Кран шаровый фланцевый — конструкция, применение, установка, производители

Неотъемлемой частью любой трубопроводной магистрали является регулирующая и запорная арматура, управляющая потоком рабочей среды. Одной из ее разновидностей — кран шаровый фланцевый, предназначенный в основном для соединения с трубами больших диаметров.

Крупногабаритная запорная арматура используется в сетях промышленного, коммунального назначения. При ее выборе полезно обладать информацией о принципе работы, конструктивном устройстве, особенностях продукции от различных производителей.

Рис. 1 Примеры эксплуатации кранов

Назначение и сферы применения

Кран шаровый запорный фланцевый, как следует из названия, предназначен для перекрывания потока рабочей среды в трубопроводах. Это чисто запорная арматура, то есть она не рассчитана на регулирование объема подаваемого рабочего тела.

Шаровые краны (сокращенное название ШК, иногда встречается в их обозначении) используют в магистралях, транспортирующих газы, горячую и холодную воду для коммунального водоснабжения, пар, тепловые носители для систем отопления (обычную воду, этилен- и пропиленгликолевые незамерзающие жидкости), нефть и нефтепродукты (бензин, масла).

Принцип работы, особенности

Главная конструктивная деталь шарового крана — это сферический затвор с осевой цилиндрической прорезью большого диаметра. Шар вращается внутри корпуса прибора вокруг своей оси на 90 градусов. В открытом состоянии прорезь располагается строго по центральной оси канала, и рабочее тело протекает по нему без каких-либо ограничений.

В закрытом положении проходной канал перекрывают стенки шара, и транспортируемая среда не может проникнуть за его оболочку.

Различают полнопроходные модели кранов, где цилиндрический канал шара полностью совпадает с внутренним диаметром трубопровода и его корпуса, а также индуцированные (неполнопроходные, стандартнопроходные) приборы. В последних диаметр проходного канала меньше трубного на один типоразмер.

Рис. 2 Конструктивные особенности КШ по ГОСТ 28343-89

Одни из разновидностей шаровых кранов — трехходовые или четырехходовые. Они имеют три или четыре подсоедительных патрубка, и при развороте пробки на 90 градусов происходит закрытие одного канала и перенаправление потока среды в другой.

В кранах малых и средних габаритных размеров шаровый затвор поворачивают однорычажной рукояткой (консолью). Модели больших диаметров выпускают с выступающим шпинделем квадратной формы, к которому для его вращения подключают редуктор, механизированные электро-, гидро- или пневмоприводы. В конструкциях очень больших габаритов возможно использование механического редуктора, который вращают электро-, гидро- и пневмо- механизмы.

ГОСТ 21345-2005, регламентирующий общие технические условия на шаровые краны, делит их по форме проходного канала сферы (техническое название — пробка) на цилиндрические и конусные, имеющие трапецеидальный профиль.

Конструктивные особенности последних требуют применения в материалах корпусов и шаровых пробок металлов с высокими антифрикционными (имеющими низкий коэффициент трения) качествами, к которым относят латунь, чугун, бронзу. Это накладывает ограничения на диаметры их канальных проходов в 100 мм и верхний предел давлений в 16 бар.

С учетом этих факторов конусные разновидности не нашли применения в трубопроводах, невозможно обнаружить и их производителей.

Стоит отметить, что некоторые фирмы выпускают краны в комбинированных корпусах — с одной стороны они рассчитаны под соединение на фланец, а с другой имеют гладкий патрубок под приварку.

Рис. 3 Внутреннее устройство фланцевых КШ

Конструктивное устройство и материалы изготовления

Все разновидности шаровых кранов имеют примерно одинаковое конструктивное исполнение основных узлов, к которым относят:

Корпус. Может выполняться цельноотлитым, сварным и разборным двух, трехсоставным. Включает в себя внутреннюю камеру, в которой размещаются седельные кольца и шаровая пробка, а также подсоединительные фланцы по торцам.

В боковой части корпуса имеется цилиндрический отвод (горловина), в котором расположен поворачивающий шар шток. Иногда на горловине делают площадку для монтажа механизированных приводов.

Основные материалы изготовления корпусных деталей: углеродистые высоких и низких марок (Ст3, Ст20), легированные различными добавками (09Г2С) и нержавеющие (AISI 316, 12Х18Н10Т) стали, чугун.

Запорная шар-пробка. Затворная сфера с цилиндрической прорезью, равной или меньшей проходного канала на один типоразмер, выполняется в двух конструктивных исполнениях:

Плавающая. Шар-пробка удерживается седлами и имеет в верхней части прямоугольную прорезь, в которую вставляют поворачивающий его шток. Так как прорезь в закрытом положении располагается по направлению потока транспортируемой среды и чуть больше по длине управляющего торца штока, сфера при давлении на ее поверхность имеет возможность сдвигаться в продольном направлении, плотно прижимаясь к уплотнительным кольцам. Таким методом обеспечивается высокая герметичность перекрытия канала. Плавающие шаровые затворы используют в конструкциях небольших габаритных размеров.

С опорой на цапфах. В шаровой запорной арматуре больших габаритов затруднен поворот вручную сферического затвора из-за высокого трения в седлах. Чтобы снизить прикладываемое усилие и облегчить ход шара, в его нижней части делают опорную цапфу, которая помещается в углубление корпуса или вращается на подшипнике.

Читайте также:  Подводка для воды — виды и материалы исполнения, выбор и установка

Так как шаровый затвор работает в контакте с рабочими телами, вызывающими его коррозию или оказывающими агрессивное химическое воздействие на оболочку, его изготавливают из коррозионностойких металлов. В основном это нержавейки различных марок, к примеру, 20Х13, AISI 409, 12Х18Н10Т, AISI 304, 30ХМА, 38ХМА, AISI 4130, AISI 4140.

Рис. 4 Кран шаровый фланцевый  — основные узлы

Уплотнители. Уплотнительные материалы используют в седлах и на оси. Седельные кольца иногда делают из износостойких металлов, которыми являются коррозионностойкие сплавы 30ХМА 38ХМА 20Х13 с эластичными полимерными вкладышами (PEEK 450G, Nylon).

Одним из самых распространенных полимерных материалов изготовления седел является PTFE — фторопласт белого цвета с мыльной на ощупь поверхностью. Его главное преимущество — довольно низкий коэффициент трения, также полимер может функционировать при температурах до + 270 °С.

Герметизирующие кольца оси выпускают из этиленопропилендиенового (EPDM), акрилонитрилбутадиенового (NBR), синтетического фторированного (СФК, Viton, FKM) каучуков.

Стоит отметить, среди всех представленных эластомеров наибольшей температурной устойчивостью в + 200 °С обладают фторкаучуки FKM. Этиленопропилендиеновый эластомер способен длительное время функционировать при температуре не выше + 150 °С, а самую низкую термостойкость с предельным порогом не более + 90 °С имеет каучук из акрилонитрилбутадиена (NBR).

Другие детали. Ось, а также различные мелкие элементы в виде винтов, гаек и шайб выполняют из устойчивых к коррозии (нержавейки) или сталей с защитным покрытием. Управляющую ручку-консоль производят из чугуна, стали или алюминия, нередко ее покрывают полимерами.

Рис. 5 Конструкция, материалы изготовления КШ на примере изделия Valpres (Италия)

Кран шаровый фланцевый — технические характеристики и ГОСТы

Основные параметры шаровых кранов приведены в ГОСТ 9702-87, некоторые его положения:

Изделия выпускают на определенные значения давлений из цифрового ряда 6,3 – 16 – 25 – 40 – 63 – 80 – 125 – 160 – 200 – 250 — 320 бар или кгс/см2.

Условные проходы Ду кранов с фланцами: 15 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 65 – 80 – 100 – 125 – 150 – 200 – 250 – 300 – 400 – 500 – 600 — 700 мм. Стоит отметить, запорная арматура больших типоразмеров монтируется в трубопровод приваркой.

Диапазоны температур, в которых может эксплуатироваться арматура, связаны с ее напорными характеристиками и размерными параметрами. Обычно нижняя граница это — 60 °С, а верхняя — максимум + 200 °С для КШ с фланцами и + 300 °С под приварку.

Прочие характеристики шаровой запорной арматуры:

Транспортируемые рабочие тела: горячая и холодная вода, пар, газы, продукты нефтепереработки, неагрессивные, нейтральные к материалам узлов крана или слабоагрессивные среды.

Подразделяются на стандартнопроходные и полнопроходные.

Основной тип управления — одноручный консолью, при помощи механического редуктора и электропривода.

Класс герметичности регламентируется по ГОСТ 9544, обычный показатель – А, указывающий на отсутствие видимых протечек во временном интервале действия водных и воздушных испытательных нагрузо

Климатические исполнение регламентируется ГОСТ 15150, обычно это У (умеренный климат) или УХЛ (умеренно холодный климат) с цифровым индексом. Цифра обозначает эксплуатацию на улице (1), под навесом (2), в закрытом помещении (3), с искусственной вентиляцией (4), при повышенной влажности (5).

Количество циклов срабатываний до замены, типовое значение — 10000. Иногда указывают показатель надежности, к примеру 2000, 3000, 4000, 8000 циклов.

Средний срок службы, к примеру 30 лет.

Рис. 6 Размерные параметры фланцевых стальных КШ по ГОСТ 28343-89

Существует еще один ГОСТ 28343-89 на фланцевые шаровые краны, выполненные из сталей. В нем указаны типоразмеры условных проходов из приведенного выше числового ряда от 10 мм до 500 мм с некоторыми отличиями и соответствующие им толщины корпусных стенок.

Напорные характеристики стальных кранов должны соответствовать цифровому ряду 10 – 16 – 20 – 25 – 50 — 100 бар диапазона давлений.

Производители

Шаровую запорную арматуру с фланцевым подсоединением к трубопроводу, представленную на отечественном рынке, выпускают не менее десятка предприятий в России, и примерно столько же компаний за рубежом и в странах СНГ (Украина, Беларусь).

Специалистам должна быть хорошо известна продукция следующих торговых марок:

LD – российской компания, поставляющая на рынок довольно широкий ассортимент полнопроходной и стандартнопроходной запорной арматуры всех типоразмеров от 15 до 600 мм.

Читайте также:  Задвижка клиновая — назначение, классификация, характеристики, установка

Одна из их разновидностей — изделия из штампованной стали (Стриж) рассчитанные на температуры жидких и газообразных рабочих тел не более + 150 °С.

Также LD выпускают краны из цельносварной стали с характерным эпоксидно-порошковым покрытием серого цвета. Они рассчитаны на транспортировку жидких и газообразных неагрессивных рабочих тел с температурой не более + 200 С. Арматура больших диаметров оснащается механическими редукторами.

Рис. 7 Технические характеристики шаровых кранов LD

Interval – торговая марка компании из Беларуси, выпускающей практически все типоразмеры стальных кранов со стандартными и полными проходами.

Материалом изготовления их корпусов является цельносваренная сталь, изделия с большими условными проходами оснащаются редукторами.

Вся продукция имеет характерную голубую окраску, предназначена для транспортировки холодной и горячей воды, пара, газа, нефтепродуктов, неагрессивных сред с максимальной температурой не более + 200 °С.

Breeze — бренд украинской компании, поставляющей на рынок полнопроходные шаровые краны из стали с разборным корпусом. Их отличительная особенность — наличие воротника с площадкой под электрический или редукторный привод.

Продукция рассчитана на транспортировку холодной и горячей воды, воздуха, инертных газов, этилен- и пропиленгликолевых незамерзаек, нефтепродуктов температурой не более + 180 °С.

Еще одна линейка товара от компании Breeze — цельносварные полнопроходные стальные краны, окрашенные в черный цвет с аналогичной конструкцией и техническими характеристиками.

Zetkama — торговая марка принадлежит польской компании, подставляющей на рынок фланцевые шаровые краны в чугунных корпусах с ручным управлением, окрашенные в синий цвет. Они рассчитаны на эксплуатацию при температуре транспортируемой рабочей среды не более + 150 °С, которой является холодная и горячая вода, неагрессивные жидкости.

Ayvaz — торговая марка турецкого производителя, выпускающего трехсоставные шаровые краны из нержавейки и двухсоставные разборные из чугуна. Изделия из нержавейки предназначены для транспортировки слабоагрессивных жидких и газообразных сред с температурой до + 210 °С. Чугунные могут работать с неагрессивной средой температурой до + 180 °С.

Помимо указанных компаний, на рынке можно обнаружить продукцию следующих производителей: Genebre (Испания), Valpres (Италия), Efar (Польша), Danfoss (Дания), ООО Самараволгомаш, Маршал (ООО Луганский завод трубопроводной арматуры)

Рис. 8 Материалы изготовления, технические характеристики продукции бренда Маршалл

Инструкция по монтажу

При монтаже шаровой запорной арматуры с фланцами необходимо соблюдать следующие правила:

Разрешено устанавливать кран шаровый фланец в любом положении на трубопроводной магистрали при условии удобного доступа для его обслуживания и управления рычагом.

При установке шар-пробка должна находиться в положении открыто.

Фланцы трубопровода перед монтажом должны быть полностью очищены от песка, грязи, окалины.

Фланцы крана должны быть осмотрены на присутствие забоин, раковин и заусенцев, а также иных поверхностных дефектов.

Болты на фланцевых соединениях должны быть равномерно затянуты по методике крест — накрест.

Допустимый предел отклонения от параллельности фланцевых патрубков трубопровода и крана не должен превышать 0,2 мм.

При перекосе недопустимо его устранение затяжкой фланцевых болтов.

Максимальная амплитуда вибрационного смещения трубопроводов не должна выходить за рамки 0,25 мм.

Рис. 9 Кран шаровый фланцевый Breeze – материалы изготовления и технические параметры

Следует плавно поворачивать рычаг крана в избежание гидроударов.

При установке арматуры необходимо соблюдать правила техники безопасности по ГОСТ 5367.

Запрещен захват арматуры при подъеме за консольные ручки, штурвалы редукторов и элементы электрических, пневматических, гидравлических приводов.

При эксплуатации краны должны находиться только в положении закрыто или открыто.

Запрещено:

Использовать шаровую запорную арматуру для регулировки потока рабочей среды.

Производить работы по демонтажу или подтягиванию фланцевых соединений при наличии в трубопроводной магистрали рабочей среды и давления.

Монтировать и эксплуатировать арматуру при отсутствии паспорта, технической документации.

Устанавливать на консольную ручку рычаги-удлинители.

Использовать корпуса шаровой арматуры в качестве опорной площадки для трубопроводов.

Рис. 10 Краны Breeze, Zetkama, Interval, LD

Шаровая запорная арматура с фланцевым подсоединением является востребованной во всех отраслях промышленности и народного хозяйства, осуществляющих транспортировку различного типа сред по напорным и больших диаметров трубопроводам. На отечественном рынке имеется большой выбор товара различного качества, материалов изготовления и ценовых категорий как от отечественных, китайских производителей с невысокими ценами, так и от зарубежных поставщиков со всемирно известными брендами и намного более высокой стоимостью эталонный по качеству продукции (Danfoss).