Краны конусные

Краны конусные: конструкция, типы, применение и монтаж в электротехнических и кабельных системах

Конусный кран – это специализированный тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия потока рабочей среды (жидкости, газа, пара) в трубопроводах малого и среднего диаметра. Его основное отличие и название происходят от формы запорного элемента – он представляет собой конус (пробку), который плотно входит в соответствующее коническое седло в корпусе. В электротехнической и кабельной промышленности, а также в смежных областях энергетики, конусные краны находят применение во вспомогательных системах: водоснабжении и охлаждении трансформаторов, масляных системах, системах воздухоснабжения КИП и пневматических управлениях, техническом водоснабжении производственных цехов.

Конструкция и принцип действия

Конструкция конусного крана (пробкового крана конического типа) характеризуется относительной простотой и надежностью. Основные элементы включают:

• Корпус. Изготавливается из чугуна, стали (углеродистой, нержавеющей), латуни или бронзы. Внутренняя расточка имеет коническую форму, точно соответствующую конусу пробки.
• Запорный элемент (пробка). Выполнен в виде усеченного конуса с сквозным отверстием (проходом) прямоугольной, круглой или овальной формы. Материал – часто тот же, что и корпус, но для обеспечения герметичности может применяться наплавка коррозионностойких сплавов или покрытие эластомерами.
• Шпиндель (шток). Верхняя часть пробки, соединенная с рукояткой или приводом. Передает крутящий момент на пробку.
• Уплотнение и сальниковое устройство. Критически важный узел. Для обеспечения герметичности в закрытом положении и предотвращения протечек по штоку используется:
  • Прижимная гайка (накидная гайка) – поджимает пробку в коническое седло, обеспечивая контакт по поверхности.
  • Сальниковая набивка (графит, тефлон, АРМКО) – устанавливается в камеру сальника вокруг шпинделя и обжимается сальниковой втулкой для герметизации подвижного соединения.
• Рукоятка или привод. Ручное управление осуществляется рычажной рукояткой. В случаях затрудненного доступа или автоматизации могут применяться редукторные, пневматические или электрические приводы.

Принцип действия основан на повороте пробки на 90° (четверть оборота). В открытом положении сквозное отверстие в пробке совпадает с осью трубопровода, обеспечивая минимальное гидравлическое сопротивление потоку. В закрытом положении пробка повернута на 90°, и ее сплошная стенка полностью перекрывает проходное сечение, а коническая поверхность плотно прижата к седлу корпуса.

Классификация и типы конусных кранов

Краны конусные классифицируются по нескольким ключевым признакам, определяющим их область применения и эксплуатационные характеристики.

1. По способу обеспечения герметичности

• Сальниковые (натяжные). Имеют резьбовую накидную гайку в верхней части. Подтягивая эту гайку, оператор прижимает пробку к седлу, компенсируя износ и обеспечивая герметичность. Требуют периодического обслуживания.
• Напряжные (бессальниковые). Пробка поджата к седлу пружиной, расположенной в нижней части корпуса. Герметичность поддерживается автоматически, обслуживание в процессе эксплуатации не требуется. Более современная и надежная конструкция.

2. По типу прохода

• Полнопроходные. Диаметр отверстия в пробке равен или практически равен диаметру условного прохода (Dy) крана. Обеспечивают минимальные потери давления.
• Стандартнопроходные (редуцированные). Диаметр отверстия в пробке меньше условного прохода крана. Применяются там, где допустимо повышенное гидравлическое сопротивление для уменьшения габаритов и крутящего момента крана.

3. По количеству патрубков и направлений потока

• Проходные (двухходовые). Стандартный кран для перекрытия потока в прямом трубопроводе.
• Угловые. Патрубки расположены под углом 90°, позволяют изменять направление потока и экономить на фитингах.
• Трехходовые (L- и T-образные). Имеют три патрубка и специальную конфигурацию канала в пробке. Применяются для смешения, распределения или перенаправления потоков в сложных системах, например, в схемах байпаса или отбора проб.

4. По материалу корпуса и пробки

Выбор материала определяется рабочей средой, давлением, температурой и требованиями к коррозионной стойкости.

• Чугунные (Ч, КЧ). Для воды, пара, неагрессивных сред при давлениях до 1,6 МПа (16 бар). Широко применяются в системах технического водоснабжения.

Стальные (С, Ст). Углеродистая сталь для более высоких давлений (до 4,0 МПа) и температур. Нержавеющая сталь (12Х18Н9Т, 08Х18Н10) – для агрессивных сред (кислоты, щелочи) в химической промышленности или особо чистых системах.

• Бронзовые и латунные (Бр, Л). Обладают высокой коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Применяются в системах отопления, сжатого воздуха, топлива, морской воде. Часто используются для малых диаметров (до 50 мм).

Технические характеристики и выбор крана

При подборе конусного крана для конкретной задачи в энергетическом секторе необходимо учитывать следующий набор параметров, который обычно отражен в паспорте изделия и на маркировке.

Основные технические параметры конусных кранов

Параметр	Обозначение	Типовые значения / Единицы измерения	Комментарий
Условный проход	Dy (DN)	15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100 мм	Определяет присоединительные размеры. Для энергетики распространены диаметры от 25 до 100 мм.
Условное давление	Py (PN)	PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63	Максимальное избыточное давление при температуре 20°C. Для систем охлаждения обычно PN16.
Рабочее давление	Pр	Зависит от температуры среды, МПа	С ростом температуры допустимое давление падает. Регламентируется паспортом.
Рабочая температура	Tр	От -40°C до +300°C (зависит от материала и уплотнений)	Для стандартных уплотнений из ФУМ или резины обычно до +150°C.
Рабочая среда	—	Вода, пар, воздух, масло, неагрессивные газы и жидкости	Критичен выбор материала корпуса и типа уплотнения пробки.
Тип присоединения	—	Муфтовое (резьбовое), фланцевое, под приварку	В энергетике наиболее распространены фланцевые соединения (ГОСТ 12815-80) для диаметров от 50 мм.
Крутящий момент	Мкр	Н·м (Ньютон-метр)	Важен для выбора типа и мощности привода (редуктора, пневмопривода).

Область применения в энергетике и на кабельном производстве

Несмотря на появление более современных типов арматуры (шаровые краны, задвижки), конусные краны сохраняют свои позиции в ряде ответственных применений благодаря простоте, ремонтопригодности и возможности точной регулировки прижима.

• Системы охлаждения силовых трансформаторов. Установка на подводящих и отводящих трубопроводах воды или масла для возможности отключения отдельного охладителя (радиатора) на время ремонта без остановки всего агрегата.
• Масляные системы. В трубопроводах подпитки и слива трансформаторного масла, в системах маслоснабжения турбогенераторов.
• Пневматические системы управления. В качестве отсечной арматуры на подводе сжатого воздуха к клапанам, приводам выключателей, системам очистки изоляторов.
• Техническое водоснабжение. В цеховых сетях для подачи воды на технологическое оборудование, в том числе на линии охлаждения экструдеров в кабельном производстве.
• Системы отбора проб и байпасные линии. Трехходовые конусные краны идеально подходят для организации точек отбора проб теплоносителя или масла без остановки процесса.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж и обслуживание напрямую влияют на срок службы и надежность крана.

Монтаж

• Перед установкой необходимо проверить кран на отсутствие внешних повреждений и чистоту проходного канала.
• Монтажное положение может быть любым, но предпочтительно, чтобы ось шпинделя не была направлена вниз (для избежания скопления загрязнений в сальниковом узле).
• При фланцевом соединении необходимо использовать уплотнительные прокладки, соответствующие рабочей среде и температуре (паронит, фторопласт, металлические). Затяжку болтов производить крест-накрест для равномерного прижатия фланцев.
• Запрещается использовать рычаг для увеличения момента при закрытии/открытии – это приводит к повреждению уплотнительных поверхностей и заклиниванию пробки.

Эксплуатация и обслуживание

• В процессе эксплуатации сальниковые краны требуют периодической подтяжки накидной гайки для компенсации износа уплотнения.
• При появлении протечек по шпинделю необходимо добавить или заменить сальниковую набивку.
• Если кран стал проворачиваться туго, рекомендуется его демонтировать, промыть и нанести на контактные поверхности пробки и седла специальную консистентную смазку, стойкую к рабочей среде (например, графитовую).
• В случае заклинивания пробки из-за отложений или коррозии не применять ударные воздействия. Необходимо аккуратно прогреть корпус крана паром или горячей водой для расширения металла, после чего попытаться провернуть пробку.

Преимущества и недостатки по сравнению с шаровыми кранами

Конусные краны часто сравнивают с более современными шаровыми, что помогает сделать осознанный выбор.

• Преимущества конусных кранов:
  • Более высокая ремонтопригодность. Возможность регулировки прижима и замены сальника без демонтажа крана с трубопровода.
  • Лучшая устойчивость к загрязненным средам. Частицы абразива могут вдавливаться в более мягкий металл пробки, не нарушая герметичности, тогда как в шаровом кране они царапают полированную поверхность шара.
  • Возможность использования в качестве регулирующей арматуры (с ограничениями).
  • Как правило, более низкая стоимость, особенно для больших диаметров и из специальных материалов.
• Недостатки конусных кранов:
  • Больший крутящий момент, требуемый для управления, особенно после длительного простоя.
  • Большие строительные длина и высота по сравнению с шаровым краном того же прохода.
  • Не является полнопроходным по определению (даже в полнопроходном исполнении гидравлическое сопротивление выше, чем у шарового).
  • Требует периодического технического обслуживания (подтяжка сальника).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между конусным и шаровым краном?

Основное различие – в форме запорного элемента. У конусного крана это пробка в виде усеченного конуса, которая прижимается к коническому седлу корпуса. У шарового крана запорный элемент – сфера со сквозным отверстием, которая вращается между уплотнительными кольцами (седлами). Шаровой кран обеспечивает более быстрое и легкое управление, абсолютную полнопроходность, но менее устойчив к абразивным средам и, как правило, неремонтопригоден в полевых условиях.

Можно ли использовать конусный кран для регулирования расхода?

Да, но с существенными оговорками. Конусный кран позволяет регулировать расход за счет частичного перекрытия проходного сечения. Однако такой режим работы приводит к интенсивному износу уплотнительных поверхностей конуса и седла из-за эрозии и кавитации, особенно на высоких перепадах давления. Для постоянного регулирования расхода следует применять специализированную регулирующую арматуру (вентили, регулирующие клапаны). Конусный кран рекомендуется использовать преимущественно в качестве запорной арматуры.

Как правильно выбрать тип уплотнения (сальниковый или напряжный)?

Выбор зависит от условий эксплуатации и требований к обслуживанию. Сальниковые краны требуют периодической подтяжки, но позволяют компенсировать значительный износ. Они подходят для сред, где возможна нечастая подтяжка персоналом. Напряжные (бессальниковые) краны не требуют обслуживания в течение всего срока службы, так как прижим обеспечивается пружиной. Они предпочтительны для труднодоступных мест, агрессивных сред (меньше точек потенциальной протечки) и систем, где минимизация обслуживания является приоритетом.

Что делать, если конусный кран заклинил в положении «закрыто» или «открыто»?

Порядок действий: 1) Не применять чрезмерных усилий на рукоятке, чтобы не сломать шпиндель. 2) Попробовать легкими постукиваниями по корпусу и рычагу молотком через медную или деревянную прокладку разрушить возможные отложения. 3) Если не помогло – аккуратно прогреть корпус крана (не шпиндель!) с помощью строительного фена или пара. Корпус расширится больше, чем пробка, и может освободить ее. 4) После открытия кран необходимо демонтировать, полностью разобрать, очистить все детали от накипи и отложений, притереть конус и седло (при необходимости) и собрать с использованием специальной высокотемпературной графитовой смазки.

Какие стандарты и ГОСТы регулируют производство конусных кранов?

Основные стандарты: ГОСТ 21345-2005 «Краны пробковые конические. Общие технические условия». Этот стандарт устанавливает технические требования, параметры, правила приемки и испытаний. Присоединительные размеры фланцев регулируются ГОСТ 12815-80 (ряды давлений PN6-PN160). Также при выборе необходимо учитывать отраслевые стандарты (ОСТ) и технические условия (ТУ) производителя, которые могут предусматривать специальные исполнения (холодостойкие, коррозионностойкие и т.д.).