Краны шаровые межфланцевые
Краны шаровые межфланцевые: конструкция, применение и технические аспекты
Кран шаровой межфланцевый (КШМ) представляет собой запорную или запорно-регулирующую арматуру, корпус которой не имеет собственных присоединительных элементов (фланцев), а монтируется между фланцами трубопровода с помощью шпилек или болтов. Данная конструктивная особенность определяет ключевые преимущества, ограничения и области применения данного типа арматуры в энергетике, ЖКХ и промышленности.
Конструктивные особенности и принцип действия
Основу конструкции КШМ составляет сферический затвор (шар) с сквозным цилиндрическим отверстием. Шар вращается между уплотнительными кольцами (седлами), которые обеспечивают герметичность в закрытом положении. Управление осуществляется вручную (через рукоятку, редуктор) или автоматически (электрическим, пневматическим или гидравлическим приводом). При повороте шара на 90° проходное отверстие либо полностью совмещается с осью трубопровода (открытое положение), либо перекрывает его (закрытое положение). Отсутствие собственных фланцев делает конструкцию компактной и легкой по сравнению с фланцевыми кранами аналогичного диаметра.
- Корпус: Изготавливается из углеродистой (Ст20, 25Л), нержавеющей (12Х18Н10Т, 08Х18Н10) или легированной стали, чугуна (ВЧШГ), латуни, титана. Часто выполняется разборным (из двух или трех частей) для обслуживания.
- Шар: Обычно из нержавеющей стали с полированным хромированным или никелированным покрытием для снижения трения и повышения коррозионной стойкости.
- Седла (уплотнения): Ключевой элемент герметичности. Материалы: фторопласт (PTFE), усиленный PTFE, нейлон, PEEK, металл (для высоких температур). От их свойств зависит рабочая температура и среда.
- Уплотнение штока: Система сальниковых колец или сильфонный узел для предотвращения утечки по оси вращения.
- Присоединение: Корпус зажимается между фланцами трубопровода по стандартам ГОСТ, DIN, ANSI. Требуются правильные прокладки и равномерная затяжка шпилек.
- Полнопроходные (Full Bore): Диаметр отверстия в шаре равен внутреннему диаметру трубопровода. Минимальные гидравлические потери, используются на критичных участках.
- Стандартнопроходные (Reduced Bore): Диаметр отверстия в шаре на один типоразмер меньше диаметра условного прохода трубопровода. Более компактные и экономичные, применяются там, где потери напора некритичны.
- Разборные (двух- или трехсоставные): Позволяют обслуживать и заменять внутренние компоненты.
- Неразборные (сварные): Более дешевые, но неремонтопригодные.
- Ручные (рычаг, бабочка, редуктор).
- С приводом (электрическим, пневматическим, гидравлическим).
- Условный диаметр (Ду, DN): От 15 до 600 мм и более.
- Условное давление (Ру, PN): Стандартные ряды: PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100. Соответствует классам давления ANSI (например, PN16 ≈ ANSI 150).
- Рабочая среда: Вода, пар, природный газ, масла, нефтепродукты, химические вещества, агрессивные среды.
- Рабочая температура: Определяется материалом седел: от -60°C (PTFE) до +500°C и выше (металлические седла, PEEK).
- Материал корпуса: Выбирается исходя из давления, температуры, агрессивности среды и экономических соображений.
- Класс герметичности: По ГОСТ 9544-2017: классы А, В, С (для запорной арматуры). Высший класс «А» — нулевая протечка.
- Стандарт присоединения: Должен соответствовать фланцам трубопровода (ГОСТ 33259, DIN EN 1092-1, ASME B16.5).
- Компактность и малый вес: Отсутствие собственных фланцев значительно сокращает строительную длину и массу.
- Простота монтажа и демонтажа: Установка между фланцами без необходимости поворота корпуса.
- Относительно низкая стоимость: За счет экономии металла и простоты конструкции.
- Высокая герметичность: Современные конструкции обеспечивают класс герметичности «А».
- Легкость управления и быстродействие: Для перекрытия потока необходим поворот на 90°.
- Многофункциональность: Применимы для широкого спектра сред.
- Сложность ремонта в линии: Для замены уплотнений или шара часто требуется полный демонтаж с трубопровода.
- Требования к фланцам трубопровода: Необходима идеальная соосность фланцев, качественные прокладки и равномерная затяжка.
- Ограничение по давлению и диаметру: Как правило, применяются на давления до PN100 и диаметрах до DN600. Для более высоких параметров предпочтительны фланцевые или приварные конструкции.
- Непригодность для регулирования: Шаровые краны — это прежде всего запорная арматура. Длительная работа в промежуточном положении приводит к кавитационному износу седел и шара.
- Теплоэнергетика и ЖКХ: Вводы тепловых пунктов, обвязка теплообменников, узлы учета, дренажные линии на водах и парах низкого давления.
- Водоснабжение и водоотведение: Запорная арматура на сетях холодной и горячей воды, технологических линиях.
- Газоснабжение: Распределительные сети природного газа низкого и среднего давления (с антистатическим устройством и блокировкой от искрообразования).
- Промышленные технологические линии: Транспортировка различных неагрессивных и агрессивных сред в химической, пищевой, фармацевтической промышленности.
- Системы вентиляции и сжатого воздуха: В качестве отсечной арматуры.
Классификация и типы
По типу прохода:
По конструкции корпуса:
По типу управления:
Основные технические характеристики и параметры выбора
Выбор КШМ для конкретной задачи требует анализа следующих параметров:
| Материал корпуса | Основные среды | Температурный диапазон (прибл.) | Стандарты |
|---|---|---|---|
| Углеродистая сталь (Ст20, 25Л) | Вода, пар, воздух, нефть, неагрессивные среды. | -30°C … +425°C | ГОСТ, DIN |
| Нержавеющая сталь (12Х18Н10Т, 304, 316) | Агрессивные среды, пищевая промышленность, химия. | -60°C … +350°C | ГОСТ, DIN, ANSI |
| Чугун ВЧШГ | Вода, газ, неагрессивные жидкости в ЖКХ. | -15°C … +350°C | ГОСТ, DIN |
| Латунь | Вода, сжатый воздух, топливо. Не для пара. | -20°C … +120°C | DIN, BS |
| Параметр | Полнопроходной (Full Bore) | Стандартнопроходный (Reduced Bore) |
|---|---|---|
| Коэффициент гидравлического сопротивления | ~0.05-0.1 (очень низкий) | ~0.3-0.5 (выше) |
| Габариты и вес | Больше | Меньше |
| Стоимость | Выше | Ниже |
| Область применения | Магистрали, где важен минимальный перепад давления; очистка скребком. | Вспомогательные линии, системы с невысокими требованиями к потерям. |
Преимущества и недостатки межфланцевых шаровых кранов
Преимущества:
Недостатки и ограничения:
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Монтаж, эксплуатация и обслуживание
Монтаж: Перед установкой необходимо убедиться в чистоте полости крана и фланцев трубопровода. Прокладка должна быть правильно подобрана по материалу и размеру. Затяжку шпилек необходимо производить крестообразно динамометрическим ключом с моментом, указанным в паспорте изделия, чтобы избежать перекоса корпуса и повреждения седел. Обязательно проверить свободный ход рукоятки или привода до подачи среды.
Эксплуатация: Не использовать для регулирования потока. Закрывать/открывать плавно, без рывков и ударных нагрузок. Не прилагать чрезмерных усилий к рукоятке. В системах с высокими температурами или длительными простоями может потребоваться периодическое проворачивание для предотвращения «прикипания» шара.
Обслуживание: Включает периодическую проверку на герметичность, смазку штока (если предусмотрена) и подтяжку сальникового уплотнения (в малосальниковых конструкциях). При потере герметичности, как правило, требуется демонтаж и замена комплекта уплотнений (седел, сальников).
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем межфланцевый кран принципиально отличается от фланцевого?
Фланцевый кран имеет собственные присоединительные фланцы, которые болтами стыкуются с фланцами трубопровода. Межфланцевый корпус не имеет фланцев и зажимается как прокладка между фланцами трубопровода. Это делает его компактнее, легче и, как правило, дешевле, но усложняет ремонт.
Можно ли использовать КШМ для регулирования расхода среды?
Нет, это не рекомендуется. Шаровые краны являются запорной арматурой. Работа в промежуточном положении приводит к кавитационному износу кромки шара и седла, быстрому разрушению уплотнений и потере герметичности. Для регулирования следует применять специализированную регулирующую арматуру (клапаны, вентили).
Как правильно подобрать материал седла (уплотнения)?
Выбор зависит от рабочей температуры и химической агрессивности среды. Стандартный фторопласт (PTFE) подходит для большинства сред до +150°C…+200°C. Для более высоких температур (+200°C…+300°C) используют усиленный PTFE (с углеродом, стекловолокном) или PEEK. Для агрессивных сред при высоких температурах применяют металлические седла (нержавеющая сталь).
Что такое «антистатическое устройство» в шаровом кране и когда оно нужно?
Это система (обычно пружина и шарик), обеспечивающая электрический контакт между шаром и корпусом. Она необходима для отвода статического электричества, которое может накапливаться при транспортировке диэлектрических сред (углеводороды, сухие газы). Обязательно для применения на взрывоопасных и пожароопасных производствах, газораспределительных станциях.
Какой класс герметичности следует выбирать для ответственных участков?
Для всех ответственных участков в энергетике (вводы в здания, узлы учета, обвязка основного оборудования) следует выбирать краны с классом герметичности «А» по ГОСТ 9544 (высший). Для дренажных и вспомогательных линий иногда допустим класс «В».
Почему кран с ручным управлением может «заклинить» после нескольких лет эксплуатации?
Основные причины: отложения среды в зазорах, коррозия, «прикипание» шара к седлам из-за высоких температур или длительного простоя без эксплуатации. Для профилактики рекомендуется периодическое (раз в квартал) проворачивание крана даже без необходимости. Для сред, склонных к отложениям, следует выбирать полнопроходные модели.
Можно ли монтировать межфланцевый кран в любом пространственном положении?
Да, монтаж возможен в любом положении. Однако необходимо учитывать ориентацию шара и штока. Предпочтительно положение, при котором ось штока горизонтальна или направлена вниз. Положение штоком вверх может привести к скоплению абразивных частиц в сальниковой зоне и ее ускоренному износу. Рекомендации производителя, указанные в паспорте, являются приоритетными.