Краны Кран представляет собой запорное, регулирующее или распределительное устройство. Основными деталями крана являются корпус и затвор (пробка) в виде конуса, цилиндра, шара или диска. Для прохода среды в ёатворе предусмотрены сквозное отверстие или канал различной формы, чем обеспечивается требуемая пропускная характеристика при применении крана в качестве регулирующего устройства. Управление краном (запорным) осуществляется путем поворота пробки на 90°. Наибольшее применение получили запорные краны. Они используются нд магистральных трубопроводах, транспортирующих природный газ И нефть, а также в системах городского газоснабжения, на резервуарах и котлах для определения уровня ЖИДКОСТИ, дренажа систем, взятия проб. Классификация запорных кранов приведена на схеме 2.1. Достоинства крана как запорного устройства заключаются в следующем: простота конструкции, малое гидравлическое сопротивление, небольшая высота (без учета размеров привода), возможность бесколодезной установки и установки в любом рабочем положении на трубопроводе, простая форма проточной части корпуса, отсутствие застойных зон, полнопроходимость в шаровых кранах, допускающая возможность механизированной очистки трубопровода, простое управление (поворот пробки на 90°), малое время, затрачиваемое на поворот, хорошая защита и возможность смазки уплотнительных поверхностей деталей рабочего органа, применимость для вязких или загрязненных сред, суспензий,, пульп и шламов, возможность использования в качестве запорного или регулирующего устройства. Вместе с тем краны имеют следующие недостатки: для управления кранами с большим условным диаметром прохода требуются боЛьшие крутящие моменты, необходимы тщательное обслуживание и смазка уплотнительных поверхностей конической пробки и корпуса во избежание «прикипания» пробки к корпусу, усложнена пригонка (притирка) конической пробки к корпусу, неравномерный по высоте износ конусных пробок, что в процессе их эксплуатации приводит к снижению герметичности запорного органа. Поэтому для ответственных объектов все большее применение получают шаровые краны, которые используются для трубопроводов с условным диаметром прохода Dy < 1400 мм й более при давлениях Ру < 16 МПа. На линейной части магистральных газопроводов шаровые краны являются основным запорным устройством. Они получили широкое применение и на других объектах газопроводов. Для того чтобы снизить крутящий момент, необходимый для управления конусными кранами, и износ уплотнительных. поверхностей, применяются краны со смазкой. На конусных соприкасающихся поверхностях этих кранов пробка и корпус имеют каналы, заполняемые специальной смазкой. Смазка периодически вручную или автоматически подается по каналам шпинделя, корпуса и пробки. Краны изготовляются из латуни, бронзы, серого чугуна, стали, титана, пластмасс и других материалов. Краны из латуни {Dy^< < 80 мм) применяются для сред с 2,5 МПа при Yp Схема 2.1 Классификация запорных кранов в перекрытую часть трубопровода. Натяжные краны в изготовлении дешевле сальниковых. Для управления краном вручную пробка крана обычно снабжается квадратом, на который надевается ключ или рукоятка, в некоторых случаях на пробке закрепляется рукоятка управления. Основные параметры кранов регламентированы ГОСТ 9702—77* (СТ СЭВ 4365—83). Крепление запорных проходных кранов на трубопроводе производится либо муфтами с внутренней трубной дюймовой резьбой, что обычно применяется в кранах из чугуна и цветных металлов небольшого размера, либо с помощью фланцев, которыми снабжаются краны с большим условным диаметром прохода. Стальные краны наиболее часто имеют присоединительные патрубки под Приварку к трубопроводу. Различные конструкции латунных и Чугунных пробковых кранов приведены на рис. 2.1—2.4. Конусность пробки в кранах обычно составляет от 1 : 6 до I : 7 в зависимости от материала деталей. При меньшей конусности снижается осевое усилие, требуемое для герметизации запорного органа, но при этом повышается вероятность заклинивания пробки Б корпусе. В связи с этим конусность 1:7 принимается в кранах из чугуна, бронзы и лаТуни общепромышленного назначения с Ру <: 1 МПа, т.е. для материалов, не склонных к задиранию и обладающих антифрикционными свойствами. Конусность 1 : 6 принимается для материалов, более склонных к схватыванию и образованию надиров. Проходное отверстие (окно) в конусной пробке имеет обычно трапецеидальную форму с отношением высоты к средней линии 2,5: 1. Размеры и форма окна должны обеспечивать в закрытом положении крана перекрытие уплотнительных поверхностей пробки и корпуса, достаточное для герметизации запорного органа. Направление проходного отверстия указывается риской на торце пробки (для трехходовых на торце — Г-образный знак), направлением рукоятки крана или стрелкой-указателем. Стальные краны применяются при повышенных давлениях рабочей среды (нефть, масла, природный газ). Для снижения трения в запорном органе используются конструкции с чугунной пробкой, со стальной пробкой и со смазкой я конструкции с подъемом пробки. Наиболее часто применяются краны со смаз¬кой, так как применение чугунных пробок не обеспечивает долговечности изделия, а краны с подъемом пробки имеют усложненную конструкцию. На рис. 2.5—2.7 приведены конструкции стальных конусных (пробковых) кранов со смазкой. Стальные конусныё краны со смазкой выполняются сальниковыми и натяжными. Смазка в этих кранах из центрального канала хвостовика пробки путем завинчивания выжимного болта выдавливается в кольцевую уплотнительную канавку на пробке, а затем через продольные канавки на корпусе и пробке подается в кольцевые канавки на корпусе. При закрытом положении крана запорный орган герметизируется замкнутым контуром смазки, находящимся под давлением. При открытии крана продольные канавки на корпусе и пробке разобщаются и среда не может под давлением выдавить смазку. Для предотвращения выдавливания смазки наружу давлением среды через впускное смазочное отверстие в пробке предусмотрен обратный клапан. В процессе эксплуатации необходимо периодически добавлять смазку в связи с тем, что она частично выдавливается в проходное отверстие и вымывается рабочей средой. Для снижения силы трения и создания необходимого зазора между корпусом и пробкой имеется шариковая регулируемая опора (снизу пробки). Рис. 2.4. Кран чугунный фаолитированный сальниковый фланцевый для агрессивных сред (ру == 0,4 МПа, U < <100°С) Рис. 2.6. Кран стальной со смазкой с пневмопрнводом фланцевый : для жидких и газообразных сред (р^ «* 1,6 МПа, < 100°C)
Герметизация запорного органа в кранах с большим условным диаметром прохода и при больших давлениях обеспечивается давлением рабочей среды. Чтобы обеспечить нормальную работу крана, должна быть выдержана толщина смазочного слоя. При слишком большой толщине слчя смазка может выжиматься давлением среды, при слишком малой — могут иметь место задиры металла пробки и корпуса. Установлено, например, что при рабочем давлении pD = 16 МПа слой смазки должен иметь толщину около 0,01 мм. Для обеспечения подачи густой смазки во все каналы на кранах с большим условным диаметром прохода при-меняются мультипликаторы давления. Существенным недостатком конусных кранов со смазкой является необходимость применения больших крутящих моментов для управления краном при больших давлениях рабочей средн. так как на конусной поверхности рабочего органа из-за гидравлической неуравновешенности пробки возникают большие силы трения. Фирма «Роквелл» (США) изготовляет конусные краны со смазкой (рис, 2.5, б), у которых пробка разгружена, что обеспечивает легкость управления кранам независимо от значений рабочего давления. Эти краны с Dy < 600 мм фирма рекомендует для давления < 40 МПа при от —45 до +800 "С. В пробке крана внизу и вверху предусмотрены разгрузочные отверстия,а в верхней части пробки установлена пружина, отжимающая пробку вниз. Для снижения трения и защиты от коррозии шпин-дель имеет тефлоновое покрытие. Набивка сальника состоит из смеси тефлона с графитом. Сальник имеет в нижней части отверстие для выпуска рабочей среды, чтобы обеспечить возможность заменять сальниковую набивку в процессе работы крана. Для работы при низких температурах и на абразивных средах уплот-нительные поверхности наплавляются сплавом с массовым содержанием никеля 63—79 %, хрома 10—20 % и бора 2—4 %. Для вязких и застывающих (кристаллизующихся) сред (парэг финистых мазутов, фенолов, смол) применяются краны с паровым обогревом корпуса (рис. 2.8 н 2.9). Используются краны как с конусной, так и с цилиндрической или шаровой пробкой, В этих условиях цилиндрическое сопряжение рабочего органа обеспечивает нормальную работу крана. Благодаря нагретому паром корпусу сохраняется жидкотекучееть рабочей среды и обеспечи-вается работоспособность крана на вязкой жидкости. Цилиндрические краны применяются также в энергетике для регулирования расхода воды и давления пара. Регулирование осуществляется путем поворота цилиндрической полой пробки (золотника) с окнами относительно окна в корпусе. Требуемая пропускная характеристика обеспечивается соответствующими размерами и формой окон в корпусе и пробке. Принцип работы кранов с подъемом пробки заключается в том, что при открывании и закрывании прохода предварительно производится подъем пробки на некоторую высоту, необходимую для того, чтобы уплотнительные поверхности пробки и корпуса разошлись, а.во время поворота пробки устранялись трение и износ уплотнительных поверхностей. Это осуществляется путем поворота шпинделя или, ходовой гайки. После поворота пробки на 90' она снова «садится» на свое; место. В кранах с ручным управлением эти действия выполнякртся последовательно вручную — с помощьк? шпинделя и бокового рычага, в кранах с поршневым гидроприводом или электроприводом — специальным механизмом. Основными деталями крана являются шпиндель с ходовой гайкой, вилка и ползун с роликом (рис. 2.10). Рис. 2.12. Шаровые краны: а — с Плавающим шаром для трубопроводов с малыми условными диаметрами прохода; б — с шаром на опорах и подвижными уплотнителвными кольцами для трубопроводов е большими условными диаметрами прохода
Ползун с помощью шатуна связан с кривошипом, поворачивающим ходовую гайку шпинделя. Привод перемещает ползун вдоль направляющих. Подъем пробки происходит при повороте гайки в то время, когда вилка заблокирована роликом. Затем ролик за-ходит в вилку, после чего гайка и вилка поворачиваются совместно и происходит поворот приподнятой пробки, при дальнейшем движении ролик выходит из вилки и блокирует ее положение. Двигаясь дальше, пробка опускается вниз. При движении ползуна в обратном направлении действие происходит в обратной последовательности. Управление осуществляется либо при помощи электропривода, либо с помощью поршневого гидравлического привода. Для того чтобы предотвратить сдвиг пробки в сторону при подъеме, на ней внизу предусмотрена цапфа, благодаря чему сохраняется положение оси пробки. При подъеме пробки между корпусом и пробкой могут попасть твердые частицы, которые затем будут защемлены, и запорный орган потеряет герметичность или резко снизит ее. Поэтому краны с подъемом предки не рекомендуется применять для сред, содержащих твердые частицы. Для сыпучих тел могут быть использованы краны, показанные на рис. 2.11. Шаровые к р а н ы с пробкой в виде шара со сквозным от-верстием для прохода среды (рис. 2.12, 2.13) получают широкое применение для различных условий работы. По принципу герметизации запорного органа их можно разделить на две основные разновидности: G плавающим шаром и с шаром на опорах. Применяются иногда и конструкции с плавающими уплотнительными кольцами. Сферические пробка и корпус обладают большой прочностью и жесткостью. Для кранов с малым диаметром прохода наибольшее применение получили конструкции с плавающей пробкой, в которых пробка не связана жестко со шпинделем, а может смещаться от оси шпинделя. Под действием давления среды пробка Рис. 2.13. Щаровой кран с паровым обогревом, с червячным редуктором и ручным управлением для вязких застывающих сред прижимается к уплотнительному кольцу корпуса, обеспечивая герметичное перекрытие запорного органа. . При больших условных диаметрах прохода и давлениях плавающая пробка, создает чрезмерно большие нагрузки на уплотнительные кольца, что затрудняет работу крана,. поэтому в таких условиях рекомендуются конструкции кранов с фиксирован-ной пробкой. Фиксирующая цапфа пробки может иметь подшипники качения или самосмазывающиеся подшипники скольжения," которые в последнее время получили в шаровых кранах широкое применение. Уплотнительные кольца в шаровых кранах изготовляются из резины, фторопласта или металла. Краны с малым условным диаметром прохода обычно имеют ручное управление, краны с большим диаметром прохода снабжаются пневмогидроприводом. Шаровые краны широко применяются на магистральных газопроводах, транспортирующих природный газ (рис. 2.14). Пневмо-гидроприводы позволяют автоматизировать управление кранами и создавать достаточный крутящий момент для управления, обеспечивая плавный поворот пробки. Время поворота обычно составляет от 30 с для кранов с малым условным диаметром прохода и до 120 с — для кранов с большим условным диаметром прохода. Шаровые краны а пневмогидроприводом серийно выпускаются с £)у= 404-1400 мм, рассчитанным на рр < 8 МПа и выше. Существует тенденция к расширению диапазона диаметров и давлений. Как пробковые, так и шаровые краны с большим условным диаметром прохода снабжаются обводами (байпасами) для выравнивания давления по обе стороны пробки перед открытием крана с целью уменьшить момент, необходимый для поворота пробки» и износ уплотнительных колец. На рис. 2.15 и 2.16 показаны шаровые краны из титана. Т р е Х-, ч е ты р е х- и м но го ход о в ы е краны мот гут быть пробковыми, шаровыми или дисковыми (золотниковыми) (рис. 2.17—2.19). Число ходов определяется числом присоединяемых к крану линий. Эти краны используются для переключения потока рабочей среды с одной линии на Другую (распределительные краны) и для смешения различных сред, поступающих по различным линиям, й направления смеси в общую линию (смесительные краны). Применяются также конструкции с подъемом пробки и конструкции с паровым обогревом корпуса (рис. 2.20) — в зависимости от заданных условий работы арматуры. Управление обычно производится вручную. На кранах с большим условным диаметром прохода устанавливается червячный редуктор с целью уменьшить усилие, необходимое для управления краном. Наиболее пригодным для управления краном является поршневой привод. Поэтому эти краны широко используются в различных отраслях народного хозяйства. Простота конструкции, надежность в работе, значительные усилия на штоке (моменты на шпинделе арматуры), достаточный ход являются достоинствами поршневого привода. Управление кранов электроприводом выбирается сравнительно редко в связи с тем, что для открытия или закрытия крана требуется поворот пробки лишь на 1/4 оборота при значительном крутящем моменте. Для этого требуются неполноповоротные электроприводы, состоящие из редукторной части обычного электропривода арматуры и преобразователя движения в виде кулисно-винтового механизма. Такой привод имеет сложную конструкцию, невысокий: ресурс и высокую стоимость. При эксплуатации на трубопроводах с взрыйо-и пожароопасными средами необходимо применять электроприводы во взрывозащищенном исполнении. Время открывания и закрыт вания крана при использовании электропривода больше, чем при управлении поршневым приводом. В связи с указанным электропривод для крана используется лишь тогда, когда по условиям эксплуатации требуется применять только электроэнергию, так как отсутствуют источники сжатого воздуха или нейтрального. Наличие на газопроводах компрессорных станций создает хорошие условия для применения на арматуре пневмогидроприводов. Конструкции кранов из неметаллических материалов приведены на рис. 2.21—2.25.
