Шаровой кран

Большой промышленный шаровой кран с электроприводом и люком для технического обслуживания (затвор в открытом положении).

В разрезе хорошо видны неметаллические уплотнительные кольца.

Суженный шаровой кран на немецкой компрессорной станции (жёлтый хвостовик говорит о его закрытом положении).

Шаровой кран — разновидность трубопроводного крана, запирающий или регулирующий элемент которого имеет сферическую форму. Это один из современных и прогрессивных типов запорной арматуры, находящий всё большее применение для различных условий работы в трубопроводах, транспортирующих природный газ и нефть, системах городского газоснабжения и других областях. Имеется также возможность использовать его в качестве регулирующей арматуры.

Конструкция шаровых кранов не является новинкой и известна уже более 100 лет, однако в ранних вариантах она не обеспечивала плотного перекрытия прохода среды из-за трудности её обеспечения металлическими поверхностями шаровой пробки и сёдел корпуса. Появление и внедрение в арматуростроение таких материалов как фторопласт, синтетических каучуков для изготовления сёдел привели к началу широкого использования шаровых кранов. Новые материалы позволили обеспечить плотность закрытия и существенно снизить усилия, необходимые для управления краном.

Подвижным элементом (затвором) таких кранов служит пробка сферической формы — шар, по оси которой выполнено сквозное круглое отверстие для прохода среды. В проходных кранах для полного закрытия или открытия прохода достаточно повернуть шар на 90°. Диаметр отверстия чаще всего соответствует внутреннему диаметру трубопровода, на который устанавливается кран, называющийся в этом случае полнопроходным. Гидравлические потери при проходе рабочей среды через полностью открытый кран весьма малы, практически такие же как при проходе среды через трубу, равную по длине корпусу крана, что в разы меньше, чем в других типах запорной арматуры. Это ценное качество сделало шаровые краны основным запорным устройством на линейной части магистральных газопроводов. Однако для уменьшения габаритов и крутящих моментов, необходимых для управления арматурой, иногда применяются суженные краны. Кроме вышесказанного шаровые краны имеют ряд других достоинств, среди которых:

• простота конструкции;
• высокая и надёжная герметичность;
• небольшие габариты;
• простая форма проточной части и отсутствие в ней застойных зон;
• удобное управление;
• малое время, затрачиваемое на поворот;
• применимость для вязких и загрязнённых сред, суспензий, пульп и шламов.

Сёдла в корпусе выполняются в виде колец из различных видов пластмасс (в основном фторопласта), что обеспечивает надёжную герметичность, лёгкость и плавность поворота шаровой пробки, но ограничивают применения таких кранов для сред с температурой не более 200 °C.

Управляются шаровые краны вручную (на малых диаметрах) и с использованием механизированного привода — электрического, пневмо- и гидравлического, причём для кранов на газопроводах имеется возможность использовать в качестве управляющей среды пневмопривода рабочую среду, транспортируемую по трубопроводу.

Устройство

3D-изображение разреза простейшего крана с плавающим шаром.

На поясняющем рисунке изображены:

• корпус крана (1);
• сёдла в виде уплотнительных колец (2);
• затвор в виде шаровой пробки (3);
• рукоятка для ручного управления (4);
• шпиндель крана, передающий усилие от рукоятки затвору (5).

Шаровые краны имеют большое разнообразие исполнений, но основные их различия — в конструкциях запорных органов: с плавающим шаром и с шаром в опорах.

Конструкции запорных органов

Плавающий шар.

Шары с цапфой для установки в опоры.

С плавающим шаром

В этом случае шаровая пробка не связана жёстко со шпинделем, может перемещаться по отношению к нему и под действием давления среды со стороны входа прижиматься к уплотнительному кольцу со стороны выхода, герметизируя таким образом кран. При больших диаметрах прохода и давлениях пробка создаёт чрезмерно большие нагрузки на уплотнительное кольцо, что затрудняет работу крана, поэтому такая конструкция обычно используется при номинальных диаметрах не более 200 мм.

С шаром в опорах

В таких кранах пробка устанавливается и поворачивается в опорах, она имеет осевой выступ (цапфу) в нижней части, входящий в специальное углубление, а сёдла под действием давления прижимаются к её сферической поверхности. Такая конструкция существенно снижает усилия, необходимые для управления краном и позволяет применять приводные устройства меньшей мощности, чем для кранов с плавающим шаром, однако такие устройства конструктивно сложнее и имеют более высокую стоимость.

Фиксирующая цапфа пробки при этом может иметь подшипники качения или самосмазывающиеся подшипники скольжения, что используется в большом количестве конструкций.

Способы монтажа

Шаровые краны могут монтироваться следующими способами:

• подземная установка;
• надземная установка.

При надземной установке кран не должен испытывать нагрузки от трубопроводов (изгиб, кручение, сжатие, растяжение). Нагрузка от трубопровода снимается специальными опорами или компенсаторами. При подземной установке непосредственно под краном закладывается бетонная подушка, снимающая нагрузку как от трубопровода, так и от проседания грунта. При подземной установке кран шаровой монтируется под ковером (ТУ 400-28-91-75).

См. также

• Конусный кран
• Дисковый затвор
• Задвижка
• Запорный клапан
• Регулирующий клапан