Шаровой запорный клапан (ШЗК) — это трубопроводная арматура, запорный элемент которой имеет сферическую форму с сквозным отверстием. Управление потоком рабочей среды осуществляется поворотом шара вокруг оси, перпендикулярной направлению потока. Основная функция — полное перекрытие потока (запорная арматура) с высокой степенью герметичности. В энергетике, включая тепловые и атомные электростанции, магистральные трубопроводы, котельные и системы тепло- водоснабжения, шаровые краны являются критически важным элементом для обеспечения безопасности, ремонтопригодности и управляемости технологических процессов.
Конструкция стандартного шарового клапана включает следующие ключевые компоненты:
Принцип действия основан на повороте шара на 90° (от полного открытия до полного закрытия). В открытом положении отверстие в шаре соосно потоку, создавая минимальное гидравлическое сопротивление. В закрытом положении шар развернут глухой стороной к потоку, а уплотнительные седла, прижатые давлением среды или пружинами, обеспечивают герметичное перекрытие.
Выбор материала определяется параметрами рабочей среды: давлением, температурой, химической агрессивностью, абразивностью.
| Материал корпуса | Основные марки | Типичные применения в энергетике | Ограничения |
|---|---|---|---|
| Углеродистая сталь | WCB, 25Л | Пар, вода, нейтральные жидкости и газы при температурах до +425°C, общепромышленные линии. | Коррозионно-активные среды. |
| Нержавеющая сталь | CF8 (304), CF8M (316), CF3M (316L) | Агрессивные среды, химические реагенты, высокочистая вода, пищевые и фармацевтические линии. Теплоносители с высокими требованиями к чистоте. | Среды с содержанием хлоридов при высоких температурах (риск коррозии под напряжением). |
| Легированная сталь | WC6, WC9, C5, C12 | Высокотемпературный пар (до +595°C), линии питательной воды, перегреватели. Применяются в энергетике высоких параметров. | Высокая стоимость. |
| Чугун | GG25, GGG40 | Вода, пар низкого давления, системы отопления и вентиляции. Бюджетное решение для неответственных систем. | Хрупкость, запрещен для пара высокого давления и ударных нагрузок. |
| Материал | Температурный диапазон | Стойкость | Применение |
|---|---|---|---|
| Фторопласт (PTFE) | -50°C … +200°C | Химически инертен, низкий коэффициент трения. | Универсальный материал для воды, пара, химических сред умеренных температур. |
| Усиленный фторопласт (RPTFE, стеклонаполненный) | -50°C … +230°C | Повышенная стойкость к износу и ползучести. | Для ответственных применений, циклических нагрузок. |
| PEEK (полиэфирэфиркетон) | -70°C … +300°C | Высокая механическая прочность, стойкость к абразиву. | Высокотемпературный пар, абразивные суспензии. |
| Металлические седла (сталь, нержавейка) | До +600°C и выше | Высокая температура и давление, эрозия. | Сверхкритические параметры пара, горячие технологические газы. Герметичность класса «металл-по-металлу» (обычно ниже, чем у мягких седел). |
Выбор осуществляется на основе технического задания и нормативной документации (ГОСТ, ТР ТС, ASME, API).
Правильный монтаж — залог долговечности. Перед установкой необходимо проверить чистоту внутренней полости клапана и трубопровода. Монтажное положение может быть любым, но рекомендуется избегать положения маховиком вниз. Для фланцевого соединения необходимо использовать прокладки, соответствующие среде, и равномерно затягивать крепеж крест-накрест. Запрещается использовать рычаг для затяжки на уже закрытом кране — это приводит к деформации седел и ускоренному износу. В эксплуатации шаровой кран — арматура запорная, а не регулирующая. Его не следует использовать для дросселирования потока, так как это вызывает кавитационное разрушение шара и седел. Техническое обслуживание включает периодическую проверку герметичности, смазку штока (если предусмотрена) и проверку легкости хода. Для кранов с подпружиненными седлами возможна подтяжка сальникового уплотнения.
Преимущества:
Недостатки:
Задвижка перекрывает поток клином, движущимся перпендикулярно потоку. Она имеет большое строительная высота, время закрытия, а в промежуточных положениях подвержена вибрации и износу. Шаровой кран управляется поворотом, имеет малую строительную длину и высоту, полное открытие/закрытие за 0.25 оборота, но, как правило, не предназначен для работы в промежуточных положениях. Для энергетических систем задвижки часто предпочтительнее на магистральных паропроводах больших диаметров (свыше DN300) с высокими параметрами пара, где требуется плавное регулирование или где шаровые краны не обеспечивают необходимую герметичность «металл-по-металлу» после длительной эксплуатации.
Категорически не рекомендуется. В частично открытом положении высокоскоростной поток вызывает кавитацию и эрозию поверхности шара, локальный перегрев и деформацию полимерных седел, что приводит к потере герметичности и быстрому выходу клапана из строя. Для регулирования применяются специальные регулирующие клапаны с профилированными плунжерами и седлами, рассчитанными на дросселирование.
Это стандартная техническая маркировка:
Для удаленных объектов, где требуется дистанционное управление или интеграция в АСУ ТП, выбирают электропривод (если есть источник питания) или пневмопривод (если есть источник сжатого воздуха). Ключевые параметры выбора привода: требуемый крутящий момент (с запасом 20-30%), время срабатывания, класс защиты оболочки (не ниже IP65 для улицы), наличие ручного дублера и позиционера (для точного управления). Обязательно учитывается климатическое исполнение.
Основные причины: полимеризация или накопление отложений в зазорах между шаром и седлами; отсутствие смазки в узле шток-сальник; термическая деформация деталей. Для предотвращения рекомендуется периодически (раз в квартал) проворачивать кран даже если он не используется. Для открытия нельзя применять чрезмерную силу на рычаг — это может привести к поломке штока. Необходимо сделать несколько легких ударов по рычагу в направлении открытия или использовать специальный ключ-удлинитель.
Это шаровой кран, оснащенный рубашкой обогрева (паровым или электрическим). Применяется для сред с высокой вязкостью или склонных к кристаллизации при температуре окружающей среды (нефтепродукты, битум, расплавленная сера, некоторые химикаты). В энергетике может применяться на линиях мазута или густых масел. Обогрев предотвращает застывание среды в полости корпуса, обеспечивая работоспособность арматуры в холодный период.