Як працює шаровий кран: пристрій та основні принципи дії

У сучасних системах водопостачання, опалення та газифікації кульові крани стали незамінним елементом. Ці пристрої відрізняються надійністю, довговічністю та простотою експлуатації. У цій статті ми детально розглянемо, що являє собою кульовий кран, як він влаштований, які принципи лежать в основі його роботи, а також розберемося з питаннями його правильного встановлення та експлуатації.

Що таке кульовий кран та його особливості

Кульовий кран (кульовий вентиль) — це запірна арматура, де запірним елементом є рухома куля з проточкою для проходу середовища. Основне завдання кульового крана — повне перекриття або пропуск потоку рідини чи газу в трубопроводі. На відміну від класичних вентилів, кульові крани забезпечують швидке та герметичне перекриття потоку за рахунок обертання кулі на 90 градусів.

Популярність кульових кранів зумовлена їхніми перевагами:

• Швидке відкриття/закриття (чверть оберту)
• Мінімальний гідравлічний опір у відкритому положенні
• Високий ступінь герметичності
• Довгий термін служби
• Простота конструкції
• Надійна робота навіть після тривалого періоду простою

Як влаштований кульовий кран

Кульовий кран має відносно просту конструкцію для трубопровідної арматури, що складається з кількох основних елементів:

1. Корпус — основна деталь крана, виконана зазвичай з латуні, нержавіючої сталі, чавуну або інших металів та сплавів. У корпусі розміщуються всі інші компоненти.

2. Куля — центральний елемент, що має наскрізний отвір. Куля може обертатися навколо своєї осі, забезпечуючи відкриття та закриття потоку. Виготовляється зазвичай з нержавіючої сталі, латуні або бронзи, часто з хромованим покриттям для підвищення зносостійкості.

3. Сідла — ущільнювальні кільця, розташовані по обидва боки від кулі. Зазвичай виготовляються з фторопласту (PTFE), силікону або інших полімерних матеріалів, що забезпечують щільне прилягання до кулі та герметичність з'єднання.

4. Шток — стрижень, який з'єднує кулю з рукояткою. Через нього передається обертальний рух від рукоятки до кулі.

5. Рукоятка (важіль) — елемент керування, за допомогою якого здійснюється поворот кулі. Зазвичай виконується у вигляді важеля, що робить керування краном легким та зручним.

6. Ущільнювачі — забезпечують герметичність з'єднань між деталями крана та запобігають витокам.

7. Патрубки — вхідний та вихідний отвори для підключення до трубопроводу. Можуть мати різьблення (внутрішнє або зовнішнє), бути фланцевими або під зварювання.

Принцип роботи кульового крана

Принцип роботи кульового крана досить простий. У центрі пристрою знаходиться порожниста куля з отвором, діаметр якого відповідає діаметру трубопроводу. При повороті рукоятки на 90 градусів куля повертається навколо своєї осі, змінюючи положення отвору відносно напрямку потоку.

Коли отвір кулі збігається з віссю трубопроводу (рукоятка паралельна трубі), кран знаходиться у відкритому положенні, і потік вільно проходить через нього. Коли отвір кулі перпендикулярний осі трубопроводу (рукоятка перпендикулярна трубі), кульовий кран закритий, і потік повністю блокується.

Герметичність закритого положення забезпечується щільним приляганням сідел до поверхні кулі. При цьому вода в трубопроводі додатково притискає сідло до кулі, збільшуючи герметичність.

Як визначити, відкритий чи закритий кульовий кран

Визначити, в якому положенні знаходиться кульовий кран, досить просто:

1. За положенням ручки:
   • Якщо ручка (важіль) розташована вздовж труби (паралельно потоку) — кран відкритий.
   • Якщо ручка (важіль) розташована поперек труби (перпендикулярно потоку) — кран закритий.

2. За зовнішнім виглядом: Деякі кульові крани мають індикатор положення, наприклад, кольорову мітку на ручці або спеціальний покажчик.

3. За можливістю потоку: В крайньому випадку, якщо візуальне визначення ускладнене, можна перевірити наявність або відсутність потоку через кран, якщо це безпечно і можливо.

В який бік відкривається кульовий кран

Стандартно він відкривається поворотом ручки на 90 градусів проти годинникової стрілки. Однак напрямок відкриття може варіюватися залежно від конструкції та виробника. Деякі крани проектуються так, щоб відкриватися поворотом за годинниковою стрілкою.

Важливо зазначити, що незалежно від напрямку обертання, кульовий кран повністю відкривається або закривається при повороті рівно на 90 градусів (чверть оберту). Це одна з ключових переваг кульових кранів перед традиційними вентилями, які вимагають кількох обертів для повного відкриття або закриття.

Правильність встановлення

Правильне встановлення кульового крана забезпечує його надійну та довговічну роботу. Ось основні етапи встановлення пристроїв та їх особливості:

1. Підготовка:

   • Перекрийте подачу води або газу.
   • Злийте рідину з трубопроводу.
   • Очистіть місця з'єднань від бруду та старих ущільнювачів.

2. Вибір положення:

   • Встановіть кульовий кран так, щоб ручка мала достатньо простору для повного повороту.
   • Враховуйте напрямок потоку, якщо кульовий кран має спеціальне позначення напрямку (стрілку).
   • Для кранів з дренажем, встановлюйте їх так, щоб дренаж був спрямований вниз.

3. З'єднання з трубопроводом:

   • Для різьбових з'єднань використовуйте ущільнювальні матеріали (ФУМ-стрічку, лляну паклю з герметиком).
   • Для зварних з'єднань забезпечте правильне центрування та дотримуйтесь технології зварювання.
   • Для фланцевих з'єднань використовуйте відповідні прокладки та рівномірно затягуйте болти.

4. Перевірка:

   • Після встановлення перевірте герметичність з'єднань.
   • Переконайтеся, що кран вільно повертається від повністю відкритого до повністю закритого положення.

Як встановити кульовий кран у потрібному положенні

Для правильної роботи кульового крана важливе його коректне позиціонування:

1. Стандартне положення: Ручка повинна бути розташована так, щоб забезпечувався вільний доступ до неї та можливість повного повороту.

2. Врахування напрямку води: Деякі кульові крани мають односторонній напрямок середовища, позначений стрілкою на корпусі. Встановлення повинно відповідати цьому напрямку.

3. Для кранів з дренажем: Дренажний канал повинен бути спрямований вниз для ефективного зливу рідини.

4. Триходові крани: Вимагають особливої уваги до положення, оскільки мають кілька можливих конфігурацій середовища.

Кран кульовий чи вентиль: що вибрати

При виборі запірної арматури часто виникає питання, який з видів кращий — кульовий кран чи традиційний вентиль. Ось основні відмінності та переваги кожного:

Кульовий кран:

• Швидке відкриття/закриття (чверть оберту)
• Мінімальний гідравлічний опір
• Висока герметичність
• Довговічність
• Не вимагає значних зусиль при відкритті/закритті
• Менше схильний до "заростання" та закисання

Вентиль:

• Можливість плавного регулювання потоку
• Краще підходить для частого регулювання витрати
• Зазвичай дешевший за кульові крани
• Менше схильний до гідроударів при швидкому закритті

Вибір між ними залежить від конкретних умов застосування:

• Для запірної функції (повне відкриття/закриття) краще підходить кульовий кран.
• Для регулюючої функції (настроювання витрати) кращий вентиль.

Триходовий кульовий кран: принцип дії

Триходовий кульовий кран — це особливий тип кульового крана, що має три патрубки і дозволяє керувати потоком у трьох напрямках. Він використовується для розподілу, змішування або перемикання потоків у системах.

Принцип дії триходового кульового крана ґрунтується на обертанні спеціально сконструйованої кулі з Т-подібним або L-подібним каналом:

1. L-подібний (кутовий) триходовий кран:

   • Має L-подібну проточку в кулі
   • Дозволяє перемикати потік між двома напрямками
   • При повороті ручки на 90 градусів потік перемикається з одного виходу на інший

2. Т-подібний триходовий кран:

   • Має Т-подібну проточку в кулі
   • Дозволяє змішувати потоки або розподіляти один потік на два напрямки
   • Має кілька робочих положень залежно від кута повороту

Триходові крани широко використовуються в системах опалення, охолодження, в автоматизованих системах керування потоками, а також у лабораторному обладнанні.

Кран кульовий: позначення на схемах

На схемах трубопроводів та в проектній документації кульові крани мають стандартні позначення:

1. Загальне позначення кульового крана являє собою коло з діагональною лінією (що символізує кулю з отвором):

   ─○─

2. Триходовий кульовий кран позначається як коло з трьома відводами:

   │ ─○─

3. Кульовий кран з електроприводом додатково позначається прямокутником зверху або збоку від основного символу:

   ─○┐ └─

У технічній документації також вказуються додаткові параметри: діаметр прохідного отвору, робочий тиск, матеріал корпусу та інші характеристики.

Конструкція та опис арматури з електроприводом

Кульовий кран з електроприводом — це автоматизована версія звичайного кульового крана, де ручне керування замінено електричним двигуном. Такі крани широко використовуються в промисловості, системах розумного будинку та автоматизованих технологічних процесах.

Принцип роботи такого крана включає:

1. Привід — електродвигун, який перетворює електричну енергію в механічний обертальний рух.
2. Редуктор — пристрій, що передає та перетворює обертання двигуна в необхідний момент обертання для повороту кулі.
3. Механізм керування — контролер, який регулює роботу електродвигуна залежно від заданих параметрів або зовнішніх сигналів.
4. Кінцеві вимикачі — датчики, що визначають крайні положення кулі (відкрито/закрито) та зупиняють двигун.

Електроприводи для кульових кранів можуть бути:

• Поворотними (на 90 градусів)
• Багатообертовими (для спеціальних типів кранів)
• З поворотною пружиною (для аварійного закриття при відключенні живлення)

Керування такими кранами може здійснюватися:

• Через електричні сигнали (220В, 24В)
• Через спеціальні протоколи зв'язку (Modbus, Profibus)
• Через бездротові технології (Bluetooth, Wi-Fi)
• Вручну (аварійне керування)

З чого складається кульовий кран: матеріали виготовлення

Якість та довговічність кульового крана багато в чому залежать від матеріалів, з яких виготовлені його компоненти:

1. Корпус:

   • Латунь — найпоширеніший матеріал для побутових кранів (CW617N, CW614N)
   • Нержавіюча сталь — для агресивних середовищ та високих температур (AISI 304, AISI 316)
   • Чавун — для промислових кранів великого діаметра
   • Полімери (PVC, PP, PVDF) — для хімічно агресивних середовищ
2. Куля:
   • Нержавіюча сталь з поліруванням та хромуванням
   • Латунь з хромовим покриттям
   • Полімери з високою міцністю (для спеціальних застосувань)

3. Сідла:

   • PTFE (фторопласт) — найпоширеніший матеріал
   • PEEK (поліефіретеркетон) — для високих температур
   • Нейлон, силікон — для специфічних умов

4. Ущільнення штока:

   • PTFE
   • Гумові кільця (EPDM, NBR, Viton)
   • Графітові ущільнення (для високих температур)

5. Ручка (важіль):

   • Алюміній
   • Сталь з полімерним покриттям
   • Пластик (для побутових кранів)

При виборі кульового крана важливо враховувати сумісність матеріалів з робочим середовищем, температурним режимом та тиском у системі.

Висновок

Кульові крани — це надійні та ефективні пристрої для регулювання потоків рідин та газів. Їхня проста конструкція, висока герметичність та довговічність роблять їх незамінними в сучасних інженерних системах. Правильний вибір, встановлення та експлуатація кульових кранів забезпечують безпеку та ефективність роботи трубопроводів.

Розуміння будови та принципів роботи кульових кранів дозволяє не тільки правильно їх використовувати, а й своєчасно виявляти та усувати можливі несправності, продовжуючи термін служби як самих кранів, так і системи в цілому.