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.
- 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.
- 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).
- 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).
Классификация и технические характеристики
Краны классифицируются по ряду ключевых параметров, которые определяют область их применения.
Таблица 1: Классификация шаровых фланцевых кранов
| Критерий | Типы / Варианты | Комментарий |
|---|---|---|
| Проходное сечение | Полнопроходные (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 корпуса | Цельносварной, 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 температура | От -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. |
| Управление | Ручное (рычаг), редукторное, пневмо-/электроприводное | Рукоятка 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 среда | Рекомендуемый материал корпуса | Рекомендуемый материал уплотнений |
|---|---|---|
| Вода, пар (до 180°C) | Углеродистая сталь 25Л, ВЧШГ | PTFE, PTFE+графит |
| Агрессивные жидкости, кислоты, щелочи | Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т (AISI 304), 10Х17Н13М2Т (AISI 316) | PTFE, PEEK, фторкаучук |
| Нефть, нефтепродукты, углеводороды | Углеродистая сталь, легированная сталь | PTFE, NBR, металлографитовые |
| Азот, кислород, криогенные среды | Нержавеющая сталь, латунь | PTFE, специальные смазки, обезжиренная сборка |
| Пар высоких параметров, перегретая вода | Легированная сталь 20ГЛ, 25ГЛ | Графит, металлографит |
Области применения в энергетике и промышленности
Шаровые фланцевые краны с рукояткой нашли широкое применение благодаря своей надежности и простоте эксплуатации.
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:
Недостатки:
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.