Специфика работы трубопроводной арматуры и фитингов, которые используются для транспортировки химически активных органических соединений, предъявляют особые требования к качеству уплотнения стыков. Оно не должно зависеть от текущих показателей давления и температуры рабочей среды. Далеко не все виды крепежа могут гарантировать качество таких уплотнений. К ним относятся шпильки, гайки, болты, шайбы. Рассмотрим все детали подробнее. 

Шпильки

Общие сведения

Шпильки представляют собой вытянутое по оси крепёжное изделие, не имеющее головки и снабжённое резьбой на обоих торцах. Отличительной чертой всех шпилек считается наличие средней гладкой части, диаметр которой может быть равным, меньшим или большим, чем диаметр выступов резьбы. Переход от гладкой части к резьбовой выполняется при помощи установленных радиусов закруглений, значения которых выбираются из условия наименьшей концентрации напряжений в теле шпильки.

Стальные шпильки, предназначенные для выполнения соединений фланцевого типа, изготавливаются из проволоки или прутка по ГОСТ 10702-2016. Применяется калиброванный прокат качественных — обычных или легированных — сталей с оговоренными диаметральными допусками и качеством поверхности, адаптированный под особенности технологии холодной объёмной штамповки на прессах или автоматах. Гораздо реже шпильки производятся методом механической обработки. Это связано как с повышенным расходом материала, так и с невозможностью обеспечить равнопрочность готовых изделий в диаметральном и продольном направлениях. Шпильки диаметром до 30 мм производят холодной высадкой из проволоки, шпильки более 30 мм – холодным выдавливанием из прутка.

Для нужд нефтехимической и газовой отрасли исходный материал шпилек – сталь ГОСТ 1050-80 марок от Сталь 10 до Сталь 30. Выбор марки уточняется по результатам практического тестирования наибольшего уровня растягивающих напряжений, которые могут возникнуть в действующем трубопроводе. Часто  (при возможности гидроударов или внезапной остановки процесса прокачки) учитывают также предел усталости стали. В подобных ситуациях технологии холодного пластического деформирования обеспечивают наиболее равномерное упрочнение металла изготавливаемых шпилек, что положительно сказывается на эксплуатационной долговечности крепежа.

Стальные шпильки совместимы с любыми другими металлами, которые используются для производства трубопроводной арматуры и фитингов. Это чугун, бронза, латунь. 

Выбор стандартов

В  практике эксплуатации трубопроводов для соединения отдельных элементов используются преимущественно шпильки по ГОСТ 9066-75 и шпильки по ОСТ ОСТ-26-2040-96.

ГОСТ 9066-75 регламентирует изготовление шпилек общемашиностроительного применения, которые применяются в энергетическом машиностроении и в трубопроводном транспорте. Ограничениями являются предельный температурный диапазон рабочих сред (от 0 до 6500 С). Действие данного стандарта не распространяется на шпильки, которые используются в трубопроводных магистралях, с рабочим давлением 4 МПа и ниже. 

Необходимость введения отраслевого стандарта ОСТ-26-2040-96 объясняется следующим:

• В базовом стандарте отсутствуют внятные указания о возможности применения шпилек ГОСТ 9066-75 при одновременном воздействии на фланцевое соединение высоких температур и давлений, превышающих 4 МПа;

• Часть исполнений шпилек ГОСТ 9066-75 рекомендуется к применению только тогда, когда температура поверхности металла не достигает 3000 С.

Типоразмеры, материалы и технические условия шпилек, выпускающихся по ОСТ ОСТ-26-2040-96, расширяют область применения норм основного ГОСТ 9066-75 до допускаемых давлений рабочей среды 16 МПа включительно, и температурного диапазона прокачки от -700 С до +6000 С.

Типоразмеры шпилек ГОСТ 9066-75

Стандартом оговаривается производство крепежа следующих исполнений:

1. А — шпилька сплошная с одинаковыми значениями диаметров гладкой и резьбовой части. Применяется в случаях, когда температура металла в смежном соединении не достигает 3000 С.

2. Б — шпилька сплошная, с диаметром гладкой части, меньшим, чем диаметр резьбы. Рекомендуется для тех же эксплуатационных условий, что и шпильки вида А, но при более частых регламентных работах по восстановлению герметичности соединений. Это обусловлено меньшей долговечностью крепежа, который по технологическим соображениям изготавливался на металлорежущих станках и не подвергался последующей упрочняющей обработке.

3. В — шпилька полая, с диаметром гладкой части меньшим, чем резьбовой. На одном из торцов предусматривается выступ четырехгранной формы, с помощью которого производится горячая затяжка соединения. В трубопроводах не применяется, температура металла допускается в пределах от 0 до 6500 С. 

4. Г — шпилька полая, с номинальным диаметром гладкой части, меньшим, чем резьбовой. На торце, предназначенном для ввинчивания крепежа, имеется выступ цилиндрической формы. Условия применения те же, что и для шпильки исполнения В.

5. Д — шпилька полая, с теми же соотношениями диаметров гладкой и резьбовой части, что и шпилька Г, но не имеющая цилиндрического участка. Условия применения аналогичны крепежу видов В и Г.

Шпильки А и Б не предназначены для выполнения резьбовых соединений с контролируемой затяжкой. 

Размерный диапазон и технические требования 

Шпильки ГОСТ 9066-75 производятся:

• Номинальным диаметром резьбы, мм — от 10 до 160 (шаг резьбы – крупный и мелкий);

• Диаметром гладкой части, мм — от 7,8 до 154,0;

• Внутренним диаметром отверстия, мм (для крепежа типов В,Г,Д), мм — от 13 до 54;

• Длиной резьбовой части, мм — от 30 до 220;

• Общей длиной, мм — от 45 до 750. 

Допускается производство и более длинных шпилек, размеры которых должны устанавливаться по ГОСТ 6639-69.

Стандарт оговаривает также размеры торцевых фасок, оформление участков под контролируемую затяжку шпилек, размеры радиусных переходов от гладкой части к резьбовой и другие параметры формы крепежа. 

Резьбовая часть может получаться пластическим формообразованием (накаткой) или нарезкой. При этом фактически диаметр средней части шпильки будет несколько больше диаметра резьбовой части.

Номенклатура шпилек по ОСТ-26-2040-96

Стандарт не оговаривает марку материала, из которого может производиться крепёж. Данные метизы изготавливаются следующих видов:

• С диаметром средней части, равным диаметру резьбы;

• С диаметром средней части, меньшим, чем диаметр резьбы. Данное исполнение имеет две разновидности — с одинаковыми и разными размерами резьбового окончания.

Отраслевым стандартом оговаривается диапазон следующих обязательных размеров:

1. Диаметр резьбы, мм – от 10 до 80; для шпилек 1-го исполнения – от 10 до 56 мм.

2. Диаметр гладкой части стержня, мм – от 7,8 до 72,0.

3. Длина изделия, мм – от 50 до 900.

4. Длина резьбовой части, мм – от 22 до 135. 

Резьба – метрическая, с крупным или мелким шагом. Регламентируются также шероховатость поверхности и величина радиусных переходов между частями. Форма торцевой фаски – свободная. Резьба может быть выполнена методом накатки на накатных полуавтоматах, либо нарезкой на металлорежущем оборудовании.

Гайки

Скрепление фланцев трубопроводов может производиться гайками  ГОСТ 5915-70, ГОСТ 9064-75, а также метизами ОСТ 26-38-96 и ОСТ 26-2041-96.

Шестигранные гайки ГОСТ 5915-70

Относятся к крепежу общемашиностроительного применения класса точности В, которые производятся методом холодной высадки из калиброванного стального проката (диаметром до 16 мм – из непрерывного материала – проволока, диаметром более 16 мм – из прутка) с последующей нарезкой резьбы на резьбонарезных полуавтоматах. Учитывая особенности эксплуатации, для изготовления гаек по технологиям пластического деформирования используется среднеуглеродистая качественная конструкционная сталь 35 по ГОСТ 1050-80.

В процессе высадки материал изделия упрочняется, что повышает эксплуатационную способность деталей. В мелкосерийном производстве допускается выпуск шестигранных гаек резанием из среднеуглеродистой стали 45, используя для этого токарные полуавтоматы и автоматы. Равнопрочность такой продукции ниже, чем штампованной.

Гайка ГОСТ 5915-70 представляет собой короткое в плане изделие с острыми или закруглёнными (при штамповке) гранями и внутренней метрической резьбой.

Регламентируются три исполнения данного крепежа:

• Основное, с фасками на обоих торцах;

• С односторонней фаской;

• С цилиндрическим буртом под шайбу.

ГОСТ определяет следующий размерный диапазон продукции:

1. Диаметр резьбы – М1,6…М48.

2. Размер «под ключ», мм – от 3,2 до 75,0.

3. Высота готового изделия, мм – от 1,3 до 38,0.

4. Диаметр описанной окружности, мм – от 3,3 до 82,6.

5. Угол двусторонней заходной фаски, град – от 90 до 120.

Шаг резьбы может быть крупным и мелким. Допускается наносить на поверхности детали износостойкое покрытие из хрома, оксидов железа и т.п.

Гайки ГОСТ 9064-75

Имеют специализированное применение, предназначены для затяжки резьбового крепежа во фланцах трубопроводов, а также деталей энергетического и теплосилового оборудования. В отличие от гаек ГОСТ 5915-70, обеспечивают надёжную герметизацию трубопроводов, производящих прокачку рабочих сред в температурном диапазоне от 0 до 6500С. Минимальное рабочее давление – не ниже 4 МПа.

Производятся из конструкционной качественной стали марки Сталь 35 (ГОСТ 1050-80) методом холодной объёмной штамповки на многопозиционных высадочных автоматах с последующей нарезкой резьбы на резьбонарезном полуавтоматическом оборудовании. Допускается изготовление механической обработкой из прутка (материал проката – сталь 45 или сталь А20 с последующей термообработкой готовой продукции). 

Выпускаются две разновидности данных метизов:

• Обычное шестигранное (тип А), которое по своим геометрических параметрам практически соответствует гайкам ГОСТ 5915-70;

• Колпачковые/концевые гайки, включающие в себя два участка: цилиндрический и участка под ввертывание. Внутри первого нарезана глухая резьба. Второй тип может иметь вид стандартного шестигранника или корончатой гайки с отверстиями под стопорение. 

Колпачковые гайки применяются для крепления концевых фланцевых соединений.

Регламентируются следующие размеры данной продукции:

1. Диаметр резьбы — от М10 до М160 (шаг резьбы – крупный или мелкий).

2. Размер «под ключ» (для шестигранных в плане гаек), мм – от 17 до 225.

3. Наружный диаметр цилиндрической части (для гаек колпачкового исполнения), мм — от 24 до 235.

4. Высота ввинчиваемой шестигранной части, мм — от 35 до 310.

5. Общая высота изделия, мм — от 10 до160 (шестигранные гайки) и от 35 до 310 мм (колпачковые гайки).  

Стандарт регламентирует и прочие элементы конфигурации крепежа.

Шестигранные гайки ОСТ 26-38-96

Стандарт распространяется на шестигранные в плане гайки, которые используются в нефтехимической и газовой промышленности, а также в смежных отраслях, и предназначены для крепления трубопроводов при помощи фланцевых соединений. Рассчитаны на внутреннее давление до 2,5 МПа при температуре эксплуатации от -700С до +3000С. Ограничивает и дополняет ГОСТ 5915-70.

Гайки могут изготавливаться штамповкой из калиброванного прутка или проволоки по ГОСТ 10702-2016 с применением холодно- или горячевысадочных автоматов. В мелкосерийном производстве используются технологические процессы обработки резанием, а в качестве исходной заготовки используют шестигранный прокат конструкционных или легированных сталей марок не ниже сталь 45.

Размерный диапазон метизов:

1. Диаметр резьбы – М6 до М48.

2. Размер «под ключ», мм – от 10 до 75.

3. Высота гайки, мм – от 5 до 38. 

Шаг резьбы – только крупный.

Гайки ОСТ 26-2041-96

В отличие от ОСТ 26-38-96 касается шестигранных гаек для фланцевых соединений трубопроводов, которые работают при давлениях до 16 МПа и температурах от -700С до +6000 С. Стандарт дополняет и развивает ГОСТ 9064-75.

Размерный ряд продукции:

1. Диаметр резьбы – М10…М80.

2. Размер «под ключ», мм – от 17 до 115.

3. Высота гайки, мм – от 10 до 80. 

Шаг резьбы – мелкий и крупный.

Болты 

Для фланцевых соединений трубопроводов применяют болты с обычной точности с шестигранной головкой ГОСТ 7798-70 и болты по ОСТ 26-2037-96.

Болты ГОСТ 7798-70

Представляют собой крепёж общемашиностроительного назначения, который изготавливают двумя способами. При массовом производстве используют методы холодного или горячего пластического деформирования заготовок из непрерывного калиброванного проката (проволока, пруток) малоуглеродистых качественных или легированных сталей. 

Накатка метрической резьбы производится на накатных автоматах плашечного или планетарного типов. Такая продукция (класс точности «В») отличается высоким качеством, повышенной эксплуатационной стойкостью и отсутствием потерь металла в стружку. В мелкосерийном производстве болты изготавливаются резанием из шестигранных прутков, их класс точности может быть выше, чем у штампованных.

Исполнения метизов:

• Основное, с радиусным переходом от шестигранной головки к стержню;

• С цилиндрическим подголовком;

• Со стопорными сквозными отверстиями;

• С выдавливанием цилиндрической полости в головке.

Размерный диапазон болтов:

1. Диаметр резьбы – М6…М48.

2. Высота головки, мм – от 4 до 30.

3. Размер «под ключ», мм – от 10 до 75.

4. Длина стержневой части, мм – от 8 до 300.

Накатываемая резьба может иметь мелкий или крупный шаг.

Болты ОСТ 26-2037-96

Предназначены для фиксации разъёмных соединений фланцевого типа, рассчитаны на давление до 2,5 МПа при температуре от -700С до +3000С. Отраслевой стандарт разработан в дополнение и развитие общемашиностроительного ГОСТ 7798-70.

Предусматривается четыре исполнения крепежа:

• Основное, с шестигранной головкой обычных размеров и радиусным переходом от стержня к головке;

• Со сквозным стопорным отверстием на противоположном торце;

• Со сквозными стопорными отверстиями на гранях головки;

• С подчеканкой граней шестигранника.

Технология и материалы для производства болтов ОСТ 26-2037-96 принципиально не отличаются от крепежа по ГОСТ 7798-70.  Размерный диапазон метизов:

1. Диаметр резьбы – М6…М48.

2. Высота головки, мм – от 4 до 30.

3. Размер «под ключ», мм – от 10 до 75.

4. Длина стержневой части, мм – от 8 до 300.

Накатываемая резьба должна иметь только крупный шаг.

Шайбы

Для более равномерного распределения нагрузки на фланец при затяжке соединения используются два вида шайб – обычные плоские по ГОСТ 11371-78 и шайбы Гровера ГОСТ 6402-70.

Шайба ГОСТ 11371-78

Производится из ленточной мало- или среднеуглеродистой стали методом многорядной вырубки на листоштамповочных автоматах. Является метизным изделием универсального назначения, может иметь класс точности А или С. Шайбы ГОСТ 11371-78 рассчитаны для совместного применения с крепежом диаметром от М1 до М48. Нормируется два вида шайб – с плоским торцом и с фаской под углом от 30 до 45 градусов.

Размерный ряд продукции:

1. Наружный диаметр, мм – от 3,5 до 92,0.

2. Внутренний диаметр, мм: от 1,1 до 50,0 — для шайб класса А;  от 1,2 до 52,0 — для шайб класса С.

3. Толщина, мм – от 0,3 до 8.0.

Твёрдость стальных шайб – не ниже 100-120 HV (меньшее значение – для шайб класса С).

Шайба Гровера ГОСТ 6402-70

Относится к классу пружинных шайб, предназначенных для восприятия ударных и знакопеременных нагрузок, которые нередко возникают в действующих трубопроводных системах. Гроверные шайбы представляют собой разрезное метизное изделие из высокоуглеродистой стали повышенной упругости. Типовыми материалами являются стали 65Г или 70, а также легированные стали с увеличенным значением модуля Юнга. Для изготовления шайб Гровера используют также легированные, в частности, нержавеющие стали, а также бронза БрКМц 3-1. 

Шайбы Гровера производят на пружинонавивочных автоматах следующих разновидностей:

1. Из проволоки квадратного поперечного сечения (тип Н – нормальные).

2. То же, но с увеличенными размерами сечения (Т – тяжёлые).

3. То же, ОТ – особо тяжёлые.

4. Прямоугольного поперечного сечения (Л-лёгкие).

Выбор типа шайбы Гровера определяется твёрдостью материала после термообработки, которая должна быть не ниже 40-50 HRС (для стальных шайб) и не менее 90 HRВ – для бронзовых. Предельная нагрузка на гроверную шайбу не должна приводить к более чем 80%-ной деформации материала, при предельной упругости от 7,8 Н для типа Л до 16317 Н – для типа ОТ . 

Диапазон размеров выпускаемого крепежа:

1. Внутренний диаметр, мм – от 2,1 до 48,5.

2. Размеры сечения, мм: от 0,5×0,8 (тип Л) до 12,5×12,5 (тип ОТ).

3. Зазор между витками – не менее 70% от наименьшего размера поперечного сечения.

4. Угол наклона витка, град – не ниже 70.

Значения предельной упругости приведены для гроверных шайб, изготовленных из стали 65Г.

| Читайте также: Крепеж для фланцевых соединений