Кран

Определение

Кран (от нидерл. kraan) — тип трубопроводной арматуры, у которого запирающий или регулирующий элемент, имеющий форму тела вращения или его части, поворачивается вокруг собственной оси, произвольно расположенной по отношению к направлению потока рабочей среды.

Краны могут представлять собой запорные, регулирующие или распределительные устройства и предназначены для работы с газообразными и жидкими средами, в том числе вязкими и загрязнёнными, суспензиями, пульпами, шламами. Они используются на магистральных газопроводах и нефтепроводах, в системах городского газоснабжения, на резервуарах, котлах и в других областях.

Особенности и преимущества

Краны обладают рядом достоинств, среди которых:

• простота конструкции;
• небольшие габариты;
• малое время открывания/закрывания;
• применимость для вязких и загрязнённых сред.

У различных видов кранов есть и другие достоинства и недостатки, которые будут рассмотрены ниже.

Управляются краны вручную или с помощью механического привода: электрического, пневмо- и гидравлического. В шаровых кранах, установленных на магистральных газопроводах используются также пневмогидравлические приводы, в которых на поршень в цилиндре воздействует жидкость (масло) под давлением газа, отбираемого из трубопровода, что обеспечивает плавное и безударное срабатывание привода.

По направлению потока краны могут быть проходными, то есть направление потока не меняется, угловыми, то есть направление потока меняется на 90° и трёхходовыми, то есть иметь один входной и два выходных патрубка, что позволяет смешивать потоки сред с различными параметрами. Это свойство трёхходовых кранов используется в сантехнике в устройстве под названием смеситель.

Главные различия в конструкции кранов заключаются в форме затвора, он может быть в виде шара, конуса или цилиндра. Современным и прогрессивным представителем кранов является шаровой кран, традиционным, и в силу этого всё еще часто использующимся несмотря на существенные недостатки конструкции, — конусный кран. Цилиндрические краны имеют крайне ограниченное применение.

Устройство и принцип действия

Основными частями крана являются корпус и пробка (затвор) в виде шара, конуса или цилиндра. Для прохода среды в затворе предусмотрено сквозное отверстие. Управление краном осуществляется путём поворота пробки. При повороте на 90° осуществляется полное перекрытие хода среды, при повороте на меньшие углы — частичное, что позволяет применять кран в качестве регулирующего устройства. Существуют также трёхходовые краны, где пробка имеет дополнительные отверстия, что позволяет использовать их для перенаправления потока среды: поворотом пробки среда направляется из входного отверстия в одно из двух выходных. В промежуточном положении, в зависимости от конструкции крана, среда может направляться либо в обоих направлениях, либо полностью перекрываться.

Конструкции запорных органов

Шаровой кран

Это разновидность крана, запирающий или регулирующий элемент которого имеет сферическую форму. Подвижным элементом (затвором) таких кранов служит пробка сферической формы — шар, по оси которой выполнено сквозное круглое отверстие для прохода среды. В проходных кранах для полного закрытия или открытия прохода достаточно повернуть шар на 90°. Диаметр отверстия чаще всего соответствует внутреннему диаметру трубопровода, на который устанавливается кран, называющийся в этом случае полнопроходным. Гидравлические потери при проходе рабочей среды через полностью открытый кран весьма малы, практически такие же как при проходе среды через трубу, равную по длине корпусу крана, что в разы меньше, чем в задвижках и клапанах. Это ценное качество сделало шаровые краны основным запорным устройством на линейной части магистральных газопроводов. Однако для уменьшения габаритов и крутящих моментов, необходимых для управления арматурой, иногда применяются суженные краны. Кроме общих для кранов, шаровые имеют ряд специфических достоинств, среди которых:

• весьма малые гидравлические потери;
• высокая и надёжная герметичность;
• простая форма проточной части и отсутствие в ней застойных зон;
• удобное управление.

Сёдла в корпусе выполняются в виде колец из различных видов пластмасс (в основном фторопласта), что обеспечивает надёжную герметичность, лёгкость и плавность поворота шаровой пробки, но ограничивают применения таких кранов для сред с температурой не более 200 °C.

Шаровые краны имеют большое разнообразие исполнений, но основные их различия — в конструкциях запорных органов: с плавающим шаром (для небольших диаметров) и с шаром в опорах.

Конусный кран

Это разновидность крана, запирающий или регулирующий элемент которого имеет форму конуса.

Сквозное отверстие в пробке, которое в отличие от шаровых кранов, как правило, не круглое, а трапецевидное обеспечивает проход среды при открытии такого крана. Сёдлами является внутренняя поверхность корпуса. Таким образом, уплотнительными поверхностями запорного органа являются конические поверхности — наружная пробки и внутренняя корпуса.

В конусных кранах обеспечиваются два весьма трудносочетаемых требования — создать плотный и герметичный контакт между коническими поверхностями пары корпус—пробка и при этом обеспечить свободный плавный поворот пробки, не допуская её заклинивания и задирания уплотнительных поверхностей. Последнее требование диктует необходимость изготовления корпусов и пробок из материалов, обладающих хорошими антифрикционными качествами (латунь, бронза, чугун). Такие материалы ограничивают практическое применение конусных кранов давлением 1,6 МПа и диаметром 100 мм. Иногда конусные краны изготавливают также из углеродистой стали диаметром до 200 мм, но пробку в этих случаях делают из чугуна, либо применяют специальную систему смазки уплотнительных поверхностей.

Конусный кран весьма сложно изготовить и отрегулировать так, чтобы обеспечить какую-то стабильную величину усилия, необходимого для поворота пробки, поэтому они практически непригодны для использования с электро- или пневмоприводами и управляются вручную.

Кроме вышеперечисленных, конусные краны имеют ряд других недостатков:

• для управления конусными кранами требуются большие крутящие моменты, что приводит к необходимости установки механического редуктора даже при небольших диаметрах крана;
• уплотнительным поверхностям требуется тщательное обслуживание и смазка во избежание прикипания пробки к корпусу;
• притирка конической пробки к корпусу сложная процедура, от качества которой зависит надёжность и герметичность крана;
• неравномерный по высоте износ пробок, что приводит к снижению герметичности крана в процессе эксплуатации.

Конусные краны различаются по способу уплотнения на сальниковые и натяжные и имеют ряд специфических конструкций:

• краны со смазкой — применяются для снижения крутящих моментов при управлении кранов;
• краны с подъёмом пробки — для того же, но другим способом;
• краны с обогревом — для застывающих нефтепродуктов;
• пробно-спускные краны — для контроля наличия среды, отбор проб и пр.

Конусный кран

Шаровой кран