A шаровой кран используется для запуска, остановки или изоляции потока жидкости или газа путем вращения полого перфорированного шара на 90 градусов внутри корпуса клапана — когда отверстие совпадает с трубой, поток проходит через него; при повороте на четверть оборота поток полностью блокируется. Такая конструкция обеспечивает шаровым кранам одну из самых плотных характеристик запирания среди всех типов клапанов, при этом качественные модели достигают герметичное уплотнение в соответствии со стандартами класса VI , что делает их стандартным выбором для систем нефтегазовой промышленности, водоочистки, химической обработки, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и контрольно-измерительных приборов, где надежное управление включением/выключением имеет большее значение, чем точное дросселирование потока.
В этой статье рассказывается о том, как работают шаровые краны, о специализированных инструментах и гидравлических вариантах, используемых в сложных условиях, как изготавливаются литые корпуса шаровых кранов и как выбрать правильный клапан для конкретной системы.
Как работают шаровые краны и почему они используются
Внутри шарового крана между двумя седлами находится сферический диск с просверленным отверстием. Поворот внешней ручки или привода на 90 градусов поворачивает шар так, что его отверстие либо совпадает с трубопроводом (открыто), либо перпендикулярно ему (закрыто). Такое движение на четверть оборота позволяет шаровым кранам работать быстрее, чем задвижкам или шаровым кранам, которым часто требуется несколько поворотов маховика для полного открытия или закрытия.
Поскольку шар и седла создают герметичное уплотнение с низким коэффициентом трения, шаровые краны особенно хорошо подходят для применений, требующих минимальная утечка, низкий перепад давления и длительный срок службы при нечастом обслуживании. . Они обычно используются для изоляции — отключения участка трубы для технического обслуживания — а не для точного регулирования скорости потока, поскольку частично открытый шаровой клапан может со временем вызвать турбулентность и ускоренный износ седла.
Общие применения шаровых кранов
Шаровые краны встречаются практически во всех отраслях, где происходит перемещение жидкостей или газов по системам трубопроводов. Типичные области применения включают в себя:
- Запорная арматура для бытового и коммерческого водоснабжения
- Линии распределения природного газа и отключения приборов
- Изоляция нефте- и газопроводов и контроль устья скважин
- Линии химической обработки, требующие коррозионностойкого отключения
- Системы HVAC для изоляции чиллеров, котлов и контуров охлаждения.
- Гидравлические силовые агрегаты и жидкостные контуры мобильного оборудования
- Контрольно-измерительные приборы и системы отбора проб на технологических предприятиях
Приборные шаровые краны: точный контроль на небольших линиях
Ан инструментальный шаровой клапан представляет собой компактный высокоточный шаровой кран, предназначенный для систем труб малого диаметра, питающих манометры, преобразователи, расходомеры и другие измерительные приборы. В отличие от шаровых кранов для трубопроводов общего назначения, в контрольно-измерительных клапанах обычно используются трубные фитинги сжатия или NPT, а не фланцевые или приварные концы, и они рассчитаны на более высокие давления, часто встречающиеся в контурах контрольно-измерительных приборов.
Эти клапаны обычно используются в двух- или пятиклапанных коллекторах, используемых для изоляции и калибровки датчиков давления без остановки всей технологической линии. Стандартные шаровые краны для приборов обычно рассчитаны на давление до 6000 фунтов на квадратный дюйм. , что значительно выше, чем у многих обычных промышленных шаровых кранов, поскольку контрольно-измерительные краны часто располагаются рядом с технологическим оборудованием высокого давления.
Гидравлические шаровые краны: созданы для работы с жидкостью под высоким давлением
A гидравлический шаровой клапан разработан специально для гидравлических силовых систем, где масло находится под давлением для перемещения цилиндров, двигателей и приводов в таком оборудовании, как экскаваторы, прессы и сельскохозяйственная техника. Эти клапаны имеют более толстые стенки, усиленные седла и материалы уплотнений, совместимые с гидравлической жидкостью, а не с водой или газом.
Поскольку гидравлические системы часто работают при давлениях от от 3000 до 6000 фунтов на квадратный дюйм Гидравлические шаровые краны обычно изготавливаются из высокопрочной углеродистой или нержавеющей стали и подвергаются более строгим испытаниям под давлением, чем стандартные коммерческие шаровые краны. Они обычно используются для изоляции цилиндров во время технического обслуживания, управления направлением потока в гидравлических контурах и для аварийного отключения в мобильном гидравлическом оборудовании.
Литые клапаны: как изготавливаются литые корпуса шаровых кранов
Большинство корпусов промышленных шаровых кранов производятся методом литья, при котором расплавленный металл — обычно углеродистая сталь, нержавеющая сталь или бронза — заливается в форму, повторяющую геометрию корпуса клапана, а затем обрабатывается до окончательных допусков. Этот процесс, обычно называемый в промышленности производством литейные клапаны , предпочтителен для клапанов средних и больших размеров, поскольку позволяет формировать сложные внутренние пути потока в одной детали, уменьшая количество соединений, которые могут стать точками утечки.
Литье в песок
Наиболее распространенный метод литья корпусов клапанов, литье в песчаные формы, использует уплотненную песчаную форму и является экономически эффективным для средних и крупных производственных циклов, хотя он обеспечивает более шероховатую внутреннюю поверхность, чем литье по выплавляемым моделям.
Инвестиционное литье
Этот метод, также известный как литье по выплавляемым моделям, позволяет получить более гладкие и точные корпуса клапанов с более жесткими размерными допусками, что делает его предпочтительным процессом для небольших инструментов и прецизионных клапанов, где обработка поверхности напрямую влияет на характеристики уплотнения.
Затем литые корпуса клапанов подвергаются механической обработке, испытаниям под давлением и оснащаются шаром, штоком, седлами и уплотнениями для завершения сборки. Испытание давлением, превышающим номинальное рабочее давление клапана как минимум в 1,5 раза. Это стандартная практика перед сертификацией литого корпуса клапана для эксплуатации.
Сравнение типов шаровых кранов
| Тип клапана | Типичное номинальное давление | Основное использование |
|---|---|---|
| Общий промышленный шаровой кран | 150–600 фунтов на квадратный дюйм | Вода, газ и общая изоляция трубопроводов |
| Инструментальный шаровой клапан | До 6000 фунтов на квадратный дюйм | Линии КИП и отбора проб |
| Гидравлический шаровой клапан | 3000–6000 фунтов на квадратный дюйм | Гидравлические контуры, мобильное оборудование |
| Шаровой кран из литой стали/нержавеющей стали | 150–2500 фунтов на квадратный дюйм (номинальный класс) | Технологические заводы, нефтеперерабатывающие заводы, химические линии |
Ключевые критерии выбора шаровых кранов
Выбор правильного шарового крана требует соответствия нескольких характеристик предполагаемой системе, а не выбора по умолчанию наиболее распространенного имеющегося размера:
- Подтвердите диапазон рабочего давления и температуры системы в соответствии с номинальным классом клапана.
- Выберите материал корпуса и шара, совместимый с жидкостью: нержавеющая сталь для агрессивных сред, латунь для воды и газа низкого давления, углеродистая сталь для гидравлических и углеводородных систем.
- Выбирайте полнопроходные клапаны, где важно свести к минимуму падение давления, или клапаны с уменьшенным проходом для стандартного запорного обслуживания с меньшими затратами.
- Подберите материал седла (PTFE, RPTFE или металл) в соответствии с требуемым температурным диапазоном и химической совместимостью.
- Выберите между ручным управлением рычагом и пневматическим или электрическим приводом в зависимости от частоты срабатывания клапана и необходимости дистанционного управления.
Техническое обслуживание и распространенные точки отказа
Шаровые краны относительно не требуют технического обслуживания по сравнению с другими типами клапанов, но износ седла, утечка уплотнения штока и скопление мусора между шаром и седлом остаются наиболее распространенными причинами отказа. Периодическое открытие и закрытие клапана полностью , даже в системах, где он обычно остается в одном положении, помогает предотвратить залипание седла и накопление накипи или отложений.
В частности, в гидравлических системах загрязнение жидкости является основной причиной преждевременного износа уплотнений, поэтому регулярная фильтрация жидкости так же важна для долговечности шаровых кранов, как и для цилиндров и насосов в других частях контура.
Заключение
Шаровой кран используется в первую очередь для надежного регулирования расхода и герметичного закрытия в системах водоснабжения, газа, гидравлики и технологических трубопроводов, а специальные измерительные приборы и гидравлические варианты расширяют эту функцию для измерения высокого давления и гидравлических систем. Понимание того, как изготавливаются литые корпуса клапанов, а также соответствие номинального давления, материала и типа порта конкретной системе — это детали, которые отличают клапан, который надежно работает в течение десятилетий, от клапана, который преждевременно выходит из строя в реальных условиях эксплуатации.
