Краны шаровые для воды

Краны шаровые для воды: конструкция, материалы, стандарты и применение в системах водоснабжения

Шаровой кран – это тип трубопроводной арматуры, запорный или регулирующий элемент которого имеет сферическую форму. Принцип действия основан на повороте сферической пробки (шара) со сквозным отверстием вокруг оси, перпендикулярной направлению потока рабочей среды. В положении «открыто» отверстие в шаре совпадает с осью трубопровода, обеспечивая минимальное гидравлическое сопротивление. При повороте на 90° («закрыто») сплошная сторона шара перекрывает проход, блокируя поток. Данный тип арматуры является основным для запорных функций в системах холодного и горячего водоснабжения (ХВС и ГВС), благодаря высокой надежности, простоте конструкции и долговечности.

Конструктивные особенности и основные компоненты

Конструкция стандартного полнопроходного шарового крана включает несколько ключевых элементов:

• Корпус: Основная несущая часть, воспринимающая давление среды и нагрузки от присоединительных трубопроводов. Может быть цельнолитым, разборным (состоит из двух или более частей, соединенных болтами или резьбой) или сварным.
• Шар (сферическая пробка): Запорный элемент, изготавливаемый с высокой точностью и чистотой поверхности. Имеет сквозное цилиндрическое отверстие, диаметр которого у полнопроходных моделей равен внутреннему диаметру присоединительного патрубка (DN). У стандартнопроходных моделей диаметр отверстия меньше, что приводит к некоторой потере давления.
• Шпиндель (шток): Элемент, передающий крутящий момент от рукоятки или привода к шару. Обеспечивает герметичность за счет системы уплотнений. Может иметь фиксированное соединение с шаром (с вырезом) или плавающее.
• Уплотнительные седла: Кольцевые элементы, расположенные между корпусом и шаром, обеспечивающие герметичность в закрытом положении. Изготавливаются из полимерных материалов (PTFE, PTFE с наполнителями, нейлон, делон) или комбинации металл-полимер.
• Система уплотнений шпинделя: Набор сальниковых колец (обычно из PTFE или графита), предотвращающих утечку среды по месту выхода шпинделя из корпуса.
• Управляющий элемент: Рычажная рукоятка, рукоятка-«бабочка», маховик с редуктором или привод (электрический, пневматический).

Классификация шаровых кранов для воды

По типу присоединения к трубопроводу

• Муфтовые (резьбовые): С внутренней цилиндрической (G) или конической (R/Rp) резьбой. Применяются для малых диаметров (обычно до DN50).
• Фланцевые: С присоединительными фланцами по ГОСТ, DIN, ANSI. Основной тип для магистральных трубопроводов и сетей от DN50.
• Под приварку: Присоединительные патрубки подготовлены под стыковую сварку. Обеспечивают абсолютную герметичность и прочность соединения.
• Комбинированные: Сочетают разные типы присоединений (например, с одной стороны муфта, с другой – штуцер под накидную гайку).

По конструкции корпуса и расположению шара

• Цельнолитые (сварные) неразборные: Наиболее дешевые, ремонту не подлежат.
• Разборные с плавающим шаром: Шар не имеет жесткой связи со шпинделем и под давлением среды прижимается к седлу, обеспечивая герметизацию. Стандарт для диаметров до DN200.
• С шаром в опорах (с вращающимися опорами): Шар имеет цапфы, вращающиеся в опорных подшипниках. Седла прижимаются к шару пружинами. Конструкция снижает требуемый крутящий момент, применяется для больших диаметров и высоких давлений.

По степени проходимости

• Полнопроходные (Full Bore, FB): Диаметр отверстия в шаре равен внутреннему диаметру трубопровода. Минимальные гидравлические потери.
• Стандартнопроходные (Reduced Bore, RB): Диаметр отверстия на один типоразмер меньше диаметра присоединения крана. Создают дополнительное местное сопротивление.

Материалы изготовления

Выбор материалов критически важен для долговечности, химической стойкости и стоимости крана.

Таблица 1. Материалы основных компонентов шаровых кранов для воды

Компонент	Материалы	Примечания и применение
Корпус, крышка	Латунь (CW617N, CW614N), Нержавеющая сталь (AISI 304, AISI 316), Углеродистая сталь (WCB), Чугун (GG25, GGG40), Полипропилен (PP-R), Никелированная латунь.	Латунь – стандарт для бытовых систем до DN50. Нержавеющая сталь – для агрессивных сред и высоких требований к гигиене. Сталь и чугун – для магистральных сетей высокого давления. Пластик – для систем с химически активной водой.
Шар	Нержавеющая сталь с хромированием или полировкой, Латунь с хромированием, Покрытие из нитрида титана (TiN) или никеля.	Хромирование повышает твердость, коррозионную стойкость и снижает трение. Полировка до Ra 0.2-0.4 мкм критична для герметичности.
Уплотнительные седла	PTFE (тефлон), PTFE с наполнителем (углерод, стекловолокно), Делон (POM), Нейлон (PA), Углеродистый графит (для высоких температур).	PTFE – стандарт для воды до +180°C. Делон и нейлон – для более низких температур, но выше стойкость к износу. Графит – для температур свыше +200°C.
Уплотнения шпинделя	PTFE, Графит, PTFE-композиты.	Графитовые сальники используются для высокотемпературных сред (ГВС).
Шпиндель	Нержавеющая сталь (AISI 304, 316), Латунь.	Должен обладать высокой прочностью на кручение и коррозионной стойкостью.

Ключевые технические параметры и стандарты

При выборе крана необходимо руководствоваться следующими параметрами:

• Условный диаметр (DN, Ду): Номинальный внутренний диаметр присоединения. Ряд: DN15, DN20, DN25, DN32, DN40, DN50, DN65, DN80, DN100, DN125, DN150, DN200 и далее.
• Условное давление (PN, Ру): Максимальное избыточное давление воды при температуре +20°C, при котором кран может эксплуатироваться. Для воды распространены ряды: PN10, PN16, PN25, PN40, PN63. В стандартах ANSI – класс давления (Class): 150, 300 и др.
• Рабочая температура среды: Для стандартных кранов с PTFE седлами обычно от -20°C до +180°C. Для систем ГВС и отопления требуется проверка соответствия.
• Климатическое исполнение и рабочая среда: Указание в паспорте возможности работы на открытом воздухе, в помещении, в грунте (для подземной установки).

Основные регулирующие стандарты:

• ГОСТ 28343-89 (ИСО 7121-86): Краны шаровые на номинальное давление до PN40.
• ГОСТ Р 55509-2013: Арматура трубопроводная. Краны шаровые. Общие технические условия.
• ISO 17292: Металлическая шаровая арматура для нефтяной, нефтехимической и смежных отраслей промышленности.
• ISO 7121: Стальные шаровые краны для общего применения.
• API 6D: Спецификация на трубопроводную арматуру.

Особенности монтажа и эксплуатации в системах водоснабжения

Монтаж шаровых кранов должен производиться с учетом ряда требований:

• Перед установкой необходимо убедиться в чистоте внутренней полости крана и трубопровода от окалины, песка и других загрязнений, которые могут повредить уплотнительные поверхности шара и седел.
• Кран устанавливается в любом положении, однако предпочтительно расположение шпинделем вертикально или под углом. Длительное расположение шпинделем горизонтально может привести к неравномерному износу сальниковых уплотнений.
• При монтаже фланцевых кранов необходимо использовать прокладки, соответствующие давлению и температуре среды. Затяжка болтов должна производиться крест-накрест с рекомендованным моментом, чтобы избежать перекоса корпуса.
• Запрещается использовать рычаг для увеличения момента на рукоятке. Работа крана должна осуществляться только в крайних положениях «открыто» и «закрыто». Использование шарового крана в качестве регулирующего приводит к кавитационному износу седла и шара, быстрому выходу из строя.
• В системах с возможностью гидроудара (например, при быстром закрытии задвижек на насосных станциях) перед шаровым краном рекомендуется устанавливать демпферы или использовать краны с медленным закрытием (с редуктором).

Области применения в энергетике и ЖКХ

• Водозаборные и очистные сооружения: На трубопроводах сырой, технической и питьевой воды.
• Насосные станции: В качестве запорной арматуры на всасывающих и напорных линиях, для обвязки насосов.
• Тепловые сети и ЦТП: На подпиточных линиях, для отсечения теплообменников, в системах ГВС.
• Внутридомовые системы: На вводах в здание, на стояках ХВС и ГВС, для отсечения отдельных потребителей или оборудования (водонагреватели, теплообменники).
• Противопожарные системы: На магистралях спринклерных и дренчерных систем.
• Системы химводоподготовки на ТЭЦ и АЭС: Для агрессивных сред используются краны из нержавеющей стали или с специальными покрытиями.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается кран шаровой от задвижки и вентиля?

Шаровой кран имеет более компактную длину, меньшее гидравлическое сопротивление в открытом состоянии и более высокую герметичность в закрытом (класс герметичности «А» по ГОСТ 9544). Управление осуществляется поворотом на 90°, что быстрее, чем многооборотное управление задвижкой или вентилем. Однако шаровой кран, в отличие от вентиля, не предназначен для регулирования расхода, а только для полного перекрытия потока.

Почему кран начал подтекать в закрытом положении?

Основные причины: повреждение уплотнительного седла (абразивным износом, кавитацией или при использовании для регулирования), попадание твердой частицы между шаром и седлом, механическое повреждение поверхности шара. В большинстве неразборных кранов ремонт невозможен. В разборных кранах возможна замена комплекта седел.

Можно ли устанавливать шаровой кран на трубопровод с горячей водой (свыше +90°C)?

Да, но необходимо выбирать кран, рассчитанный на соответствующую рабочую температуру. Для температур выше +100°C стандартные седла из PTFE могут деградировать. Следует выбирать краны с седлами из терморасширенного графита или металлографитовыми, а также проверять материал уплотнений шпинделя.

Что означает маркировка на корпусе крана (DN50 PN16)?

DN50 – условный проход, номинальный диаметр 50 мм. PN16 – номинальное давление 16 бар (1,6 МПа) при температуре рабочей среды +20°C. С повышением температуры допустимое рабочее давление, как правило, снижается, что должно быть указано в паспорте изделия.

Как правильно хранить и обслуживать шаровые краны на складе и в резерве?

Краны должны храниться в закрытых помещениях с низкой влажностью, в оригинальной упаковке. Положение – любое, но желательно не подвергать ударным нагрузкам. Длительно неработающие краны в системе рекомендуется периодически (раз в 3-6 месяцев) проворачивать на 90-180° для предотвращения «прикипания» шара к седлам.

Почему не рекомендуется использовать силу для закрытия/открытия крана, если он «закусило»?

Приложение чрезмерного усилия может привести к срезу шпинделя, деформации седел или необратимому повреждению поверхности шара. Если кран не проворачивается с нормальным усилием, вероятно, произошла эрозия или коррозионное заедание. Такой кран подлежит замене.

Заключение

Шаровые краны для воды являются высокоэффективным и надежным типом запорной арматуры, доминирующим в современных системах водоснабжения и теплоснабжения. Правильный выбор крана, основанный на анализе давления, температуры, химического состава воды и требуемого диаметра, определяет его долговечность и бесперебойность работы участка трубопровода. Соблюдение правил монтажа, эксплуатации только в качестве запорного элемента и проведение плановых ревизий позволяют достичь расчетного срока службы, который для качественных изделий из латуни или нержавеющей стали составляет 15-25 лет и более. При проектировании новых и реконструкции существующих систем предпочтение следует отдавать полнопроходным разборным кранам от проверенных производителей, соответствующих актуальным стандартам качества.