Краны шаровые Ду 40

Краны шаровые Ду 40: технические характеристики, конструкция и применение в энергетике

Кран шаровой Ду 40 — это трубопроводная арматура с условным проходом 40 мм (DN 40), предназначенная для полного перекрытия или открытия потока рабочей среды, а также, в случае исполнения с модифицированным седлом, для регулирования расхода. Принцип действия основан на повороте сферической пробки (шара) со сквозным отверстием на 90° вокруг своей оси. Данный типоразмер является одним из наиболее востребованных в технологических линиях, системах тепло- и водоснабжения, обвязке энергетического оборудования.

Конструктивные особенности и материалы исполнения

Конструкция шарового крана Ду 40 определяется рабочими параметрами, для которых он предназначен. Основные элементы включают:

• Корпус: Изготавливается литьем, ковкой или штамповкой. Материалы: углеродистая сталь (ст. 20, 25Л), нержавеющая сталь (12Х18Н10Т, AISI 304/316), латунь, реже — чугун ВЧШГ. В энергетике предпочтение отдается стальным и нержавеющим исполнениям.
• Шар (сферическая пробка): Обычно из нержавеющей стали с последующим хромированием или напылением твердых износостойких покрытий (нитрид титана, никелирование) для снижения трения и повышения коррозионной стойкости.
• Уплотнения шарового узла: Кольца седел изготавливаются из фторопласта (PTFE), армированного PTFE, терморасширенного графита (для высоких температур), реже — из нейлона или PEEK. От их состава напрямую зависит температурный диапазон применения.
• Шпиндель (шток): Передает крутящий момент от привода или рукояти к шару. Выполняется из нержавеющей стали. Конструкция — с противовырывным элементом, обеспечивающим безопасность.
• Уплотнение штока: Комплект сальниковых колец (графит, PTFE) или сильфонный узел для абсолютной герметичности (исполнение с сильфоном).
• Присоединительные концы: Для Ду 40 распространены фланцевые соединения (ГОСТ 33259, ГОСТ 12815, ASME B16.5), резьбовые (внутренняя/наружная резьба, NPT, BSP), а также сварные (под приварку).

Классификация и технические параметры

Шаровые краны Ду 40 классифицируются по нескольким ключевым признакам, определяющим их область применения.

По типу корпуса

• Цельносварной (неразборный): Максимальная герметичность, для ответственных систем.
• Разборный (с разъемным фланцевым соединением частей корпуса): Позволяет проводить обслуживание и ремонт.
• С плавающим шаром: Шар не имеет жесткой связи со штоком и поджимается к седлу давлением среды. Стандартное решение для средних давлений.
• С шаром в опорах (шаровые краны с плавающей и фиксированной опорой): Шар закреплен на оси вращения, что снижает крутящий момент и повышает стабильность в системах высокого давления (PN 100 и выше).

По типу управления

• Ручное (рычаг, «бабочка», редуктор).
• Приводное (электрический, пневматический, гидравлический привод). Ду 40 — распространенный размер для автоматизации.

Основные технические параметры (типовой ряд)

Параметр	Значение / Диапазон для Ду 40	Комментарий
Условный проход (DN)	40 мм	Соответствует наружному диаметру трубы ~48 мм по ГОСТ 10704 (труба 57х3)
Условное давление (PN)	PN 16, PN 25, PN 40, PN 63, PN 100, Class 150, Class 300	Наиболее распространены PN 16, PN 25, PN 40
Рабочая температура	От -60°C до +200°C (стандартно) До +400°C (с графитовыми уплотнениями)	Зависит от материала уплотнений
Рабочая среда	Вода, пар, теплоносители, масла, сжатый воздух, природный газ, неагрессивные химические среды.	Материал корпуса и уплотнений должен быть совместим со средой
Крутящий момент	20 — 120 Н·м (в зависимости от давления и исполнения)	Важный параметр для подбора привода
Стандарты	ГОСТ 28343, ГОСТ 21345, API 6D, ISO 17292	Определяют конструкцию, материалы, испытания

Применение в энергетике и смежных отраслях

В энергетическом секторе краны Ду 40 выполняют критические функции отключения и управления:

• Обвязка котлов и теплообменников: Установка на линии подпитки, дренажа, байпасных линиях.
• Системы химводоподготовки (ХВО): Переключение потоков реагентов, обессоленной воды.
• Топливные системы: На линиях мазута, газа (при условии исполнения для ГСМ или газа).
• Системы сжатого воздуха КИПиА: Отключение пневмолиний приборов и регуляторов.
• Тепловые сети (вторичные контуры, ИТП): В качестве запорной арматуры на подаче и обратке.
• Дренажные и продувочные линии: Сбросных трубопроводов высокого давления.

Критерии выбора шарового крана Ду 40 для энергетических объектов

Выбор арматуры должен основываться на детальном анализе условий эксплуатации:

1. Рабочая среда и ее параметры: Тип (вода, пар, газ), температура, давление (рабочее и испытательное), наличие примесей.
2. Материальная совместимость: Коррозионная активность среды диктует выбор марки стали (углеродистая, нержавеющая). Для агрессивных сред — нержавеющая сталь AISI 316.
3. Требования к герметичности: Класс герметичности по ГОСТ 9544 (А, В, С) или ISO 5208. Для энергетики, как правило, требуется класс А (нулевая протечка).
4. Частота циклований: Для часто переключаемых линий выбирают краны с износостойкими уплотнениями (PEEK, металл-металл).
5. Тип управления и наличие АСУ ТП: Определяет необходимость установки приводного механизма с соответствующим интерфейсом управления.
6. Условия монтажа и обслуживания: Наличие пространства для поворота рычага, доступ для возможного ремонта. Фланцевые краны требуют периодической подтяжки.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж — залог долговечной и безопасной работы арматуры.

• Подготовка: Проверить маркировку, комплектность, отсутствие повреждений. Очистить полости от консервационной смазки (если не требуется иного). Убедиться в чистоте подводящего трубопровода.
• Установка: Кран монтируется в любом положении, однако предпочтительно расположение шпинделем вертикально или под углом. Поток среды, как правило, не регламентирован, но рекомендуется направление со стороны шара. При фланцевом соединении — равномерная затяжка болтов крест-накрест без перекоса.
• Обслуживание: Включает периодическую проверку на герметичность, смазку шпинделя (если предусмотрено), проверку легкости хода. Краны с плавающим шаром, как правило, неремонтопригодны в полевых условиях, краны в опорах с разборным корпусом допускают замену уплотнительных колец.
• Типовые неисправности: Протечка через уплотнение штока (требуется подтяжка сальника или замена), заклинивание шара (часто из-за отложений или коррозии при неправильном подборе материала), повышенное усилие при управлении (износ уплотнений, отсутствие смазки).

Сравнительная таблица: Типы присоединений для кранов Ду 40

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается кран шаровой Ду 40 PN 16 от PN 40?

Основное отличие — в толщине стенок корпуса, конструкции и материалах уплотнений, а также в испытательном давлении. Кран PN 40 рассчитан на более высокое рабочее давление (до 4.0 МПа при температуре до +120°C) и имеет более массивное исполнение. Использование крана PN 16 в системе, рассчитанной на PN 40, недопустимо по соображениям безопасности.

Можно ли использовать шаровой кран Ду 40 для регулирования расхода пара?

Стандартные полнопроходные шаровые краны не предназначены для регулирования расхода, особенно в средах с высокой скоростью и эрозионным воздействием, таких как пар. Регулирование приводит к кавитационному износу поверхности шара и седла, быстрому разрушению уплотнений. Для регулирования пара на Ду 40 следует применять специализированные регулирующие вентили или шаровые краны с V-образным профилем шара (с износостойким напылением), но только в рамках, оговоренных производителем.

Какой материал корпуса предпочтительнее для трубопровода горячей воды (t=110°C) на ТЭЦ?

Для температур до +120-150°C и давления до 2.5 МПа оптимальным и экономически обоснованным выбором является углеродистая сталь (например, ст. 20). Для более высоких температур или при повышенных требованиях к коррозионной стойкости (например, при использовании умягченной воды с низким солесодержанием, но высоким содержанием кислорода) следует рассмотреть нержавеющую сталь марки 12Х18Н10Т или AISI 304.

Что означает аббревиатура «КШТФ» в маркировке?

КШТФ — это типовая российская аббревиатура, обозначающая: Кран Шаровой, Трехсоставной (разборный корпус), Фланцевый. Таким образом, КШТФ Ду 40 — это фланцевый разборный шаровой кран на диаметр 40 мм.

Как часто требуется обслуживание шаровых кранов Ду 40 на магистральной воде?

При правильном подборе под условия среды (вода техническая, t<90°C) современные шаровые краны с фторопластовыми уплотнениями являются практически необслуживаемыми на протяжении всего срока службы. Рекомендуется проводить визуальный осмотр и проверку на герметичность в закрытом/открытом положениях во время плановых остановок оборудования (1 раз в 1-2 года). Обслуживанию подлежат, в первую очередь, краны с приводом (проверка настроек концевых выключателей, смазка редуктора).

Допустимо ли устанавливать шаровой кран с электрическим приводом на вертикальный участок трубопровода?

Да, допустимо. Однако необходимо учитывать два момента: положение привода (оно не должно создавать нерасчетную нагрузку на шпиндель) и направление потока среды. Некоторые модели кранов имеют рекомендации по монтажному положению. Кроме того, при отказе электропитания необходимо предусмотреть возможность ручного аварийного управления (редуктор или отключение привода).

Заключение

Кран шаровой Ду 40 представляет собой универсальный, надежный и эффективный тип запорной арматуры, широко применяемый в энергетической отрасли. Его правильный выбор, основанный на всестороннем анализе рабочих параметров среды, требований к герметичности и условиям эксплуатации, является критически важным для обеспечения безаварийной и долговечной работы технологических систем. Современные материалы и конструкции позволяют использовать данные краны в широком диапазоне давлений и температур, а возможность оснащения различными типами приводов делает их интегральным элементом автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Приоритет при выборе должен отдаваться продукции производителей, обеспечивающих полную прослеживаемость материалов и соблюдение стандартов испытаний.