每一種氣瓶接頭,跟隔壁那一種只差零點七公厘

這個月有人貼了一張新氬氣瓶的照片,調壓器鎖不上去,因為閥出口的螺紋被撞了一個凹。他注意到那個凹很靠近密封面,決定不硬鎖,把瓶子退回去。這帶出一個值得用文件而不是聳肩來回答的問題:那道螺紋到底是幹嘛的?答案是,螺紋幾乎是整個接頭裡最不重要的部分,而把這套系統攤開來的那份標準,自己就這樣寫。

ISO 5145 定義了 四十二個不可互換的接頭,而它們幾乎共用同一種螺紋: 螺距 2 公厘的惠氏螺紋,三種直徑之一。 真正把它們分開的,是一對階徑 A 與 B,兩者相加在每一個尺寸上恆定, 而且以 0,7 公厘 為一階往上跳。 相鄰的兩個接頭,兩個孔徑各差七絲,而整體外形尺寸一模一樣。 至於密封,它不在螺紋上,而是 在一個錐面上,由聯結螺帽壓住

文件是 ISO 5145:2017《氣瓶:氣體與混合氣用氣瓶閥出口,選用與尺寸》, 第四版,ISO/TC 58/SC 2,二十七頁,2023 年複審確認仍現行。 它在緒言裡就把自己的用途講明了: 「標準化閥出口的主要目的,是防止不相容氣體被互相接上。」

這一頁在描述一份標準。它不是安全指示,不告訴任何人該怎麼處理一支氣瓶,也不寫任何產品名。 貼照片的人自己把瓶子退了,關於那件事我們只講到這裡。

螺紋是照「這個氣體有多危險」挑的

選用不是從壓力開始,也不是從管徑開始。它從一組代碼開始。 ISO 14456 給氣瓶裡的任何氣體或混合氣配一組 四位數代碼 FTSC,依 可燃性、毒性、氣體狀態(是壓縮氣體還是液化、壓縮氣體又是哪一段壓力級別) 與腐蝕性分類。這組代碼把氣體放進 十五個相容氣體群之一,而每一群配一個閥出口。

看一眼引用標準清單,這件事就藏不住了。有三份國際標準的標題都以同一個子句結尾:

  • ISO 10156,測定燃燒潛勢與助燃能力,用於氣瓶閥出口的選用
  • ISO 10298,測定毒性,用於氣瓶閥出口的選用
  • ISO 13338,測定組織腐蝕性,用於氣瓶閥出口的選用

有一份標準專門在量「這個氣體對人體組織有多腐蝕」,而它自陳的用途是挑一道螺紋。 這句話大致上就是整套系統的摘要。

標準對「這組代碼不是什麼」講得很小心。一條注解寫明, 這組數字代碼的唯一用途,是把相容的氣體歸在一起好選出對應的閥出口,而它 不作為識別碼使用。它是一把分類的鑰匙,不是一張標籤。 標示與顏色編碼是另外的防護措施,而範圍條寫明本文件不影響它們。

十五群裡有五群各自只裝一種氣體,混合氣與其他氣體都被排除在外: 第 2 群二氧化碳、第 5 群空氣、第 10 群氧、第 11 群一氧化二氮、第 14 群乙炔。 第 15 群保留給特定的混合氣。

階級索引,以及那個恆定的和

這個機制叫做階級索引原理。閥出口上有一個雙階凹孔, 而接頭上有一根兩種直徑的凸柱去配它。巧妙的地方在一句話裡: 「凹孔與凸柱的長度在每一個接頭上都相同,只有直徑隨氣體群而變。」

Table 1 把直徑列出來,而下一段的算術是我們算的。

公稱直徑A + BA 的範圍組合數
24 mm2811,2 到 14右螺紋 5、左螺紋 5
27 mm3211,8 到 16右 7、左 7
30 mm3612,4 到 18右 9、左 9

在每一個尺寸裡,A 每次加 0,7 公厘,B 每次減 0,7 公厘, 所以兩者的和從來不變。24 公厘那一組的配對是 11,2 配 16,8、11,9 配 16,1、 12,6 配 15,4、13,3 配 14,7,最後是 14 配 14,也就是對稱的那一個。 最大的那個尺寸把同樣的事做九次。

整套系統的安全性就在這裡。為某一群做的凸柱,小徑差 0,7 公厘、大徑也差 0,7 公厘, 而且方向相反,所以它進不了隔壁那一群的凹孔,儘管兩者長度一樣、公稱直徑一樣、 螺紋也一樣。二十一個右螺紋加二十一個左螺紋,湊成四十二。

另外有一條注解讀起來像是某場爭論的結尾: 內部型的雙階凹孔階級索引接頭不採用,因為尺寸過大。 有人提議把凹孔做在另一邊,而答案是那樣會太大。

那道螺紋,跟管牙是同一個惠氏牙型

三個公稱直徑,24、27、30 公厘,全部共用一種牙型。Table 2 給了基本尺寸。

公稱=大徑節徑小徑
2422,7221,44
2725,7224,44
3028,7227,44

這是我們自己驗的,因為它把本站的兩塊接了起來。惠氏牙高是 0,640 327 P, 所以螺距 2 的時候,節徑應該是大徑減 1,280 654,小徑應該是大徑減 2,561 308。 24 這一列算出來是 22,719 346 與 21,438 692,三個尺寸六個值全部落在表上印的數字, 六個全中。那是管牙標準用的同一條公式, 只是螺距換成 2 公厘。

公差那一段才是重點。第 5 條說公差要從適用的國家標準或所給的範例中選, 接著明文排除掉一件事: 「不得使用雙向公差系統,例如 ISO 2768 各部所採用者。」

理由沒有寫,但不難看出來。雙向公差允許一個尺寸往兩邊跑, 而在一套「安全性完全建立在零件裝不進去」的系統裡, 一個可以往兩邊跑的尺寸,就是一個可以往隔壁那個接頭跑的尺寸。 Table 1 把孔標成 H10、凸柱標成 d10,兩者都是單向。 Table 2 的偏差也全部是單向:聯結螺帽的節徑從零往上,閥的節徑從公稱往下。 那些偏差在該表上是以純數字印出、沒有再標單位,我們照印的報告,不替它斷定。

密封在哪裡

發現凹痕的人注意到它靠近密封面。標準說明了那個面是什麼。

「密封性是藉由接頭端面壓在閥出口接頭的錐面上而達成的。 此一密封由聯結螺帽維持。」

一個接頭由三部分組成:閥出口接頭, 以及聯結螺帽。標準把它定義為「使接頭固定於閥出口、 並確保密封的手段」。螺紋負責拉,錐面負責封。 那跟平行管牙標準替配件訂下的分工是同一套, 也就是為什麼靠近錐面的一道傷,跟螺紋上的一道傷不是同一個問題。

其他密封方式是允許的,但附了一個條件,而那個條件透露了這份文件真正在乎什麼: 前提是接頭型式之間的不可互換性必須維持。 你可以改它怎麼封。你不可以改它會跟什麼配上。

每一個出口與接頭也都要標記。第 6 條要求標上對應出口的號碼, 而 Table 3 給每一種組合一個號碼,同一對直徑的左螺紋版與右螺紋版拿到不同的號碼。 24 公厘這一組,11,2 配 16,8 是右螺紋 1 號、左螺紋 6 號; 對稱的 14 配 14 是 5 號與 10 號。

還有九個沒有人用過的接頭

第 7 條開頭寫明,可用的四十二個接頭裡分配掉了三十三個。 我們自己減一下:還有九個是空的。緒言解釋了它們為什麼存在。這份文件的規定 「在未來有新的氣體或混合氣被工業化開發出來時,可以被援用」

一個 1970 年代末的委員會,做了一套留著九個空格的防呆系統, 假設化學還沒有結束。在一張尺寸表裡看到這種程度的規劃,是相當罕見的。

至於分配本身,也就是哪一個氣體群拿到哪一個號碼,在 Table 4、Table 5 與各附錄裡, 而那些都在免費預覽之外。這一頁不說哪個接頭屬於哪種氣體, 這裡的任何內容也都不應被拿去辨識任何接頭。

那句它其實不必寫的話

緒言以一句在這類文件裡相當罕見的自認收尾,而它把上面所有的東西重新框了一次。

「鑑於沒有任何國家看起來準備好放棄自己的國家標準、 並改採一份規定氣瓶閥出口尺寸的國際標準,各方同意 在已有先於本文件的國家標準之處,不必遵循本文件。」

接著是: 「因此本文件代表的是在或遠或近的未來達成國際協議的一個基礎。」

所以,那套專門為了「錯的氣體接不上去」而設計的國際系統, 按它自己的文字,在任何一個國家系統先到的地方都是選配的。 文件也明講了這正是那個警告要緊的原因: 由於使用中的接頭種類繁多、且存在許多國家標準,關於相容性的這個顧慮, 再怎麼強調都不為過

它也交代了設計綱領。到 1970 年代末,委員會的結論是唯一可行的長期解法, 是造出一套與既有系統不可互換的閥出口系統,依四個準則: 安全、簡單、緊湊、密封。不是跟外面已有的東西相容。 是刻意的、而且可以證明的不相容。

能帶走的東西

  • 螺紋不是那個接頭的身分。三個公稱直徑撐起四十二個不同的接頭,而牙型從頭到尾都是螺距 2 的惠氏牙
  • 身分是兩個相加恆定的直徑。依尺寸是 28、32 或 36,每一階跳 0,7 公厘,這是我們自己讀 Table 1 讀出來的
  • 密封在錐面上。聯結螺帽固定接頭並維持密封,標準用一句話寫完
  • 接頭是有編號的。第 6 條要求出口與接頭標上號碼,而同一對直徑的左右螺紋版號碼不同
  • 是氣體在決定,而另外四份標準在決定氣體。可燃性、毒性、狀態與腐蝕性,每一項都有自己的國際標準,而它們的標題寫明那是為了選閥出口
  • 國際標準在這裡不等於通用標準。文件自己說,在已有先於它的國家標準之處,不必遵循它

這一篇屬於第 2 步,牙。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件;至於為什麼順序做反了是重工而不是微調,見指定一顆螺絲

常見問題

氣瓶閥出口的螺紋是由什麼決定的?

由氣體決定。ISO 14456 配給一組四位數代碼 FTSC,描述可燃性、毒性、氣體狀態與腐蝕性,而這組代碼把氣體歸入十五個相容群之一,每一群配到一個閥出口接頭。ISO 5145 寫明,標準化閥出口的主要目的是防止不相容氣體被互相接上。

ISO 5145 定義了幾種氣瓶閥出口接頭?

四十二個不可互換的接頭,右螺紋二十一個、左螺紋二十一個,建立在 24、27、30 公厘三個公稱直徑上。第 7 條寫明四十二個裡分配掉三十三個,按我們自己相減,還有九個保留給尚未被工業化開發出來的氣體。

既然共用同一種螺紋,是什麼讓它們不可互換?

一對階徑。閥出口上有一個雙階凹孔,接頭上有一根兩種直徑的凸柱;標準寫明每一個接頭的長度都相同,只有直徑隨氣體群而變。按我們自己讀 Table 1,那兩個直徑在每一個尺寸上相加恆定,分別是 28、32 或 36,而且以 0,7 公厘為一階跳動。

ISO 5145 的氣瓶閥出口用什麼螺紋?

螺距 2 公厘的惠氏螺紋,公稱直徑 24、27、30 公厘。表上印的節徑是 22,72、25,72、28,72,小徑是 21,44、24,44、27,44。按我們自己的算術,那些值符合惠氏牙高 0,640 327 P,跟 ISO 管牙標準用的是同一條公式。

氣瓶閥的接頭在哪裡密封?

在錐面上,不在螺紋上。ISO 5145 寫明密封性是藉由接頭端面壓在閥出口接頭的錐面上而達成,並由聯結螺帽維持。其他密封方式是允許的,但前提是接頭型式之間的不可互換性必須維持。

ISO 5145 為什麼禁止雙向公差?

它只是明文寫出「不得使用雙向公差系統,例如 ISO 2768 各部所採用者」,沒有給理由。Table 1 把孔標成 H10、凸柱標成 d10,而 Table 2 的偏差全部是單向。在一套安全性建立在「零件裝不進去」的系統裡,一個能往兩邊跑的尺寸,就是一個能往隔壁那個接頭跑的尺寸。

這些接頭有標記嗎?

有。第 6 條要求出口與接頭標上對應出口的號碼,而 Table 3 給每一種直徑組合一個號碼,同一對直徑的左螺紋版與右螺紋版分別給不同的號碼。

ISO 5145 是強制的嗎?

按它自己的文字,在國家標準先到的地方不是。緒言寫明,鑑於沒有任何國家看起來準備好放棄自己的國家標準,各方同意在已有先於本文件的國家標準之處不必遵循本文件,並自陳是在或遠或近的未來達成國際協議的一個基礎。

哪些氣體擁有專屬於自己的接頭?

十五群裡有五群各自只裝一種具名氣體,混合氣與其他氣體被排除:第 2 群二氧化碳、第 5 群空氣、第 10 群氧、第 11 群一氧化二氮、第 14 群乙炔。第 15 群保留給特定的混合氣。

參考資料

本頁使用的本文,是 ISO 5145:2017 的 iTeh 公開預覽,收到全文二十七頁中的第 6 頁。其中包含緒言、第 1 至 6 條全文、Table 1 至 3 與 Figure 1、2。第 7 條開頭那一句之後的內容、Table 4 與 Table 5,以及 Annex A、B、C 都不在預覽裡,因此本頁不說哪一個接頭配給哪一個氣體群,這裡的任何內容也都不應被拿去辨識接頭。該標準為第四版、二十七頁、ISO/TC 58/SC 2、stage 90.93、2023 年複審確認仍現行。下列各項是我們自己的算術,不是標準的陳述:A 與 B 以 0,7 公厘為一階跳動而其和恆定、用 0,640 327 P 驗證節徑與小徑,以及未分配的九個接頭這個計數。本頁每一個數字都跟印出頁面的算圖對過。Table 2 的公差偏差在該表上沒有重複標示單位,我們照印的報告,不替它斷定應該是哪一個單位。除了它們的標題與 ISO 5145 點名它們的那幾句之外,本頁不引用 ISO 14456、ISO 10156、ISO 10298、ISO 13338、ISO 286 或 ISO 2768 的任何內容,那些我們都沒有讀。這一頁在描述一份標準。它不是安全指示,不提供壓縮氣體或氣瓶的處理指引,也不指認任何產品、氣體供應商或氣瓶。討論串貼文僅作為題目來源引用;我們讀的是貼文本身而不是它的留言,所以留言的內容沒有出現在這裡。

詢價

如果你要指定的組件裡有一個螺紋式氣體接頭,請用標準要求標在上面的那個出口號碼去指認它, 而不是用螺紋尺寸。三個公稱螺紋直徑撐起四十二個不同的接頭, 而螺紋正是它們共有的那一部分。

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