Краны шаровые фланцевые с рукояткой

Краны шаровые фланцевые с рукояткой: конструкция, применение и технические аспекты

Кран шаровой фланцевый с рукояткой представляет собой запорную арматуру, предназначенную для полного перекрытия или открытия потока рабочей среды в трубопроводных системах. Его основная функция – надежное отсечение, а не регулирование расхода. Конструкция основана на сферическом запорном элементе (пробке) со сквозным отверстием, который вращается вокруг оси, перпендикулярной направлению потока. При совпадении оси отверстия с осью трубопровода кран открыт; при повороте рукоятки на 90 градусов отверстие перекрывается сплошной стенкой шара, и поток останавливается. Фланцевое присоединение обеспечивает жесткую, разъемную стыковку с ответными фланцами трубопровода, что делает данный тип арматуры предпочтительным для систем высокого и среднего давления, а также для частых разборок.

Конструктивные элементы и материалы

Конструкция крана включает несколько ключевых компонентов, от качества и совместимости которых зависит его надежность и ресурс.

    • Корпус. Изготавливается методом литья, ковки или сварки из углеродистых, легированных, нержавеющих сталей, чугуна (ВЧШГ, ковкий) или цветных сплавов (латунь, титан). Корпус имеет два фланца с уплотнительными поверхностями (тип поверхности – выступ/впадина, шип/паз, под прокладку) в соответствии со стандартами ГОСТ, DIN, ANSI.
    • Шар (запорный элемент). Обычно изготавливается из нержавеющей стали (например, 12Х18Н10Т, AISI 304/316) для обеспечения коррозионной стойкости и минимального трения. Поверхность шара часто подвергается хромированию, напылению никеля или твердых покрытий (например, WC – карбид вольфрама) для повышения износостойкости и антифрикционных свойств.
    • Уплотнения (седла). Кольца, расположенные между шаром и корпусом, обеспечивающие герметичность в закрытом положении. Материал – PTFE (тефлон), усиленный PTFE с графитом, углеродным волокном, PEEK, металлокомпозит. Выбор материала зависит от температуры и агрессивности среды.
    • Шпиндель (шток). Связывает рукоятку с шаром, передает крутящий момент. Выполняется из нержавеющей стали. В конструкции предусмотрено уплотнение штока (сальниковый узел) для предотвращения утечки среды вдоль оси вращения.
    • Рукоятка (рычаг). Предоставляет оператору возможность быстрого (на четверть оборота) управления краном. Изготавливается из стального литья или ковки. Наличие фиксирующего устройства (замка) на рукоятке предотвращает несанкционированное открытие/закрытие.

    Классификация и технические характеристики

    Краны классифицируются по ряду ключевых параметров, которые определяют область их применения.

    Таблица 1: Классификация шаровых фланцевых кранов

    КритерийТипы / ВариантыКомментарий
    Проходное сечениеПолнопроходные (Full Bore), Стандартнопроходные (Reduced Bore)Полнопроходные имеют диаметр отверстия в шаре, равный DN трубопровода, что минимизирует гидравлические потери. Стандартнопроходные имеют меньшее отверстие, что увеличивает скорость потока, но создает перепад давления.
    Тип корпусаЦельносварной, Разборный (с болтовым соединением половин)Цельносварные – более надежны, для агрессивных сред. Разборные (с плавающей или фиксированной сферой) – удобны в обслуживании и ремонте.
    Рабочее давление (PN)PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, Class 150, Class 300 и т.д.Выбирается в соответствии с параметрами системы. Фланцы должны соответствовать давлению крана.
    Рабочая температураОт -60°C до +200°C и выше (зависит от материалов уплотнений)Для низких температур требуются краны в исполнении «ХЛ» (холодостойкие). Для высоких – с уплотнениями из графита, металла.
    УправлениеРучное (рычаг), редукторное, пневмо-/электроприводноеРукоятка применяется при малых диаметрах (до DN200-300) и допустимом усилии оператора. Для больших DN или АСУ необходимы приводы.

    Таблица 2: Типовые материалы исполнения в зависимости от среды

    Рабочая средаРекомендуемый материал корпусаРекомендуемый материал уплотнений
    Вода, пар (до 180°C)Углеродистая сталь 25Л, ВЧШГPTFE, PTFE+графит
    Агрессивные жидкости, кислоты, щелочиНержавеющая сталь 12Х18Н10Т (AISI 304), 10Х17Н13М2Т (AISI 316)PTFE, PEEK, фторкаучук
    Нефть, нефтепродукты, углеводородыУглеродистая сталь, легированная стальPTFE, NBR, металлографитовые
    Азот, кислород, криогенные средыНержавеющая сталь, латуньPTFE, специальные смазки, обезжиренная сборка
    Пар высоких параметров, перегретая водаЛегированная сталь 20ГЛ, 25ГЛГрафит, металлографит

    Области применения в энергетике и промышленности

    Шаровые фланцевые краны с рукояткой нашли широкое применение благодаря своей надежности и простоте эксплуатации.

    • Тепловые и атомные электростанции. В системах технического водоснабжения (ХВО, циркуляционная вода), дренажных и продувочных линиях, системах отопления вспомогательных зданий, трубопроводах низкого и среднего давления неагрессивных сред.
    • Нефтегазовая промышленность. На технологических линиях сырой нефти, мазута, топливного газа, сжиженного углеводородного газа (СУГ), на установках подготовки и перекачки.
    • Химическая и нефтехимическая промышленность. Для транспортировки широкого спектра химических реагентов, где материал корпуса и уплотнений подобран в соответствии с коррозионной активностью среды.
    • Коммунальное хозяйство. В сетях центрального отопления (в качестве отсечной арматуры на вводах в здание, на перемычках), водоснабжения, в котельных.
    • Промышленные предприятия. В системах сжатого воздуха, инертных газов (азот, CO2), вакуумных линиях.

    Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

    Правильный монтаж и эксплуатация критически важны для обеспечения герметичности и долговечности арматуры.

    Монтаж: Перед установкой необходимо проверить чистоту внутренней полости крана и трубопровода, отсутствие повреждений уплотнительных поверхностей фланцев. Фланцы крана и трубопровода должны быть соосны. Запрещается использовать чрезмерное усилие для компенсации перекоса путем подтяжки болтов. Прокладки должны соответствовать давлению, температуре и химическому составу среды. Болты следует затягивать крест-накрест с рекомендуемым моментом затяжки. После монтажа необходимо выполнить несколько циклов открытия/закрытия для проверки легкости хода.

    Эксплуатация: Кран предназначен только для положений «открыто» и «закрыто». Не допускается использование его в качестве регулирующей арматуры, так как это приводит к кавитационному износу седел и шара. Усилие на рукоятке должно быть плавным, без рывков и использования дополнительных рычагов. В системах с высокими температурами или после длительного простоя в одном положении перед первым поворотом может потребоваться легкое постукивание по корпусу для «срыва» шара с седел.

    Техническое обслуживание: Периодический визуальный контроль на предмет внешней коррозии, утечек по штоку и фланцевым соединениям. Проверка легкости хода рукоятки. При появлении течи по штоку – подтяжка сальникового узла (если это предусмотрено конструкцией). Регламентные работы включают замену уплотнительных колец (седел) и смазку шара и штока специальными пастами, совместимыми с рабочей средой.

    Преимущества и недостатки

    Преимущества:

    • Высокая герметичность (класс А по ГОСТ 9544).
    • Малое время и простота управления (поворот на 90°).
    • Малая строительная длина по сравнению с задвижкой.
    • Простота конструкции, ремонтопригодность (для разборных моделей).
    • Широкий диапазон рабочих давлений и температур.
    • Небольшое гидравлическое сопротивление в открытом положении (особенно у полнопроходных моделей).

    Недостатки:

    • Ограниченная пригодность для сред с высоким содержанием абразивных частиц, которые вызывают быстрый износ седел и шара.
    • Застойные зоны в стандартнопроходных моделях, что недопустимо для некоторых пищевых и химических сред.
    • Сложность очистки внутренней полости (технологический «карман») в некоторых конструкциях.
    • При резком закрытии на высокоскоростных потоках возможен гидроудар.
    • Ограничение по диаметру для ручного управления (требуемое усилие становится чрезмерным).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается кран шаровой фланцевый от крана муфтового?

Основное отличие – тип присоединения к трубопроводу. Муфтовый кран имеет резьбовое соединение (внутреннюю или внешнюю резьбу) и предназначен для монтажа в системах малых диаметров (как правило, до DN50) и низкого давления (часто до PN16). Фланцевый кран соединяется с трубопроводом через фланцы с болтовым креплением, что позволяет применять его на трубопроводах больших диаметров (до DN500 и более) и высоких давлений (PN40, PN100 и выше). Фланцевое соединение обеспечивает более надежное и герметичное соединение, удобно для частой разборки и сборки линии.

Можно ли использовать шаровой кран для регулирования потока?

Нет, это не рекомендуется и часто запрещается производителями. Шаровые краны, особенно с рукояткой, позиционируются как запорная арматура. При частичном открытии поток создает кавитацию и гидродинамический износ поверхности шара и уплотнительных седел, что приводит к их быстрому разрушению и потере герметичности в закрытом положении. Для регулирования потока следует применять специализированную регулирующую арматуру: клапаны, дисковые поворотные затворы с фиксацией положения.

Как правильно выбрать материал уплотнений (седел)?

Выбор материала уплотнений зависит от трех основных факторов: рабочей температуры, химического состава среды и абразивности. Стандартный PTFE (тефлон) работает в диапазоне от -20°C до +180°C и химически инертен к большинству сред. Для более высоких температур (до +300°C) применяют уплотнения из графита или металлографита. Для агрессивных сред (кислоты, сильные окислители) используют PTFE или PEEK. При наличии абразивных частиц рассматривают варианты с износостойкими покрытиями шара и усиленными композитными седлами.

Что означает маркировка на кране (например, DN50 PN16)?

Маркировка содержит ключевые условные параметры:
DN50 – Номинальный диаметр (Diameter Nominal). Условный проход, примерно соответствующий внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода в миллиметрах. Фактический диаметр отверстия может отличаться.
PN16 – Номинальное давление (Pressure Nominal). Максимальное избыточное рабочее давление в барах при температуре среды 20°C, которое кран может выдерживать в течение всего срока службы. Для других температур вводятся поправочные коэффициенты на снижение давления.

Почему кран с рукояткой может начать «подтекать» в закрытом положении?

Основные причины течи в закрытом положении:
1. Механическое повреждение поверхности шара или седла (задиры, царапины) из-за абразива в среде или работы в режиме регулирования.
2. Деформация или термическая деградация уплотнительных седел (при длительном воздействии температуры выше допустимой).
3. Попадание твердой частицы (окалины, накипи) в пространство между шаром и седлом («зажатие соринки»).
4. Недостаточное усилие закрытия (особенно для кранов большого диаметра с высоким перепадом давления).
5. Естественный износ после большого количества циклов. В большинстве случаев требуется разборка, осмотр и замена уплотнительных комплектов.

Требуется ли техническое обслуживание шарового крана, если он постоянно находится в одном положении?

Да, рекомендуется. Даже без циклов переключения, длительное статическое воздействие среды и давления может привести к «прикипанию» шара к седлам, релаксации (оседанию) материала уплотнений. Раз в 6-12 месяцев (в зависимости от среды) следует выполнить 2-3 полных цикла открытия-закрытия для перераспределения контактных нагрузок на седлах и проверки работоспособности. Для ответственных систем график ТО регламентируется инструкцией по эксплуатации.

Войти

Зарегистрироваться

Сбросить пароль

Пожалуйста, введите ваше имя пользователя или эл. адрес, вы получите письмо со ссылкой для сброса пароля.