Шаровые краны ДУ 20 мм на давление РУ 16 кгс/см²: конструкция, материалы, применение и подбор

Шаровой кран с условным проходом (ДУ, DN) 20 мм и условным давлением (РУ, PN) 16 кгс/см² (1,6 МПа) является одним из наиболее распространенных типов запорной арматуры в системах тепло-, водоснабжения, технологических трубопроводах и других инженерных сетях. Его популярность обусловлена оптимальным соотношением пропускной способности, компактности, надежности и стоимости. Данная статья представляет собой детальный технический обзор данной арматуры, рассматривающий конструктивные особенности, материалы, стандарты, критерии выбора и монтажа.

Конструктивные особенности и принцип действия

Шаровой кран относится к классу запорной арматуры, в котором запирающий или регулирующий элемент имеет сферическую форму. Основными компонентами крана ДУ 20 PN 16 являются:

• Корпус: Основная несущая деталь, обеспечивающая прочность и герметичность соединения с трубопроводом. Для кранов ДУ 20 изготавливается цельнолитым (неразборным) или разборным (со съемной крышкой-фланцем).
• Шар (затвор): Полированная сфера с сквозным отверстием (проходом) цилиндрической формы, диаметр которого, как правило, соответствует условному проходу крана (полнопроходной вариант, обозначается Full Bore, FB). Существуют также редуцированные (редусед, Reduced Bore, RB) модели с отверстием меньше ДУ.
• Шпиндель (шток): Деталь, передающая крутящий момент от рукоятки к шару. В современных кранах выполняется с защитой от вырывания под давлением.
• Уплотнительные седла: Кольца, расположенные между шаром и корпусом, обеспечивающие герметичность в закрытом положении. Изготавливаются из полимерных материалов (PTFE, RPTFE, нейлон, делон) или комбинаций металл-полимер.
• Уплотнение шпинделя: Система сальниковых колец, предотвращающая утечку среды вдоль оси шпинделя. Может быть дополнена поджимной втулкой для регулировки.
• Привод (рукоятка): Рычажная или «бабочка». Рычажная обеспечивает более быстрое управление, «бабочка» требует меньше места для маневра.

Принцип работы основан на повороте шара на 90° вокруг оси, перпендикулярной потоку среды. В открытом положении отверстие в шаре совпадает с осью трубопровода, обеспечивая минимальное гидравлическое сопротивление. В закрытом положении повернутая на 90° глухая сторона шара перекрывает поток.

Материалы изготовления

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

Материалы корпуса:

• Латунь (LS59, CW617N): Наиболее распространенный материал для кранов ДУ 20 в ЖКХ. Обладает хорошей коррозионной стойкостью в водных средах, технологичностью и долговечностью. Соответствует ГОСТ 52760, EN 1982.
• Нержавеющая сталь (AISI 304, AISI 316): Применяется для агрессивных сред (химия, пищевая промышленность, морская вода), а также для высоких температур. Отличается высокой прочностью и стойкостью. Соответствует ГОСТ 5632, ASTM A351.
• Углеродистая сталь (25Л, WCB): Используется в промышленных трубопроводах высокого давления, нефтегазовой отрасли. Требует защиты от коррозии (покрытие). Соответствует ГОСТ 977, ASTM A216.
• Чугун (ВЧШГ, ковкий чугун): Встречается реже для данного типоразмера, применяется для неагрессивных сред в системах отопления и водоснабжения.

Материалы уплотнений и седел:

• PTFE (тефлон, фторопласт): Стандартный материал, химически инертный, с широким температурным диапазоном (от -50°C до +150°C).
• Усиленный PTFE (RPTFE, стекловолокно, графит): Обладает повышенной износостойкостью и стабильностью при циклировании температуры.
• Nylon (полиамид), PEEK: Применяются для более высоких температур и износостойких условий.
• Металл-полимерные комбинации: Седла с металлическими пружинами, поджимающими полимерные вставки к шару, обеспечивают надежное уплотнение даже при падении давления в системе.

Технические характеристики и стандарты

Кран шаровой ДУ 20 РУ 16 должен соответствовать ряду нормативных документов, определяющих его геометрию, материалы, давление и методы испытаний.

Основные технические параметры шарового крана ДУ 20 PN 16

Параметр	Значение / Описание	Стандарт (пример)
Условный проход (DN)	20 мм (≈ 3/4″)	ГОСТ 28338, ISO 6708
Условное давление (PN)	16 кгс/см² (1,6 МПа, ~16 бар)	ГОСТ 26349, ISO 7268
Пробное давление (испытательное)	Не менее 24 кгс/см² (2,4 МПа)	ГОСТ 356-80, ГОСТ 9544
Рабочее давление	Зависит от температуры среды. Снижается при t > 30°C.	По графику производителя
Тип присоединения	Резьба внутренняя/наружная (G ¾», Rp ¾», NPT ¾»), под приварку, комбинированное	ГОСТ 6357, ГОСТ 6111, ASME B1.20.1
Рабочая температура	Зависит от материалов уплотнений: PTFE: -20°C…+150°C; EPDM: -40°C…+120°C	Указывается в паспорте
Строительная длина	~65-75 мм (зависит от стандарта и производителя)	ГОСТ 3326, ISO 17292
Проходное отверстие	Полнопроходное (FB): ~20 мм; Редуцированное (RB): ~15 мм	—
Класс герметичности	Класс «А» (нулевая утечка) по ГОСТ 9544 (соответствие ISO 5208 Class A)	ГОСТ 9544, ISO 5208

Важное замечание по давлению: Указанное РУ 16 кгс/см² является номинальным для температуры среды до 30°C (для воды). С ростом температуры прочность материалов падает, поэтому допустимое рабочее давление снижается. Для систем отопления с температурой теплоносителя 95-110°C рабочее давление для такого крана, как правило, ограничивается 8-10 бар. Необходимо руководствоваться диаграммой «давление-температура» (P-T diagram) от производителя.

Области применения

Шаровые краны ДУ 20 PN 16 находят применение в следующих системах:

• Внутренние системы водоснабжения (холодного и горячего): Установка на подводках к сантехническим приборам, коллекторам, перед приборами учета.
• Системы отопления: Запорная арматура на ответвлениях к радиаторам, на байпасных линиях, дренажных линиях.
• Технологические трубопроводы: В качестве отсечной арматуры на линиях подачи сжатого воздуха, неагрессивных жидкостей и газов в пределах рабочих параметров.
• Системы орошения и полива.
• Обвязка котельного и насосного оборудования.

Ограничения: Не рекомендуется использовать стандартные шаровые краны (особенно с уплотнениями из PTFE) в качестве регулирующей арматуры в частично открытом положении. Это приводит к кавитационному износу седел и шара, быстрому выходу из строя. Для регулирования применяются специальные краны с конструкцией, рассчитанной на дросселирование.

Критерии выбора и монтажа

При подборе крана ДУ 20 PN 16 необходимо учитывать следующие факторы:

• Рабочая среда: Вода, пар, газ, масло, химический реагент. Определяет материал корпуса и уплотнений.
• Температура и давление: Фактические максимальные значения в системе с учетом возможных скачков.
• Тип присоединения: Должен соответствовать трубопроводу. Для резьбовых соединений важно различать трубную (G), коническую (R, NPT) и метрическую резьбу.
• Полнота прохода: Для систем, где критичны потери напора (например, на всасывающей линии насоса), выбирают полнопроходные краны (Full Bore).
• Расположение и тип привода: В стесненных условиях предпочтительна рукоятка-«бабочка». При необходимости дистанционного управления или автоматизации выбирают краны под монтаж электропривода или пневмопривода.
• Качество изготовления: Визуальный контроль качества литья, плавность хода, наличие маркировки (DN, PN, направление потока, материал, товарный знак).

Основные правила монтажа:

• Перед установкой убедиться в чистоте внутренней полости крана и трубопровода.
• Монтировать кран в удобном для обслуживания положении, но не маховиком вниз. Шпиндель может находиться в любом положении, кроме направленного строго вниз (риск скопления грязи).
• При затяжке резьбовых соединений не применять чрезмерных усилий, чтобы не создать напряжения в корпусе. Использовать динамометрический ключ по рекомендациям производителя.
• При сварке кранов со сварными патрубками необходимо полностью открыть кран и защитить внутренние полости (шар и седла) от брызг металла и перегрева (термолента, термические пасты).
• После монтажа провести гидравлические испытания на прочность и плотность в соответствии с проектными требованиями.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается ДУ от DN, а РУ от PN?

ДУ (Диаметр условный) и РУ (Давление условное) — это устаревшие, но до сих пор широко используемые в СНГ обозначения по ГОСТ. DN (Nominal Diameter) и PN (Nominal Pressure) — международные обозначения по ISO. Фактически, для данного типоразмера ДУ 20 = DN 20, а РУ 16 кгс/см² = PN 16 (где 1 бар ≈ 1.02 кгс/см², поэтому часто считают эквивалентным).

Можно ли использовать кран PN 16 для системы отопления с рабочим давлением 8 бар и температурой 95°C?

Да, можно и это типичный случай. Однако важно понимать, что при температуре 95°C допустимое давление для крана PN 16 будет ниже, чем 16 бар. Большинство производителей для латунных кранов с тефлоновыми уплотнениями указывают рабочее давление 10 бар при 100°C. Таким образом, для параметров 8 бар / 95°C кран PN 16 подходит с запасом.

Что означает «полнопроходной» (Full Bore) и зачем он нужен?

Полнопроходной кран имеет диаметр отверстия в шаре, практически равный внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода (для ДУ 20 — около 20 мм). Это минимизирует гидравлические потери (сопротивление потоку). Критично на главных магистралях, всасывающих линиях насосов, где падение давления нежелательно. Редуцированный кран (Reduced Bore) имеет меньшее отверстие (например, 15 мм), дешевле, но создает большее сопротивление.

Почему кран нельзя использовать для регулирования потока?

В частично открытом положении высокоскоростной поток среды направлен на узкую кромку седла и шара, вызывая кавитацию и эрозионный износ (эффект «пескоструйки»). Это быстро разрушает полимерные седла и полировку шара, приводя к потере герметичности. Для регулирования существуют специальные шаровые краны с «перфорированным» шаром или иной конструкцией, а также игольчатые вентили.

Как правильно ориентировать кран при монтаже? Есть ли направление потока?

У большинства стандартных шаровых кранов нет предписанного направления потока, и они могут устанавливаться в любом направлении. Исключение составляют краны специального исполнения (например, с обводной линией или системой дренажа). Однако на корпусе часто нанесена стрелка, указывающая рекомендуемое направление потока для оптимальной работы уплотнений. Ее желательно соблюдать. Главное правило: шпиндель не должен быть направлен строго вниз в рабочем положении.

Каков средний срок службы шарового крана ДУ 20 PN 16?

Срок службы зависит от условий эксплуатации (среда, температура, цикличность срабатывания, наличие абразивов). Для качественного латунного крана на холодной воде при штатных условиях производители заявляют 8-10 тысяч циклов (или 15-20 лет). На горячей воде или при частых переключениях срок может сократиться. Основная причина выхода из строя — износ или «прикипание» уплотнительных седел.

Что делать, если кран начал подтекать по шпинделю?

У большинства современных кранов предусмотрена регулировка сальникового уплотнения шпинделя. Под пластиковой или металлической заглушкой на корпусе со стороны шпинделя находится регулировочный винт. Его подтяжка на 1/4-1/2 оборота часто устраняет течь. Не следует прилагать чрезмерных усилий.

Заключение

Шаровой кран ДУ 20 мм РУ 16 кгс/см² представляет собой отработанную, надежную и универсальную конструкцию запорной арматуры. Его корректная работа на протяжении всего срока службы обеспечивается правильным выбором в соответствии с параметрами системы (среда, температура, давление), качеством изготовления и соблюдением правил монтажа. Понимание конструктивных особенностей, материалов и ограничений, изложенных в данной статье, позволяет специалистам принимать обоснованные технические решения при проектировании и эксплуатации трубопроводных систем.