Шаровой кран — один из наиболее распространенных видов промышленной трубопроводной арматуры. С пневмоприводом он становится быстродействующим средством автоматизации: сжатый воздух обеспечивает поворот на 90 градусов от полного открытия до полного закрытия. Рассмотрим устройство, принцип действия, классификацию и применение.

1. Что такое шаровой кран с пневмоприводом?

Проще говоря, это сочетание пневмопривода и шарового крана. Энергия сжатого воздуха через привод и шток поворачивает шар на 90 градусов для перекрытия или регулирования потока в трубопроводе.

Запорный элемент — шар с круглым сквозным отверстием, вращающийся вокруг центральной оси корпуса. При совмещении отверстия с трубой среда проходит свободно. После поворота на 90 градусов отверстие становится поперек трубы и кран полностью закрывается. Движение простое и непосредственное.

2. Состав шарового крана с пневмоприводом

Комплектная система состоит главным образом из двух частей:

1. Шаровой кран

  • Корпус: оболочка, воспринимающая давление трубопровода; бывает цельной или составной.
  • Шар: сферический запорный элемент со сквозным отверстием, основная деталь крана.
  • Уплотнения седел: расположены по обе стороны шара и обеспечивают герметичность при закрытии. Обычно применяются PTFE (политетрафторэтилен), PPL и металлы.
  • Шток: соединяет шар с выходным валом привода и передает крутящий момент.

2. Пневмопривод

  • Корпус цилиндра: оболочка под давлением, обычно из высокопрочного алюминиевого сплава.
  • Поршни, в двухпоршневой конструкции: линейно перемещаются под действием воздуха.
  • Реечный механизм: преобразует линейное движение поршней в поворот выходного вала на 90 градусов.
  • Пружины, в исполнении одностороннего действия: обеспечивают возврат при потере воздуха.
  • Принадлежности: электромагнитный клапан для переключения пневмолинии, концевые выключатели для обратной связи, позиционер для точной настройки открытия, фильтр-регулятор для подготовки воздуха и другие устройства.

3. Принцип работы в четыре этапа

Работу можно разделить на четыре этапа:

Этап 1. Получение сигнала

Система управления подает команду. Электромагнитный клапан включается и переключает пневматическую линию, направляя воздух во входной порт привода.

Этап 2. Пневматическое перемещение

Воздух поступает в цилиндр и линейно раздвигает два поршня. Их рейки вращают центральный вал-шестерню, преобразуя линейное усилие в крутящий момент.

Этап 3. Поворот шара

Вращение вала-шестерни передается через шток шару. Шар поворачивается на 90 градусов вокруг центральной оси корпуса: отверстие переходит из продольного положения, полностью открытого, в поперечное, полностью закрытое, или наоборот.

Этап 4. Завершение открытия или закрытия

После достижения заданного положения кран открыт или закрыт. При полном совмещении отверстия с трубой сопротивление минимально. Внутренняя полость образует практически прямой проход, что объясняет малую потерю давления.

4. Основная классификация

По конструкции опоры шара:

  • Кран с плавающим шаром: давление среды прижимает шар к выходному седлу для герметизации. Простая конструкция подходит для малых и средних диаметров и низкого давления.
  • Кран с шаром на опорах: шар закреплен сверху и снизу подшипниками, а седла под давлением среды перемещаются к нему. Малый момент управления особенно удобен при больших диаметрах и высоком давлении.

По конструкции корпуса:

  • Однокорпусный кран: цельный литой или кованый корпус обеспечивает хорошую герметичность, но для ремонта требуется демонтаж всего узла.
  • Двухсоставной / трехсоставной кран: корпус собран из двух или трех частей для удобства разборки и обслуживания; подходит для регулярной очистки.

По действию привода:

  • Одностороннего действия, с пружинным возвратом: при потере воздуха пружина автоматически возвращает шар в заданное безопасное положение — нормально открытое или нормально закрытое. Подходит для задач аварийного возврата.
  • Двустороннего действия: воздух обеспечивает открытие и закрытие со стабильным моментом, что подходит для частых переключений при надежном пневмопитании.

По функции:

  • Двухпозиционный: только полное открытие или закрытие; электромагнитный клапан обеспечивает быстрое отсечение.
  • Регулирующий: позиционер точно задает открытие шара для непрерывного регулирования расхода.

5. Основные преимущества

  1. Быстрое переключение: поворот на 90 градусов переводит кран между полностью открытым ↔ полностью закрытым положениями.
  2. Минимальное сопротивление: при совпадении отверстия с диаметром трубы среда проходит почти без сопротивления и с очень малой потерей давления.
  3. Надежная герметичность: сферическая и уплотнительные поверхности обычно находятся в замкнутом контакте, что уменьшает эрозию. Мягкие уплотнения, например PTFE, могут обеспечивать нулевую утечку.
  4. Компактность: размеры меньше, чем у задвижек и проходных клапанов того же диаметра, поэтому требуется меньше монтажного пространства.
  5. Простая автоматизация: пневмопривод и электромагнитный клапан непосредственно обеспечивают дистанционное автоматическое управление.
  6. Широкое применение: вода, растворители, кислоты, природный газ и другие обычные среды. Со специальными материалами возможно применение в сложных условиях с кислородом, перекисью водорода, метаном и этиленом.

6. Типовые области применения

  • Химическая промышленность: транспортировка и отсечение кислот, щелочей, растворителей и других агрессивных сред.
  • Нефть и природный газ: быстрое перекрытие трубопроводов, систем хранения и транспортировки, устьевого оборудования.
  • Водоподготовка: двухпозиционное управление водопроводной, сточной и оборотной водой.
  • Пищевая и фармацевтическая промышленность: санитарные краны соответствуют требованиям CIP-мойки и чистоты.
  • Общепромышленное применение: линии сжатого воздуха, пара, термомасла и других вспомогательных сред.

7. Советы по подбору и эксплуатации

  1. Учитывайте среду: выбирайте материалы корпуса, шара и уплотнений по агрессивности. Для обычных условий подходят 304/316 и PTFE; для сильной коррозии рассматривайте фторполимерную футеровку.
  2. Учитывайте давление и температуру: допустимый диапазон определяется материалами уплотнений и корпуса; сверяйтесь с таблицей производителя.
  3. Учитывайте диаметр: для малых диаметров обычно выбирают плавающий шар, для больших диаметров или высокого давления — шар на опорах.
  4. Учитывайте действие привода: для аварийного возврата выбирайте одностороннее действие, для частого переключения можно выбрать двустороннее.
  5. Учитывайте качество воздуха: воздух должен быть сухим и чистым. Рекомендуется фильтр-регулятор, чтобы вода и загрязнения не повредили привод и уплотнительные поверхности арматуры.
  6. Регулярно обслуживайте: краны, долго остающиеся неподвижными, рекомендуется периодически открывать и закрывать, предотвращая прилипание или заедание шара и седел.

Простой принцип поворота на 90 градусов обеспечивает шаровым кранам с пневмоприводом важное место в автоматизации. Понимание устройства помогает правильно подбирать оборудование и быстрее находить неисправности. Развитие Индустрии 4.0, интеллектуальных позиционеров и дистанционного управления увеличит их ценность.

Чжэцзянская компания HES по производству автоматических приборов и арматуры

С 1989 года · Более трех десятилетий специализации на пневмоприводах и пневматической арматуре