Как работает шаровой кран: принцип действия и устройство
Шаровой кран работает по простому принципу: внутри корпуса находится полый металлический шар с цилиндрическим сквозным отверстием. Когда отверстие совпадает с осью трубопровода, среда свободно проходит насквозь. Поворот рукоятки на 90 градусов разворачивает шар перпендикулярно потоку: сплошная стенка шара полностью перекрывает проход. Именно это делает шаровые краны одними из самых надёжных запорных устройств для воды, газа, пара и технологических жидкостей.
Устройство шарового крана
Конструкция состоит из нескольких ключевых элементов. Корпус изготавливается из латуни, нержавеющей или углеродистой стали, чугуна либо высокопрочных полимеров в зависимости от рабочей среды и давления. Внутри корпуса размещается запорный шар: у стандартных полнопроходных кранов диаметр отверстия в шаре равен диаметру трубопровода, что не создаёт гидравлического сопротивления. Шар удерживается в посадочном гнезде двумя упругими сёдлами из PTFE (политетрафторэтилена) или других полимеров: они обеспечивают герметичность и скольжение при повороте. Шток передаёт усилие от рукоятки или привода на шар. Сальниковое уплотнение штока предотвращает утечку среды наружу. Многие модели оснащены ограничителем поворота, который не позволяет случайно провернуть шар более чем на 90 градусов.
Этапы работы при переключении
Операция открытия или закрытия крана включает несколько последовательных физических процессов. На первом этапе оператор или привод прикладывает крутящий момент к штоку. Усилие передаётся на шар, который начинает поворачиваться в сёдлах. Поверхность шара при этом скользит по сёдлам: благодаря точной обработке и антифрикционным материалам трение минимально. По мере поворота отверстие в шаре меняет угол относительно оси потока: при промежуточных положениях площадь сечения уменьшается, давление за краном падает. Когда шар достигает крайнего положения, сёдла прижимаются к гладкой поверхности шара под действием перепада давления среды: образуется надёжный двусторонний затвор. При давлениях до 16 бар и температурах до 150 градусов Цельсия такая конструкция обеспечивает герметичность класса А по ГОСТ Р 54808.
Разновидности и области применения
По конструкции различают краны с плавающим шаром (шар незначительно смещается под давлением, прижимаясь к выходному седлу) и с шаром на опорах (шар зафиксирован на цапфах, давление воспринимается корпусом). Второй вариант применяется при высоких давлениях, характерных для магистральных трубопроводов: рабочее давление таких кранов DN 500 достигает 80 и более бар. В системах водоснабжения и отопления жилых зданий чаще всего устанавливают латунные краны DN 15–50 с рабочим давлением до 25 бар. Газовые краны отличаются специальным покрытием шара и сёдел, устойчивым к углеводородным средам, и проходят дополнительные испытания на герметичность. Трёхходовые шаровые краны с Т-образным или Л-образным каналом в шаре позволяют не только перекрывать поток, но и переключать его направление между двумя трубопроводами.
