Шаровой кран — это запорная трубопроводная арматура. Запирающий элемент крана, имеет форму шара, по горизонтальной оси которого выполнено сквозное отверстие для прохода среды. Вращение шара вокруг вертикальной оси открывает проходное сечение, в открытом положении ось потока совпадает с осью отверстия в шаре, а в закрытом оси перпендикулярны. Шаровые краны применяют для перекрытия потока воды, пара, газа, воздуха, нефти, вязких и даже абразивных сред. Все фланцевые краны, которые представлены в нашем каталоге, могут применяться для воды, возможность использования с другими средами уточняйте у поставщиков. Для воды с температурой до 100°C и давлением до 16 бар, при условном диаметре до DN50 — применяют резьбовые, а в остальных случаях устанавливают сварные или фланцевые шаровые краны.
   До появления полимерных уплотнительных колец шаровые краны для воды применялись крайне редко из-за сложности в создании герметичного уплотнения между сферическими металлическими поверхностями. Современные шаровые краны неприхотливы к монтажу и могут устанавливаться в любом положении, с любым направлением течения воды и практически при любых параметрах окружающей среды, кроме того простая конструкция и невысокая цена способствовали широкому распространению шаровых кранов в системах отопления и водоснабжения.
   Работа шарового крана допустима лишь в крайних рабочих положениях открыт/закрыт, работа в промежуточном положении приведёт к абразивному износу шара и, как следствие, к нарушению герметичности перекрытия потока.

Достоинства:
 - Длительный срок эксплуатации
  - Отсутствие застойных зон в проточной части
  - Высокая герметичность перекрытия потока
  - Небольшие габариты по высоте
  - Простая и надёжная конструкция
  - Простая форма проточной части
  - Возможно полнопроходное исполнение
  - Малое гидравлическое сопротивление
  - Установка в любом рабочем положении
  - Не требуют технического обслуживания
  - Простое управление (поворотом штока на 90°)
  - Краны с разборным корпусом пригодны для ремонта
  - Возможно быстрое перекрытие (при ручном управлении)
  - Возможна бескамерная установка при подземной прокладке трубопровода
  - Возможно применение для вязких или загрязнённых сред, суспензий и шламов
  - Шаровые краны двунаправлены и допускают любое направление рабочей среды

Недостатки:
  - Высокая цена
  - Высокая масса
  - Для управления необходимы высокие крутящие моменты. Поэтому фланцевые краны DN125 и более с ручным управлением требуют комплектации червячным редуктором, а при автоматическом управлении дорогостоящих электроприводов.
  - При ручном управлении необходимы длинные рычаги, что не всегда удобно для камерной установки и установки в ограниченных пространствах.
  - При ручном управлении резкое открытие крана может привести к возникновению гидравлических ударов, что для некоторых систем недопустимо.

Устройство шарового крана

Основными элементами шарового крана являются:
  - Шаровой затвор из полированной нержавеющей стали
  - Корпус изготовленный из стали или чугуна
  - Фторопластовые кольца уплотняющие затвор
  - Стальной шток с набором уплотнительных колец

   Разборные шаровые краны применяются на участках со свободным доступом обслуживающего персонала в котельных и тепловых пунктах, а также на промышленных объектах. По сравнению цельносварными кранами, разборные отличаются ремонтопригодностью, большой металлоёмкостью и соответственно большей стоимостью. Устройство шарового крана с разборным корпусом предполагает возможность ремонта и технического обслуживания. Герметичность перекрытия потока обеспечена прижатием фторопластовых уплотнений к полированной поверхности шара стяжными болтами, которые при необходимости могут быть подтянуты.

   Цельносварные шаровые краны применяют в тепловых сетях, котельных и тепловых пунктах, они не требуют технического обслуживания, отличаются высокой надёжностью и невысокой ценой, но непригодны для ремонта, поэтому при выходе из строя должны быть заменены.
Герметичность перекрытия обеспечена за счёт прижатия тарельчатыми пружинами, фторопластовых уплотнений к полированной поверхности шара.

   Краны с плавающим шаром — в шаровом затворе выполнен шлиц в который вставляется плоский конец штока. В закрытом положении направление шлица совпадает с осью трубопровода и шар под давлением рабочей среды может немного сместиться, прижавшись к торцевому уплотнению. На трубопроводах большого диаметра и с высоким давлением рабочей среды, для открытия крана с плавающим шаром может потребоваться значительное усилие, поэтому краны такой конструкции, как правило, изготавливаются с диаметром не более чем DN200. Для облегчения закрытия, фиксирующая цапфа может иметь самосмазывающиеся подшипники скольжения.

   Краны с фиксированным шаром — шаровой затвор жёстко закреплён на оси вала и не может линейно перемещаться в корпусе. Для закрытия крана требуется меньшее усилие, но его устройство сложнее устройства шаровых кранов с подвижным затвором, а цена выше.

   Полнопроходные шаровые краны — диаметр отверстия в затворе равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода. Отличаются очень малым гидравлическим сопротивлением и незначительно увеличенными габаритами, хотя и несколько дороже неполнопроходных кранов.

   Неполнопроходные шаровые краны (стандартно-проходные) — диаметр проходного сечения в затворе немного меньше внутреннего диаметра трубопровода. Цена шарового крана со стандартным проходом ниже, чем у полнопроходного, а габаритные размеры меньше.

Принцип работы шарового крана

   В корпусе крана на оси перпендикулярной оси трубопровода закреплён шаровой затвор из полированной нержавеющей стали. В затворе выполнено сквозное отверстие, диаметр которого равен диаметру присоединяемого трубопровода или близок к нему. В открытом положении оси трубопровода и отверстия совпадают, а при повороте шара на 90° — ось отверстия перемещается в плоскость перпендикулярную направлению потока, перекрывая проходное сечение стенкой шара. Уплотнение между полированной поверхностью шара и корпусом обеспечено фторопластовыми торцевыми кольцами, которые прижимаются к шару стяжными болтами или тарельчатыми пружинами. Управляют шаровыми кранами с помощью рычага, редуктора, пневматического или электропривода. Управление с помощью рычага (рукоятки) применяют для кранов с номинальным диаметром менее чем DN125, а при больших диаметрах из-за высоких усилий необходимых для закрытия — устанавливают редукторные приводы. Шаровые краны с электроприводом применяются для двухпозиционного регулирования, дистанционного управления арматурой расположенной в труднодоступных и удалённых местах, а также для автоматизации технологического процесса. Шаровой кран это запорная арматура, они не предназначены для пропорционального управления потоком среды и не должны эксплуатироваться при частичном повороте шара. В противном случае герметичность перекрытия потока не будет обеспечена из-за абразивного износа шара. Для открытия шарового крана требуется поворот штока на 90°, что требует значительных крутящих моментов, поэтому электроприводы для шаровых кранов оборудуются редукторными механизмами с большим передаточным отношением, что существенно усложняет конструкцию и увеличивает стоимость привода.

Технические характеристики шаровых кранов

DN — номинальный диаметр — применяется для обозначения типоразмеров трубопроводной арматуры, не имеет размерности, а численное значение DN приблизительно равно внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода в миллиметрах. Номинальный диаметр применим для всех элементов трубопроводных систем, кроме трубопроводов и компонентов характеризующихся наружным диаметром.

Номинальные диаметры для шаровых кранов определены ГОСТ 28338-89 «Проходы условные (размеры номинальные)». Альтернативным обозначением номинального диаметра, распространённым в странах постсоветского пространства, был условный диаметр — Ду шарового крана.

PN— номинальное давление — это наибольшее избыточное давление рабочей среды с температурой 20°C, при котором допустима продолжительная работа шарового крана.

Альтернативным обозначением номинального давления PN, применяемым раннее в странах постсоветского пространства было условное давление Pу. Ряд номинальных давлений PN (Ру) трубопроводной арматуры определён ГОСТ 26349-84 «Давления номинальные (условные)».

Pпр— давление пробное — избыточное давление, которым должно проводиться гидравлическое испытание на прочность и плотность водой с температурой от 5 до 70°C, если в паспорте шарового крана или нормативной документации не указана иная температура испытаний.

Значение пробного давления в зависимости от номинального приведены в ГОСТ 356-80 «Давления условные пробные и рабочие».
Зависимость рабочего давления от температуры

Pр — рабочее давление — это наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации запорной арматуры с учётом температуры рабочей среды. Значение рабочего давления, как правило, меньше значения номинального давления, поэтому режим работы одновременно с максимальной рабочей температурой и номинальным давлением — не допускается.

Значения рабочих давлений в зависимости от номинального давления, температуры рабочей среды и материала корпуса шарового крана, приведены в ГОСТ 356-80 «Давления условные пробные и рабочие».

Kvs — коэффициент пропускной способности — численно равен расходу воды, в м³/ч с температурой в 20°C, при котором потери напора на кране составят 1 бар. Значение коэффициента пропускной способности используется в гидравлических расчётах для определения потерь напора на элементах трубопроводной системы.

Класс герметичности — определяет максимально допустимую протечку через закрытый затвор шарового крана, при атмосферном давлении с одной стороны и давлении воды в 1,1*PN с другой стороны. Температура воды при испытаниях должна находиться в диапазоне от 5 до 40°C. Классы герметичности запорной арматуры определены в ГОСТ 9544-93:

 А класс — протечка отсутствует
 B класс — не более чем 0,0006*DN(мм) см³/мин
 C класс — не более чем 0,0018*DN(мм) см³/мин
 D класс — не более чем 0,006*DN(мм) см³/мин
Большинство шаровых кранов имеют класс герметичности А.

Расчёт и подбор запорной арматуры

   Типоразмер запорной арматуры подбирают под диаметр трубопровода, на который она устанавливается. Запорная арматура не вносит существенных потерь напора, поэтому её подбор осуществляется без предварительного гидравлического расчёта. Основными характеристиками, влияющими на выбор запорной арматуры, являются - номинальное давление и допустимый диапазон температур транспортируемой среды. Значение максимального рабочего давления в месте установки арматуры должно быть ниже значения её номинального давления PN, а предельные значения температур транспортируемой среды должны попадать в диапазон допустимых температур для этой арматуры. Следует помнить, что номинальное давление для арматуры определяется при температуре среды в 20°C, при более высоких температурах значение номинального давления снижается. Поэтому не допускается работа запорной арматуры в режиме, при котором одновременно давление и температура рабочей среды соответствуют значениям номинального давления и максимальной температуры для этой арматуры, в таком случае рекомендуется выбрать арматуру с более высокими рабочими параметрами.

Установка и монтаж

   Установку задвижек следует выполнять в соответствии с инструкцией по монтажу и рабочим проектом трубопроводной системы. Задвижка двунаправленная и может быть установлена с любым направлением потока. Не рекомендуется устанавливать задвижку шпинделем вниз, из-за высокой вероятности засорения шламом камеры расположения затвора. Задвижки с электроприводами и пневматическими приводами следует устанавливать штоком вертикально вверх, в случае установки на открытом воздухе над электроприводом следует устроить павильон.
   Монтаж задвижки должен исключать воздействие на неё изгибающих, сжимающих, растягивающих и крутящих усилий от присоединённых трубопроводов, поэтому по обе стороны арматуры следует установить опоры. Особенно это касается чугунных задвижек . Ответные фланцы на трубопроводе должны быть установлены параллельно фланцам задвижки, без перекосов. Запрещается устранять перекосы путём затяжки болтов и установки дополнительных межфланцевых прокладок.
   При установке задвижек на протяжённых прямых участках трубопровода подверженных воздействию переменной температуры рабочей среды или окружающего воздуха, у задвижки следует устанавливать неподвижную опору, либо осевой компенсатор тепловых удлинений с направляющими исключающими смещение трубопровода относительно его оси. Необходимую компенсирующую способность компенсатора в зависимости от длины трубопровода и температуры рабочей среды можно рассчитать в разделе Тепловое расширение труб.

   Перед монтажом, следует проверить работоспособность задвижки открыть/закрыть, визуально убедившись в перемещении затвора из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение. Во время монтажа затвор задвижки должен быть частично открыт. При диаметре более 100 мм смонтировать опору под задвижку и трубопровод. При монтаже задвижек большого диаметра с использованием подъёмников, для подвески следует использовать заводские монтажные проушины на корпусе. Запрещается для подвески использовать маховик, редуктор или электропривод. При подземной бесканальной установке, под задвижкой следует устроить насыпное трамбованное основание толщиной не менее 200 мм, из материала с размером фракции не более 10 мм без острых углов. После установки участок трубопровода на котором установлена задвижка должен быть испытан на прочность и плотность. Во время испытаний затвор задвижки должен быть либо полностью открыт, либо полностью закрыт, испытания с промежуточным положением затвора не рекомендуются.
   Материал межфланцевых прокладок выбирают исходя из максимальной рабочей температуры и давления в месте установки задвижки.
 - Паронитовая прокалка применяется при рабочем давлении до 63 бар и температуре от -50 до 450°C.
 -  Фторопластовая PTFE прокладка при рабочем давлении до 70 бар и температурах от -120 +150°C. Не стареет со временем.
 -  Резиновая прокладка EPDM при рабочем давлении до 16 бар и температурах от 0 до 60°C.

Требования норм, касающиеся запорной арматуры

  Ниже собраны требования норм и правил касающиеся подбора, монтажа и эксплуатации запорной арматуры. Приведенный перечень нормативных требований не является исчерпывающим, и со временем будет расширяться. Выдержки взяты из нормативных документов регулирующих порядок проектирования, монтажа и эксплуатации инженерных систем жилых, общественных и административно бытовых зданий. В разделе не приведены требования норм и правил которые относятся к Запорной арматуре применяемым в промышленности и технологических установках.

ДБН В.2.5-39 Тепловые сети

Пункт 12.9 — Глава 12 Конструкции трубопроводов

На выводе тепловой сети от источника тепловой энергии, на тепловой сети и на вводе в ЦТП следует устанавливать стальную запорную арматуру.
Для трубопроводов тепловой сети, кроме тепловых пунктов и сетей горячего водоснабжения, не допускается использование арматуры из серого чугуна в районах с расчётной температурой наружного воздуха для проектирования систем отопления ниже минус 10°C.
Арматуру для секционирования при подземной канальной и безканальной прокладке следует устанавливать только в камерах и павильонах в местах, доступных для обслуживания.
Запорную арматуру при подземной канальной прокладке трубопроводов следует устанавливать в камерах. При безканальной прокладке, как правило, запорная арматура без электропривода устанавливается безкамерно, допускается установка арматуры в камерах.
В узлах для спуска, продувания, дренажа использовать арматуру из серого чугуна не допускается. На узлах для удаления воздуха разрешается использовать арматуру двухстороннего действия без обслуживающего персонала.
На трубопроводах тепловых сетей допускается использовать арматуру из латуни и бронзы при температуре горячей воды до 200°C.
На вводе в ИТП с суммарной тепловой нагрузкой на отопление и вентиляцию 0,2 МВт и более следует использовать стальную запорную арматуру. При нагрузке ИТП менее 0,2МВТ или расчётной температуре теплоносителя 115°C и ниже допускается предусматривать на вводе арматуру из ковкого или высокопрочного чугуна.
В пределах тепловых пунктов допускается предусматривать арматуру из ковкого высокопрочного и серого чугуна.

Пункт 12.10 — Глава 12 Конструкции трубопроводов

При установке чугунной арматуры на тепловых сетях следует обеспечивать защиту её от изгибающих усилий.

Пункт 12.11 — Глава 12 Конструкции трубопроводов

Использовать запорную арматуру как регулирующую не допускается.

Пункт 12.12 — Глава 12 Конструкции трубопроводов

Для тепловых сетей, как правило, используют арматуру с концами под приварку или фланцевую.

Муфтовую арматуру допускается использовать с условным проходом Dу<100мм с давлением 1,6МПа и ниже, и температурой 115°C и ниже для случаев использования водо-газопроводных труб.

Пункт 12.14 — Глава 12 Конструкции трубопроводов

Шаровую арматуру Dу>=125мм следует использовать с редуктором. Запорную арматуру Dу>=500мм следует использовать с электроприводом. Арматуру, для открытия и закрытия которой необходимо усилие более 250Н, следует использовать с электрическими приводами.

При дистанционном управлении запорной арматурой, арматуру на байпасах следует использовать также с электроприводом.

Пункт 16.7.4 — Раздел 16.7 Схемы присоединения потребителей к тепловой сети — Глава 16 Тепловые пункты

Использование муфтовых соединений трубопроводов подающей линии допускается при согласовании с теплоснабжающей организацией.

СНиП 2.04.01 Внутренний водопровод и канализация зданий

Пункт 10.3 — Глава 10 Трубопроводы и арматура

Трубопроводную, водоразборную и смесительную арматуру для систем хозяйственно-питьевого водопровода следует устанавливать на рабочее давление 0,6 МПа (6 кгс/см2); арматуру для отдельных противопожарных систем и хозяйственно-противопожарного водопровода — на рабочее давление не более 1,0 МПа (10 кгс/см2); арматуру для отдельных производственных систем водопровода — на рабочее давление, принимаемое по технологическим требованиям.

Пункт 10.4 — Глава 10 Трубопроводы и арматура

Конструкция водоразборной и запорной арматуры должна обеспечивать плавное закрывание и открывание потока воды. Задвижки (затворы) необходимо устанавливать на трубах диаметром 50 мм и более.

Примечания:
 1. При закольцованных по вертикали стояках допускается устанавливать на них в верхней части и на перемычках пробковые сальниковые краны. У основания стояка следует предусматривать вентиль и спускную пробку.
 2. Допускается при обосновании применять вентили диаметром 50 и 65 мм.

Пункт 10.5 — Глава 10 Трубопроводы и арматура

Установку запорной арматуры на внутренних водопроводных сетях надлежит предусматривать:
 на каждом вводе;
 на кольцевой разводящей сети для обеспечения возможности выключения на ремонт ее отдельных участков (не более чем полукольца);
На кольцевой сети производственного водопровода холодной воды из расчета обеспечения двусторонней подачи воды к агрегатам, не допускающим перерыва в подаче воды;
 у основания пожарных стояков с числом пожарных кранов 5 и более;
 у основания стояков хозяйственно-питьевой или производственной сети в зданиях высотой 3 этажа и более;
 на ответвлениях, питающих 5 водоразборных точек и более;
 на ответвлениях от магистральных линий водопровода;
 на ответвлениях в каждую квартиру или номер гостиницы, на подводках к смывным бачкам, смывным кранам и водонагревательным колонкам, на ответвлениях к групповым душам и умывальникам;
 у оснований подающих и циркуляционных стояков в зданиях и сооружениях высотой 3 этажа и более;
 на ответвлениях трубопровода к секционным узлам;
 перед наружными поливочными кранами;
 перед приборами, аппаратами и агрегатами специального назначения (производственными, лечебными, опытными и др.) в случае необходимости.

Примечания:
 1. Запорную арматуру следует предусматривать у основания и на верхних концах закольцованных по вертикали стояков.
 2. На кольцевых участках необходимо предусматривать арматуру, обеспечивающую пропуск воды в двух направлениях.
 3. Запорную арматуру на водопроводных стояках, проходящих через встроенные магазины, столовые, рестораны и другие помещения, недоступные для осмотра в ночное время, следует устанавливать в подвале, техническом подполье или техническом этаже, к которым имеется постоянный доступ.
 4. При установке на ответвлении в квартиру запорной арматуры, в том числе при коллекторной системе, установку ее у смывных бачков допускается не предусматривать.
 5. Запорную арматуру на вводе, при наличии ее у водомерного узла, допускается на предусматривать.
 6. В жилых и общественных зданиях высотой 7 этажей и более с одним пожарным стояком в средней части стояка необходимо предусматривать ремонтную задвижку.

Пункт 10.6 — Глава 10 Трубопроводы и арматура

При расположении водопроводной арматуры диаметром 50 мм и более на высоте свыше 1,6 м от пола следует предусматривать стационарные площадки или мостики для ее обслуживания.
Примечание. При высоте расположения арматуры до 3 м и диаметре до 150 мм допускается использовать передвижные вышки, стремянки и приставные лестницы с уклоном не более 60° при условии соблюдения правил техники безопасности.

Пункт 10.17 — Глава 10 Трубопроводы и арматура

При проектировании систем горячего водоснабжения следует применять промышленную трубопроводную арматуру общего назначения. Запорную арматуру диаметром до 50 мм включ. следует применять бронзовую, латунную или из термостойких пластмасс.

Пункт 10.18 — Глава 10 Трубопроводы и арматура

Уплотнительные прокладки и сальниковые уплотнители для арматуры системы горячего водоснабжения следует предусматривать из термостойких материалов, разрешенных к применению.
Не допускается использовать для этих целей материалы, которые могут ухудшить качество горячей воды (вызвать запах, изменение цвета и др.).

Пункт 12.16 — Глава 12 Насосные установки

На напорной линии у каждого насоса следует предусматривать обратный клапан, задвижку и манометр, а на всасывающей — установку задвижки и манометра.
При работе насоса без подпора на всасывающей линии задвижку устанавливать на ней не требуется.

СНиП II-35 Котельные установки

Пункт 8.14 — Глава 8 Трубопроводы

Задвижки диаметром 500мм и более должны приниматься с электроприводом.
Предусматривать установку задвижек с электроприводами на трубопроводах меньшего диаметра допускается при соответствующем обосновании (по условиям работы насосных агрегатов и оборудования, безопасности, дистанционного управления, автоматизации).

ГОСТ 12.2.063-81 Общие требования безопасности. Арматура промышленная трубопроводная
ГОСТ 21345-78 Краны конусные, шаровые и цилиндрические на условное давление Py<25МПа. Общие технические условия
ГОСТ 24856-81 (ISO 6552-80) Арматура трубопроводная промышленная. Термины и определения
ГОСТ 28343-89 (ISO 7121-86) Краны шаровые стальные фланцевые. Технические требования
ГОСТ 4666-75 Маркировка и отличительная окраска. Арматура трубопроводная
ГОСТ 9702-87 Краны конусные и шаровые. Основные параметры

Благодарность за предоставленные материалы:
http://www.ktto.com.ua