Курс лекций Трубы и арматура ФГОС3

Краны присоединяется к трубопроводу с помощью фланцев (фланцевые), с помощью резьбы (муфтовые краны с резь6ой на концах), либо сваркой

Конусные пробковые краны Кран конусный – кран, запорный или регулирующий орган которого имеет

форму конуса (ГОСТ 24856-81).

Конусные краны подразделяются на пробно-спускные и трубопроводные. Кран пробно-спускной (шифр 10) применяется, как правило, для забора рабочей жидкости из системы. Пробно-спускные краны изготавливаются

только из цветных металлов.

Кран трубопроводный (шифр 11) предназначен, в основном, для регулировки потока рабочей среды или для перекрытия участков трубопроводов.

Конусные пробковые краны имеют пробку (уплотнительные поверхности) в виде усеченного конуса (рис. 9.1), в котором имеется прямоугольное или круглое отверстие.

Рис. 1 Пробковый конусный кран

1 – сальниковая набивка, 2 – корпус, 3 – болт, 4 – крышка сальника, 5 – пробка,

Корпус крана также имеет конусную поверхность, к которой должна плотно примыкать пробка. Конусность пробки (корпуса) принимается обычно равной 1:6 или 1:7 в зависимости от антифрикционных свойств материалов.

Для обеспечения герметичности пробка должна быть смазана так, чтобы смазка заполнила микрозазоры между поверхностью пробки и корпуса. Смазка уменьшает усилие, требуемое на поворот пробки. Пробка должна быть постоянно прижата к поверхности корпуса.

Преимуществом конусных кранов является невысокая стоимость, малое гидравлическое сопротивление, простота конструкции и ревизии. Недостатком таких кранов является большое усилие, требуемое на поворот

пробки. По истечении некоторого срока работы (в зависимости от качества воды в системе) микрозазоры между поверхностью корпуса и пробки зарастают отложениями – пробка «прикипает». В этих условиях на поворот пробки требуется настолько большое усилие, что возможно поломка крана.

61

В зависимости от способа создания удельного давления между корпусом и пробкой с целью обеспечения требуемой герметичности в затворе (прижатия пробки) краны с коническим затвором можно подразделить на: сальниковые краны со смазкой и натяжные краны (с прижимом пробки).

Сальниковые краны

В сальниковых кранах между крышкой крана и верхним торцом пробки расположена сальниковая набивка, являющаяся упругим элементом, создающим постоянное усилие, прижимающее пробку к корпусу.

Чугунный проходной сальниковый кран изображен на рис. 2.

Ключ к крану

Рис. 2. Чугунный проходной сальниковый фланцевый кран:

1 – корпус; 2 – сальник; 3 – пробка; 4 – болт для выжимания пробки; 5 – нажим-

ная втулка; 6 - опорное кольцо.

Пробка его плотно сидит в коническом отверстии корпуса. Цилиндрическая часть пробки проходит сквозь сальник и заканчивается «квадратом», на который насаживается стальная (или из ковкого чугуна) рукоятка (ключ). Болт, ввернутый в дно корпуса, служит для выжимания пробки, если она не проворачивается с помощью ключа при ослабленных болтах сальника. Сальник уплотняется набивкой из просаленного льна, асбестового шнура или другого материала, стойкого к действию транспортируемой среды.

Сальниковые краны характеризуются не наличием сальника вообще, а тем, что необходимые для герметичности удельные давления на конических уплотнительных поверхностях корпуса и пробки создаются при затяжке сальника.

Усилие затяжки передается на пробку, прижимая ее к седлу Сальниковые конусные краны обеспечивают более надежную защиту от

утечки рабочей среды в атмосферу (благодаря сальнику), но имеют быстроизнашивающийся элемент – мягкую набивку. В связи с этим сальниковые краны применяют на более высокие параметры среды по сравнению с натяжными кранами (на давление 0,6…4,0МПа). Однако сальниковые конусные краны требуют более частого обслуживания (подтяжка сальника по мере износа набивки и смена набивки сальника при необходимости).

62

Натяжные краны

Натяжные краны просты по конструкции. Различаются только по способу создания удельного давления между корпусом и пробкой.

По способу создания удельного давления между корпусом и пробкой натяжные конусные краны подразделяются на краны:

•с резьбовой затяжкой (рис. 3);

•с пружиной (рис. 4).

Наиболее распространенные муфтовые краны с резьбовой затяжкой (рис. 3) с помощью гайки, расположенной на нарезанном цилиндрическом конце пробки, проходящей сквозь донышко корпуса. Их основные преимущества заключаются в простоте конструкции, в удобстве и простоте конструкции, затяжки. В кранах с резьбовой затяжкой упорная шайба садится на ось пробки и вращается вместе с ней благодаря одной или двум лыскам на пробке. При затяжке гайки шайба образует опору, в которую упирается гайка, и передает усилие затяжки на нижний торец корпуса. Преимущество кранов с затяжкой через резьбу заключается в простоте конструкции (в отсутствии такого, сравнительно сложного в изготовлении и нестабильного по свойствам элемента, как пружина), а так же в удобстве регулировки усилия затяжки. Поэтому такие краны широко применяются в быту (например, кухонные газовые краны).

Натяжной кран, в котором усилие, необходимое для уплотнения поверхностей корпуса и пробки, создается с помощью пружины приведен на рис. 9.4. Прижатие пробки может осуществляться также за счет пружины надеваемой на винт и стягиваемой гайкой. У этих кранов перед поворотом пробка отрывается от корпуса, а после поворота прижимается к нему. Такое конструктивное решение помогает решить сразу несколько задач: уменьшить крутящий момент, необходимый для поворота пробки; производить поворот при отсутствии контакта пробки с корпусом, что исключает опасность задира уплотнительных по-

63

верхностей; возможность регулировать в очень широких пределах усилие прижатия пробки к корпусу и удельное давление на уплотнительных поверхностях, не зависимо от затяжки крана

Натяжные краны более надежны, так как в них работа крана не зависит от свойств сальниковой набивки, которая со временем теряет свои упругие свойства. Применяют краны этой конструкции для условий, где обслуживание их затруднено. Натяжные краны не имеют, как правило, специальных уплотнительных устройств, предохраняющих от пропуска рабочей среды в окружающее пространство. Вследствие этого, натяжные краны применяют, главным образом, для низких рабочих давлений (до 1,0 МПа) или для сред, пропуск которых в окружающую среду не опасен.

Краны с принудительной смазкой

Для снижения возможность «прикипания» пробки применяются краны с принудительной смазкой (рис. 5).

Рис. 5. Кран с принудительной смазкой

1 – корпус; 2 – сальник; 3 – пробка; 4 – отверстие для смазки; 5 – нажимной винт; 6 – винт регулирования уровня смазки; 7 – нажимная втулка; 8 – опорное кольцо; 9 – шариковый обратный клапан.

Эти краны, в отличие от ранее рассмотренных, имеют на конических поверхностях систему канавок, заполненных смазкой. Смазка подается в канавки из центрального канала пробки, снабженного нарезкой, в которую ввинчивается нажимной винт. Центральный канал сообщается со сквозным радиальным отверстием, просверленным в теле пробки на уровне верхней канавки корпуса. При завинчивании нажимного винта смазка проходит в верхнюю кольцевую канавку пробки, а по ней в нижнюю кольцевую канавку и далее в полость под пробкой. При повороте пробки на 90 смазка равномерно распределяется по уплотняющим поверхностям пробки и корпуса. Смазка, проникая между уп-

64

лотняющими поверхностями, обеспечивает их плотность при сохранении легкого хода пробки. Если все же произойдет заедание пробки, то подвертыванием нажимного винта увеличивают давление смазки в нижней полости, вследствие чего пробка несколько приподнимается и заедание устраняется. Имеющийся в центральном канале пробки стальной шарик играет роль обратного клапана, не допускающего проникновение среды через канал наружу при удалении нажимного винта во время заполнения канала свежей смазкой. Упругая шайба, помещенная между пробкой и набивкой сальника, обеспечивает осевое перемещение пробки при нагнетании смазки нажимным винтом.

Трехходовые краны

Конусный кран позволяет легко осуществлять управление потоками через несколько патрубков. Наиболее распространены трехходовые краны. Трехходовые краны относятся к группе распределительных кранов. Кран распределительный – кран, предназначенный для распределения потока рабочей среды по определенным направлениям (ГОСТ 24856-81).

Трехходовые краны бывают двух основных типов: с L – и Т – образным проходами в пробке (табл. 1).

Таблица 1. Варианты возможных переключений кранов различных типов

В проходных кранах направление движения среды совпадает с продольной осью корпуса. В трехходовом кране (рис. 6 и рис. 7) поток среды в зависимости от положения пробки может или разветвляться одновременно в двух направлениях, или направляться в каждое из них в отдельности. Это достигается конфигурацией корпуса, имеющего не только сквозной, но и боковой канал, и наличием в пробке Т-образного прохода. На торце квадрата пробки имеется Т- образная риска, показывающая направление проходов в пробке.

65

Цилиндрические пробковые краны Кран цилиндрический – кран, запорный или регулирующий орган которо-

го имеет форму цилиндра (ГОСТ 24856-81).

Цилиндрические пробковые краны в основном применяют для регулирования, так как цилиндрическая пробка не обеспечивает достаточной герметичности крана, ибо не может быть плотно прижата к корпусу. Зато она имеет возможность перемещения в вертикальном направлении, что дает возможность регулировать свободную высоту прямоугольного отверстия в пробке. Так устроены краны двойной регулировки, применяемые в системах отопления (рис. 8).

Рис. 8. Кран регулирующий проходной с цилиндрической пробкой

66

За счет перемещения пробки по высоте осуществляется монтажная регулировка системы, а в процессе эксплуатации потребитель имеет возможность уменьшать расход теплоносителя через прибор за счет поворота пробки на 90 .

Шаровые краны Кран шаровой – кран, запорный или регулирующий орган которого имеет

сферическую форму (ГОСТ 24856-81).

Шаровые краны являются наиболее совершенными по своим эксплуатационным характеристикам. В них затвор выполнен в виде полированного шара, имеющего круглое отверстие для прохода потока. Диаметр отверстия равен внутреннему диаметру подсоединяемого трубопровода, поэтому данный кран в полностью открытом состоянии практически не создает местных сопротивлений потоку (рис. 9).

Рис. 9. Шаровой кран

1 – корпус; 2 – уплотнительное кольцо из фторопласта 4; 3 – шаровой затвор; 4 – гайка и болт сборки корпуса; 5 – сальник; 6 – рукоятка; 7 – нажимная

втулка; 8 – уплотнительная прокладка.

Шаровые краны, обладая всеми основными преимуществами конусных (простотой конструкции, прямоточностью и низким гидравлическим сопротивлением, постоянством взаимного контакта уплотнительных поверхностей) отличаются от них следующим: затвор и корпус, благодаря сферической форме, имеют меньшие габаритные размеры и массу, а также большую прочность и жесткость. При небольшом совпадении радиусов сферы затвора и уплотнительного кольца теоретический контакт между ними происходит по окружности вокруг прохода, то есть полностью окружают и герметизируют проход крана. Затвор крана не касается поверхности корпуса, что исключает возможность «прикипания». Уплотнение затвора осуществляется за счет двух фторопластовых кольцевых прокладок, устанавливаемых на заводе в момент сборки крана с усилием, превышающим предел текучести фторопласта, вследствие чего он надежно заполняет зазор между затвором и корпусом и обеспечивает высокую герметичность всего крана.

Кран имеет ручку и ограничитель поворота. Он может устанавливаться в любом рабочем положении. Стоимость шаровых кранов выше, чем конусных, так как для их изготовления требуется более высокий уровень технологии.

67

Краны для коррозионно-активных сред

Для трубопроводов предназначенных для транспортировки коррозионноактивных сред (например, соляной и серной кислоты и пр.) применяются гуммированные краны с различным покрытием (резина, пластмасса и пр.) либо изготовленные из устойчивых к коррозии материалов (керамика, фарфор и т.п.).

Гуммированный чугунный кран для перекрытия коррозионно-активных сред показан на рис. 10. Смачиваемые средой поверхности корпуса и пробки этого крана защищены слоем твердой резины, эбонита, фаолита и др. Несколько отличается от описанных выше кранов керамиковый кран, заключенный в чугунную оболочку (рис. 11).

Этот кран не имеет сальника. Нажатие, необходимое для уплотнения пробки в корпусе, осуществляется нажимным болтом, ввернутым в верхнюю скобу. Перед каждым открытием крана этот болт ослабляют, а нижний болт слегка подтягивают, что облегчает поворот хрупкой керамиковой пробки. Чугунная оболочка крана состоит из двух частей, соединенных болтами. Пространство между керамиковым корпусом и оболочкой заполняется кислотоупорным составом. Ввиду отсутствия сальника возможно просачивание среды из-под пробки наружу. Для предупреждения коррозии чугунной оболочки в заполнителе предусматриваются каналы, отводящие просачивающуюся среду в поддон, подвешиваемый под краном. Пробку поворачивают за головку, имеющуюся в верхней ее части. Вследствие хрупкости керамики применять для этой цели ка- кие-либо рычаги не разрешается. Керамиковые краны устанавливают на кислотопроводах. Из-за недостаточной герметичности применение их следует, например, в безнапорных трубопроводах.

68

Эксплуатация кранов

Кран требует затраты значительного усилия при повороте пробки, поскольку крышка оказывает давление на набивку и на пробку, плотно прижимая ее к корпусу. По этой причине стандартные краны общего назначения изготовляются с проходами до 80 мм, и лишь в особых случаях применяют краны большего диаметра.

Кран малопригоден для регулирования количества протекающей через него среды из-за неравномерности открытия щели при повороте пробки.

Кран обладает малым гидравлическим сопротивлением проходящей через него жидкости вследствие незначительного изменения скорости и формы струи при движении через открытый кран.

Кран без засорения пропускает содержащиеся в жидкости взвешенные вещества и кристаллы и сохраняет плотность при закрытии. Поверхности пробки и корпуса, плотно прилегая одна к другой, препятствуют отложению на них загрязнений.

Кран недостаточно пригоден для передачи пара и сильно нагретых жидкостей из-за возможного коробления корпуса и прикипания к нему пробки.

Вследствие быстрого открытия или закрытия крана в трубопроводе, транспортирующем жидкость с большой скоростью, может возникнуть «гидравлический удар», способный разрушить трубопровод.

Процесс восстановления плотности изношенного крана (притирки) трудоемок вследствие значительной величины уплотняющих поверхностей.

Сучетом перечисленных особенностей краны устанавливают:

•сжатого воздуха, отсасываемой паровоздушной смеси, на линиях выхлопа в атмосферу и т. д.;

•на трубопроводах, предназначенных для передачи среды при температурах

до 120 С и давлениях (избыточных) приблизительно до 1,0 МПа (лучше до 0,3…0,5 МПа) капельных жидкостей, включая жидкости, засоренные осадком и кристаллизующиеся.

•Краны не следует применять:

•на паровых линиях;

•на трубопроводах для капельных жидкостей, которые находятся под давлением, способным вызвать гидравлический удар при резком открывании и закрывании крана;

•в тех случаях, когда необходимо точно регулировать количество подаваемой по трубопроводу жидкости.

При установке на трубопровод кран снабжается ключом. Ключ на квадрате пробки располагают так, чтобы при открытом кране направление оси ключа совпадало с направлением продольной оси крана и с направлением риски на торце пробки. При таком расположении ключа он указывает на то, открыт кран или закрыт. Ключ должен плотно садиться на квадрат пробки. После установки ключа на квадрат сквозь обе детали сверлится отверстие под шплинт. Шплинтовка предупреждает произвольное соскакивание ключа, а также снятие или перестановку его относительно риски пробки. Во взрывоопасных местах во избежание вспышки от искры, которая может появиться при ударе стального или

69

чугунного ключа о пробку крана, применяют ключи бронзовые или стальные омедненные (луженые).

Распространенной неисправностью пробочного крана является неплотность между пробкой и корпусом крана вследствие износа конических поверхностей или появления на них царапин от попавших песчинок. В этом случае при закрытом кране транспортируемая среда будет перетекать из одной части трубопровода в другую: кран перестанет «держать». Эту неисправность устраняется увеличением нажатие крышки сальника на пробку крана. Если подтягивание болтов не даст благоприятного результата, должны быть приняты меры к замене крана. Неисправный кран восстанавливают проточкой и притиркой рабочих поверхностей.

Если жидкость проходит через сальник, течь устраняют равномерным подтягиванием сальниковых болтов (втулки), предварительно убедившись в том, что трубопровод освобожден от среды, или меняют набивку сальника. Для этого, ослабив гайки на сальниковых болтах, вынимают их из гнезд, удаляют крышку крана и при помощи проволочного крючка извлекают старую набивку. Пробку крана смазывают и снова ставят в гнездо. Смазку кранов производят тавотом или специальными составами. Для приготовления сальниковой набивки обычно применяют сухой асбестовый шнур, концы которого срезают наискось. Шнур укладывают в полость крана в виде отдельных колец, причем смежные кольца размещают так, чтобы места среза не совпадали. Перед укладкой поверхность кольца натирают графитом. После укладки колец крышку устанавливается на место и сальник затягивается так, чтобы для поворота пробки требовалось нормальное усилие, и не происходила утечка среды из трубопровода.

Нередко пробку крана не удается повернуть даже при затрате значительного усилия (кран «заедает»). Это случается чаще всего на редко открываемых кранах. Предупредить заедание можно, поворачивая время от времени пробку из стороны в сторону и периодически разбирая кран для смазки. Заевшую пробку крана следует попытаться освободить, поворачивая ее при ослабленном сальнике и при одновременном нажатии на пробку снизу с помощью нажимного болта, имеющегося в донышке корпуса. Освободить пробку можно также, обогревая корпус крана снаружи острым паром через шланг при одновременном поворачивании пробки и постукивании по крану. После устранения неисправности кран необходимо разобрать для его чистки и смазки пробки.

Краны всех типов, за исключением керамических, могут использоваться на горизонтальных, вертикальных или наклонных трубопроводах с пробкой в любом положении.

Керамиковые краны устанавливаются только на горизонтальных трубопроводах с пробкой в вертикальном положении (головкой вверх).

Для правильного выбора крана, обеспечения его работоспособности, надежности и долговечности целесообразно руководствоваться следующими общими рекомендациями по выбору типа крана в зависимости от условий работы:

70