Краны шаровые полнопроходные Ду 20: конструкция, применение и технические аспекты

Кран шаровой полнопроходной Ду 20 (DN 20, условный проход 20 мм, наружный резьбовой размер 1/2″ или 3/4″ в зависимости от стандарта) представляет собой запорную арматуру, в которой запирающий элемент выполнен в форме сферы (шара) с цилиндрическим отверстием. Ключевой характеристикой полнопроходной (full bore) конструкции является равенство диаметра этого отверстия внутреннему диаметру присоединительных патрубков (и, как правило, подключаемого трубопровода), что обеспечивает минимальные гидравлические потери. Данный типоразмер является одним из наиболее востребованных в системах тепло- и водоснабжения, технологических линиях, узлах учета и распределения.

Конструктивные особенности и материалы исполнения

Конструкция крана состоит из корпуса, шаровой пробки, штока, седельных уплотнений и управляющего элемента (рычага, бабочки или редуктора).

• Корпус: Изготавливается методом литья, штамповки или сварки. Основные материалы:
  • Латунь (LS59-1, CW617N) – наиболее распространенный вариант для бытовых и коммерческих систем водоснабжения, характеризуется коррозионной стойкостью и хорошей обрабатываемостью.
  • Нержавеющая сталь (AISI 304, AISI 316) – для агрессивных сред, пищевой промышленности, высоких параметров или требований к чистоте среды.
  • Углеродистая сталь (WCB, 25Л) – для промышленных трубопроводов с высоким давлением и температурой, систем отопления и пара.
  • Комбинированные (латунный корпус с никелированием, покрытие ECTFE для химической стойкости).
• Шаровая пробка: Обычно изготавливается из того же материала, что и корпус, с последующим высокоточным шлифованием. Для повышения износостойкости и снижения трения часто наносится хромовое или никелевое гальваническое покрытие. В кранах класса «эконом» шар может быть полированным без покрытия.
• Уплотнения: Критически важный элемент, обеспечивающий герметичность.
  • Седловые уплотнения (кольца): стандартно – фторопласт (PTFE), армированный графитом или стекловолокном для температур до 200°C. Для высоких температур используют PTFE с добавками, PEEK (полиэфирэфиркетон). В пищевых применениях – PTFE пищевого допуска.
  • Уплотнение штока: как правило, сильфонное (для критичных сред) или сальниковое (набор колец из PTFE, графита).
• Присоединение: Для Ду 20 наиболее характерны резьбовые типы – внутренняя резьба (ВР/ВР), наружная резьба (НР/НР), комбинация (ВР/НР). Резьба может быть трубной (G), цилиндрической (Rp) или конической (R). Также встречаются варианты под приварку, фланцевое (реже для данного диаметра) и комбинированное (резьба-сварка) присоединение.

Ключевые технические параметры и характеристики

Выбор крана определяется его параметрами, которые должны соответствовать условиям эксплуатации трубопроводной системы.

Параметр	Типичные значения для Ду 20	Комментарий
Условное давление (PN)	PN16, PN25, PN40, 150 WSP (для американского стандарта)	Указывает на максимальное избыточное давление воды при температуре 20°C. Для пара и высоких температур требуется пересчет.
Рабочее давление	Зависит от температуры среды. Например, для PN16 латунного крана: 16 бар при 20°C, ~10 бар при 120°C.	Определяется по графикам зависимости давления от температуры в технической документации.
Рабочая температура	Стандартно: от -20°C до +150°C (с PTFE). Расширенно: от -60°C до +200°C (со спецуплотнениями).	Важно учитывать совместимость всех материалов (уплотнений, смазки) с температурой среды.
Коэффициент пропускной способности (Kvs)	Приблизительно 8 – 12 м³/ч	Параметр, критичный для систем с расчетным расходом. У полнопроходных кранов максимально высокий для своего диаметра.
Строительная длина	~65 мм (резьбовой), по ГОСТ 21345-2005: 65 мм (короткая серия), 85 мм (длинная серия)	Должна соответствовать монтажному пространству и требованиям по замене арматуры.
Класс герметичности	Класс А (нулевая протечка) по ГОСТ 9544-2015 (соответствие ISO 5208)	Обязательное требование для современной качественной арматуры.

Области применения и критерии выбора

Краны Ду 20 находят применение в следующих системах:

• Внутренние системы ХВС и ГВС: Установка на подводках к сантехническим приборам, коллекторам, перед счетчиками воды. Требуется латунное или никелированное исполнение, PN16.
• Системы отопления: Обвязка радиаторов, подключение теплообменников, дренажные линии. Важна стойкость к температуре до 110-120°C. Предпочтительна сталь или латунь с высокотемпературными уплотнениями.
• Технологические линии: В качестве запорных устройств на вспомогательных линиях, пробоотборных пунктах. Выбор материала корпуса и уплотнений определяется химическим составом среды.
• Узлы учета (тепло, вода): Установка до и после прибора учета для его отсечения и обслуживания. Полнопроходная конструкция минимизирует влияние на показания.
• Пневматические системы: Управление подачей сжатого воздуха низкого давления.

Критерии выбора:

1. Среда: Вода, пар, газ, масло, агрессивная жидкость. Определяет материал корпуса и уплотнений.
2. Параметры (P, T): Максимальное рабочее давление и температура с учетом возможных скачков.
3. Режим работы: Частота циклов «открыто-закрыто». Для частых операций выбирают краны с низким крутящим моментом и износостойкими уплотнениями.
4. Присоединение: Совпадение типа резьбы (метрическая, дюймовая), ее шага и профиля.
5. Управление: Рычаг (для быстрого ручного управления), бабочка (для ограниченного пространства), редуктор (для высокого давления или больших усилий), электропривод (для автоматизации).
6. Стандарты: Соответствие требованиям ГОСТ, ISO, DIN, что гарантирует взаимозаменяемость и заявленные характеристики.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж – залог долговечности и герметичности.

• Подготовка: Очистка трубопровода от окалины и мусора. Проверка крана на отсутствие заводских дефектов.
• Направление потока: Большинство шаровых кранов не имеют строгого направления потока. Исключение – краны с конструкцией «3-ходовые» или с системой дренажа. Рекомендуется ориентировать корпус так, чтобы при эксплуатации ось штока находилась в вертикальной или горизонтальной плоскости, избегая накопления грязи в сальниковой зоне.
• Уплотнение резьбы: Использование льняной пряди с пастой, фум-ленты или анаэробного герметика. Накладывать уплотнительный материал только на резьбу трубы, избегая попадания внутрь крана, что может повредить седла и шар.
• Затяжка: Прилагать усилие только к ключовой части корпуса (шестиграннику), НЕ к рычагу или штоку. Избегать чрезмерной затяжки, ведущей к деформации корпуса и заклиниванию шара.
• Эксплуатация: Работать только в положениях «полностью открыто» или «полностью закрыто». Использование в качестве регулирующей арматуры приводит к кавитационному износу поверхности шара и быстрому выходу уплотнений из строя.
• Обслуживание: Современные краны, как правило, неремонтопригодны (неразборный корпус). При потере герметичности требуется замена. Для разборных конструкций возможна замена уплотнительных колец и смазки штока.

Сравнение с другими типами арматуры на Ду 20

Тип арматуры	Преимущества	Недостатки	Предпочтительное применение
Кран шаровой полнопроходной	Малые гидравлические потери, быстрое перекрытие, надежность, компактность, полнопроходность.	Не предназначен для регулирования, чувствителен к загрязненной среде (заклинивание).	Запорная функция на магистральных линиях, где важен минимальный перепад давления.
Кран шаровой стандартнопроходной (редуцированный)	Меньшая стоимость, меньший крутящий момент.	Высокие гидравлические потери, не подходит для узлов учета.	Вспомогательные линии, где перепад давления некритичен.
Вентиль запорный (клапан)	Пригоден для регулирования, ремонтопригоден.	Высокое гидравлическое сопротивление, большая строительная длина, сложная конструкция.	Линии, где требуется плавная регулировка расхода.
Задвижка	Прямолинейный поток, малое сопротивление в открытом состоянии.	Большие габариты, риск неполного закрытия/открытия, засорение затвора.	Магистральные трубопроводы больших диаметров (для Ду 20 применяется редко).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается полнопроходной кран от стандартного?

Полнопроходной (full bore) кран имеет диаметр отверстия в шаре, равный внутреннему диаметру трубопровода (условному проходу Ду). У стандартнопроходного (reduced bore) кран диаметр отверстия меньше на один или несколько типоразмеров. Например, у Ду 20 стандартнопроходного крана отверстие может быть как у Ду 15. Это увеличивает потери давления и недопустимо на линиях с высокими требованиями к расходу.

Какая резьба у крана Ду 20?

Резьба может быть разной в зависимости от стандарта производителя. Наиболее распространенные варианты: трубная цилиндрическая резьба G 3/4″ (основной вариант для водопровода) или G 1/2″. Также встречается коническая резьба R 3/4″. Американский стандарт NPT. Перед покупкой необходимо замерять шаг и диаметр резьбы на старом образце или уточнять в проектной документации.

Как перевести Ду 20 в дюймы?

Условный проход Ду 20 приблизительно соответствует 3/4 дюйма. Однако это именно условное соответствие для обозначения размера. Наружная резьба на таком кране, как правило, и будет 3/4″. Точное соответствие: 1 дюйм = 25,4 мм, но Ду является безразмерной величиной, указывающей на присоединительный размер.

Почему кран шаровой нельзя использовать для регулирования потока?

При частичном открытии высокоскоростной поток среды направляется на узкую зону седлового уплотнения и кромку шара, вызывая кавитацию, эрозию и локальный износ. Это приводит к нарушению герметичности в закрытом положении и быстрому выходу крана из строя. Для регулирования следует применять вентили или специальные шаровые краны с конструкцией, предназначенной для регулирования (V-образный шар).

Что такое Kvs и почему он важен для крана Ду 20?

Kvs – это коэффициент пропускной способности, численно равный расходу воды (в м³/ч) через полностью открытый кран при перепаде давления в 1 бар и температуре 20°C. Для полнопроходного крана Ду 20 Kvs составляет около 10-12 м³/ч. Этот параметр используется для гидравлического расчета сети: при выборе крана с низким Kvs на линии с высоким расчетным расходом может возникнуть недопустимо высокий перепад давления, что нарушит работу системы.

Как правильно выбрать материал корпуса: латунь или нержавеющая сталь?

Выбор зависит от среды и бюджета. Латунь (деформируемый сплав) подходит для воды, пара низкого давления, инертных газов. Она менее стойка к некоторым видам агрессивных вод (с высоким содержанием хлоридов). Нержавеющая сталь AISI 304/316 – универсальный, более прочный и химически стойкий материал для широкого спектра сред, включая слабые кислоты и щелочи, пищевые продукты. Сталь предпочтительна при высоких давлениях (PN40 и выше), температурах, а также в системах с повышенными требованиями к долговечности.

Что означает маркировка на корпусе крана?

Стандартная маркировка включает: DN (20), PN (16, 25, 40), направление потока (стрелка), материал корпуса (латинские обозначения, например, CuZn для латуни), товарный знак производителя, давление испытаний (например, WOG 600 – Water, Oil, Gas, 600 psi). Наличие полной маркировки – признак ответственного производителя.

Какой класс герметичности должен быть у шарового крана?

Согласно актуальным стандартам (ГОСТ 9544-2015, ISO 5208), для шаровых кранов как запорной арматуры нормируется класс герметичности «А» (высший) – недопустимость видимых протечек в закрытом положении. Это обязательное требование для качественной продукции. Классы B, C, D имеют допустимые нормы протечки и для шаровых кранов не применяются.