Статья обновлена 28.12.2023
В качестве запорной арматуры на газовых сетях используются краны двух конструкций: конусные и шаровые. Они состоят из корпуса и пробки, в которой выполнено отверстие. Вот по форме пробки они и различаются. У конусных кранов они имеет форму усеченного конуса, а у шаровых, как нетрудно догадаться – сферы (рис.1). Ну а если не выпендриваться, то форму шара.
Рис.1 Шаровой кран
Немного истории
Самыми первыми отключающими устройствами были краны. Древний Рим известен не только латинским правом, легионами и бетонными строениями. Во многих городах империи функционировала централизованная система водоснабжения. Акведуки снабжали водой общественные бани, туалеты, фонтаны и даже отдельные частные дома. Распределение жидкости проходило по трубопроводам, для которых требовались краны. В Римской империи было организовано ремесленное изготовление водопроводных кранов (рис.1).
Рис.1 Экспонат Неаполитанского музея
Для обывателя конусный кран часто ассоциируется с самоваром, кран которого состоит из трубки с втулкой и вертка с рукояткой. Трубка крепится к корпусу при помощи репейка - специального утолщения в начале крана. Рукоятка завершает верток. Она бывает двух типов – решетка или ветка. В первом случае кран увенчан ажурной фигурой, напоминающей трилистник. Рукоятка в форме ветки оформляется в виде отходящего в сторону изогнутого или переплетенного стебля (рис.2).
Рис.2 Самоварный кран – ветка
У крана запорный орган имеет форму тела вращения. Он поворачивается вокруг собственной оси. Кран состоит из двух основных деталей: неподвижной – корпуса и вращающейся – пробки, которая имеет сквозное отверстие. Для полного открытия пробку поворачивают на 900. В шаровых кранах пробка имеет сферическую форму, в конусных – форму усеченного конуса.
Для открытия и закрытия кранов с большим условным проходом приходится прилагать значительный крутящий момент. При этом нельзя допустить заклинивания или образование повреждений (задиров) на сопрягающихся поверхностях. Поэтому конусные краны изготавливают из материалов, обладающих высокими антифрикционными качествами – латуни, бронзы, чугуна. Хорошо притертый и смазанный кран должен поворачиваться от легкого усилия руки.
Обычно краны применяют на надземных и внутренних газопроводах при условном проходе до 50 мм включительно. Но последние 20 лет на наружных газопроводах в основном проектируют шаровые краны, размещаемые подземно. У них номинальный диаметр может достигать 80, 100 мм и более. Одновременно ведется работа по замене на существующих газопроводах задвижек в колодцах на краны бесколодезной установки.
Конструкция конусных канов
Слово «конус» пришло в русский язык из немецкого от слова «Konus», которое, в свою очередь происходит от латинского «cōnus» и обозначает «шишка». Важнейшей характеристикой подобных поверхностей является конусность — соотношение высоты и диаметра основания конуса. В кранах конусность пробки (корпуса) принимается обычно равной 1:6 или 1:7 в зависимости от антифрикционных свойств материалов.
Для обеспечения герметичности как самого крана (чтобы он не давал утечку в атмосферу), так и герметичности перекрытия необходимо, чтобы пробка была плотно прижата к корпусу. Также необходима смазка, которая заполняет микрозазоры между пробкой и корпусом. Смазка уменьшает усилие, необходимое для поворота пробки.
В зависимости от того, как регулируется посадка пробки в корпусе, конусные краны подразделяют на натяжные, сальниковые и пружинные.
Натяжной кран 11ч3бк (рис.3) состоит из корпуса и конусной пробки, заканчивающейся хвостовиком с резьбой. На хвостовик наворачивается натяжная гайка. Между гайкой и пробкой установлена шайба, в которую упирается гайка при затяжке.
Рис3 Натяжной кран
Контргайка фиксирует усилие затяжки. Торец пробки имеет квадратную форму, на него надевается ключ, которым поворачивают пробку. На торце имеется риска, положение которой совпадает с положением отверстия в пробке. Если риска направлена вдоль крана - он открыт, поперек крана - закрыт. Материалом для изготовления натяжных кранов служат чугун или латунь. Чугунные краны имеют серьезный недостаток: у них даже от незначительных усилий отламывается хвостовик, поэтому подтягивать натяжную гайку надо осторожно. Пробка крана притирается к корпусу индивидуально, при поломке хвостовика приходится менять весь кран. Область применения натяжных кранов ограничена. Их устанавливают на газопроводах с низким давлением газа, до 0,005 МПа.
Рис.4 Пружинный кран
Пружинные краны 11Б12бк (рис.4) также применяются только на газопроводах с низким давлением газа, они имеют условный проход 15 или 20 мм. Пробка к корпусу прижимается пружиной. Чем глубже в корпус вкручена крышка, тем сильнее пружина прижимает пробку к корпусу. На нижней поверхности крышки имеется шлиц для ее вращения. Пробка поворачивается ручкой. Если ручка расположена вдоль крана - он открыт, поперек крана - закрыт. Пружинные краны также применяют только на газопроводах низкого давления.
Сальниковый кран 11Б6бк (рис.5) состоит из корпуса и конусной пробки, которая прижимается к корпусу при затяжке гайки сальника. Шайба необходима для равномерного прижатия уплотнения сальника. Для этого использовалась пеньковая набивка, в настоящее время - фторопластовое кольцо. Сальниковые краны устанавливают на наружных и внутренних газопроводах природного газа с давлением до 1,2 МПа. Они более универсальные в сравнении с натяжными или пружинными.
Краны бытового газоиспользующего оборудования
Для управления подачей газа на плитах, проточных и емкостных водонагревателях часто применяются конусные краны. Конечно, на современных котлах устанавливаются газовые клапаны, а на варочных панелях часто присутствует сенсорное управление. Но большинство аппаратов оборудованы конусными кранами.
На газовой плите они размещаются на рампе – газопроводе плиты. Она изготавливается из стальной трубы, чаще всего условным проходом 15 мм или 10 мм. У кранов плиты прижатие пробки к корпусу обеспечивается пружиной (рис.6). Стержень крана поворачивает пробку в открытое или закрытое положение, он удерживается с помощью стопорного винта, на него одевается ручка крана. Большая часть кранов поворачивается из закрытого положения в открытое при вращении против часовой стрелки.
Рис.6 Кран газовой плиты
Кран должен фиксироваться в закрытом положении, открытие должно проводиться после выведения крана из фиксированного положения. Из всего газоиспользующего оборудования краны плиты работают в наиболее тяжелых условиях, так как они располагаются непосредственно над духовым шкафом, от которого могут нагреваться до 145 0С. Смазка должна быть тугоплавкой и обеспечивать работу в течение 3 лет. Краны горелок стола должны выдерживать 40000 циклов включено-выключено, горелок духовки (гриля) – 5000.
Ручки кранов современных плит должны иметь обозначение, которое позволяет определить одну из трех позиций крана: "закрыто", "большое пламя" или "малое пламя". При этом в режиме «малое пламя» должно обеспечиваться устойчивое горение, без проскока пламени.
Притирка конусных кранов
Рис.7 Станок для притирки кранов
У кранов без уплотнительных колец (конусных) пробка притирается к корпусу индивидуально. Поверхности предварительно обрабатывают на токарном станке, после чего притираемые поверхности очищают от пыли, грязи и насухо вытирают. Пробку покрывают притирочной пастой, вставляют в корпус и придают вращательно-возвратное движение. Пасты представляют собой смесь жировых компонентов с абразивными порошками. Для притирки кранов небольших диаметров часто используется паста ГОИ. Та самая, которой натираются бляхи армейских ремней.
Для кранов с большим условным проходом притирку проводят на станках ГАКС-3С и ГАКС-32/50С (рис.7). Их работа основана на сложном вращательно-подъемном движении притираемых пробок относительно неподвижных корпусов кранов. У станков ГАКС-50/80С и ГАКС-50/200С притираемый корпус вращается, а пробка совершает сложное возвратно-подъемное движение с колебаниями (станок ГАКС-50/80С) или вращением (станок ГАКС-50/200С).
Особенности кранов
Конусные краны имеют ряд недостатков:
- для управления требуются значительные крутящие моменты;
- уплотнительные поверхности необходимо периодически очищать от загрязнений и смазывать, иначе пробка прикипает к корпусу;
- сложность притирки пробки к корпусу, при низком качестве страдают надёжность и герметичность крана.
В настоящее время конусные краны применяются все реже. На смену приходят шаровые, о которых следующая статья.
Сравнение шаровых и конусных кранов
С начала XXI века при проектировании новых газовых сетей и реконструкции ранее построенных предпочтение отдается шаровым кранам. Они надежнее в эксплуатации. Возможно применение на условных проходах, превышающих 50 мм. Конечно, существуют конусные краны номинальным диаметром 80 или 100 мм. Но чтобы такой кран провернуть, необходим специальный болт, ввернутый в дно корпуса. Он служит для выжимания пробки, если она не поворачивается с помощью ключа при ослабленных болтах сальника.
Чтобы избежать прикипания пробки к корпусу, конусные краны надо регулярно разбирать и смазывать. В большинстве случаев, а на газопроводах высокого и среднего давления обязательно, требуется прекращение газоснабжения. А отключение и, самое главное, последующий пуск газа – это не рубильник на трансформаторной подстанции выключить и потом включить. Трудозатраты на смазку невелики. А вот последующий пуск газа с соблюдением технологической последовательности операций часто (не всегда) может занять не один день.
Рис.2 Разборка конусного крана
Кстати, в старом, отмененном ныне ОСТ 153-39.3-051-2003 «Техническая эксплуатация газораспределительных систем. Основные положения» имелась технология смазки кранов «под газом». Она допускалась в жилых домах на внутренних газопроводах низкого давления диаметром до 50 мм с применением инвентарных пробок. За неимением последних обычно использовалась тряпка, на языке бюрократии именуемая «сухой кляп». То есть разбирается кран, вынимается пробка (рис.2). В этот момент в корпус вставляется тряпка, которая прекращает выход газа. Пробка очищается и смазывается. Тряпкой изнутри очищается корпус. Она вынимается, вставляется пробка, кран собирается. При манипуляциях выходит немного газа. Сухой кляп используется на небольших кранах условным проходом 15 и 20 мм. Все, что больше - 25, 32, 40 мм, требует инвентарной пробки.
Шаровым кранам не нужна смазка. Конечно, на больших диаметрах возможны сложности с поворотом пробки. Чтобы их избежать, изготовители требуют при техническом обслуживании поворачивать пробку на 10 – 150 и возвращать в исходное положение. Периодичность – некоторые раз в полгода, некоторые раз в год.
Латунные шаровые краны
На сегодняшний день на внутридомовых сетях водо- и газоснабжения шаровые краны вытесняют конусные. Старые конусные краны еще работают, а вот новые – только шаровые. Для изготовления кранов для внутренних инженерных коммуникаций используют латунь марки CW617N по EN 12165, которая примерно соответствует российской марке ЛС59-2 по ГОСТ 15527. Меди в ней – 57-59%, олова, железа, алюминия, свинца и никеля – чуть меньше 4%, остальное – цинк. Нельзя применять краны из цинково-алюминиевого сплава (ЦАМ). В нем 96–98 % цинка, 2–3 % алюминия и до 1 % меди. Такие сплавы применяют в автомобильной промышленности (корпуса карбюраторов), но использование их для изготовления трубопроводной арматуры ограничивается дачными кранами. Через непродолжительное время такой кран может просто рассыпаться.
Рис.3 Конструкция шарового крана
Шаровые краны устанавливают при давлении природного газа до 1,2 МПа. Муфтовый кран для надземной установки (рис.3) имеет пробку в форме шара, герметичность которой обеспечивается двумя уплотнительными фторопластовыми кольцами со сферической поверхностью. В корпус на резьбе вкручивается гайка, которая обеспечивает сжатие уплотнительных колец и шаровой пробки. Шток входит в паз на пробке, при его вращении кран открывается или закрывается. Уплотнение штока осуществляется кольцами из фторопласта. Для вращения штока служит ручка, которая крепится на нем гайкой. Она фиксируется в двух положениях - открытом и закрытом. Диаметр отверстия в пробке равен внутреннему диаметру газопровода, поэтому шаровой кран создает наименьшее сопротивление потоку.
Фторопластовые кольца обеспечивают высокую герметичность всего крана. Фторопласт обладает уникальными свойствами: химически инертен и очень скользок. Он имеет коэффициент трения скольжения наименьший из доступных конструкционных материалов. Даже меньше, чем у тающего льда. Коммерческое название – тефлон. Алюминиевую посуду с таким покрытием французский инженер Грегуар запатентовал в 1954 году. Он назвал ее Tefal, из первых слогов слов Teflon и aluminium. Тот самый Tefal,, что всегда думает о нас. В Северной Америке, Бразилии, Японии продукты компании продаются под названием T-Fal.
Интересный факт: в Советском Союзе шаровые краны тоже производились, но из чугуна. Для уплотнения использовались резиновые кольца.
Стальные шаровые краны
Шаровые краны производятся не только из латуни. Другой материал – сталь. Обычно стальные краны применяют на газопроводах условным проходом 50 мм и выше, максимально – 1400 мм. Медные сплавы на такие диаметры не используют. Надо много металла, а латунь стоит дорого.
Стальные краны монтируют на наружных и внутренних газопроводах. В последние два десятилетия на наружных подземных газопроводах проектируются шаровые краны. Они же устанавливаются при реконструкции существующих сетей. Основное преимущество – им не нужен колодец для размещения в грунте.
Рис.4 Стальной кран для бесколодезной установки
Стальной шаровой кран (рис.4) для установки в грунте имеет приварные патрубки. Он состоит из сварного корпуса, в патрубки которого установлены седла с уплотнительными кольцами. Тарельчатые пружины поджимают седла к шаровой пробке. Шпиндель с уплотнительными кольцами установлен в горловине, соединен с пробкой по типу «шип-паз» и поджат для обеспечения герметичности гайкой. К горловине приварена колонна, состоящая из трубы и фланца. Муфта передает крутящий момент со штока на шпиндель через шпонку. Для защиты штока от загрязнений на фланец колонны установлен кожух, который крепится к фланцу болтами с уплотнительными кольцами.
Герметичность крана обеспечивается входным и выходным седлами, а также поджатием входного седла к пробке пружинами и перепадом давления газа на седле. Герметичность выходного седла обеспечивается прижатием пробки перепадом давления газа к выходному седлу. Корпус крана и труба, а также приварные патрубки покрываются изоляцией для защиты от коррозии.
Управление краном осуществляется входящим в комплект поставки торцевым Т – образным ключом через шестигранник штока. При закрытии крана пробку поворачивают на 900 по часовой стрелке, устанавливая проход пробки перпендикулярно к оси трубопровода, тем самым перекрывая поток газа. Открытие производят поворотом пробки против часовой стрелки.
Рис.5 Шаровой кран со стационарным редуктором
Стальные шаровые краны применяются не только на подземных газопроводах. Надземные трубопроводы ими тоже оснащают. Для условных проходов свыше 150 мм рекомендуется применение переносных или стационарных редукторов (рис.5).
Полиэтиленовые краны
Рис.6 Монтаж полиэтиленового крана
1 — полиэтиленовый кран; 2 — полиэтиленовый газопровод; 3 — муфта с закладными нагревателями;4 — опорная подушка; 5 — удлинитель; 6 — фторопластовый диск; 7 — ковер; 8 — сигнальная лента
На полиэтиленовых газопроводах применяют полиэтиленовые же краны подземной установки, изготовленные из полиэтилена марки ПЭ100. Такие краны можно устанавливать в колодце или непосредственно в грунт (рис.6). В этом случае кран оснащается удлинителем, который выводится под ковер. Сам кран приваривается к трубе сваркой встык или муфтами с закладными нагревателями. Над трубой прокладывается сигнальная лента.
Рис.7 Полиэтиленовый кран
Шаровой кран (рис.7) имеет корпус 1 из полиэтилена с патрубками 2. Внутри расположен полипропиленовый шар 3, уплотняемый кольцами 4 из NBR резины. В свою очередь они прижимаются полипропиленовыми фиксирующими кольцами 5. Шток 6 служит для вращения шара. Соединитель 7 необходим для монтажа удлиненного штока, который выводится под ковер. Кольцо подшипника 8 и кольцо адаптера 9 выполнены из NBR резины. Шаровой кран имеет опорные подшипники (цапфы), благодаря которым значительно уменьшаются крутящие моменты для управления. Для кранов условным проходом 200 мм имеется ручной редуктор, что значительно снижает момент вращения и обеспечивает плавный ход запорного органа.
Краны являются самым массовым типом запорной арматуры, устанавливаемой на газопроводах природного газа. Но на больших диаметрах на распределительных сетях ранее монтировали только задвижки. Да и сейчас от них окончательно не отказались. Конструкцию задвижек, достоинства и недостатки обсудим в следующей статье.