Что лучше шаровый кран или задвижка?

Запорная арматура нужна для остановки потока вещества по трубе. Используют эти устройства чаще всего – 80% арматуры, установленной на магистралях, относится на запорную. Краны, клапаны, задвижки и затворы – эти приборы отвечают за перекрытие потока с разной степенью герметичности. Но какой тип арматуры лучше справится с поставленной задачей?

В этом обзоре разберемся:

•                     что лучше задвижки и шаровые краны;
•                     для какого вещества использовать тот или иной тип арматуры;
•                     что долговечнее в эксплуатации;
•                    а также ответим на многие другие вопросы. 

Цена шарового крана на порядок ниже, чем у задвижки. Но установка крана допустима не на все системы. Напротив, задвижку можно эксплуатировать в разных средах, но обслуживание ее рабочих частей трудоемко.

Что лучше шаровый кран или задвижка?

Для перекрытия тока вещества подойдут оба вида арматуры. Но вот работать без поломок и долговременно в одинаковых условиях и режимах краны шаровые и задвижки будут по-разному.

Рассмотрим устройство двух типов арматуры.

Задвижка

Задвижка имеет 3 основные части:

•                     корпус, в котором расположен клин и кольца;
•                     крышка, верхняя часть которой заканчивается сальником;
•                     и управляющая часть (штурвал с гайкой привода и шпинделем). 

Для остановки тока вещества в трубе, клин (7) перемещают вниз при помощи поворота штурвала (1). При опускании вниз, уплотнители клина (6) соприкасаются с уплотнителями колец (8). Передача движения от штурвала на клин происходит через шпиндель (5). Рабочий орган затвора перемещается перпендикулярно току вещества в трубе.

Рис. 1 Стальная задвижка 

На рисунке 1 представлена стальная клиновая задвижка 30с41нж с выдвижным шпинделем. Для изоляции внутреннего (рабочего) пространства от внешней среды, в крышке (2) есть сальник с уплотнительной набивкой. Такая конфигурация позволяет шпинделю выдвигаться вверх при открытии затвора с сохранением 100% герметичности. 

Затвор находится в корпусе (3), на котором также есть присоединительные патрубки с фланцами (4) для крепления к трубе. Кроме фланцевого соединения выпускают задвижки с разделкой патрубков под приварку. 

Кроме стальных производят задвижки чугунные. Внешне они отличаются окраской и строением крышки. Чугунные задвижки выпускаются только с присоединением в виде фланца. Обусловлено это физическими и химическими свойствами чугуна (плохо поддается сварке).

Задвижки стальные могут быть из углеродистых и легированных сплавов. Размерный ряд представлен моделями с диаметром прохода от 50мм до 1200мм.

Кран

Строение крана несколько отличается от задвижки. Здесь в качестве затвора используется шаровая пробка (4). В большом полукорпусе (6) установлены седельные кольца (5). Для перекрытия тока рабочей среды в кране есть рукоятка (1), связанная с пробкой штоком (3). При вращении на 90 градусов рукоятки, шток поворачивает пробку и проход закрывается.

Для соединения с трубой краны шаровые имеют муфту с внутренней резьбой, образованной в малом полукорпусе (7). Фиксация рукоятки на штоке обеспечивается гайкой (2).

Кроме муфтового присоединения к трубе, краны комплектуются:

•                     фланцем;
•                     «американкой»;
•                     резьбой наружной;
•                     резьбой внутренней/наружной;
•                     разделкой патрубков для сварки.

Кроме латуни в производстве кранов применяют углеродистую и легированную сталь. Также некоторые модели латунных кранов покрывают слоем никеля (например, LD Pride 47.15.H-H.P).

Размерный ряд представлен бытовыми кранами, диаметром прохода от 10 мм, до внушительных магистральных гигантов 800 мм.

Эксплуатационные характеристики

Самый простой способ найти различия между задвижками и шаровыми кранами, сравнить их характеристики.

Задвижка

Задвижки, которые изготавливают из чугуна, применяют в сетях:

•                     водоснабжения (модель 30ч39р) горячей и холодной водой;
•                     утилизации сточных вод;
•                     парокотельных (модель 30ч6бр);
•                     а также в системах аварийного пожаротушения.

Модель 30ч39р имеет ограниченный диапазон рабочей температуры, который составляет от -5⁰С (в импортных – от -25⁰С) до +90⁰С (в импортных – до +130⁰С). Максимальное давление в трубе, при котором уплотнители чугунной задвижки не протекут, составляет до 1,6МПа (для импортных фирмы AVK – до 2,5МПа).

Стальные задвижки имеют более широкий диапазон эксплуатации.

1.                  Для модели 30с41нж из углеродистой стали марки 25Л температура среды составляет от -40⁰С до +450⁰С.

2.                  Для модели 30нж41нж из легированной (нержавеющей) стали AISI304 (или 08Х18Н10Л, CF8) – от -60⁰С до +560⁰С. 

Давление среды при эксплуатации (в зависимости от модели) для стальной задвижки составляет от 1 до 4МПа. Применяются для: 

•                     воды и пара;
•                     газа природного;
•                     масел (натуральных и синтетики);
•                     нефти и продуктов ее переработки;
•                     сред химической промышленности (при условии коррозии не выше 0,1мм за год). 

Эксплуатация задвижек в химической промышленности допускается только в том случае, если корпусные детали изготовлены из нержавеющей стали.

Кран

Шаровые краны можно эксплуатировать при температурах среды от 0⁰С до +150⁰С для латунных и никелированных корпусов, до +200⁰С для стальных. Max давление для среды составляет от 1,6 до 4,0МПа. 

Краны применяют для:

•                     воды;
•                     пара;
•                     воздуха;
•                     природного газа;
•                     нефти и нефтепродуктов;
•                     водно-гликолевых смесей.

Кроме запирающей функции краны, в отличие от задвижек, выполняют:

•                     регулировку;
•                     распределение (смешение) потоков.

Регулирующий кран позволяет, благодаря конструкции затвора, изменять характеристики среды (уменьшать или увеличивать скорость потока). За распределение потоков отвечает трехходовой кран. Он имеет один входной и два выходных патрубка. При вращении рукоятки в среднее положение, затвор смешивает два потока в один. Также устройство трехходового крана позволяет распределять поток вещества в каждый патрубок изолированно от другого.

Типы арматуры

Для работы на магистралях с определенными эксплуатационными особенностями, заводы выпускают краны и задвижки разных исполнений. 

Они могут различаться по:

•                     типу привода;
•                     типу затвора;
•                     климатическому исполнению;
•                     диаметру проходного сечения;
•                     диаметру присоединительных патрубков;
•                     типу присоединения на трубу;
•                     классу герметичности затвора;
•                     таблице фигур;
•                     уплотнителям затвора и сальника;
•                     материалу;
•                     max давлению и температуре среды.

Тип привода

Чугунные и стальные задвижки комплектуются:

•                     ручным приводом с маховиком (А);
•                     редуктором (Б) со снижением крутящего момента;
•                     электрическим (В) приводом;
•                     пневмо- (Г) или гидроприводом.

Рис. 3 Тип привода задвижки

Установка механического редуктора снижает требуемое усилие (крутящий момент) на маховик. При установке такого привода снижается скорость перемещения затвора.

Электрический привод позволяет управлять арматурой автоматически и дистанционно. Монтаж пневмо- и гидропривода осуществляется реже, но в этом случае тоже возможно включение арматуры в диспетчерскую централизацию.

Шаровые краны комплектуются:

•                     ручкой в виде бабочки (А) или рычага (Б);
•                     механическим редуктором (В);
•                     и электроприводом (Г).

Рис. 4 Тип привода кранов

Электрический привод также позволяет включать кран в диспетчерскую централизацию. Монтаж редуктора необходим на арматуру, диаметром от 400 и более мм.

Диаметр

Различают диаметр проходного отверстия и присоединительных патрубков. Задвижки по диаметру прохода могут быть:

•                     полнопроходными;
•                     неполнопроходными.

Первый вариант означает, что при назначении задвижки на трубу, диаметром 200 мм, проход в затворе будет соответствовать проходу в патрубках. При неполнопроходном исполнении внутренний диаметр в затворе меньше, чем внутренний диаметр патрубков.

Шаровые краны бывают:

•                     также полнопроходными;
•                     стандартнопроходными.

С полнопроходнойстью уже разобрались. Со стандартнопроходностью у кранов то же самое, что и у неполнопроходных задвижек. Внутренний диаметр затвора на один порядок ниже, чем диаметр патрубков.

Класс герметичности

Класс герметичности определяется на специальных испытательных стендах сразу после выхода арматуры с конвейера на заводе. Классифицируется по ГОСТ 9544-2015. При определении класса учитывается отношение утечки испытательной среды через затвор к диаметру проходного отверстия.

Показатель класса герметичности стандартный для кранов и задвижек. Выпускают арматуру с классами А, АА, В, С, СС, D (указаны в порядке убывания). Для чугунных задвижек требования к герметичности затвора невысокие (к примеру, для сточных вод).

А вот стальные задвижки и краны, в своем большинстве, комплектуются затворами с классом А. Особое отношение к проведению испытаний на классность затвора уделяется газовой арматуре. Для этого разработан определенный порядок (определен ГОСТом 9544-2015).

Тип затвора

Чугунные задвижки комплектуются двумя видами затворов.

1.                  «Резина по металлу» (А). Этот вариант обеспечивает стабильные показатели работы арматуры в водных средах, температурой до +90⁰С. Модели, укомплектованные таким затвором, называются задвижками с обрезиненным клином.

2.                  «Металл по металлу» (Б). У задвижек с такими затворами (например, 30ч6бр) клин отлит из чугуна или углеродистой стали. А вот кольца в корпусе изготавливают отдельно из латуни марки ЛС59-1. Кольца запрессованы в корпус методом натяга.

У стальных задвижек конструкция затвора несколько отличается. У моделей из углеродистой стали клин отливают из сплава 25Л. Из этого же сплава делают и кольца корпуса. А вот уплотнительные поверхности наплавляют проволокой из нержавеющей стали (например, 20Х13).

Рис. 5 Типы затвора

В задвижках из легированной нержавеющей стали наплавки на клине и кольцах выполнены из жаростойкой или жаропрочной проволоки. Данная конструкция позволяет работать арматуре в сильноагрессивных средах, при высоких температурах и давлении системы.

В кранах пробка затвора изготавливается из:

•                     латуни с нанесенным сверху слоем никеля;
•                     нержавеющей (В) стали (к примеру, X5CrNi18-10).

Уплотнительные кольца корпуса изготавливают из упругих составов фторопласта. Используются марки FPM, фторопласт-4, PTFE+C. 

Уплотнитель в шаровом кране, благодаря своей упругости и отличным фрикционным свойствам, способен выдерживать нагрузки трения от пробки на протяжении до 25000 циклов. При этом заявленный класс герметичности выдерживается на всем протяжении эксплуатации. 

У задвижек, особенно с металлическими уплотнителями затвора, износ клина и колец происходит намного быстрее. Отсюда следует меньшая продолжительность работы задвижки с заявленным заводом классом герметичности.

Показатели надежности

Производители в технической документации указывают следующую продолжительность работы запорной арматуры. 

Для задвижек из стали:

•                     средний срок службы – 10 лет со дня ввода в эксплуатацию до капитального ремонта;
•                     назначенный срок службы – 30 лет или 2500 циклов;
•                     гарантия производителя – 1 год со дня ввода в эксплуатацию или 1,5 года со дня продажи.

Для чугунных задвижек с обрезиненным клином средний срок службы составляет 16 лет или 4500 циклов. Показатель выше, чем у стальных, за счет отсутствия усиленного трения в уплотнителях затвора и сальниковом узле. 

Для шарового крана:

•                     срок службы – 7, 10, 25 лет (зависит от производителя и рабочей среды);
•                     средний ресурс – 25000 циклов;
•                     гарантийный срок эксплуатации – 1,5 года со дня продажи (некоторые производители дают гарантию на 10 лет при соблюдении ТУ).

У кранов значительно большее количество циклов работы за счет сниженного трения в затворе и сальнике.

Заключение

Итак, рассмотрев все эксплуатационные и технические параметры клиновых задвижек и шаровых кранов, выделим их достоинства и недостатки.

Достоинства задвижки.

1.                  Работает с высокими температурами среды.

2.                  Стальные модели имеют класс герметичности А.

3.                  Разборный корпус позволяет ремонтировать изделие.

4.                  Простая конструкция – надежность в работе.

Недостатки – быстрое истирание уплотнителей затвора (2500 циклов), необходимость оставлять свободное пространство над изделием (для моделей с выдвижным шпинделем), а также необходимость плановой замены сальниковой набивки.

Достоинства шарового крана.

1.                  Высокая степень герметичности.

2.                  Скорость перекрытия затвора.

3.                  Долго работают без ремонта (до 25000 циклов).

4.                  Малые габаритные размеры.

5.                  Практически полное отсутствие гидравлических сопротивлений.

К недостатку кранов можно отнести невысокие температурные режимы работы. Но это скорее особенность конструкции.

Выбор между задвижкой и шаровым краном зависит от характера работы трубопровода и параметров транспортируемого вещества. На магистралях, с их высокими объемами перемещения среды, задвижка покажет себя лучше за счет более толстого корпуса.

Наоборот, шаровой кран, за счет компактности, скорости перекрытия затвора и долговечности для коммунальных систем ЖКХ подойдет идеально. А вот для химической промышленности (транспортировка аммиака, щелочи) не обойтись без стальной задвижки из нержавеющей стали.