Шаровой кран

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Ball valve" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (August 2012) (Learn how and when to remove this message)

Шаровой кран — это устройство управления потоком , которое использует полый, перфорированный и вращающийся шар для управления потоком жидкости через него. Он открыт, когда отверстие в середине шара находится на одной линии с впускным отверстием потока, и закрыт, когда он поворачивается на 90 градусов ручкой клапана, блокируя поток. ^[1] Ручка лежит ровно на одной линии с потоком в открытом положении и перпендикулярна ему в закрытом положении, что позволяет легко визуально подтвердить состояние клапана. ^[2] Положение закрытия 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 закрываются даже после длительных периодов простоя. Эти качества делают их отличным выбором для запорных и регулирующих приложений, где их часто предпочитают задвижкам и шаровым клапанам, но им не хватает точного управления этими альтернативами в дросселирующих приложениях.

Простота эксплуатации, ремонта и универсальность шарового крана позволяют широко использовать его в промышленности, выдерживая давление до 1000  бар (100  МПа ; 15 000  фунтов на кв. 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 шары часто хромируются для долговечности. Одним из недостатков шарового крана является то, что при использовании для управления потоком воды они задерживают воду в центральной полости, находясь в закрытом положении. В случае падения температуры окружающей среды ниже точки замерзания стороны могут треснуть из-за расширения, связанного с образованием льда. ^[3] Некоторые средства изоляции или нагревательной ленты в этой ситуации обычно предотвращают повреждения. Другим вариантом для холодного климата является «шаровой кран, устойчивый к замерзанию». Этот тип шарового крана включает в себя замораживающую заглушку сбоку, поэтому в случае замерзания замораживающая заглушка разрывается, выступая в качестве «жертвенной» точки отказа, что позволяет облегчить ремонт. Вместо замены всего клапана, все, что требуется, это установка новой замораживающей заглушки. ^[4]

Для криогенных жидкостей или продуктов, которые могут расширяться внутри шара, в верхней части клапана просверлено отверстие. Это называется вентилируемый шар.

Шаровой кран не следует путать с «шаровым обратным клапаном» — типом обратного клапана , в котором для предотвращения нежелательного обратного потока используется сплошной шар .

Другие типы четвертьоборотных клапанов включают в себя поворотные затворы , пробковые клапаны и шаровые краны с защитой от замерзания.

Существует пять основных типов корпусов шаровых кранов: однокорпусный , трехкорпусный , разъемный , с верхним входом и сварной . Разница заключается в том, как изготавливаются и собираются детали крана, особенно корпус, в котором находится сам шар. Работа крана в каждом случае одинакова. ^[5]

Цельные корпуса обеспечивают очень жесткую конструкцию, в некоторых версиях шар можно снять с клапана, не вынимая весь клапан из трубопровода, однако составные корпуса открывают больший простор для изобретательности в проектировании.

Кроме того, существуют различные стили, связанные с отверстием самого шарового механизма. И в зависимости от рабочего давления шаровые краны подразделяются на шаровые краны низкого давления и шаровые краны высокого давления. В большинстве отраслей шаровые краны с рабочим давлением выше 3000 фунтов на кв. дюйм (210 бар) считаются шаровыми кранами высокого давления. Обычно максимальное рабочее давление для шаровых кранов высокого давления составляет 7500 фунтов на кв. дюйм (520 бар) и зависит от конструкции, размеров и уплотнительных материалов. Максимальное рабочее давление шаровых кранов высокого давления может достигать 15000 фунтов на кв. 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 выпускаются в цельной, двух- или трехкомпонентной конструкции. Цельные шаровые краны почти всегда имеют уменьшенный проход, относительно недороги и обычно заменяются вместо ремонта. Двухкомпонентные шаровые краны обычно имеют слегка уменьшенный (или стандартный) проход и могут быть как одноразовыми, так и ремонтируемыми. Трехкомпонентная конструкция позволяет легко извлекать из трубопровода центральную часть крана, содержащую шар, шток и седла. Это облегчает эффективную очистку отложений, замену седел и сальниковых набивок, полировку небольших царапин на шаре, и все это без снятия труб с корпуса крана. Концепция конструкции трехкомпонентного крана заключается в том, чтобы он был ремонтопригоден. Каждый кран нагревается до определенной степени, а излишки материала обрезаются с корпуса. ^[6]

Полнопроходной (иногда полнопортовый ) шаровой кран имеет увеличенный шар, так что отверстие в шаре имеет тот же размер, что и трубопровод, что приводит к снижению потерь на трение. Поток не ограничен , но клапан больше и дороже, поэтому он используется только там, где требуется свободный поток, например, в трубопроводах, требующих очистки скребком .

В шаровых кранах с уменьшенным проходным отверстием (иногда с уменьшенным портом ) поток через кран на один размер трубы меньше, чем размер трубы крана, в результате чего площадь потока меньше, чем площадь трубы. Поскольку расход потока остается постоянным и равен площади потока (A), умноженной на скорость (V), скорость увеличивается с уменьшением площади потока.${\displaystyle A_{1}V_{1}=A_{2}V_{2}}$

Шаровой клапан с V-образным отверстием имеет либо шар в форме 'V', либо седло в форме 'V'. Это обеспечивает линейные и равнопроцентные характеристики потока. Когда клапан находится в закрытом положении и начинается открытие, сначала открывается меньший конец 'V', что обеспечивает 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 сталкиваются с проблемами остатков в шаровом кране. Там, где жидкость предназначена для потребления человеком, остатки также могут представлять опасность для здоровья, а там, где 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 заглушить, что можно сделать, расширив седла таким образом, чтобы они всегда находились в контакте с шаром. Этот тип шарового крана известен как шаровой кран с заполнением полостей.

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 высокого давления (обычно более 3,9 дюйма (10 см) и 580 фунтов на кв. дюйм (40 бар)).

Плавающий шаровой кран — это кран, в котором шар не удерживается на месте цапфой. При нормальной работе это заставит шар немного плыть вниз по потоку. Это заставляет механизм седла сжиматься под давлением шара, нажимающего на него. Кроме того, в некоторых типах, в случае возникновения некоторой силы, вызывающей рассеивание механизма седла (например, сильное тепло от огня снаружи клапана), шар будет плавать вплоть до металлического корпуса, который предназначен для уплотнения против шара, обеспечивая некоторую отказоустойчивую конструкцию. ^[7]

Шаровые краны с ручным управлением могут быстро закрываться, и поэтому существует опасность гидравлического удара . Некоторые шаровые краны оснащены приводом, который может быть пневматическим , гидравлическим или моторным . Эти клапаны могут использоваться как для включения/выключения, так и для управления потоком. Пневматический клапан управления потоком также оснащен позиционером, который преобразует управляющий сигнал в положение привода и открытие клапана соответственно.

• Трех- и четырехходовые имеют L- или T-образное отверстие в середине. Различные комбинации потока показаны на рисунке. Легко увидеть, что T-клапан может соединить любую пару портов или все три вместе, но положение под углом 45 градусов, которое может разъединить все три, не оставляет места для ошибки. L-клапан может соединить центральный порт с любым боковым портом или разъединить все три, но он не может соединить боковые порты вместе.
• Также в продаже имеются многоходовые шаровые краны с 4 или более путями, причем входной путь часто перпендикулярен плоскости выходов. Для специальных применений, таких как приведение в действие пневматических двигателей с прямого на обратный ход, операция выполняется путем вращения однорычажного четырехходового крана . Четырехходовой шаровой кран имеет два L-образных порта в шаре, которые не соединены между собой, иногда их называют портом " × ".

Материалы корпуса могут включать, помимо прочего, любой из следующих материалов:

Существует много различных типов седел и уплотнений, которые также используются в шаровых кранах. Клапаны обычно изготавливаются из разных материалов, каждый из которых имеет свои особые области применения, для которых они подходят из-за своей химической совместимости, давления и температуры. Некоторые из наиболее часто используемых материалов включают латунь, нержавеющую сталь, бронзу и т. д. Такой выбор материалов гарантирует, что клапаны подходят для своих соответствующих функций, обеспечивая эффективную и надежную работу в различных отраслях промышленности и областях применения. ^[8]

На Викискладе есть медиафайлы по теме Шаровые краны .