Введение в шаровой кран: конструктивные особенности, анализ отказов, применение

22 августа 2026

Шаровые краны, появившиеся в 1950-х годах, за несколько десятилетий быстро развились в крупную категорию арматуры. Самые ранние шаровые краны произошли от пробковых кранов, используя шар вместо пробки для управления потоком жидкости. Площадь проходного сечения внутри крана соответствует диаметру трубопровода, что позволяет жидкости проходить напрямую с минимальной потерей давления. Для перехода от полностью открытого состояния к полностью закрытому требуется лишь поворот штока на 90°. Узел крана состоит из небольшого количества различных компонентов, что облегчает его обслуживание и ремонт. Шаровые краны очень подходят для транспортировки таких сред, как жидкости и газы. Однако, поскольку седла обычно изготавливаются из резины, нейлона или ПТФЭ, рабочая температура обычно ограничена значением ниже 200°C. Для шламов, твердых веществ или высокотемпературных сред необходимо использовать металлические седла. Сегодня шаровые краны широко применяются в различных областях, таких как нефтехимия.

Свяжитесь с Fleyenda

Ⅰ. Классификация шаровых кранов
1. По конструкции: Классифицируются на шаровые краны с плавающим шаром и с опорой на цапфу в зависимости от механизма опоры.
2. По способу монтажа: Подразделяются на шаровые краны с верхним вводом, с боковым вводом (цельные, двухсоставные, трехсоставные) и угловые шаровые краны в зависимости от способа установки шара.
3. По конструкции шара: Включает шаровые краны с цельным шаром, сегментным шаром и V-образным шаром (арочный сегментный шар, эллиптический сегментный шар).
4. По проходному сечению: Классифицируются на двухходовые, трехходовые и четырехходовые шаровые краны.
5. По материалу седла: Подразделяются на шаровые краны с мягким уплотнением и с металлическим уплотнением в зависимости от материала внутренних деталей (в основном седла).
6. По типу привода: Включает ручные, пневматические, электрические и гидравлические шаровые краны.
7. По применению: Классифицируются на вакуумные шаровые краны, криогенные шаровые краны, высокотемпературные шаровые краны, шаровые краны с теплоизоляционной рубашкой и коррозионностойкие шаровые краны с футеровкой.

Шаровые краны можно классифицировать многими способами. Наиболее распространенными категориями являются четыре: шаровые краны с плавающим шаром и мягким уплотнением, шаровые краны с плавающим шаром и металлическим уплотнением, шаровые краны с опорой на цапфу и мягким уплотнением, а также шаровые краны с опорой на цапфу и металлическим уплотнением, как показано на рисунке.

Fleyenda Flow Floating Soft-Seal Ball Valve

Fleyenda Flow Floating Hard-Seal Ball Valve

Fleyenda Flow Fixed Soft-Seal Ball Valve

Fleyenda Flow Fixed Hard-Seal Ball Valve

Ⅱ. Характеристики шаровых кранов

По сравнению с другими типами арматуры, шаровые краны имеют ряд преимуществ. Во-первых, они обладают высокой пропускной способностью. Шаровые краны доступны с суженным и полнопроходным исполнением, и независимо от конструкции они обычно имеют низкий коэффициент гидравлического сопротивления. Во-вторых, они обеспечивают быстрое и простое управление. Как правило, поворота штока на 90° достаточно для полного открытия или закрытия крана, что обеспечивает быстрое срабатывание. Кроме того, шаровые краны оснащены конструкцией штока с защитой от выбивания для обеспечения более безопасной эксплуатации и обслуживания.

Основные характеристики шаровых кранов с мягким уплотнением
1. Шаровые краны с мягким уплотнением обычно имеют конструкцию с высоким фланцем для прямого монтажа привода и регулируемой скрытой сальниковой набивкой. Набивку можно регулировать без разборки цилиндра или любых других компонентов.
2. Хорошая герметичность: в настоящее время большинство седел шаровых кранов с мягким уплотнением изготавливаются из неметаллических эластичных материалов, что обеспечивает отличные запорные характеристики и гарантирует нулевую утечку.
3. Противопожарная конструкция: в соответствии с требованиями AP1607, шаровые краны с мягким уплотнением имеют пожаробезопасную конструкцию: два уплотнения — одно мягкое седло и одно металлическое резервное седло. Даже в случае пожара клапан сохраняет опору и герметичность, предотвращая утечку.
4. Антистатическое устройство: шток оснащен двумя токопроводящими маленькими стальными шариками. Эти шарики постоянно контактируют с корпусом и шаром под действием силы, что позволяет отводить статическое электричество, возникающее при соударениях жидкости, во время работы.
5. Конструкция седла с самосбросом давления: эта конструкция предотвращает повышение давления внутри полости крана из-за остаточной жидкой или газообразной среды, которое может привести к взрыву при повышении температуры, когда клапан полностью закрыт или полностью открыт.
6. Длительный срок службы: неметаллические седла, такие как ПТФЭ, обеспечивают хорошую самосмазываемость, что приводит к низкому трению и износу шара. Улучшенные технологические процессы изготовления шаров снижают шероховатость поверхности, повышая срок службы клапана.

Основные характеристики шаровых кранов с металлическим уплотнением
1. Шаровые краны с металлическим уплотнением используют шары и седла, обработанные с высокой точностью. В зависимости от применения поверхности шара и седла наплавляются твердыми сплавами, такими как кобальтовый сплав, никелевый сплав, или покрываются карбидом вольфрама, что обеспечивает отличную износостойкость.
2. Герметичность: уникальный процесс притирки обеспечивает высокую круглость и гладкость поверхностей шара и седла, что приводит к герметичности, соответствующей нулевому пузырьку, и потенциально нулевой утечке.
3. Эластичная уплотнительная конструкция: предотвращает заклинивание клапана из-за теплового расширения при высоких температурах, обеспечивая гибкую работу даже в условиях высоких температур.
4. Применимость: подходит для сред, содержащих твердые частицы или шламы, при различных температурах и давлениях.

Ⅲ. Проектирование и расчет шаровых кранов
1) При проектировании шарового крана сначала необходимо подтвердить диаметр шарового крана d: диаметр канала шара делится на два типа: без сужения и с сужением:

Без сужения: d равен диаметру канала корпуса, указанному в соответствующих стандартах
С сужением: обычно d=0,78 диаметра канала корпуса, указанного в соответствующих стандартах. В этом случае переходный участок лучше всего проектировать в виде конического перехода, чтобы гарантировать, что гидравлическое сопротивление не увеличится.

2) После определения диаметра необходимо определить радиус шара. Обычно используется R= (0,75~0,95) d. Для малых диаметров расчет принимает относительно большое значение для R, и наоборот. Чтобы гарантировать, что поверхность шара может полностью покрывать уплотнительную поверхность седла клапана, после выбора диаметра шара его необходимо проверить по следующей формуле: D_мин=√D₁²+ √d²

D_мин: минимальный расчетный диаметр шара
D₁: наружный диаметр контактной поверхности седла
d: диаметр отверстия канала шара
D: фактический диаметр шара

3) Определение толщины стенки корпуса клапана (обычно мы следуем стандартам ASME) Формула расчета толщины стенки:SB=S'B+C

SB: фактическая толщина стенки
S'B: расчетная толщина
C: коррозионный припуск

При определении расчетной толщины S'B учитываются фактические условия давления, температуры и свойства материала. Обычно стандарт ASME B16.34 предоставляет конкретный метод расчета толщины стенки.

4) Формула расчета удельного давления между шаром и седлом клапана: q_MF

q_MF: требуемое удельное давление уплотнительной поверхности
q: расчетное удельное давление уплотнительной поверхности
[q]: допустимое удельное давление уплотнительной поверхности

5) Расчет крутящего момента шарового крана:M=M_м+M_т+ M_м+ M_o

Б: полный крутящий момент
Б_м: момент трения между уплотнением седла и шаром
Б_т: момент трения между штоком и сальниковой набивкой
Б_м: момент трения между буртом штока и упорной шайбой
Б: момент трения между штоком и уплотнительным кольцом.

6) Расчет прочности штока клапана:
Напряжение кручения в соединении штока с шаромτ_Н₁= M/w₁ ≤ [τ]
Напряжение кручения в соединении штока с приводомτ_N2= M/w₂≤ [τ]

Б: полный крутящий момент
п₁: коэффициент кручения сечения штока в месте соединения с шаром
п₂: коэффициент кручения сечения штока в месте соединения с приводом
[τ] : допустимое напряжение кручения материала.

IV. Анализ утечек шаровых кранов
Утечки шаровых кранов можно разделить на внешние и внутренние. Внешние утечки часто приводят к потерям сырья и энергии, загрязнению окружающей среды и потенциальным опасностям, таким как пожар, взрывы или отравления, что приводит к значительным экономическим потерям.

Причины внешних утечек:
1. Корпус клапана: Обычно вызвано дефектами литья, такими как поры или раковины, приводящими к утечке среды. Обычно обнаруживается при гидравлических испытаниях.
2. Соединения: Утечки в соединениях корпуса, боковых частей или фланцевых соединениях корпуса с трубопроводом. Обычно вызваны такими проблемами, как неправильный тип, материал или размер прокладки, плохое качество уплотнительной поверхности фланца или чрезмерные внешние нагрузки на соединительные болты.
3. Шток клапана: Часто из-за неправильной конструкции или выбора материала, вызывающих заклинивание штока в определенном положении, препятствующее правильному закрытию и приводящее к значительной утечке.
4. Сальниковая крышка: Вызвано ослаблением сальниковой крышки, недостаточным уплотнением, неправильным типом или качеством набивки, а также старением или износом набивки.

Причины внутренних утечек:
1. Конструкция и производство: Проблемы, вызывающие неправильное уплотнение и утечку среды, обычно через просачивание или небольшой непрерывный сброс.
2. Повреждение при обращении: Повреждение уплотнительной поверхности шара или седла во время производства, транспортировки, контроля, установки или эксплуатации, приводящее к утечке.
3. Твердые частицы в среде: Твердые примеси в среде, вызывающие неправильное закрытие клапана и утечку среды, от небольшого просачивания до больших расходов.

Применение шаровых кранов
Благодаря своим многочисленным преимуществам шаровые краны широко используются. Рекомендуются для систем, требующих двухпозиционного регулирования, строгой герметичности, работы с суспензиями, износостойкости, полнопроходных потоков, быстрого управления, отключения при высоком давлении (большой перепад давления), низкого уровня шума, минимального парообразования и утечек, низкого рабочего крутящего момента и низкого гидравлического сопротивления.

V. Как выбрать правильный шаровой кран для различных применений:
- Городские газопроводы/природный газ: Фланцевые или резьбовые плавающие шаровые краны.
- Кислородные трубопроводы в металлургии: Шаровые краны со строгим обезжириванием.
- Линии пищевой промышленности: Полированные санитарные шаровые краны.
- Магистральные трубопроводы при транспортировке нефти и газа: Полнопроходные сварные шаровые краны, закладываемые под землю.
- V-образное регулирование: Шаровые краны с V-образными прорезями для некоторых регулирующих функций.
- Нефтехимия, переработка и энергетика: Шаровые краны с мягким уплотнением для систем, работающих ниже 200°C, и с твердым уплотнением для систем выше 200°C.

В заключение, шаровые краны широко используются, и их мировое производство ежегодно увеличивается. Тенденция развития включает высокую температуру, высокое давление, большой диаметр, высокие уплотнительные характеристики, долговечность, отличное регулирование и многофункциональность. Благодаря своей коррозионной стойкости, легкости и экономичности, они частично заменили задвижки, запорные клапаны и регулирующие клапаны. С развитием технологий шаровых кранов ожидается, что их использование в таких отраслях, как целлюлозно-бумажная, транспортировка природного газа, переработка и атомная энергетика, значительно расширится в обозримом будущем.

Шаровой кран Fleyenda
Fleyenda специализируется на проектировании, производстве и поставке высококачественной продукции, обеспечивая исключительное обслуживание клиентов. Наш ассортимент продукции включает различные клапаны, такие как ручные клапаны, электрические клапаны, пневматические клапаны и аксессуары для регулирующих клапанов. Эти клапаны разработаны для удовлетворения потребностей различных отраслей промышленности, включая нефтехимию и химию, нефть и газ, водоснабжение и водоотведение, фармацевтику и биотехнологии, а также новые энергетические сектора.

Свяжитесь с нами для получения подробной информации о клапанах и последних ценовых предложениях. Профессиональная команда Fleyenda готова помочь вам найти идеальные решения для ваших применений.

Социальные сети:

Теги

Последние новости

Направляющая клапана-бабочка

Проверьте функцию невозвратного клапана

Направляющая шарикового клапана управления потоком

Типы дисковых затворов

Что такое редукционный клапан давления?

Электрическая задвижка: введение, преимущества, недостатки, применение

Командное мероприятие Fleyenda Flow на пляже 2024

Недавние записи

Значения Cv и Kv | Коэффициент расхода клапана

06 марта 2024

Структура и этапы отладки электрических приводов | Производитель клапанов Fleyenda

28 февраля 2024 г.

Введение в 11 типов уплотнительных колец клапанов

10 ноября 2023 г.

Как выбрать клапаны с приводом для взрывозащищенных сред в водоочистке?

23 сентября 2023 г.

Что означают FO, FC, FL в пневматических клапанах?

22 сентября 2023 г.

Может ли Fleyenda помочь нам выбрать подходящие продукты?

14 июля 2023 г.

Какие виды индивидуальных услуг может предоставить Fleyenda?

14 июля 2023 г.

Каковы основные продукты клапанов Fleyenda?

14 июля 2023 г.

Категории

Промышленные новости

Новости компании

Теги