Краны запорные с рукояткой
Краны запорные с рукояткой: конструкция, типы, применение и выбор для энергетических систем
Кран запорный с рукояткой представляет собой тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия потока рабочей среды. Управление осуществляется поворотом рукоятки, соединенной непосредственно с запорным элементом. Основное функциональное назначение – обеспечение надежной герметичности в закрытом положении и минимального гидравлического сопротивления в открытом. В энергетике, включая тепловые и атомные электростанции, котельные, системы теплоснабжения и водоподготовки, данные устройства применяются на вспомогательных линиях, для дренажа, отключения участков трубопровода на ремонт, в системах отопления и хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Конструктивные особенности и принцип действия
Конструкция крана с рукояткой характеризуется простотой и ремонтопригодностью. Основными элементами являются:
- Корпус: Изготавливается из углеродистой, легированной, нержавеющей стали, латуни, чугуна или бронзы. Имеет два присоединительных патрубка (резьбовых, под приварку, фланцевых) и полость для размещения затвора.
- Запорный элемент (пробка): Конусная, цилиндрическая или шарообразная деталь со сквозным отверстием. В шаровых кранах – это сферический шар, в пробковых – усеченный конус.
- Шпиндель (шток): Служит для передачи вращательного усилия от рукоятки к запорному элементу. Может быть выполнен заодно с пробкой или шаровой пробкой (невыдвижной шпиндель) или представлять отдельную деталь с поступательно-вращательным движением (выдвижной шпиндель).
- Рукоятка (рычаг): Обеспечивает оперативное управление. Изготавливается из стали или алюминиевого сплава. Длина рычага напрямую влияет на требуемое для поворота усилие.
- Уплотнительные элементы: Обеспечивают герметичность в зоне прохода шпинделя (сальниковое уплотнение, сильфон) и по затвору (фторопластовые, графитовые, резиновые кольца, или уплотнение металл-по-металлу).
- Сальниковое устройство: Набивка из сальникового графита, Асбеста, PTFE для предотвращения утечки среды по шпинделю.
- Шаровые краны (шаровые затворы): Наиболее распространенный тип. Запорный элемент – полированный шар со сквозным цилиндрическим или реже коническим отверстием. Отличаются малым гидравлическим сопротивлением, высокой герметичностью, удобством управления (поворот на 90°). Применяются для воды, пара, газа, нефтепродуктов. По конструкции прохода бывают полнопроходные (диаметр отверстия равен DN) и стандартнопроходные (реduced bore).
- Пробковые (конические) краны: Затвор выполнен в виде усеченного конуса, плотно притираемого к конической поверхности корпуса. Управление может осуществляться как на 90°, так и с помощью многооборотной рукоятки. Требуют периодической подтяжки сальника для компенсации износа уплотнений. Бывают смазываемые (для повышения герметичности и снижения усилия поворота) и несмазываемые.
- Цилиндрические краны: Менее распространены. Затвор имеет цилиндрическую форму. Обладают худшей герметичностью по сравнению с коническими и шаровыми.
- Муфтовые (резьбовые): Наиболее распространены для диаметров до DN50. Резьба может быть внутренней/наружной, трубной цилиндрической (G) или конической (R, NPT).
- Фланцевые: Применяются для трубопроводов средних и больших диаметров (от DN15 до DN500 и более). Обеспечивают легкий монтаж/демонтаж. Соответствуют стандартам ГОСТ, DIN, ANSI.
- Под приварку: Патрубки крана привариваются непосредственно к трубопроводу. Обеспечивают абсолютную герметичность, используются на ответственных и высокотемпературных линиях.
- Условный диаметр (DN, Ду): Должен соответствовать диаметру трубопровода.
- Условное давление (PN, Ру): Максимальное избыточное давление при температуре 20°C, при котором кран может длительно работать. Для энергетики типичны значения PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160. Для пара часто указывается давление в МПа и класс давления (Класс 150, 300 по ANSI).
- Рабочая температура и среда: Определяет материал корпуса, тип уплотнений (фторопласт, графит, металл).
- Тип управления и положение рукоятки: Рычажная рукоятка (для быстрого перекрытия), рукоятка-бабочка (для компактности), редукторный привод (для больших диаметров).
- Коэффициент пропускной способности (Kvs): Важен для технологических линий, где требуется минимальное сопротивление.
- Класс герметичности по ГОСТ 9544: Определяет допустимую протечку в закрытом положении. Для запорной арматуры обычно требуется классы А или В (нулевая или минимальная протечка).
- Климатическое исполнение и рабочая среда: Для наружной установки требуется защитное покрытие и исполнение для низких температур.
- Визуальный контроль на предмет внешних повреждений и утечек.
- Проверку и подтяжку сальникового уплотнения (для сальниковых моделей).
- Смазку резьбовых частей и подшипников скольжения (если предусмотрено конструкцией).
- При потере герметичности – замену уплотнительных колец или сферического затвора (в ремонтопригодных конструкциях).
Принцип действия основан на повороте запорного элемента вокруг своей оси на 90° (для шаровых и пробковых кранов) или на несколько оборотов (для некоторых типов пробковых кранов). В открытом положении отверстие в пробке или полость шара совпадает с осью трубопровода, обеспечивая проход для среды. При повороте рукоятки на 90° проходное отверстие перекрывается, и поток останавливается.
Классификация и типы кранов с рукояткой
По типу запорного элемента
По материалу корпуса и рабочей среде
| Материал корпуса | Маркировка (пример) | Рабочие среды | Макс. температура, °C | Сферы применения в энергетике |
|---|---|---|---|---|
| Углеродистая сталь | 25Л, 30Л, WCB | Вода, пар, нефтепродукты, воздух | до +425 | Трубопроводы насыщенного пара низкого давления, техническая вода, топливные системы |
| Нержавеющая сталь | 12Х18Н10Т, 08Х18Н10, CF8, CF8M | Химически активные среды, деминерализованная вода, пищевые продукты | до +600 | Системы химводоподготовки, конденсатопроводы, особо чистые контуры |
| Чугун | ЧШГ, ЧК | Вода, пар, воздух, газ | до +300 | Системы отопления, хозяйственно-питьевого водоснабжения, вентиляции (на низкие параметры) |
| Латунь/Бронза | ЛС59, БрАЖМц | Вода, пар, масло, топливо | до +250 | Вспомогательные линии контрольно-измерительных приборов, системы смазки, трубопроводы малых диаметров |
По типу присоединения
Ключевые технические характеристики и параметры выбора
Выбор крана для конкретного применения в энергетике требует анализа следующих параметров:
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Монтаж кранов должен производиться с учетом направления потока среды (указывается стрелкой на корпусе). Перед установкой необходимо проверить чистоту внутренней полости и отсутствие повреждений уплотнений. Затяжка фланцевых соединений должна выполняться крест-накрест для равномерного прилегания. Резьбовые соединения уплотняются фум-лентой, нитью или пастой, наносимой только на резьбу, без попадания в проточку крана.
Эксплуатация требует соблюдения паспортных параметров (давление, температура). Поворот рукоятки должен осуществляться плавно, без применения чрезмерных усилий. Запрещается использовать дополнительные рычаги для увеличения момента. Для шаровых кранов в системах с высокой температурой или загрязненной средой рекомендуется периодическая (раз в квартал) проверка легкости хода.
Техническое обслуживание включает:
Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами запорной арматуры
| Критерий | Кран шаровой с рукояткой | Задвижка | Вентиль (запорный клапан) |
|---|---|---|---|
| Габариты и масса | Компактный, малая строительная длина, малый вес. | Большая строительная высота и масса. | Средние габариты, большая строительная длина. |
| Управление и скорость закрытия | Быстрое (1/4 оборота), удобное. | Медленное (многооборотное), требует времени. | Медленное (многооборотное). |
| Гидравлическое сопротивление | Очень низкое (у полнопроходных). | Очень низкое в открытом состоянии. | Высокое из-за изменения направления потока. |
| Герметичность | Высокая (класс А). | Относительно высокая, возможны протечки по затвору. | Высокая. |
| Ремонтопригодность | Как правило, не ремонтируется, а заменяется (кроме специальных моделей). | Ремонтопригодна, возможна замена уплотнений клина. | Ремонтопригоден, возможна притирка седла и клапана. |
| Сфера применения в энергетике | Дренажи, отсечная арматура на вспомогательных линиях, системы ХВП, отопления. | Магистральные трубопроводы большого диаметра, где требуется минимальное сопротивление. | Точное регулирование и отсечка на линиях пара и воды среднего давления. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается кран шаровой от крана пробкового?
Шаровой кран имеет сферический затвор и, как правило, плавающую конструкцию, где шар прижимается к уплотнениям давлением среды. Он обеспечивает более высокую герметичность и легче управляется. Пробковый (конический) кран имеет конусную пробку, притираемую к корпусу. Он часто требует смазки для герметичности и поворота, более подвержен заклиниванию при высоких температурах, но может быть более ремонтопригоден.
Можно ли использовать шаровой кран для регулирования расхода?
Нет, шаровые краны с рукояткой позиционируются как запорная арматура. Частичное открытие приводит к кавитации, повышенному износу уплотнительных поверхностей шара и седла, что в краткосрочной перспективе приводит к потере герметичности. Для регулирования применяются специальные регулирующие клапаны или шаровые краны с профилированным сегментом и другим типом привода.
Каков ресурс шарового крана и от чего он зависит?
Ресурс (количество циклов открытие-закрытие) указывается в паспорте и может составлять от нескольких тысяч до 25-50 тысяч циклов для качественных моделей. Он зависит от качества уплотнений (PTFE, усиленный PTFE, металл), чистоты рабочей среды (абразивные частицы резко снижают срок службы), правильности монтажа и соблюдения рабочих параметров (давление, температура).
Что означает маркировка на кране (например, 11с67п)?
Это условное обозначение по ГОСТ 4666-75. «11» – обозначение крана. «с» – материал корпуса (сталь углеродистая). «67» – номер модели. «п» – материал уплотнительных поверхностей (латунь или бронза). Также на корпусе наносится: DN (Ду), PN (Ру), стрелка направления потока, товарный знак производителя, марка стали.
Как правильно выбрать материал корпуса крана для системы с деминерализованной водой?
Для деминерализованной (обессоленной) воды, обладающей высокой агрессивностью к углеродистым сталям, необходимо применять краны из нержавеющей стали аустенитного класса (например, 12Х18Н10Т, AISI 304, 316). Уплотнения должны быть из фторопласта или EPDM. Использование чугунных или углеродистых стальных кранов приведет к коррозии и загрязнению воды продуктами ржавления.
Требуется ли техническое обслуживание необслуживаемых шаровых кранов?
Понятие «необслуживаемый» означает, что конструкция не имеет узлов для подтяжки сальника и не предназначена для ремонта в полевых условиях. Однако визуальный контроль состояния, проверка легкости хода и внешней целостности обязательны. При отказе такой кран подлежит полной замене.
Почему кран с рукояткой нельзя использовать в качестве последнего запорного устройства перед потребителем на паропроводе высокого давления?
На паропроводах высокого давления и температуры в качестве последнего запорного устройства перед потребителем (например, турбиной) традиционно применяются запорные клапаны (вентили) или задвижки. Это связано с более высокой надежностью их сильфонного или сальникового уплотнения по шпинделю при длительной эксплуатации под нагрузкой, а также с возможностью плавного открытия для предотвращения гидроудара. Шаровой кран, хотя и герметичен, может иметь ограничения по рабочему давлению пара и менее приспособлен для плавного управления в таких ответственных точках.