Шаровые краны

01 Принцип действия и устройство шаровых кранов

Шаровой кран состоит из корпуса, в котором размещается подвижный шар. Этот шар имеет сквозное отверстие, и к нему жестко крепится шток, который используется для поворота шара (ориентации отверcтия) для контроля потока.

Шток может поворачиваться при помощи простой рукоятки, штурвала с редуктором или автоматическим приводом (чаще всего, электрическим или пневматическим).

В открытом положении отверстие в шаре ориентировано по направлению потока, пропуская жидкость или газ. В закрытом положении отверстие в шаре ориентировано перпендикулярно потоку.

Чтобы жидкость/газ не вытекали из крана в зазоры между шаром и корпусом - в них устанавливаются уплотнения, которые также облегчают скольжение шара, уменьшая требуемое для поворота усилие.

Шаровые краны массово выпускаются в диапазоне проходов от Ду 6 до Ду 100.

К содержанию ->

02 Какие задачи решает шаровой кран

Наиболее часто шаровые краны применяются в качестве запорной, отсечной арматуры: т.е. их задача перекрывать поток жидкости или газа и открывать его, создавая минимальное сопротивление потоку. И, поскольку шаровые краны часто изготавливаются полнопроходными (диаметр внутреннего отверстия крана соответствует внутреннему диаметру трубопровода), - они создают минимальное сопротивление потоку и, следоватено, очень хороши в этой роли.

Меньше распространены регулирующие шаровые краны, хотя в специальных исполнениях они весьма эффективны для решения и этой группы задач.

Стандартные полнопроходные модели не обеспечивают эффективного регулирования потока из-за своей плохой регулирующей кривой (проходное сечение и гидравлическое сопротивление крана меняются нелинейно при повороте шара с цилиндрическим сквозным отверстием). Шаровые краны предназначенные для регулирования оснащаются шарами со специальными вариантами вырезов, заменяющих стандартное сквозное цилиндрическое отверстие.

Один из самых популярных типов регулирющих шаровых кранов — это кран с V-образным вырезом шара. Такой вырез создает специальную форму пути для потока, зависимость потока от положения шара становится более линейной, позволяя удобно и точно контролировать его интенсивность и скорость.

Угол вершины «буквы V» варируется для разных модификаций в диапазоне, обычно, от 15 до 90 градусов, - в зависимости от желаемой пропускной способности крана.

Щелевой вырез — еще один вариант, который также широко применяется для задач регулирования. Он представляет собой тонкий продольный разрез в шаре, который плавно меняет гидродинамические характеристики потока при вращении шара. Такой вырез обеспечивает гладкое и плавное изменение потока при повороте крана, позволяя точно настраивать его скорость. Он более чувствителен, точен и линеен, но пропускная способность таких кранов меньше, чем в варианте с V-образным вырезом.

К содержанию ->

03 Из каких материалов изготавливают шаровые краны

Для изготовления промышленных кранов шарового типа используют:

• Пластики.Краны из ПВХ (поливинилхлорида), ПЭ (полиэилена), ПП (полипропилена), ПВДФ (поливинилидифторида) и других пластиков отличаются высокой коррозионной и химической стойкостью. Это позволяет использовать их в агрессивных средах, а также в задачах связянных с высокочистыми марками воды.

  ПВХ часто используется для изготовления общепромышленных трубопроводов.

  Тривиальные марки полипропилена широко применяются для бытовых трубопроводов в домах и квартирах, полипропилен высоких марок применяется в микроэлектронной и фармацевтической промышленностях, а ПЭ трубопроводы широко распространены в ЖКХ (для газоснабжения, водоснабжения и водоотведения).

  Пластиковые краны, как правило, рассчитаны на сравнительно невысокое рабочее давление (обычно, не превышающее 16 бар) и относительно небольой диапазон рабочих температур.

• Черная сталь и чугун. Шаровые краны из этого материала изготавливаются для разных самых областей тяжелой промышленности, например для металлургии и нефтегазовой промышленности, ЖКХ. Черная сталь отличается высокой прочностью, твердостью и долговечностью. Это позволяет использовать такие краны под высокими рабочими давлениями (в сотни атмосфер) и температурами. Однако, черная сталь подвержена коррозии, поэтому на практике нередко приходится заботится о антикоррозионной защите таких изделий (с помощью различных покрытий, реагентных режимов, электрохочической защиты и т.д.)

• Нержавеющая сталь. По диапазонам рабочих температур и давлений сравнимы с кранами их черной стали, но обладают значительно более высокой коррозионной стойкостью, а также рядом специфических полезных качеств (например, асептическими свойствами), что обуславливает их широкое применение несмотря на сравнительно более высокую стоимость. Наиболее распространены шаровые краны из нержавеющей стали малых диаметров. Такие краны часто применяются в требовательных отраслях промышленности, например, пищевой, фармацевтической, энергетической и химической промышленностях.

• Латунь. Бронза. Некоторые модели шаровых кранов изготавливают из латуни. Хотя этот материал не является широко распространенным для промышленных кранов, он находит применение в бытовой сфере. Латунные шаровые краны часто используются в системах водоснабжения, отопления и в других домашних системах. Латунь обладает неплохими антикоррозийными свойствами и долговечностью.

  А вот бронза - дорогой и специфичный материал, который "любят" в морских применениях - из-за его уникальной стойкости к длительному воздействию морской воды.

• Композиты. Встречаются специфические, нетривиальные кострукции шаровых кранов с шарами, например, из керамики. Такая арматура обычно ориентирована на решение узких, специальных задач определенных отраслей промышленности.

К содержанию ->

04 С какими средами может работать промышленный шаровой кран

Если говорить о типичных средах, то шаровые краны работают во всех основых промышленных процессах:

• горячая и холодная вода;

• пар;

• химические растворы;

• нефтепродукты;

• сжатый воздух;

• специальные газы;

• другие жидкости.

При выборе шарового крана в первую очереедь необходимо учитывать именно особенности рабочей среды. Например, важными параметрами являются температура, давление, концентрация химических веществ и другие факторы. Это необходимо для того, чтобы обеспечить надежную и безопасную работу крана и системы в целом.

При выборе промышленного шарового крана рекомендуем обратить внимание на пункт «Рабочие среды», если он есть в описании и инструкции к конкретной модели. Там будет подробный перечень растворов и веществ, с которыми изделие может безопасно и эффективно работать, указаны применимые диапазоны температуры и давления для конкретной рабочей среды. Такие описания чаще всего предлагаются производителями пластиковых шаровых кранов.

Следует помнить, что в шаровом кране, помимо собственно корпуса и шара, с рабочей средой контактируют также и уплотнения - они тоже должны выдерживать требуемую температуру и давление и обладать необходимой химической стойкость. Помимо уплотнений шара (часто изготавливаются из химически весьма стойких фторопластов), конструкция крана может содержать дополнительные уплотнения, например, разъемных соединений - и материал этих уплотнений может отличаться от уплотнений шара.

К содержанию ->

05 Основные типы присоединений крана к трубопроводу

Соединения шаровых кранов бывают:

• Резьбовые. Одно из самых распространенных соединений для небольших небольших диаметров трубопроводов, - обеспечивают простое и надежное крепление крана к трубопроводам с помощью резьбы. Недостаток резьбы - необходимость качественного уплотнения порезьбе тем или иным герметизирующим материалом (или наличие более сложных уплотнений труба/кран), потенцальные протечки, сложность разборки трудопровода (в случае необходимости).

• Сварные. Для более надежного, прочного, герметичного, санитарного соединения крана с трубопроводом часто применяются сварные соединения. Из недостатков - необходимость в специальном оборудовании и опытном сварщике, соединение неразборное.

• Клеевые. Некоторые виды пластиков могут быть надежно соединены склейкой («холодной сваркой») Данная технология позволяет просто, надежно, быстро присоединить шаровой кран к трубопроводу. Наиболее известный, но не единственный, пример - ПВХ.

• Компрессионные. Специальные соединения «обжимающие» трубопровод спефиальной муфтовой конструкцией с уплотнением.

• Фланцевые. Одно из самых надежных, универсальных и ремонтопригодных соединений. Применимо как на малых диаметрах, так и на огромных трубопроводах, для широкоо диапазона темепратур и давлений. Можно соединять между собой изделия из разных материалов. Недостаток в, как правило, более высокой стоимости кранов с фланцами (на отливку фланца уходит большое количество материала, что особенно чувствительно в случае, например, нержавеющей стали), сравнительно невысокой монтажной скорости сборки/разборки фланцевого соединения (и чем больше диаметр - тем больше болтов и дольше сборка). Однако достоинства данного способа соединения трудопроводов (и не только трубопроводов) - в большинстве случаев перевешивают. При выборе фланцевого соединения необходимо помнить про уплотнения фланцев (их рабочие диапазоны темепратур, давления, хим-стойкости) - они, как правило, закупаются отдельно от собственно арматуры.

• Клэмповые (санитарные) фланцевые. Это вариация фланцевого соединения, призванная преодолеть некоторые надостатки классических фланцев: вместо болтов прижим одного фланца к другому пыполняется специальной скобой (клэмпом). Сами фланцы имеют специальную форму, и требуют меньше материала. Также предусматриваются обычно и специальый профиль фланца и уплотнеия, позволяющий четко фиксирровать уплотнение на фланце, чтобы избежать его сдвига и образования за счет этого в трубопроводе застойной зоны - поэтому такие соединения часто применяются в фармацевтической и пищевой промышленности. Однако такие соединения применимы по большей части для малых диаметров.

• «Молочное» соединение - по сути, еще один вариант фланцевого соединения, но прижим выполняется накидной резьбовой муфтой. Как следует из названия - широко применяется в пищевой промышленности. Это один из наиболее известных примеров «отраслевых» специфичных соединений - т.к. такой способ требует специальной ответной части на трубопроводах.

• Цанга. Группа конструкций, в которой уплотнение между трубой и корпусом крана выполняется кольцевой прокладкой круглого сечения, а конструктив цанги обеспечивает удержание трубы на месте. Одним из достоинств является высокая скорость сборки/разборки такого соединения. Применяется на малых и очень малых диаметрах.

• Компрессионный хомут («Виктаулик»). Еще один вариант присоединения к трубопроводу: на трубе и патрубке крана сделаны специальные кольцевые канавки, на которые одевается стальная муфта из 2-х частей с кольцевой уплотняющей манжетой.

Выбор конкретного способа присоединения шарового крана к трубопроводу зависит от материала крана и конкретного применения.

Данный списо не исчерпывающий - разнообразие специальных конструкция для соединения частей трубопроводов - в том числе кранов - довольно велико.

Кроме того, краны нередко в заводском изготовлении комбинируют с другими элемнтами трубопровода - классический пример, пластиковые краны оснащенные разъемными муфтами на конце.

К содержанию ->

06 Что такое межфланцевый вариант шарового крана

«Фланцевый» и «межфланцевый» варианты соединения - это не одно и то же.

В обоих случаях на кране есть 2 фланца, а на стороне трубопровода присутствуют 2 ответных фланца. Но при фланцевом соединении на каждом конце крана выполняется сборка отдельного, независимого фланцевого соединения, а в межфланцевом варианте болты или шпилики проходят через всю конструкцию, через 2 соединения сразу, зажимая всю конструкцию целиком между двумя фланцами трубопровода, образуя двойное, но единое соединение.

У обоих способов есть плюсы и минусы, и, как следствие, свои применения.

Межфланцевый вариант позволяет значительно сократить монтажный размер крана: практически до уровня межфланцевого затвора, при этом сохраняее все особенности и преимущества шарового крана. Это особенно важно в ситуациях, где есть ограничение по монтажному пространству, требуется установка кранов на ограниченной площади. Также позволяет съэкономить материал (а значит и стоимость) крана, и время монтажа: т.к. требуется закрутить ровно в 2 раза меньше фланцевых болтов (или шпилек).

Важно! Межфланцевый кран обладает высокой надежностью и долговечностью, а также обеспечивает отличную герметизацию. Он не менее эффективен, чем классические варианты шаровых кранов.

Фланцевый же кран позволяет любую геометию средней части (т.к. шпильки не будут проходить насквозь), но, главное, позволяет как независимую и более плотную протяжку каждого соединения, так и отдельную разборку каждого соединения.

В итоге, выбор будет определяться потребностями конкретной промышленной системы и предпочтениями ее инженеров.

Если сравнивать межфланцевый вариант шарового крана с аналогичным межфланцевым поворотным затвором классической конструкции, - то такой шаровой кран обладает целым рядом преимуществ: меньшее сопротивление потоку, химстойкий материал уплотнений, больший диапазон температур и давлений требующий от аналогичных завторов дорогостоящего спец. исполнения и т.д. Но одним из главных достоинств шарового крана является низкий крутящий момент - это значит, что для открытия и закрытия крана требуется существенно меньшее усилие, т.е. дает возможность утанавливать на них приводы меньшего размера (менее дорогостоящие), а в сборке кран+привод - привод, как правило, составляет от 60 до 90% стоимости конструкции. В системах с большим количеством автоматической арматуры это может привести к существенной экономии средств без какого-либо компромиса по техническим и/или эксплуатационным характеристикам.

К содержанию ->

07 Конструкция корпуса шарового крана

Корпус шарового крана может состоять из одной, двух и трех частей. Монолитный стальной корпус не всегда рационально делать большой толщины, чтобы разместить в нем достаточного размера шар для полнопроходного крана (это потребовало бы заметно увеличить количество металла в корпусе - т.е стоимость и вес изделия), тогда шар делают больше внутреннего прохода корпуса, а сам корпус из 2-х частей, между которыми «зажимают» шар.

Кроме того, не всегда монтаж крана подразумевает наличие удобных разъемных соединений с каждой из сторон крана, а кран, как и любое устройство, бывает нужно снять с трубопровода (для очистки, обслуживания, замены, инспекции и т.п.). Особенно проблематично это может быть для стальных трубопроводов (жестких, тяжелых), со сварными или резьбовыми соединениями.

В этом случае можно выбрать кран с корпусом из 3-х частей: по-сути, это простейший вариант межфланцевого исполнения, когда основной корпус кран уже на заводе зажимают между двумя «фланцами». При необходимости съема/замены крана достаточно раскрутить несколько (обычно 4) болта и центральная часть крана снимается вбок.

К содержанию ->

08 Количество ходов шаровых кранов

Чаще всего можно встретить двухходовые шаровые краны, но часто применяются также и разнообразные трехходовые, а иногда и с большим количесвом ходов. Кроме того есть ряд специальных конструкций для специфических задач.

К содержанию ->

09 Приводы на шаровые краны

На современных производствах постоянно растет объем автоматизации и диспетчеризации как основных, так и вспомогательных технологических процесов. С точки зрения арматуры, это означает замену ручной арматуры на приводную.

Существенное преимущество шаровых кранов перед другими широко распространенными видами арматуры — относительно низкие крутящие моменты. Это позволяет использовать приводы меньшей мощности, что делает шаровые краны экономически выгодными и повышает надежность такой автоматизированной арматуры (если, конечно, не экономить на качестве привода).

Наиболее распростанены в промышленности пневмоприводы и электроприводы: шаровые краны могут оснащаться и теми, и другими.

Для управления шаровыми кранами требуются, как правило, четверть-оборотные приводы (иногда их не вполне точно называют однооборотными), но в ряде задач требуется вращать шток крана и на другие углы, отличные от 90 град. (например, в ряде задач для трехходовых кранов это модет быть и 180 градусов, а двухходовые краны могут не всегда поворачивать до полного закрытия), и иметь более 2-х дискретных положений крана. Ряд промышленных моделей приводов обеспечивают такой функционал.

Существует несколько типов электроприводов, и все они могут устанавливаться на шаровые краны. В зависимости от конкретной задачи, применяются приводы, управляющие открытием/закрытием (и, иногда, фиксированным промежуточным положением крана) с дискретным управлением, или регулирующие приводы с аналоговым управлением. И те, и другие, если это промышленные приводы, как правило, предлагают обратную связь (дискретную и аналоговую, соответственно).

Регулирующие приводы, как правило, не устанавливают на полнопроходные шаровые краны. Они чаще применяются с кранами, обладающими V-образным вырезом, предназначенным для регулирования потока жидкости или газа. Эти приводы позволяют точно установить положение шара в соответствии с требуемыми параметрами и поставленной задачей.

К содержанию ->

10 Питание электроприводов шаровых кранов

Питание приводов кранов шарового типа представлено различными вариантами, соответствующими различным промышленным стандартам и требованиям. Наиболее распространены в нашей стране:

• переменного тока 220 В, 50 Гц (220VAC);

• переменного тока 24 В, 50 Гц ( 220VAC);

• постоянного тока 24 В (24VDC);

• постоянного тока 12 В (12VDC);

Трехфазные электроприводы встерчаются сравниельно нечасто - только для мощных приводов для, соответсвенно, арматуры крупных сечений.

Нередко производители предлагают электроприводы с поддержкой нескольких типов питания. Нужно это, в первую очередь, чтобы обеспечить лучшую доступность нужного заказчику типа питания на складах дистрибьюторов.

К содержанию ->

11 Резюмируя

Промышленный шаровой кран — это широко распространенное запорное и регулирующее устройство потока жидкости или газа для широкого круга производственных задач.

Шаровые краны обладают рядом уникальных преимуществ перед другими типами арматуры (минимальное сопротивление потоку в полнопроходном исполнении, небольшие крутящие моменты, применение недорогих и широко распространенных четверть-оборотных приводов, возможность изготовления под большие давления и температуры и др.).

Выпускается огромное разнообразие и количество запорной и регулирующей арматуры этого типа.

В процессе выбора необходимо отталкиваться в первую очередь от вида и параметров рабочей среды, чтобы правильно выбрать материал изготовления шарового крана (корпуса, шара и уплотнений), - для обеспечения долгой службы и безопасной работы устройства.

Далее следует определить тип задачи: прекрытие потока и/или его регулирование. Исходя из этого выбирается вариант выреза шара.

Следует подумать о необходимости (сейчас или в будущем) установки на кран привода (поскольку об этом не всегда известно, все наши шаровые краны, даже ручные, оснащены стандартной монтажной площадкой под привод).

Выбрать предпочтительный способ соединения крана с трубопроводом, и продумать возможности съема устройства для сервиса/замены.

К содержанию ->