Шаровой кран — это устройство регулирования потока , в котором используется полый перфорированный поворотный шар для управления потоком жидкости, протекающей через него. Он открывается, когда отверстие в середине шара находится на одной линии с входным отверстием для потока, и закрывается, когда он поворачивается на 90 градусов с помощью рукоятки клапана, блокируя поток. [1] Рукоятка лежит ровно по потоку в открытом состоянии и перпендикулярно ему в закрытом, что упрощает визуальное подтверждение состояния клапана. [2] Закрытое положение на 1/4 оборота может быть как по часовой стрелке , так и против часовой стрелки.
Шаровые краны долговечны, хорошо работают после многих циклов и надежны, надежно закрываясь даже после длительного простоя. Эти качества делают их отличным выбором для запорно-регулирующих устройств, где их часто предпочитают задвижкам и шаровым кранам, но им не хватает точного управления этими альтернативами в приложениях дросселирования.
Простота эксплуатации, ремонта и универсальность шарового крана позволяют его широко использовать в промышленности, выдерживая давление до 1000 бар (100 МПа ; 15 000 фунтов на квадратный дюйм ) и температуру до 750 ° F (400 ° C), в зависимости от конструкции и используемых материалов. . Размеры обычно варьируются от 0,2 до 48 дюймов (от 5 до 1200 мм). Корпуса клапанов изготавливаются из металла , пластика или металла с керамикой ; плавающие шарики часто хромируются для долговечности. Одним из недостатков шаровых кранов является то, что при их использовании для регулирования расхода воды они задерживают воду в центральной полости, находясь в закрытом положении. В случае падения температуры окружающей среды ниже точки замерзания стенки могут треснуть из-за расширения, связанного с образованием льда. [3] Некоторые средства изоляции или термоленты в этой ситуации обычно предотвращают повреждение. Еще один вариант для холодного климата — «морозостойкий шаровой кран». Шаровой кран этого типа имеет боковую запорную пробку, поэтому в случае замерзания замораживающая пробка разрывается, действуя как «жертвенная» точка отказа, что упрощает ремонт. Вместо замены всего клапана достаточно установить новую заглушку. [4]
Для криогенных жидкостей или продуктов, которые могут расширяться внутри шара, на входной стороне клапана просверлено вентиляционное отверстие. Это так называемый вентилируемый шар.
Шаровой клапан не следует путать с «шаровым обратным клапаном», типом обратного клапана , в котором для предотвращения нежелательного обратного потока используется твердый шар .
Другие типы четвертьоборотных клапанов включают дроссельную заслонку , пробковый клапан и морозостойкий шаровой кран.
Существует пять основных типов корпусов шаровых кранов: одинарный корпус , трехсекционный корпус , разъемный корпус , верхний ввод и сварной . Разница заключается в том, как изготавливаются и собираются детали клапана, особенно корпус, в котором находится сам шар. Работа клапана в каждом случае одинакова. [5]
Цельные корпуса обеспечивают очень жесткую конструкцию, в некоторых версиях шар можно снять с клапана, не вынимая весь клапан из линии, однако составные корпуса открывают больше возможностей для изобретательности конструкции.
Кроме того, существуют разные стили, связанные с отверстием самого шарового механизма. В зависимости от рабочего давления шаровые краны подразделяются на шаровые краны низкого давления и шаровые краны высокого давления. В большинстве отраслей промышленности шаровые краны с рабочим давлением выше 3000 фунтов на квадратный дюйм (210 бар) считаются шаровыми кранами высокого давления. Обычно максимальное рабочее давление шаровых кранов высокого давления составляет 7500 фунтов на квадратный дюйм (520 бар) и зависит от конструкции, размеров и материалов уплотнений. Максимальное рабочее давление шаровых кранов высокого давления может достигать 15 000 фунтов на квадратный дюйм (1000 бар). Шаровые краны высокого давления часто используются в гидравлических системах, поэтому их также называют гидравлическими шаровыми кранами.
Шаровые краны размером до 2 дюймов (51 мм) обычно бывают цельными, двух- или трехкомпонентными. Цельные шаровые краны почти всегда имеют уменьшенный диаметр, относительно недороги и обычно заменяются, а не ремонтируются. Двухкомпонентные шаровые краны обычно имеют слегка уменьшенное (или стандартное) отверстие и могут быть одноразовыми или ремонтопригодными. Трехкомпонентная конструкция позволяет легко снять центральную часть клапана, содержащую шар, шток и седла, из трубопровода. Это способствует эффективной очистке от отложений, замене седел и сальниковых набивок, полировке мелких царапин на шаре, и все это без снятия патрубков с корпуса клапана. Концепция конструкции трехкомпонентного клапана заключается в возможности его ремонта. Каждый клапан нагревается до определенной степени, при этом лишний материал срезается с корпуса. [6]
Полнопроходной (иногда полнопроходной ) шаровой кран имеет шар увеличенного размера, поэтому отверстие в шаре имеет тот же размер, что и трубопровод, что приводит к меньшим потерям на трение. Поток не ограничен, но клапан больше и дороже, поэтому его используют только там, где требуется свободный поток, например, в трубопроводах, требующих очистки скребками .
В шаровых кранах с уменьшенным проходным отверстием (иногда с уменьшенным отверстием ) поток через клапан на один размер трубы меньше, чем размер трубы клапана, в результате чего проходное сечение меньше, чем труба. Поскольку расход потока остается постоянным и равен площади потока (A), умноженной на скорость (V), скорость увеличивается с уменьшением площади потока.
Шаровой кран с V-образным отверстием имеет либо шар V-образной формы, либо седло V-образной формы. Это обеспечивает линейные и даже равнопроцентные характеристики потока. Когда клапан находится в закрытом положении и начинается открытие, первым открывается меньший конец буквы «v», обеспечивая стабильное управление потоком на этом этапе. Этот тип конструкции требует, как правило, более прочной конструкции из-за более высоких скоростей жидкостей, которые могут повредить стандартный клапан. При правильной обработке это превосходные регулирующие клапаны, обеспечивающие превосходные характеристики утечки.
Многие отрасли промышленности сталкиваются с проблемами, связанными с остатками в шаровых кранах. Если жидкость предназначена для потребления человеком, ее остатки также могут представлять опасность для здоровья, а если жидкость время от времени меняется, может произойти загрязнение одной жидкости другой. Остатки возникают из-за того, что в полуоткрытом положении шарового крана между отверстием шара и корпусом образуется зазор, в котором может задерживаться жидкость. Чтобы избежать попадания жидкости в эту полость, полость необходимо закупорить, что можно сделать, выдвинув седла таким образом, чтобы они всегда находились в контакте с шаром. Этот тип шарового крана известен как шаровой кран для заполнения полости.
Существует несколько типов шаровых кранов, связанных с креплением и боковым перемещением шара:
Шаровой кран с цапфой имеет дополнительное механическое крепление шара сверху и снизу, что подходит для клапанов большего размера и с более высоким давлением (обычно выше 3,9 дюйма (10 см) и 580 фунтов на квадратный дюйм (40 бар)).
Плавающий шаровой кран – это клапан, в котором шар не удерживается на месте цапфой. При нормальной работе шар будет слегка смещаться вниз по течению. Это приводит к тому, что посадочный механизм сжимается под прижимающимся к нему шаром. Более того, в некоторых типах в случае некоторой силы, вызывающей рассеивание механизма седла (например, сильного тепла от пожара снаружи клапана), шар будет плавать до самого металлического корпуса, который предназначен для уплотнения шара, обеспечивая несколько отказоустойчивая конструкция. [7]
Шаровые краны с ручным управлением могут быстро закрываться, поэтому существует опасность гидравлического удара . Некоторые шаровые краны оснащены приводом, который может иметь пневматический , гидравлический или моторный привод. Эти клапаны можно использовать как для включения/выключения, так и для регулирования расхода. Пневматический клапан регулирования расхода также оснащен позиционером, который преобразует управляющий сигнал в положение привода и соответственно открытие клапана.
Материалы корпуса могут включать, помимо прочего, любые из следующих материалов:
В шаровых кранах также используется множество различных типов седел и уплотнений. Клапаны обычно изготавливаются из разных материалов, каждый из которых предназначен для конкретного применения из-за их химической совместимости, давления и температуры. Некоторые из часто используемых материалов включают латунь, нержавеющую сталь, бронзу и т. д. Выбор материалов гарантирует, что клапаны подходят для выполнения соответствующих функций, обеспечивая эффективную и надежную работу в различных отраслях промышленности и применениях. [8]
