Краны запорные

Краны запорные: классификация, конструкция, применение и выбор для систем энергетики

Кран запорный представляет собой тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия потока рабочей среды (вода, пар, газ, масло, топливо) путем поворота запирающего элемента вокруг своей оси. В отличие от задвижек, запирающий элемент в кране не выдвигается из потока, а поворачивается, что обеспечивает компактность, быстроту срабатывания и возможность применения в качестве регулирующего органа (с оговорками). Основное функциональное назначение – надежное отключение участка трубопровода, аппарата или прибора.

Классификация запорных кранов

Классификация осуществляется по нескольким ключевым конструктивным и функциональным признакам.

1. По типу запирающего элемента и конструкции корпуса:

• Краны шаровые (шаровые краны). Запирающий элемент – сферическая пробка (шар) со сквозным отверстием. В положении «открыто» отверстие совпадает с осью трубопровода, в положении «закрыто» – повернуто на 90° и перекрыто непроницаемой стенкой шара. Наиболее распространенный тип благодаря простоте, надежности, малому усилию на управление и полнопроходной конструкции.
• Краны пробковые (конусные). Запирающий элемент – пробка конической, реже цилиндрической формы со сквозным отверстием. Принцип действия аналогичен шаровому. Требуют большего усилия для поворота, особенно после длительного простоя, из-за притирки конусных поверхностей. Бывают сальниковые (натяжение пробки регулируется сальниковой гайкой) и натяжные.
• Краны цилиндрические. Менее распространены, запирающий элемент имеет форму цилиндра. Часто используются в качестве распределительных кранов.

2. По материалу корпуса:

• Стальные (углеродистые, легированные, нержавеющие): Применяются для высоких давлений и температур, агрессивных сред. Сталь 20, 09Г2С, 12Х18Н10Т, AISI 304/316.
• Чугунные (серый чугун, ковкий чугун, чугун ВЧШГ): Для воды, пара, газа при умеренных давлениях и температурах. ВЧШГ (высокопрочный чугун с шаровидным графитом) сочетает прочность, близкую к стали, с коррозионной стойкостью чугуна.
• Латунные и бронзовые: Для систем ХВС, ГВС, сжатого воздуха, топлива. Обладают хорошей коррозионной стойкостью и обрабатываемостью.
• Титановые, алюминиевые, полимерные (ПП, ПВДФ): Для специфических агрессивных сред или особых условий.

3. По способу присоединения к трубопроводу:

• Муфтовые (резьбовые) – для малых диаметров (Ду 10-50 мм).
• Фланцевые – стандартизированное присоединение, удобное для монтажа/демонтажа в энергетических системах (Ду 15-500 мм и более).
• Приварные (под приварку) – обеспечивают абсолютную герметичность, но усложнявают обслуживание.
• Штуцерно-торцовые – для высоких давлений в испытательных системах.

4. По типу управления:

• Ручное (рычаг, «бабочка», редуктор).
• Приводное (электрический, пневматический, гидравлический привод) – для дистанционного и автоматического управления, больших диаметров.

Конструктивные особенности и материалы уплотнений

Надежность крана определяется герметичностью затвора – парой трения между запирающим элементом и седлами корпуса.

Уплотнения шаровых кранов:

• Пластиковые (PTFE/тефлон, RPTFE, PCTFE, нейлон, DEVLON): Стандартное решение для температур до 200°C. Обеспечивают высокую герметичность, низкий крутящий момент.
• Металл-металл: Седла из нержавеющей стали или твердых сплавов, шар с хромированным или твердонапыленным покрытием. Для высоких температур (свыше 250°C), абразивных сред. Может допускать микропротечки.
• Комбинированные (металл + упругое кольцо): Сочетают преимущества обоих типов.

Уплотнение штока (шпинделя):

Критически важный узел, предотвращающий утечку среды вдоль оси вращения. Выполняется набором сальниковых колец (графит, PTFE) или сильфонным узлом (абсолютная герметичность для опасных сред).

Основные технические параметры и выбор для энергетических объектов

Выбор крана определяется параметрами рабочей среды и условиями эксплуатации.

Таблица 1. Соответствие типов кранов и параметров среды

Тип крана	Рекомендуемые среды	Диапазон давлений (PN), МПа (усл.)	Диапазон температур, °C	Преимущества для энергетики	Ограничения
Шаровой полнопроходной	Вода, пар, конденсат, масло, воздух	1.6 – 16.0 (до 100 и выше)	-60 до +200 (с уплотн. PTFE), до +500 (металл-металл)	Малая строительная длина, быстрое управление, малые потери давления	Регулирование только в малом диапазоне угла поворота. Застойные зоны в неполнопроходных моделях.
Шаровой редуцированный	Вода, пар, где потери давления не критичны	1.6 – 10.0	-60 до +200	Меньшая стоимость, меньший крутящий момент	Высокие гидравлические потери
Пробковый сальниковый	Мазут, масло, нефтепродукты, химические среды	1.0 – 10.0	-40 до +300	Износостойкость к вязким и абразивным средам, ремонтопригодность	Большой крутящий момент, необходимость обслуживания сальника
Пробковый смазочный	Агрессивные и склонные к полимеризации среды	1.6 – 6.4	-40 до +200	Защита поверхностей трения специальной смазкой, предотвращение прикипания	Требуется система подачи смазки

Ключевые критерии выбора:

• Условный проход (Ду, DN) и Условное давление (Ру, PN): Должны соответствовать параметрам трубопровода с запасом не менее 15-20%.
• Рабочая среда: Определяет материал корпуса, тип уплотнений, материал шара/пробки. Для пара и горячей воды – стальные с графитовыми уплотнениями. Для агрессивных химводоочистки – нержавеющая сталь.
• Температура: Самый критичный параметр для полимерных уплотнений.
• Класс герметичности (по ГОСТ 9544): Для запорной арматуры энергетических классов – не ниже класса «А» (полная непроницаемость).
• Коэффициент пропускной способности (Kvs): Важен для технологических линий, где потери давления лимитированы.
• Пожаробезопасность (Fire Safe): Конструкция, сохраняющая герметичность при пожаре (уплотнения из графита, специальные конструкции). Обязательна для топливных систем.
• Климатическое исполнение и рабочее положение: Для наружной установки – удлиненный шток, защитный кожух. Некоторые краны имеют ограничения по монтажному положению.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж определяет срок службы арматуры.

• Монтаж производится на отключенном и опорожненном трубопроводе.
• Запрещается использовать кран в качестве монтажного упора для трубопровода.
• Фланцевые соединения затягиваются крест-накрест с контролем момента затяжки. Перекос фланцев недопустим.
• Перед вводом в эксплуатацию обязательна промывка линии для удаления окалины и абразивных частиц, разрушающих уплотнения седел.
• Эксплуатация: Плавное открытие/закрытие, особенно на высоких перепадах давления. Не использовать чрезмерных усилий на рычаге.
• Техническое обслуживание: Периодическая проверка на герметичность, смазка резьбовых частей привода, при необходимости – подтяжка сальникового узла (если предусмотрено конструкцией). Для кранов с системой подачи смазки – регулярное пополнение камеры.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между краном и задвижкой?

Задвижка перекрывает поток клином, движущимся перпендикулярно потоку. Она имеет большую строительную высоту, но меньшую длину, требует больше времени на открытие/закрытие. Кран управляется поворотом на 90°, он компактнее по высоте, быстрее срабатывает, но может создавать больший гидравлический момент на трубопровод в открытом состоянии. Задвижка лучше подходит для магистральных трубопроводов больших диаметров, где поток движется прямоточно, а кран – для отводов, узлов управления, где важна скорость и компактность.

Можно ли использовать шаровой кран для регулирования расхода?

Шаровые краны, особенно полнопроходные, не предназначены для точного регулирования. В положении, близком к закрытию, высокоскоростной поток вызывает кавитацию, вибрацию и быстрое разрушение (эрозию) поверхности шара и седла. Для регулирования применяются специальные регулирующие клапаны или шаровые краны с V-образным профилем шара, но и они имеют ограниченный диапазон регулирования.

Что означает аббревиатура «KVS» на кране?

Kvs – коэффициент пропускной способности. Это числовое значение расхода воды (в м³/ч) через полностью открытый кран при перепаде давления в 1 бар и температуре 20°C. Параметр используется для гидравлического расчета системы и подбора арматуры.

Почему шаровой кран с электроприводом иногда не доходит до крайнего положения?

Частая причина – неправильная настройка концевых выключателей («конечников») на приводе. Также возможна механическая проблема: попадание твердых частиц под шар/седло, износ уплотнений, недостаточный крутящий момент привода. Требуется диагностика и перенастройка.

Как выбрать между шаровым и пробковым краном для мазутной системы?

Для вязких сред, склонных к застыванию (мазут), традиционно предпочтительнее пробковые (конусные) краны. Их конструкция менее чувствительна к отложениям на поверхностях, а возможность подачи смазки в затвор позволяет разрушать отложения и предотвращать прикипание. Шаровые краны в таких системах требуют частого обслуживания и рискуют «заклинить».

Что такое «сильфонный кран» и где он применяется?

Это кран, в котором герметичность штока обеспечивается не сальниковым уплотнением, а металлическим сильфоном – гофрированной трубкой. Применяется на токсичных, взрывоопасных, радиоактивных или особо чистых средах, где утечка в атмосферу недопустима. Стандарт для систем АЭГС (азотно-кислородных генераторных станций) и особых технологических линий.

Заключение

Краны запорные являются неотъемлемым и высокоответственным элементом трубопроводных систем в энергетике. Их корректный выбор, основанный на анализе рабочих параметров, понимании конструктивных особенностей и материалов, определяет надежность и безопасность эксплуатации энергоблока, котельной или вспомогательных систем. Приоритет должен отдаваться специализированной арматуре, соответствующей отраслевым стандартам (ГОСТ, ТУ, API, DIN), а монтаж и обслуживание должны выполняться квалифицированным персоналом с соблюдением всех регламентов. Современные тенденции направлены на увеличение срока службы, применение износостойких покрытий, интеграцию с системами АСУ ТП через интеллектуальные приводы, что повышает общую эффективность энергетических объектов.