som ingen stramming kan eliminere.

En trykktett skjøt oppnås med kompresjonen i gjengene som et resultat av stramming. Denne kompresjonen og forsegling skjer i løpet av de første par omdreiningene til de interne gjengene. Når det brukes skiftenøkkel, deformeres materialet fra både hann- og hunngjengene inn i hverandre. Dette sikrer full gjengekontakt og minimerer spirallekkasjer. Variasjoner mellom sprøytestøpte gjengeformer i plast og maskinerte metallgjengeformer kan oppstå på grunn av ulike produksjonsprosesser.

Rørgjenger ble opprinnelig designet som maskinerte gjengeformer. Ved bruk av termoplast og sprøytestøping i plast ved fremstilling av rørgjengeformer i plast, gjør formkrymping og plastsynking det vanskelig å sikre lekkasjefrie skjøter. Av den grunn anbefales det å bruke en PTFE-basert tetning på alle rørgjenger av plast. Den vanligste typen tetning er PTFE-teip surret 2 til 3 omganger rundt hanngjengene før montering. Flytende PTFE-baserte tetninger brukes også med gode resultater for å sikre en trykktett forsegling. Det er alltid viktig å være nøye når tetning påføres for å unngå å introdusere tetningsmaterialet inn i systemets strømningsbane.

Følgende seksjoner viser eksempler på hvordan ulike gjenger brukes og problemer som kan oppstå i forsøket på å opprette en lekkasjefri skjøt.

Når BSPT koniske hanngjenger strammes inn i rette hunngjenger (BSPP), kan forseglingen bare opprettes i bunnen av hunnporten med 1 eller 2 gjenger. Se bilde 1. Forseglingen kompromitteres av mangelen på gjengeformkontroll i BSP-spesifikasjoner. Variasjon i topp og bunn kan forårsake en uoverensstemmelse i gjengene og lage en spirallekkasje. Gjengetetning kreves for å forsegle denne kombinasjonen.

Ved å bruke både koniske hanngjenger og BSPT hunngjenger er det en bedre sjanse for forsegling siden du nå matcher konusformen til hann- og hunngjenger. Se bilde 2. Dette gir flere gjenger muligheten for forsegling mot spirallekkasje. Topp- og bunnkontroll mangler fremdeles, men med gjengetetning er det enklere å oppnå en trykktett skjøt.

Et antall variasjoner av NPT-gjengene har blitt introdusert for å takle problemet med spirallekkasje og er kjent som Dryseal-gjenger (se SAE-standard J476). Den best kjente er NPTF (F for Fuel). Med dette gjengedesignet er det kontroll på topp og bunn for både hann- og hunngjengene for å sikre at toppen knuser eller forskyver materiale inn i bunnen av de parrende gjengene. Interferenstilpasningen mellom toppen av en gjenge og bunnen til den andre, sammen med matchende gjengeflanker, tetter mot spirallekkasje.

En variasjon av Dryseal-gjengene er NPSF (National Pipe Straight Fuel). Den brukes for interne gjenger, og eksterne NPTF-gjenger kan skrus inn i den for å gi en tilfredsstillende mekanisk forbindelse og en hydraulisk forsegling. Kombinasjonen av parallelle og koniske gjenger anses ikke som ideell, men brukes i stor utstrekning. Hurtigkoblinger av høy kvalitet i plast bruker vanligvis NPT-gjenger.

Andre koniske gjenger er British Standard Pipe taper, eller BSP, dekket av British Standard 21. BSP-gjenger brukes vanligvis for lavtrykksrør, men anbefales ikke for hydrauliske medium- og høytrykkssystemer. Denne formen bruker Whitworth-gjengene med en vinkel på 55° og en konusform på 1/16. Den kan ikke byttes ut med de amerikanske NPT-gjengene, selv om begge har 14 gjenger per tomme for 1/2” og 3/4” størrelse.

Det oppstår problemer når det gjenges en NPT-hanngjengeform inn i en rett BSP-hunngjengeform. Størrelsene 1/16", 1/8", 1/4" og 3/8" har ulik stigning, noe som forårsaker en feiljustering av gjengene. Flankevinklene til gjengen er også ulike mellom NPT og BSP. NPT har 60°-gjenger, mens BSP har 55°-gjenger.

Størrelsene 1/2" og 3/4" i NPT og BSP har begge 14 gjenger per tomme, og NPT vil gripe ganske bra inn i BSP.

Selv om disse gjengene har samme stigning og griper godt, er det likevel problemer med gjengeformen. Gjengevinklene og topp- og bunntoleransene er ulike og vil tillate for spirallekkasje som vist på bilde 7. Disse gjengene kan brukes effektivt sammen hvis det brukes en egnet gjengetetning.

Mange problemer oppstår når hurtigkoblinger i plast med sine tilsvarende sprøytestøpte rørgjengeformer legges inn i hydrauliske systemer med metallrør. Lekkasjer og svikt i plastgjengeformer kan oppstå hvis man ikke er forsiktig. Når du sjekker en svikt i en metall-til plast rørskjøt, må du ta hensyn til to faktorer: kjemisk angrep og overstramming.

Kjemisk angrep kan oppstå hvis det brukes feil gjengetetning. Gjengetetning er et forsøk på å blokkere spirallekkasjebanen som oppstår når toppen og bunnen til gjengeformene ikke matcher. Anaerobe gjengetetninger må unngås ved forsegling av plastgjengeformer. Disse tetningene inneholder kjemikalier som kan angripe plast. Det er bedre å bruke en PTFE-basert rørgjengetetning for plastgjenger.

Overstramming av plastrørgjenger vil ha en negativ effekt på skjøtens funksjon. Hovedforskjellen mellom plast og metall er polymernes adferd. Sprøytestøpte plastdeler fortsetter å deformeres hvis de holdes under konstant belastning, f.eks. kryping. Kryping er kontinuerlig utvidelse eller deformering av en plastdel under kontinuerlig belastning. Vanligvis vil plastmaterialet i sprøytestøpte plastrørgjenger krype ved at de blir overstrammet inn i en konisk hunnport. Deformeringen av delens interne funksjoner kan føre til svikt i delen.

Standard Pipe Thread Forms Colder Products Company produserer

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