Краны шаровые двухходовые
Краны шаровые двухходовые: конструкция, применение и технические аспекты выбора
Кран шаровой двухходовой (двухпроходной, двухходовой запорный клапан) – это тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия или открытия потока рабочей среды. Его принципиальное отличие от стандартного шарового крана заключается в конструкции корпуса и шаровой пробки. В двухходовом исполнении корпус имеет два патрубка, а шаровая пробка – единственное сквозное отверстие (проход). Это обеспечивает только две основные функции: «открыто» (поток проходит напрямую) и «закрыто» (поток полностью перекрыт). Данный тип арматуры не предназначен для смешения или распределения потоков, в отличие от трехходовых (L- или T-образных) кранов.
Конструктивные особенности и материалы исполнения
Конструкция двухходового шарового крана является базовой для всей линейки шаровой арматуры. Основные компоненты включают:
- Корпус: Изготавливается методом литья, штамповки или сварки из различных материалов. Наиболее распространены корпуса из углеродистой (Ст20, Ст25) и нержавеющей (AISI 304, AISI 316) стали, латуни, титана, а также из специализированных пластиков (PVDF, PP) для агрессивных сред.
- Шаровая пробка (сфера): Основной запорный элемент. Выполняется из материала корпуса или более износостойкого сплава (например, нержавеющая сталь с хромированием или наплавлением). Высокий класс шероховатости поверхности сферы (Ra) и точность сферичности критически важны для герметичности.
- Седельные уплотнения (кольца): Располагаются между сферой и корпусом, обеспечивая герметичность в закрытом положении. Материалы: фторопласт (PTFE, RPTFE), усиленный графитом PTFE, нейлон, PEEK, металл (для высоких температур).
- Шпиндель (шток): Связывает рукоятку или привод с шаровой пробкой. Имеет уплотнительные элементы для предотвращения утечки среды вдоль оси. В конструкциях с «антивырывным» шпинделем он фиксируется в корпусе, что исключает его выпадение при разборке под давлением.
- Уплотнение шпинделя: Обычно представляет собой набор сальниковых колец (графит, PTFE) или сильфонный узел для критических применений (атомная энергетика, токсичные среды).
- Присоединительные концы: Могут быть фланцевыми (по ГОСТ, DIN, ANSI), муфтовыми (резьбовыми), под приварку (встык или в раструб) или комбинированными.
- Теплоэнергетика: В системах технического водоснабжения (ХВО, циркуляционная вода), трубопроводах низкого и среднего давления, системах отопления, в качестве дренажной и продувочной арматуры. Для пара высоких параметров требуются краны специального исполнения с металлическими уплотнениями.
- Атомная энергетика: В вспомогательных контурах, системах химводоочистки, вентиляции. Применяются краны с повышенными требованиями к материалам (радиационная стойкость), с сильфонным уплотнением шпинделя и сертификацией по нормам НАКС и ОПО.
- Нефтегазовая промышленность: На технологических линиях, установках подготовки топлива, системах пожаротушения, топливоподаче на газотурбинных и дизельных электростанциях.
- Промышленное строительство: В инженерных системах зданий энергообъектов (отопление, водоснабжение, сжатый воздух).
- Параметры рабочей среды: Тип (жидкость, газ, пар), химический состав (коррозионная активность, абразивность), давление (Pраб), температура (Tраб).
- Требования к герметичности: Класс герметичности по ГОСТ 9544-2015 или ISO 5208. Для запорной арматуры стандартом является класс «А» (нулевая утечка). Для ответственных применений указывают класс «АА» (более жесткие испытания).
- Условия эксплуатации: Частота циклов (редкое/частое переключение), внешняя среда (взрывоопасная зона, открытая атмосфера, сейсмичность), необходимость дистанционного управления.
- Присоединение к трубопроводу: Должно соответствовать проектной документации (тип фланца, стандарт резьбы).
- Материальное исполнение: Определяется коррозионной стойкостью и механической прочностью. Для агрессивных сред выбирают нержавеющие стали (AISI 316L), дуплексные стали, титан или футерованные краны.
- Наличие сертификатов: Для энергетики часто обязательны сертификаты соответствия ТР ТС 010/2011 (безопасность машин и оборудования), сертификаты на материалы, паспорта с отметкой ОТК.
- PTFE (фторопласт): Универсален, химически инертен, T до +200°C. Не подходит для жидкого кислорода и некоторых сильных окислителей.
- Усиленный PTFE (с стекловолокном, графитом): Лучшая стабильность размеров и износостойкость.
- PEEK (полиэфирэфиркетон): Высокая температура (до +300°C), хорошая химическая и радиационная стойкость.
- Металл-металл: Для высоких температур (свыше +500°C) и агрессивных сред, где полимеры неприменимы. Герметичность ниже, чем у мягких уплотнений.
Классификация и технические характеристики
Двухходовые шаровые краны классифицируются по ряду ключевых параметров, определяющих область их применения.
Таблица 1. Классификация двухходовых шаровых кранов
| Критерий классификации | Типы / Виды | Описание и применение |
|---|---|---|
| Полнота прохода | Полнопроходные (Full Bore) | Диаметр прохода в шаре равен или практически равен DN трубопровода. Минимальные гидравлические потери. Применяются в магистралях, где важен минимальный перепад давления. |
| Стандартнопроходные (Reduced Bore) | Диаметр прохода в шаре на 1 размер меньше DN трубопровода. Более компактные и экономичные. Применяются в системах, где незначительный перепад давления некритичен. | |
| Тип управления | Ручные (рычаг, бабочка) | Для ручного управления в легко доступных местах. Момент на рукоятке ограничен диаметром и давлением. |
| С редуктором | Для управления кранами больших диаметров (как правило, от DN200) с уменьшением требуемого усилия. | |
| С пневмо-, гидро- или электроприводом | Для автоматизации, дистанционного управления, интеграции в АСУ ТП. Электроприводы могут иметь функцию аварийного закрытия/открытия. | |
| Конструкция корпуса | Цельносварной (сварной) | Максимальная надежность, нулевая вероятность внешней утечки. Для ответственных и скрытых магистралей. Неразборный. |
| Разборный (фланцевый, комбинированный) | Корпус состоит из двух или более частей, соединенных болтами. Позволяет проводить обслуживание и замену внутренних компонентов. | |
| Плавающий шар | Шар не имеет жесткой фиксации и под давлением среды прижимается к седельному кольцу. Стандартное решение для малых и средних диаметров (до DN150-200). | |
| Шар в опорах (с верхним опорным подшипником) | Шар фиксируется в цапфах (опорах), что снижает трение и необходимый крутящий момент. Применяется для крупногабаритной арматуры высокого давления. |
Таблица 2. Основные технические параметры (номинальные значения)
| Параметр | Обозначение | Типовой диапазон для стальных кранов | Примечание |
|---|---|---|---|
| Условный диаметр | DN (Ду) | от DN10 (1/2″) до DN1200 и более | Наиболее востребованный диапазон: DN15-DN300. |
| Условное давление | PN (Ру) | PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250, PN320 | Соответствует классам давления ANSI: PN16 ~ ANSI 150, PN40 ~ ANSI 300. |
| Класс давления (ANSI) | Class | Class 150, 300, 600, 900, 1500, 2500 | Американский стандарт, широко используемый в энергетике и нефтегазе. |
| Рабочая температура | Tраб | от -60°C до +200°C (с PTFE), до +500°C и выше (с металлическими/графитовыми уплотнениями) | Зависит от материалов уплотнений и смазки шпинделя. |
| Рабочая среда | — | Вода, пар, нефтепродукты, газы (в т.ч. природный), агрессивные химические среды, криогенные жидкости. | Материалы корпуса и уплотнений подбираются строго под среду. |
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Двухходовые шаровые краны являются универсальной запорной арматурой и применяются в следующих системах:
Критерии выбора для профессионального сообщества
Выбор конкретной модели крана должен основываться на техническом задании и анализе следующих факторов:
Монтаж, эксплуатация и обслуживание
Правильный монтаж – залог долговечной работы арматуры. Кран должен монтироваться в соответствии с указанием стрелки на корпусе, обозначающей направление потока (если указана). Допускается монтаж в любом пространственном положении, но необходимо учитывать удобство доступа к рукоятке или приводу и ориентацию дренажного отверстия в корпусе (если есть). Перед монтажом необходимо убедиться в чистоте полости крана и трубопровода от окалины и механических частиц. Затяжка фланцевых соединений должна производиться крест-накрест динамометрическим ключом с моментом, указанным в паспорте изделия.
Эксплуатация предполагает периодический визуальный контроль, проверку на отсутствие внешних утечек и плавность хода. Техническое обслуживание включает в себя регламентную проверку и подтяжку сальникового уплотнения (если конструкция позволяет), смазку шпинделя и привода (по графику производителя). При потере герметичности в закрытом положении, как правило, требуется замена седельных уплотнений или шаровой пробки, что для разборных кранов выполняется в условиях ремонтной мастерской.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем ключевое отличие двухходового крана от трехходового?
Двухходовой кран имеет два патрубка и выполняет только запорную функцию («открыто/закрыто»). Трехходовой кран имеет три патрубка и L- или T-образный канал в шаре, что позволяет ему переключать, смешивать или распределять потоки между тремя направлениями. Это арматура другого функционального назначения.
Какой класс герметичности является стандартным для шаровых кранов в энергетике?
Для большинства применений в качестве запорной арматуры требуется класс «А» по ГОСТ 9544 (допустимая утечка 0). Для особо ответственных участков (например, с токсичными или легковоспламеняющимися средами) может быть указан более высокий класс «АА» (также нулевая утечка, но проверяемая более чувствительными методами).
Можно ли использовать шаровой кран для регулирования расхода среды?
Нет, не рекомендуется. Шаровые краны позиционируются как запорная арматура. При частичном открытии высокоскоростной поток вызывает кавитацию, локальный износ седла и сферы, вибрацию и шум. Для регулирования потока применяются специальные регулирующие клапаны, игольчатые вентили или шаровые краны с особой профилированной сферой (V-порт), которые конструктивно рассчитаны на такие нагрузки.
Что означает маркировка «Fire Safe» на кране?
Это обозначение пожаробезопасного исполнения. Кран, сертифицированный по стандартам API 607, ISO 10497, после испытания на огнестойкость способен сохранять герметичность (или иметь строго ограниченную утечку) в течение определенного времени при прямом воздействии пламени. В таких конструкциях используются дополнительные металлические уплотнения, которые вступают в контакт при выгорании основных полимерных колец.
Как правильно выбрать материал уплотнительных колец (седел)?
Выбор зависит от температуры и химической совместимости со средой:
Что такое «антистатическое устройство» в шаровом кране?
Это конструктивный элемент, обеспечивающий электрическую непрерывность между шаровой пробкой, шпинделем и корпусом. Он необходим для отвода статического электричества, которое может накапливаться при транспортировке диэлектрических сред (углеводороды, сухие сыпучие материалы) и создавать риск искрообразования. Является обязательным для кранов, работающих с горючими средами.
Заключение
Двухходовой шаровой кран, благодаря простоте конструкции, надежности и отличным гидравлическим характеристикам, остается основным типом запорной арматуры на вспомогательных и основных трубопроводах в энергетике и промышленности. Грамотный подбор крана по давлению, температуре, материалу и классу герметичности с учетом специфики технологического процесса является критически важной задачей для обеспечения безопасности и бесперебойности работы энергообъекта. Понимание конструктивных особенностей и условий применения позволяет инженерно-техническому персоналу принимать обоснованные решения при проектировании, закупке и эксплуатации трубопроводных систем.