Выбираем практичные шаровые краны для водопровода: какой лучше взять и почему?

Шаровые краны — это вид запорной арматуры, оснащенной сферическим запирающим элементом, который называется шаром. Этот шар имеет сквозное отверстие, совпадающее с диаметром трубопровода, и при повороте на 90 градусов обеспечивает полное открытие или закрытие потока рабочей среды. Они широко применяются при организации систем отопления, водоснабжения и газоснабжения, так как позволяют быстро и надежно перекрывать поток транспортируемой среды.

Главное назначение шаровых кранов — оперативное и герметичное перекрытие потока рабочей среды, а также изолирование определенного участка трубопроводной системы для проведения сантехнических, ремонтных или монтажных работ без необходимости сливать всю систему. Благодаря простоте конструкции и надежности, шаровые краны обеспечивают длительную эксплуатацию с минимальным обслуживанием.

Сфера применения шаровых кранов довольно широка, и они используются в различных областях:

• В промышленности: в гидравлических и пневматических системах для управления потоками жидкостей и газов под высоким давлением; в топливных трубопроводах для транспортировки нефти, газа и других горючих веществ; на магистральных линиях, транспортирующих газ, жидкости или химически активные вещества, где требуется надежность и долговечность оборудования.
• В сфере жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ): при организации систем водоснабжения для подачи питьевой и технической воды; в системах газоснабжения для безопасной подачи газа в жилые дома и здания; в отопительных системах для регулирования и перекрытия теплоносителя.
• В бытовых условиях: в домашних трубопроводах для управления подачей воды к сантехническим приборам; в системах полива садов и огородов; для подключения бытовых газовых приборов, таких как газовые плиты и котлы, обеспечивая безопасность и удобство эксплуатации.

Использование шаровых кранов обеспечивает простой и быстрый контроль над потоком рабочей среды, повышает безопасность эксплуатации трубопроводных систем и облегчает проведение технического обслуживания и ремонта.

Устройство и принцип работы шарового крана

Шаровой кран представляет собой запорное устройство, в котором запорным элементом служит сфера, или шар, с осевым отверстием для пропуска рабочей среды. Этот шар установлен внутри корпуса крана и закреплён на штоке (шпинделе), который располагается перпендикулярно направлению потока жидкости или газа.

Конструкция шарового крана включает следующие основные элементы:

• Корпус крана: изготавливается из металла (сталь, латунь, нержавеющая сталь) или прочных полимерных материалов, обеспечивая защиту внутренних компонентов и устойчивость к давлению и коррозии.
• Шар (запорный элемент): имеет сквозное цилиндрическое отверстие. Когда отверстие шара совпадает с осью трубопровода, рабочая среда проходит свободно. При повороте шара на 90 градусов отверстие становится перпендикулярным потоку, и шар перекрывает движение среды.
• Шток (шпиндель): соединяет шар с внешней ручкой управления и передаёт вращательное движение для открытия или закрытия крана.
• Уплотнительные элементы: для обеспечения герметичности между шаром и корпусом используются уплотнительные кольца, изготовленные из фторопласта (тефлона), резины или других стойких материалов. Они предотвращают утечку рабочей среды и повышают надёжность крана.
• Ручка управления: закреплена на верхней части штока и позволяет вручную поворачивать шар. В быту это часто рычаг или бабочка, обеспечивающие быстрое и удобное управление краном.

Принцип работы шарового крана:

1. Открытие крана: поворот ручки управления на 90 градусов в положение, при котором отверстие в шаре совмещается с осью трубопровода. Это позволяет рабочей среде свободно проходить через кран без препятствий.
2. Закрытие крана: поворот ручки обратно на 90 градусов, при котором отверстие в шаре становится перпендикулярным к оси потока. Шар сплошной стороной перекрывает проход, останавливая движение рабочей среды.

Особенности и преимущества конструкции:

• Оперативность управления: благодаря простому повороту ручки на четверть оборота достигается быстрое открытие или закрытие потока.
• Высокая герметичность: уплотнения из фторопласта или других материалов обеспечивают надёжное предотвращение утечек, что особенно важно при работе с газами или агрессивными жидкостями.
• Надёжность и долговечность: минимальное количество подвижных частей снижает риск износа и поломок. Шаровые краны требуют минимального обслуживания и способны работать в широком диапазоне температур и давлений.
• Универсальность применения: конструкция позволяет использовать шаровые краны в различных сферах — от бытовых водопроводов до сложных промышленных систем.

Благодаря своей простой и эффективной конструкции шаровые краны являются одним из самых распространённых типов запорной арматуры, обеспечивая эффективное управление потоками рабочих сред в различных отраслях промышленности и быту.

1. Корпус (разборный и неразборный):

• Функция: Корпус является основной несущей частью крана, которая вмещает все остальные компоненты. Он обеспечивает герметичность и прочность конструкции. Корпус также имеет присоединительные патрубки для монтажа в трубопровод.
• Разборный корпус: Состоит из нескольких частей, соединенных болтами или резьбой. Это позволяет проводить обслуживание, ремонт и замену уплотнений и других внутренних элементов крана. Разборные корпуса чаще используются в кранах больших диаметров и в условиях, где требуется регулярное обслуживание.
• Неразборный (сварной) корпус: Изготавливается как единая цельная конструкция. Обычно более компактный и легкий, чем разборный. Неразборные корпуса чаще используются в кранах меньших диаметров и в системах, где не требуется частое обслуживание.
• Материалы: Корпуса изготавливаются из различных материалов, таких как латунь, сталь (в том числе нержавеющая), чугун, бронза, полипропилен и другие, в зависимости от условий эксплуатации (температура, давление, рабочая среда).

2. Седло:

• Функция: Седло представляет собой уплотнительное кольцо, расположенное в корпусе вокруг отверстия, к которому прилегает шар в закрытом положении. Седло обеспечивает герметичность крана и предотвращает протечки рабочей среды.
• Материалы: Седла изготавливаются из различных материалов, обладающих хорошей уплотнительной способностью и устойчивостью к рабочей среде. Наиболее распространенные материалы:
  • Фторопласт (тефлон, PTFE): Обладает отличной химической стойкостью, низким коэффициентом трения и широким диапазоном рабочих температур.
  • Резина (NBR, EPDM): Подходит для воды, воздуха и некоторых других сред. Выбор конкретного типа резины зависит от рабочей среды и температуры.
  • Металл-тефлон (металлическое седло с тефлоновым уплотнением): Используется для высоких температур и агрессивных сред.

3. Шаровый запорный элемент (шар):

• Функция: Сферический элемент с проходным отверстием, который поворачивается внутри корпуса для открытия или закрытия потока рабочей среды.
• Особенности: Шар должен быть точно обработан и иметь гладкую поверхность для обеспечения герметичности. Часто шар хромируется или никелируется для повышения износостойкости и защиты от коррозии.
• Типы: Шары могут быть полнопроходными (диаметр отверстия равен диаметру трубопровода) и неполнопроходными (диаметр отверстия меньше диаметра трубопровода).

4. Уплотнительные кольца (резиновые, фторопластовые):

• Функция: Обеспечивают герметизацию подвижных соединений в кране, таких как шток и корпус, а также между разъемными частями корпуса (в разборных кранах).
• Материалы: Аналогичны материалам седел. Наиболее распространены резиновые и фторопластовые уплотнительные кольца. Выбор материала зависит от рабочей среды, температуры и давления.

5. Шток:

• Функция: Вал, соединяющий шар с рычагом или приводом. Шток передает вращательное движение от ручки к шару, поворачивая его на 90 градусов.
• Особенности: Шток должен быть прочным и герметично уплотнен в корпусе, чтобы предотвратить утечки рабочей среды. Уплотнение штока обычно осуществляется с помощью уплотнительных колец.

6. Рычаг:

• Функция: Используется для ручного управления краном. Поворот рычага на 90 градусов поворачивает шар и, соответственно, открывает или закрывает кран.
• Типы: Рычаги могут быть различной формы и размера, в зависимости от размера крана и условий эксплуатации. Наиболее распространенные типы:
  • Рычаг-бабочка: Компактный рычаг, поворачивающийся на 90 градусов.
  • Полноразмерный рычаг: Длинный рычаг, обеспечивающий больший крутящий момент и удобство управления.
• Альтернатива: Вместо рычага для управления краном могут использоваться электрические, пневматические или гидравлические приводы.

Принцип действия прост — в исходном положении отверстие шара находится под прямым углом к оси крана, рабочий поток перекрывается. Поворот рукоятки совмещает ось затвора с трубопроводом, обеспечивая свободный проход рабочей среды через кран.

Классификация — виды и отличия

Шаровые краны изготавливаются из разных материалов:

• Углеродистая и низколегированная сталь. Чаще всего — сталь 20 и 09Г2С. Последние используются в условиях Крайнего Севера (при температуре от −60 °С). Стальные изделия отличаются невысокой стоимостью, долговечностью, практичностью. Они хорошо сопротивляются механическим и динамическим нагрузкам, но подвержены коррозии. С целью повышения коррозионной защиты металлические краны покрываются хромом или никелем.
• Нержавеющая сталь (12Х18Н10Т и т. п.). Данные изделия используются в системах, транспортирующих агрессивные среды. Они не меняют своих свойств при перепадах температуры, могут работать при низких температурах. Минус — высокая стоимость, ограниченный размерный ряд Ду.
• Латунь, бронза. Латунные шаровые краны отличаются стойкостью к коррозии, долговечностью. Это пластичный материал, теряющий прочность при температуре выше +200 °С. Эти изделия чаще всего применяются в бытовых трубопроводах горячего и холодного водоснабжения. Они имеют небольшой диаметр и предназначены для трубопроводов с Ду до 50 мм. Бронзовые изделия встречаются реже.
• Титан. Из него изготавливаются шаровые краны для промышленных трубопроводов.

Также шаровые краны могут изготавливаться из пластика, силумина и чугуна. Последние применяются редко, их можно встретить в старых трубопроводах систем водоснабжения и отопления.

1. Приварка (сварное соединение):

• Описание: Кран приваривается непосредственно к трубе с помощью сварки. Это обеспечивает неразъемное, максимально герметичное и прочное соединение.
• Преимущества:
  • Высокая герметичность: Сварное соединение исключает утечки даже при высоком давлении.
  • Прочность и надежность: Сварка создает монолитное соединение, устойчивое к механическим нагрузкам.
  • Подходит для высоких давлений и температур: Используется в магистральных трубопроводах, промышленных системах и других ответственных применениях.
• Недостатки:
  • Сложность монтажа и демонтажа: Требуется сварщик и специальное оборудование.
  • Неразборное соединение: Для ремонта или замены крана необходимо вырезать участок трубы.
  • Необходимо соблюдение технологии сварки: Неправильная сварка может привести к ослаблению соединения и утечкам.
• Применение: Магистральные трубопроводы, промышленные системы, нефтегазовая отрасль, химические производства, системы с высоким давлением и температурой.

2. Фланцевое соединение:

• Описание: Кран и труба имеют фланцы (плоские диски с отверстиями для болтов). Между фланцами устанавливается прокладка для обеспечения герметичности. Фланцы стягиваются болтами и гайками.
• Преимущества:
  • Разъемное соединение: Легко монтируется и демонтируется для обслуживания и замены.
  • Высокая герметичность: При правильной установке и использовании качественных прокладок обеспечивает надежную герметичность.
  • Подходит для больших диаметров: Широко используется для кранов с Ду от 15 до 800 мм и более.
  • Удобство обслуживания: Позволяет легко заменить кран или прокладку без необходимости сварки или резки трубы.
• Недостатки:
  • Необходимость периодической затяжки болтов: Болты могут ослабевать со временем из-за вибрации и температурных изменений.
  • Большие габариты и вес: Фланцевые краны обычно больше и тяжелее, чем краны с другими типами соединений.
  • Более высокая стоимость: По сравнению с некоторыми другими типами соединений.
• Применение: Промышленные трубопроводы, системы водоснабжения и отопления, нефтегазовая отрасль, химическая промышленность, системы с большими диаметрами труб.

3. Резьбовое соединение (муфты и штуцеры):

• Описание: Кран имеет внутреннюю или наружную резьбу, которая соединяется с соответствующей резьбой на трубе. Муфты имеют внутреннюю резьбу, штуцеры — наружную.
• Преимущества:
  • Простота монтажа: Не требует специального оборудования, легко монтируется и демонтируется.
  • Компактность: Кран с резьбовым соединением обычно компактнее, чем фланцевый.
  • Доступность: Широко распространены и доступны в различных размерах и материалах.
  • Низкая стоимость: Обычно дешевле, чем фланцевые краны.
• Недостатки:
  • Ограниченный диапазон диаметров: Подходит для труб малого и среднего диаметра (обычно до 100 мм).
  • Меньшая герметичность по сравнению со сварным и фланцевым соединением: Требуется качественное уплотнение резьбы (например, лента ФУМ, пакля с уплотнительной пастой).
  • Ограничения по давлению и температуре: Не рекомендуется для высоких давлений и температур.
• Применение: Бытовые системы водоснабжения и отопления, системы с невысоким давлением и температурой, трубопроводы малого и среднего диаметра.

4. Комбинированные соединения:

• Описание: Краны могут иметь разные типы соединений на разных концах. Например, с одной стороны может быть фланцевое соединение, а с другой — резьбовое или под приварку.
• Преимущества:
  • Удобство монтажа: Позволяют соединять трубы с разными типами соединений.
  • Гибкость применения: Можно использовать в различных системах и конфигурациях.
• Применение: Используются в случаях, когда необходимо соединить трубы с разными типами соединений, например, при модернизации существующих систем.

Классификация по диаметру проходного отверстия

Различают полнопроходные, стандартнопроходные и неполнопроходные шаровые краны. Первый тип обладает максимальной пропускной способностью — от 90 до 99%. Отверстие в затворе имеет аналогичный диаметр с отверстием в трубе. Подобную арматуру монтируют на бытовые трубопроводы, обслуживающие внутридомовые коммуникации.

Стандартнопроходные модели имеют пропускную способность в пределах 70–90%. Отверстие в затворе выполнено меньшим диаметром, чем диаметр трубы. Они используются в трубопроводных системах, где допускаются потери давления потока рабочей среды.

У неполнопроходных шаровых кранов пропускная способность наименьшая. Она не превышает 40–70%. У таких изделий диаметр отверстия в затворе существенно меньше диаметра ответной трубы. Они имеют специальное назначение и устанавливаются в инженерных сетях для ограничения потока энергоресурсов.

1. Классификация по конструктивным особенностям:

• Прямые шаровые краны: Наиболее распространенный тип, где направление потока рабочей среды не меняется при прохождении через кран. Входной и выходной патрубки расположены на одной оси. Используются в большинстве случаев, когда требуется простое перекрытие потока.
• Угловые шаровые краны: Имеют входной и выходной патрубки, расположенные под углом 90 градусов друг к другу. Позволяют изменить направление потока рабочей среды без использования дополнительных фитингов. Часто используются в ограниченном пространстве, где необходимо изменить направление трубопровода.
• Двухходовые шаровые краны: Имеют два положения: открыто и закрыто. Обеспечивают полное перекрытие или открытие потока рабочей среды. Это стандартный тип шарового крана, используемый для простого управления потоком.
• Трехходовые шаровые краны: Имеют три патрубка и позволяют перенаправлять поток рабочей среды между ними. Могут использоваться для смешивания потоков, разделения потока или изменения направления потока. Существуют различные схемы переключения потока в трехходовых кранах (L-порт и T-порт), в зависимости от расположения отверстий в шаре.

2. Классификация по устройству запорного узла:

• Шаровые краны с плавающим шаром:
  • Описание: Шар не имеет жесткой механической связи со штоком, а свободно «плавает» между уплотнительными кольцами. Под давлением рабочей среды шар прижимается к уплотнительному кольцу со стороны выходного патрубка, обеспечивая герметичность.
  • Преимущества:
    • Простая конструкция.
    • Относительно низкая стоимость.
    • Эффективное уплотнение под давлением.
  • Недостатки:
    • Ограничение по давлению: Не подходят для очень высоких давлений, так как шар может быть вытеснен давлением из седла.
    • Повышенный крутящий момент: Для поворота шара под давлением требуется больший крутящий момент.
  • Применение: Системы с невысоким и средним давлением, бытовые трубопроводы, системы водоснабжения и отопления.
• Шаровые краны с шаром в опорах (с цапфами, с опорами):
  • Описание: Шар закреплен в корпусе с помощью опор (цапф) и имеет определенную степень свободы вращения. Опоры обеспечивают точное позиционирование шара относительно седел и снижают нагрузку на шток.
  • Преимущества:
    • Подходит для высоких давлений: Опоры удерживают шар на месте, предотвращая его смещение под давлением.
    • Меньший крутящий момент: Требуется меньший крутящий момент для поворота шара.
    • Более длительный срок службы: Снижение нагрузки на шток и уплотнения продлевает срок службы крана.
  • Недостатки:
    • Более сложная конструкция.
    • Более высокая стоимость.
  • Применение: Промышленные системы, магистральные трубопроводы, системы с высоким давлением и температурой, нефтегазовая отрасль.

Маркировка

Маркировка несет в себе все данные о запорной арматуре, включая торговую марку (клеймо производителя), условный диаметр прохода, номинальное давление и присоединительные размеры. Она наносится на корпус изделия и должна быть хорошо видна.

Преимущества и недостатки шарового крана

К достоинствам шаровых кранов можно отнести небольшие габариты, простоту и надежность конструкции. Они отличаются высокой герметичностью, позволяют оперативно перекрывать поток рабочей среды (за один поворот рычага), обладают малым гидравлическим сопротивлением, могут применяться в трубопроводных магистралях с повышенным давлением в системе и при транспортировке вязких сред. Герметичные уплотнения увеличивают срок службы изделий.

Из недостатков можно выделить ограничения по рабочей температуре — изделия с фторопластовым уплотнительным материалом не могут эксплуатироваться при температуре свыше 200С.

Лучшие шаровые краны для водопровода

Нельзя однозначно сказать, какие шаровые краны лучше для водопровода. Изделия из металла могут выйти из строя из-за воздействия коррозии, зарасти отложениями и ржавчиной. Нержавеющие изделия стоят дорого и редко применяются в бытовых условиях. Они предназначены для нефтегазовых и химических производств, где переносятся агрессивные среды.

Латунные и бронзовые краны нельзя применять при температуре среды более 200 °С. Они не предназначены для применения на трубопроводах с большим условным проходом.

При выборе шарового крана необходимо обращать внимание на материал корпуса, бренд и маркировку. Качественные изделия должны полностью перекрывать проходное отверстие, у них не должно быть видимых механических повреждений. Исключен люфт между ручкой и штоком.

Основные неисправности шаровых кранов:

1. Протечки:

• Засор: Накопление грязи, окалины, ржавчины или других твердых частиц в корпусе крана может препятствовать полному закрытию шара и приводить к протечкам.
  • Решение: Демонтировать кран, разобрать (если это разборная модель), тщательно очистить все внутренние поверхности, включая шар и седла. Промыть водой или сжатым воздухом.
• Трещины в корпусе: Могут возникнуть из-за механических повреждений, перепадов температур, гидроударов или заводского брака.
  • Решение: Кран с трещинами в корпусе, как правило, не подлежит ремонту и должен быть заменен.
• Неправильный монтаж: Неправильное уплотнение резьбовых соединений, перекос фланцев, чрезмерное или недостаточное усилие при затяжке крепежных элементов могут привести к нарушению герметичности.
  • Решение: Проверить правильность монтажа, при необходимости переустановить кран с соблюдением всех требований.
• Износ или повреждение уплотнений: Уплотнительные кольца и седла со временем могут изнашиваться, деформироваться или повреждаться под воздействием рабочей среды.
  • Решение: Замена уплотнительных колец и седел. Для разборных кранов это относительно простая процедура.
• Коррозия: Возникает при использовании крана из неподходящего материала в агрессивной среде.
  • Решение: Замена крана на изделие из коррозионностойкого материала, соответствующего рабочей среде.

2. Не поворачивается вентиль (ручка, шток):

• Поломка поворотного механизма: Износ или повреждение штока, редуктора (если есть), элементов крепления ручки.
  • Решение: Разборка крана, диагностика поломки, замена поврежденных деталей.
• Закисание: Образование отложений или коррозии на штоке или между шаром и корпусом.
  • Решение: Попробовать аккуратно расшевелить ручку, используя WD-40 или другие проникающие смазки. Если это не помогает, требуется разборка и очистка.
• Замерзание: Замерзание воды в кране может привести к блокировке движения шара.
  • Решение: Отогреть кран, используя теплый воздух или обмотку горячей тканью.

3. Протечки между штоком и корпусом:

• Износ уплотнений штока: Уплотнительные кольца вокруг штока со временем могут изнашиваться или повреждаться.
  • Решение: Замена уплотнительных колец штока. В некоторых случаях это можно сделать без демонтажа крана.

4. Снижение напора рабочей среды:

• Неполное открытие крана: Возможно, кран не открыт до конца.
  • Решение: Проверить положение ручки и убедиться, что кран полностью открыт.
• Неполнопроходной кран: Некоторые краны имеют уменьшенный диаметр отверстия в шаре, что ограничивает поток.
  • Решение: Если требуется максимальная пропускная способность, заменить кран на полнопроходной.
• Засор: Частичный засор крана может ограничивать поток.
  • Решение: Демонтировать кран и очистить его от загрязнений.

Советы по предотвращению неисправностей:

• Правильный выбор крана: Учитывайте рабочую среду, давление, температуру и требуемый диаметр при выборе крана.
• Качественный монтаж: Соблюдайте все требования по установке крана, используйте качественные уплотнительные материалы и правильно затягивайте крепежные элементы.
• Регулярное обслуживание: Периодически проверяйте кран на наличие утечек, легкость хода ручки и признаки коррозии.
• Выбор известных брендов: Отдавайте предпочтение продукции проверенных производителей, которые гарантируют качество своих изделий.