Шаровый кран — это запорная трубопроводная арматура, которая предназначена для перекрытия потока. Своё название шаровые краны получили из-за сферической формы запорного элемента, через центр которого выполнено отверстие для прохода рабочей среды. В открытом положении ось отверстия совпадает с осью трубопровода, а поворотом шара на 90° вокруг оси перпендикулярной к оси трубопровода — кран закрывается. Универсальная конструкция шарового крана позволяет его использовать практически с любыми рабочими средами: вода, пар, сжатый воздух, газ, нефтепродукты, вязкие и абразивные среды. Все муфтовые шаровые краны которые вы найдёте в нашем каталоге могут применяться для воды, возможность использования с другими средами уточняйте у поставщиков. Несмотря на то, что конструкция шарового крана известна уже более 100лет, широкое применение они получили только с появлением полимерных материалов, таких как фторопласт, уплотнительные кольца из которого способны обеспечить герметичность закрытия. В настоящее время муфтовые шаровые краны широко применяются в системах отопления и водоснабжения, практически полностью вытеснив задвижки, пробковые краны и вентили. Резьбовые шаровые краны (муфтовые) устанавливают на трубопровод DN50 и менее, транспортирующий рабочую среду с температурой до 100°C при давлении не более 16 бар. В остальных случаях используют приварные, межфланцевые и фланцевые шаровые краны. Не допускается длительная эксплуатация шарового крана при частичном открытии затвора, так как абразивный износ шара может привести к потере герметичности перекрытия потока.

Достоинства:
 - Низкая цена
 - Невысокая масса
 - Небольшие габариты
 - Длительный рабочий ресурс
 - Надёжная и универсальная конструкция
 - Не требуют технического обслуживания
 - Низкое гидравлическое сопротивление
 - Отсутствие застойных зон в проточной части
 - Возможность полнопроходного исполнения
 - Допускается установка в любом положении
 - Герметичность перекрытия потока
 - Возможность быстрого перекрытия
 - Подача рабочей среды в любом направлении

Недостатки:
 - Для закрытия необходимы высокие крутящие моменты, что влечёт за собой необходимость применения длинных рычагов, при ручном управлении, а при автоматическом - дорогостоящих электрических приводов.
 - Резкое открытие крана может привести к гидравлическому удару, недопустимому для некоторых систем.
 - В тепловых сетях нормативно запрещено использовать муфтовую запорную арматуру при температурах рабочей среды выше 115°С, давлении выше 1,6МПа и условном диаметре трубопровода более 100мм.

Конструкция шарового крана

   В корпусе на штоке перпендикулярном оси трубопровода закреплён запорный элемент выполненный в форме шара со сквозным отверстием. Вращение штока на 90° передаётся шару и разворачивает его из открытого положения, в котором ось отверстия совпадает с осью трубопровода, в закрытое положение — перемещая ось отверстия в плоскость перпендикулярную направлению потока. Ниже представлены несколько основных конструкций шаровых кранов получивших наиболее широкое распространение.

    Латунный шаровый кран с разборным корпусом — наиболее популярная конструкция. Отличается низкой ценой и малой массой. Латунные шаровые краны устанавливают во внутренних системах отопления, холодного и горячего водоснабжения. Цена латунных кранов настолько низка, что несмотря на возможность разборки, их ремонтом никто не занимается, а неисправный кран заменяют новым. Единственный недостаток латунных кранов — это обесцинкивание латуни, способное избирательно вымывать из тела крана цинк, оставляя медь. Производители качественных кранов решили эту проблему и применяют латуни стойкие к обесцинкиванию. В шаровых кранах предназначенных для установки на трубопровод транспортирующий питьевую воду, внутренняя поверхность не никелируется в соответствии с европейскими нормами.

   Стальной шаровой кран с цельносварным корпусом — очень надёжная и относительно недорогая запорная арматура. Они предназначены для использования в котельных, тепловых сетях, тепловых пунктах, а также на промышленных объектах. Их устанавливают на ответственных участках трубопровода, где важны долгий срок службы и высокая герметичность перекрытия. Шаровые краны цельносварной конструкции не подлежат ремонту и в случае выхода из строя должны быть заменены. Герметичность перекрытия обеспечивается прижатием фторопластовой прокладки к шаровому затвору тарельчатой пружиной.

   Стальной шаровой кран с разборным корпусом — как правило, применяется на промышленных объектах с высокими требованиями к надёжности, герметичности и ремонтопригодности. Их устанавливают на трубопроводах, транспортирующих воду, пар и сжатый воздух.
Основной особенностью трёхсоставной конструкции шарового крана, является возможность замены торцевых уплотнений шара после демонтажа средней части крана, без раскручивания резьбового соединения с трубопроводом.
Герметичность перекрытия обеспечивается за счёт прижатия фторопластовых кольцевых уплотнений к шару стяжными болтами.

   По конструкции запорного элемента шаровые краны делятся на краны с подвижным и фиксированным шаром. В кранах с фиксированным шаром, запорный элемент жёстко закреплён на вертикальной оси штока, а уплотнения обеспечивающие ему герметичное перекрытие потока прижимаются к шару тарельчатой пружиной или стяжными болтами. Для облегчения закрытия шаровых кранов такой конструкции, фиксирующая цапфа может иметь самосмазывающиеся подшипники скольжения.
В кране с подвижным (плавающим) шаром, затвор не связан со шпинделем и может незначительно перемещаться в корпусе под действием давления рабочей среды, обеспечивая дополнительное уплотнение. На трубопроводах большого диаметра и с высоким давлением рабочей среды, для открытия крана с плавающим шаром может потребоваться значительное усилие, поэтому краны такой конструкции, как правило, изготавливаются с диаметром не более DN200. Во всех муфтовых шаровых кранах конструкция запорного элемента выполнена с подвижным затвором (шаром). По диаметру отверстия в запорном элементе шаровые краны делятся на полно проходные, у которых диаметр отверстия равен внутреннему диаметру присоединённого трубопровода и неполно проходные — у которых диаметр отверстия немного меньше диаметра трубопровода.

Принцип действия шарового крана

   Принцип действия шарового крана основан на перекрытии потока за счёт вращения шарового запорного элемента вокруг оси перпендикулярной направлению потока. В запорном элементе выполнено сквозное отверстие равное внутреннему диаметру трубопровода. В открытом положении ось отверстия в затворе совпадает с осью трубопровода, а в закрытом оси перпендикулярны. Для полного открытия или перекрытия крана достаточно повернуть шар на 90°. Герметичное перекрытие потока обеспечивается плотным прилеганием полированной поверхности шара к полимерным торцевым кольцам. В кранах с плавающим шаром дополнительное уплотнение обеспечивается за счёт прижатия затвора к торцевому кольцу под давлением рабочей среды. Практически все муфтовые шаровые краны выполнены с плавающим шаром.
Для ручного управления шаровым краном используют рычаги, а при необходимости дистанционного или автоматического управления на шаровой кран может быть установлен ротационный электрический привод.
В процессе работы затвор шарового крана должен находится в одном из крайних положений, — полностью открыт или полностью закрыт. Не допускается эксплуатация шарового крана при частичном открытии затвора, так как абразивный износ шара приведёт к нарушению герметичности перекрытия потока.

Характеристики шаровых кранов

DN — номинальный диаметр. Номинальные диаметры применяются для унификации типоразмеров трубопроводной арматуры, они не имеют размерности, а численное значение DN приблизительно равно внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода в миллиметрах. Номинальный диаметр применим для всех элементов трубопроводных систем, кроме компонентов характеризующихся наружным диаметром.

Ряд условных диаметров DN (Ду) трубопроводной арматуры регламентирован ГОСТ 28338-89 «Проходы условные (размеры номинальные)». Альтернативным обозначением номинального диаметра DN, распространённым в странах постсоветского пространства, был условный диаметр — Ду шарового крана.

PN — номинальное давление. Наибольшее избыточное давление рабочей среды с температурой 20°C, при котором допустима длительная работа.

Альтернативным обозначением номинального давления PN, применяемым раннее в странах постсоветского пространства было условное давление Pу шарового крана. Ряд номинальных давлений PN (Ру) трубопроводной арматуры регламентирован ГОСТ 26349-84 «Давления номинальные (условные)».

Pпр — пробное давление. Избыточное давление, которым должно проводиться гидравлическое испытание шарового крана на прочность и плотность водой при температуре от 5 до 70°C, если в паспорте или нормативной документации не указана иная температура испытаний.

Значение пробного давления в зависимости от номинального приведены в ГОСТ 356-80 «Давления условные пробные и рабочие».
Зависимость рабочего давления шарового крана от температуры

Pр — рабочее давление. Наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации шарового крана с учётом фактической температуры рабочей среды. Значение рабочего давления, как правило, меньше значения номинального давления, поэтому режим работы при максимальной рабочей температуре и номинальном давлении среды — не допускается.

Значения рабочих давлений в зависимости от номинального давления, температуры рабочей среды и материала корпуса шаровых кранов приведены в ГОСТ 356-80 «Давления условные пробные и рабочие».

Kvs — коэффициент пропускной способности. Численно равен расходу воды, в м³/ч с температурой в 20°C, при котором потери напора на шаровом кране составят 1 бар. Значение коэффициента пропускной способности используется в гидравлических расчётах для определения потерь напора на элементах трубопроводной системы.

Класс герметичности — определяет максимально допустимую протечку через закрытый шаровый кран, при атмосферном давлении с одной стороны и давлении воды в 1,1*PN с другой стороны. Температура воды при испытаниях должна находиться в диапазоне от 5 до 40°C. Классы герметичности запорной арматуры регламентированы ГОСТ 9544-93:

 А класс — протечка отсутствует
 B класс — не более чем 0,0006*DN(мм) см3/мин
 C класс — не более чем 0,0018*DN(мм) см3/мин
 D класс — не более чем 0,006*DN(мм) см3/мин
Большинство шаровых кранов имеют класс герметичности А.

Расчёт и подбор запорной арматуры

   Типоразмер запорной арматуры подбирают под диаметр трубопровода, на который она устанавливается. Запорная арматура не вносит существенных потерь напора, поэтому её подбор осуществляется без предварительного гидравлического расчёта. Основными характеристиками, влияющими на выбор запорной арматуры, являются - номинальное давление и допустимый диапазон температур транспортируемой среды. Значение максимального рабочего давления в месте установки арматуры должно быть ниже значения её номинального давления PN, а предельные значения температур транспортируемой среды должны попадать в диапазон допустимых температур для этой арматуры. Следует помнить, что номинальное давление для арматуры определяется при температуре среды в 20°C, при более высоких температурах значение номинального давления снижается. Поэтому не допускается работа запорной арматуры в режиме, при котором одновременно давление и температура рабочей среды соответствуют значениям номинального давления и максимальной температуры для этой арматуры, в таком случае рекомендуется выбрать арматуру с более высокими рабочими параметрами.

Установка шарового крана

   Установка шарового крана должна выполняться в соответствии с проектом монтируемой системы, ниже приведены общие рекомендации по монтажу:
 - Допускается устанавливать кран в любом положении и с любым направлением потока.
 - Корпус крана не должен испытывать нагрузок изгиба, кручения, растяжения или сжатия от присоединённых трубопроводов. При необходимости следует предусмотреть опоры или компенсаторы, снижающие нагрузку на кран от присоединённых трубопроводов.
 - Не допускается использовать шаровой кран, в качестве опоры для трубопровода.
 - При монтаже муфтовых шаровых кранов не допускается использование газового ключа, в связи с возможность деформации корпуса.
 - Во время установки латунного крана с двухсоставным резьбовым корпусом его следует вращать ключом со стороны присоединяемого трубопровода. В противном случае корпус крана может быть раскручен.
 - Край трубы не должен упираться в конец резьбы шарового крана.
 - Ось съёмного рычага управления (маховика), должна быть параллельна оси отверстия в шаре.
 - Для уплотнения резьбового соединения, может быть использована, тефлоновая лента, лён (пакля), клей или герметик.
 - Пропуск рабочей среды (подтекания) в резьбовых соединениях и по штоку не допускаются.
 - Чугунные шаровые краны не допускается устанавливать на трубопроводы подверженные вибрации.
 - Не допускается выполнение сварочных работ вблизи установленного шарового крана.
 - По завершению монтажа необходимо произвести гидравлические испытания участка. Пробное давление при опрессовке не должно превышать пробного давления установленного для каждого из испытуемых элементов. Во время гидравлических испытаний, шаровые краны, кроме дренажных и отсекающих испытуемый участок, должны находиться в полностью открытом состоянии.
 - Если в месте установки шарового крана возможно появление механических примесей в потоке воды, перед краном необходимо установить сетчатый фильтр. В противном случае абразивный износ шара может привести к нарушению герметичности перекрытия.

Последовательность паковки резьбового соединения

1. Взять прядь льняного волокна с таким количеством нитей, чтобы в скрученном состоянии её диаметр были примерно равен глубине резьбы на монтируемом элементе. Длина пряди должна обеспечивать количество подмотки в 1,5-2раза превосходящее число витков резьбы.
2. Отступив примерно 50-70 мм от начала пряди, следует слегка скрутить её, уложить в первый виток резьбы и удерживая её рукой, плотно намотать длинную ветвь пряди по часовой стрелке, укладывая её в каждый виток резьбы.
3. Дойдя до конца резьбы, продолжить намотку вторым слоем, перемещая витки к началу резьбы. Длина второго слоя намотки должна быть примерно равна 2/3 длины резьбы.
4. Оставшийся конец пряди (50-70мм) намотать аналогично по часовой стрелке, укладывая от конца резьбы к её началу.
5. Нанести слой герметика поверх подмотки.
6. Навернуть рукой сопрягаемые элементы. При правильной подмотке, монтируемый элемент должен завернуться на 1,5-2 оборота.
7. Гаечным ключом или динамометрическим продолжить наворачивание элемента. В случае, когда монтируемому элементу необходимо придать определённое положение, закончить наворачивание в необходимом для этого элемента положении.

Эксплуатация и ремонт шарового крана

   Шаровой кран один из самых надёжных типов запорной арматуры, они не требуют технического обслуживания и при правильной эксплуатации выходят из строя крайне редко. Не допускается работа крана с промежуточным положением затвора. Кран должен быть либо полностью открыт, либо полностью закрыт. Не допускается использовать дополнительные рычаги удлиняющие ручку, для открытия/закрытия крана. С целью исключения прикипания затвора во время эксплуатации периодически следует открывать/закрывать кран. Во избежание возникновения гидравлических ударов, открытие/закрытие шарового крана следует производить медленно. При возникновении опасности замерзания системы после её опорожнения шаровой кран следует несколько раз открыть/закрыть. Не допускается образование льда в шаровом кране. Если во время опорожнения шаровой кран находился в закрытом положении, в проточной части шара может остаться вода, которая замёрзнув раздавит корпус. Давление и температура в месте установки шарового крана не должны превышать рабочего давления. Для большинства конструкций кранов не допускается эксплуатация с одновременно совпавшими максимальной температурой и номинальным давлением. С периодичностью раз в полгода, рекомендуется очищать шаровой кран от пыли и ржавчины, а при необходимости подтянуть резьбовые соединения.

Требования норм, касающиеся запорной арматуры

   Ниже собраны требования норм и правил касающиеся подбора, монтажа и эксплуатации запорной арматуры. Приведенный перечень нормативных требований не является исчерпывающим, и со временем будет расширяться. Выдержки взяты из нормативных документов регулирующих порядок проектирования, монтажа и эксплуатации инженерных систем жилых, общественных и административно бытовых зданий. В разделе не приведены требования норм и правил которые относятся к Запорной арматуре применяемым в промышленности и технологических установках.

ДБН В.2.5-39 Тепловые сети

Пункт 12.9 — Глава 12 Конструкции трубопроводов

На выводе тепловой сети от источника тепловой энергии, на тепловой сети и на вводе в ЦТП следует устанавливать стальную запорную арматуру.
Для трубопроводов тепловой сети, кроме тепловых пунктов и сетей горячего водоснабжения, не допускается использование арматуры из серого чугуна в районах с расчётной температурой наружного воздуха для проектирования систем отопления ниже минус 10°C.
Арматуру для секционирования при подземной канальной и безканальной прокладке следует устанавливать только в камерах и павильонах в местах, доступных для обслуживания.
Запорную арматуру при подземной канальной прокладке трубопроводов следует устанавливать в камерах. При безканальной прокладке, как правило, запорная арматура без электропривода устанавливается безкамерно, допускается установка арматуры в камерах.
В узлах для спуска, продувания, дренажа использовать арматуру из серого чугуна не допускается. На узлах для удаления воздуха разрешается использовать арматуру двухстороннего действия без обслуживающего персонала.
На трубопроводах тепловых сетей допускается использовать арматуру из латуни и бронзы при температуре горячей воды до 200°C.
На вводе в ИТП с суммарной тепловой нагрузкой на отопление и вентиляцию 0,2 МВт и более следует использовать стальную запорную арматуру. При нагрузке ИТП менее 0,2МВТ или расчётной температуре теплоносителя 115°C и ниже допускается предусматривать на вводе арматуру из ковкого или высокопрочного чугуна.
В пределах тепловых пунктов допускается предусматривать арматуру из ковкого высокопрочного и серого чугуна.

Пункт 12.10 — Глава 12 Конструкции трубопроводов

При установке чугунной арматуры на тепловых сетях следует обеспечивать защиту её от изгибающих усилий.

Пункт 12.11 — Глава 12 Конструкции трубопроводов

Использовать запорную арматуру как регулирующую не допускается.

Пункт 12.12 — Глава 12 Конструкции трубопроводов

Для тепловых сетей, как правило, используют арматуру с концами под приварку или фланцевую.

Муфтовую арматуру допускается использовать с условным проходом Dу<100мм с давлением 1,6МПа и ниже, и температурой 115°C и ниже для случаев использования водо-газопроводных труб.

Пункт 12.14 — Глава 12 Конструкции трубопроводов

Шаровую арматуру Dу>=125мм следует использовать с редуктором. Запорную арматуру Dу>=500мм следует использовать с электроприводом. Арматуру, для открытия и закрытия которой необходимо усилие более 250Н, следует использовать с электрическими приводами.
При дистанционном управлении запорной арматурой, арматуру на байпасах следует использовать также с электроприводом.

Пункт 16.7.4 — Раздел 16.7 Схемы присоединения потребителей к тепловой сети — Глава 16 Тепловые пункты

Использование муфтовых соединений трубопроводов подающей линии допускается при согласовании с теплоснабжающей организацией.

СНиП 2.04.01 Внутренний водопровод и канализация зданий

Пункт 10.3 — Глава 10 Трубопроводы и арматура

Трубопроводную, водоразборную и смесительную арматуру для систем хозяйственно-питьевого водопровода следует устанавливать на рабочее давление 0,6 МПа (6 кгс/см2); арматуру для отдельных противопожарных систем и хозяйственно-противопожарного водопровода — на рабочее давление не более 1,0 МПа (10 кгс/см2); арматуру для отдельных производственных систем водопровода — на рабочее давление, принимаемое по технологическим требованиям.

Пункт 10.4 — Глава 10 Трубопроводы и арматура

Конструкция водоразборной и запорной арматуры должна обеспечивать плавное закрывание и открывание потока воды. Задвижки (затворы) необходимо устанавливать на трубах диаметром 50 мм и более.

Примечания:
 1. При закольцованных по вертикали стояках допускается устанавливать на них в верхней части и на перемычках пробковые сальниковые краны. У основания стояка следует предусматривать вентиль и спускную пробку.
 2. Допускается при обосновании применять вентили диаметром 50 и 65 мм.

Пункт 10.5 — Глава 10 Трубопроводы и арматура

Установку запорной арматуры на внутренних водопроводных сетях надлежит предусматривать:
 на каждом вводе;
 на кольцевой разводящей сети для обеспечения возможности выключения на ремонт ее отдельных участков (не более чем полукольца);
На кольцевой сети производственного водопровода холодной воды из расчета обеспечения двусторонней подачи воды к агрегатам, не допускающим перерыва в подаче воды;
 у основания пожарных стояков с числом пожарных кранов 5 и более;
 у основания стояков хозяйственно-питьевой или производственной сети в зданиях высотой 3 этажа и более;
 на ответвлениях, питающих 5 водоразборных точек и более;
 на ответвлениях от магистральных линий водопровода;
 на ответвлениях в каждую квартиру или номер гостиницы, на подводках к смывным бачкам, смывным кранам и водонагревательным колонкам, на ответвлениях к групповым душам и умывальникам;
 у оснований подающих и циркуляционных стояков в зданиях и сооружениях высотой 3 этажа и более;
 на ответвлениях трубопровода к секционным узлам;
 перед наружными поливочными кранами;
 перед приборами, аппаратами и агрегатами специального назначения (производственными, лечебными, опытными и др.) в случае необходимости.

Примечания:
 1. Запорную арматуру следует предусматривать у основания и на верхних концах закольцованных по вертикали стояков.
 2. На кольцевых участках необходимо предусматривать арматуру, обеспечивающую пропуск воды в двух направлениях.
 3. Запорную арматуру на водопроводных стояках, проходящих через встроенные магазины, столовые, рестораны и другие помещения, недоступные для осмотра в ночное время, следует устанавливать в подвале, техническом подполье или техническом этаже, к которым имеется постоянный доступ.
 4. При установке на ответвлении в квартиру запорной арматуры, в том числе при коллекторной системе, установку ее у смывных бачков допускается не предусматривать.
 5. Запорную арматуру на вводе, при наличии ее у водомерного узла, допускается на предусматривать.
 6. В жилых и общественных зданиях высотой 7 этажей и более с одним пожарным стояком в средней части стояка необходимо предусматривать ремонтную задвижку.

Пункт 10.6 — Глава 10 Трубопроводы и арматура

При расположении водопроводной арматуры диаметром 50 мм и более на высоте свыше 1,6 м от пола следует предусматривать стационарные площадки или мостики для ее обслуживания.
Примечание. При высоте расположения арматуры до 3 м и диаметре до 150 мм допускается использовать передвижные вышки, стремянки и приставные лестницы с уклоном не более 60° при условии соблюдения правил техники безопасности.

Пункт 10.17 — Глава 10 Трубопроводы и арматура

При проектировании систем горячего водоснабжения следует применять промышленную трубопроводную арматуру общего назначения. Запорную арматуру диаметром до 50 мм включ. следует применять бронзовую, латунную или из термостойких пластмасс.

Пункт 10.18 — Глава 10 Трубопроводы и арматура

Уплотнительные прокладки и сальниковые уплотнители для арматуры системы горячего водоснабжения следует предусматривать из термостойких материалов, разрешенных к применению.
Не допускается использовать для этих целей материалы, которые могут ухудшить качество горячей воды (вызвать запах, изменение цвета и др.).

Пункт 12.16 — Глава 12 Насосные установки

На напорной линии у каждого насоса следует предусматривать обратный клапан, задвижку и манометр, а на всасывающей — установку задвижки и манометра.

При работе насоса без подпора на всасывающей линии задвижку устанавливать на ней не требуется.

СНиП II-35 Котельные установки

Пункт 8.14 — Глава 8 Трубопроводы

Задвижки диаметром 500мм и более должны приниматься с электроприводом.

Предусматривать установку задвижек с электроприводами на трубопроводах меньшего диаметра допускается при соответствующем обосновании (по условиям работы насосных агрегатов и оборудования, безопасности, дистанционного управления, автоматизации).

ГОСТ 10944-97 Краны регулирующие и запорные ручные для систем водяного отопления зданий. Общие технические условия
ГОСТ 12.2.063-81 Общие требования безопасности. Арматура промышленная трубопроводная
ГОСТ 21345-78 Краны конусные, шаровые и цилиндрические на условное давление Py<25МПа. Общие технические условия
ГОСТ 24856-81 (ISO 6552-80) Арматура трубопроводная промышленная. Термины и определения
ГОСТ 4666-75 Маркировка и отличительная окраска. Арматура трубопроводная
ГОСТ 9702-87 Краны конусные и шаровые. Основные параметры

Благодарность за предоставленные материалы:
http://www.ktto.com.ua