Краны шаровые фланцевые для воды

Краны шаровые фланцевые для воды: конструкция, применение, стандарты и подбор

Кран шаровой фланцевый представляет собой запорную арматуру с затвором в форме сферы (шара), имеющим сквозное отверстие для прохода среды. Управление осуществляется поворотом шара на 90 градусов вокруг оси, перпендикулярной потоку. Фланцевое присоединение обеспечивает надежное, разъемное соединение с трубопроводом, соответствующее стандартам DIN, EN, ГОСТ или ASME, что делает данный тип арматуры предпочтительным для систем с высокими давлениями и диаметрами, начиная от DN15-20 и заканчивая DN1200 и более.

Конструктивные особенности и материалы

Конструкция крана включает несколько ключевых компонентов, от качества и исполнения которых зависит его надежность и долговечность.

• Корпус: Изготавливается методом литья, ковки или штамповки. Основные материалы: углеродистая сталь (ст. 20, 25Л), нержавеющая сталь (AISI 304, 316, 316L), реже — чугун ВЧШГ (для ограниченных давлений). Для воды, включая техническую и питьевую, наиболее распространены стальные и нержавеющие краны.
• Шар (сферический затвор): Обычно изготавливается из нержавеющей стали с последующим хромированием или покрытием из никеля для снижения трения и повышения коррозионной стойкости. В кранах для питьевой воды используется покрытие, допущенное к контакту с пищевыми средами.
• Уплотнения (седла): Наиболее критичный элемент. Для водных систем применяются полимерные уплотнения: PTFE (тефлон), усиленный PTFE, нейлон, делон (POM). Они обеспечивают высокую герметичность, низкий момент поворота и химическую инертность к воде.
• Шпиндель (шток): Передает крутящий момент от привода или рукояти к шару. Выполняется из нержавеющей стали. Конструкция должна включать антивырывной узел, предотвращающий выбивание штока под давлением.
• Фланцы: Соответствуют стандартам присоединения. Для систем на территории РФ и СНГ распространены фланцы по ГОСТ 33259 (ранее ГОСТ 12815) с исполнением уплотнительной поверхности (тип 1, 2, 3). Давление (PN) и условный диаметр (DN) должны строго соответствовать параметрам трубопровода.
• Управление: Ручной рычаг, редуктор (для больших диаметров), пневмо- или электропривод для автоматизации.

Классификация и технические параметры

Краны классифицируются по ряду ключевых признаков, определяющих область их применения.

По конструкции корпуса

• Цельносварной (сварной) корпус: Неразборная конструкция, наиболее надежная для высоких давлений и опасных сред. Ремонту не подлежит.
• Разборный корпус (с болтовым соединением половин): Позволяет проводить обслуживание и замену уплотнений. Распространенная конструкция для водных систем.
• Кран с плавающим шаром: Шар не имеет жесткой фиксации и поджимается давлением среды к уплотнительным седлам. Применяется для небольших диаметров (до DN150-200) и средних давлений.
• Кран с шаром в опорах (шаровый кран с опорным шаром): Шар установлен на опорных подшипниках (цапфах), что значительно снижает крутящий момент и износ. Применяется для больших диаметров (DN200 и выше) и высоких давлений.

По типу прохода

• Полнопроходный (Full Bore, FB): Диаметр отверстия в шаре равен или практически равен внутреннему диаметру трубопровода (проходному сечению фланца). Характеризуется минимальными гидравлическими потерями. Обязателен для систем, где недопустимо падение давления или требуется очистка трубопровода скребком (pigging).
• Стандартнопроходный (Reduced Bore, RB): Диаметр отверстия в шаре на один типоразмер меньше диаметра условного прохода трубопровода. Имеет более компактные габариты и меньшую стоимость. Применяется в системах, где гидравлическое сопротивление не является критичным.

Основные технические характеристики (параметры подбора)

Таблица 1. Ключевые параметры для подбора шарового фланцевого крана для воды

Параметр	Обозначение / Единица измерения	Типовые значения для водных систем	Комментарий
Условный диаметр	DN	DN15, DN20, DN25, DN32, DN40, DN50, DN65, DN80, DN100, DN125, DN150, DN200, DN250, DN300, DN350, DN400, DN500 и выше	Должен соответствовать диаметру трубопровода. Для RB крана указывается диаметр отверстия в шаре.
Условное давление	PN (бар)	PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160	Для водных систем наиболее распространены PN16 и PN25. PN определяет максимальное рабочее давление при температуре 20°C.
Рабочее давление	Pр (бар)	Зависит от PN и температуры среды	С повышением температуры допустимое давление падает. Зависимость указана в паспорте изделия.
Рабочая температура	Tр (°C)	От -20°C до +200°C (для PTFE уплотнений)	Для холодной воды ограничений практически нет. Для горячей воды и пара критичен выбор материала уплотнений.
Климатическое исполнение	По ГОСТ 15150	У1, У2, У3, УХЛ1, УХЛ2, УХЛ3	Определяет стойкость к температурным условиям окружающей среды. Для отапливаемых помещений — У2, У3, для неотапливаемых — УХЛ1, УХЛ2.
Класс герметичности	По ГОСТ 9544 (ISO 5208)	Класс А (нулевая утечка), Класс В, Класс С	Для ответственных систем водоснабжения, включая противопожарные, требуется класс А (металл-металл) или класс А с мягкими седлами.
Материал корпуса	Марка стали / сплава	Ст. 20, 25Л, 12Х18Н9Т (AISI 304), 10Х17Н13М2Т (AISI 316)	Для агрессивных вод или требований к санитарным нормам — нержавеющая сталь.

Области применения в водных системах

• Магистральные трубопроводы холодного и горячего водоснабжения (ХВС и ГВС): В качестве основных запорных устройств на насосных станциях, вводах в здания, секционировании сети. Применяются полнопроходные краны на опорном шаре.
• Системы противопожарного водоснабжения (спринклерные, дренчерные): Требования по надежности и герметичности максимальны. Используются краны с ручным управлением и редуктором, с возможностью дистанционного контроля положения «открыто/закрыто» (краны с рейкой). Обязательно наличие дренажного отверстия для контроля.
• Технологические линии на предприятиях: Для подачи технической воды, оборотного водоснабжения, в системах охлаждения.
• Ирригационные и мелиоративные системы: Часто большие диаметры (DN300+), работа под открытым небом. Требуется исполнение с защитой от атмосферных воздействий.
• Системы подпитки тепловых сетей и котлов: Работа с деаэрированной водой при повышенных температурах и давлениях.

Нормативная база и стандарты

Проектирование, производство и поставка фланцевой шаровой арматуры регламентируется следующими основными документами:

• ГОСТ 28908-2018 (ISO 17292:2015): Краны шаровые для нефтяной, нефтехимической и смежных отраслей промышленности. Основополагающий стандарт на территории РФ.
• ГОСТ Р 55018-2012 (API 6D): Арматура трубопроводная. Краны шаровые полнопроходные и стандартнопроходные.
• ГОСТ 9544-2015: Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов.
• ГОСТ 33259-2015 (EN 1092-1): Фланцы стальные приварные встык для трубопроводов.
• ГОСТ ISO 5211-2017: Присоединительные размеры приводов.
• СанПиН 2.1.4.1074-01: Требования к материалам, контактирующим с питьевой водой.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж — залог долгой и безаварийной работы крана.

• Подготовка: Проверить комплектность, чистоту внутренней полости и отсутствие повреждений. Убедиться, что фланцы трубопровода соответствуют стандарту крана, параллельны и соосны.
• Установка: Кран должен быть установлен в полностью открытом положении. Это предотвращает повреждение уплотнений и шара при монтаже. Запрещается использовать рычаг для позиционирования крана при затяжке болтов.
• Крепление: Использовать болты/шпильки соответствующего класса прочности (например, 8.8). Затяжку производить крест-накрест динамометрическим ключом с моментом, указанным в паспорте крана или по таблицам для фланцевого соединения. Неравномерная затяжка приводит к перекосу и утечкам.
• Обслуживание: Периодическая проверка на герметичность, смазка шпинделя (если предусмотрена конструкцией), проверка легкости хода. Приводные краны требуют проверки настроек концевых выключателей и момента срабатывания.
• Ремонт: Для кранов разборной конструкции возможна замена уплотнительных седел и сальникового уплотнения шпинделя с помощью ремонтных комплектов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем фланцевый кран принципиально лучше муфтового или под приварку для воды?

Фланцевый кран обеспечивает легкий монтаж/демонтаж для ремонта или замены без резки трубопровода. Он идеально подходит для систем, требующих периодической разборки, и для диаметров от DN50, где резьбовое соединение ненадежно, а приварка усложняет обслуживание.

Какой класс герметичности необходим для системы хозяйственно-питьевого водоснабжения?

Для магистральных и ответственных участков рекомендуется класс «А» по ГОСТ 9544 (нулевая утечка в обоих направлениях). Для вспомогательных линий допускается класс «В».

Можно ли использовать стальной фланцевый кран PN16 для работы при давлении 16 бар и температуре 90°C?

Нет, нельзя. Параметр PN16 указывает на номинальное давление 16 бар при температуре среды +20°C. С ростом температуры прочность материалов падает. Для +90°C максимально допустимое рабочее давление будет ниже (например, ~13-14 бар для стандартных уплотнений из PTFE). Необходимо смотреть график зависимости «давление-температура» в технической документации на конкретный кран.

Что означает маркировка «DN100 PN16 RB» на корпусе крана?

DN100 — условный диаметр присоединения 100 мм. PN16 — номинальное давление 16 бар при 20°C. RB (Reduced Bore) — стандартнопроходный, т.е. диаметр отверстия в шаре меньше, чем DN100 (обычно соответствует DN80).

Как правильно хранить и транспортировать шаровые краны перед монтажом?

Краны должны храниться в закрытом сухом помещении, в заводской упаковке. Затвор должен быть в закрытом положении на 5-10%, но не до упора, чтобы не деформировать уплотнения. Фланцевые поверхности и резьбовые отверстия должны быть защищены заглушками или крышками.

Нужно ли обслуживать шаровой кран, если он работает только в положении «открыто/закрыто» несколько раз в год?

Да, необходимо. Даже без циклов переключения рекомендуется не реже одного раза в 6-12 месяцев проверять легкость хода рукояти, визуально осматривать на предмет наружных повреждений и коррозии, а также проверять отсутствие утечек по штоку и фланцевым соединениям. Длительная стоянка в одном положении может привести к «прикипанию» шара к седлам.

Как выбрать между краном с плавающим шаром и краном с шаром в опорах?

Для диаметров до DN150-200 и давлений до PN40, как правило, достаточно и более дешевого крана с плавающим шаром. Для диаметров от DN200, высоких давлений (PN63 и выше) или требований к минимальному крутящему моменту (например, при использовании редуктора или привода) обязателен кран с шаром в опорах (цапфовый).

Заключение

Шаровой фланцевый кран является высокоэффективным и надежным решением для запорной функции в водных системах любого масштаба. Его правильный подбор, учитывающий не только диаметр и давление, но и конструкцию корпуса, тип прохода, материалы уплотнений и климатические условия, гарантирует многолетнюю безаварийную эксплуатацию. Строгое соблюдение правил монтажа и регламента технического обслуживания, предписанных производителем, является обязательным условием для реализации всего ресурса арматуры. Применение арматуры, соответствующей актуальным национальным и международным стандартам, минимизирует риски при интеграции в существующие или вновь проектируемые трубопроводные системы.