Шаровой кран
Уверен, что практически каждый владелец загородного дома сталкивался с проблемой выбора шарового крана. Большое их разнообразие иногда заводит в тупик даже опытных людей. Прежде всего речь идет о материале, из которого сделан шаровой кран. Вот о том, как правильно выбрать шаровой кран, мы и поговорим в этой статье.
История шаровых кранов
В настоящее время, самым качественным является латунный шаровой кран. Он практически полностью вытеснил таких морально и физически устаревших «аборигенов», как пробковые конусные краны, которые устанавливались в советское время.
Не смотря на массовое применение, пробковые конусные краны имели низкие эксплуатационные показатели: срок службы – 8 лет, а ресурс – 1500 циклов, к тому же наработка на отказ была всего 400 циклов. В реальности, их показатели были еще хуже. Пробка крана уже через несколько циклов открытия–закрытия теряла герметичность из-за абразивного воздействия нерастворимых механических примесей в жидкости. К тому же пробковый кран обладал приличным гидравлическим сопротивлением. Его коэффициент сопротивления был в пределах от 3,5 до 6,0. Из-за этого при ремонте или демонтаже старых трубопроводных систем часто встречались пробковые краны, у которых пробка просто отсутствовала.
Что касается шаровых кранов, то они в советское время тоже были, но изготавливались в чугунном корпусе и выпускались с диаметрами условного прохода свыше двух дюймов. Поэтому, когда на рынке появились более дешевые, удобные в монтаже и эксплуатации латунные шаровые краны, ситуация с качеством и долговечность службы трубопроводной арматуры кардинально изменились.
Но на ряду с латунью, некоторые производители стали использовать другие материалы, которые уступали по надежности, но выигрывали по цене. Это обстоятельство заставляет многих пользователей разобраться чем же отличается шаровой кран, сделанный из других материалов.
Шаровой кран — материал корпуса
Материал корпуса – это то, на что в первую очередь следует обратить внимание, когда выбираешь шаровой кран. 
Самыми надежными считаются шаровые краны из латуни, а не из цинково-алюминиевого сплава (ЦАМ), который часто используют некоторые производители. Цинково-алюминиевый сплав представляет собой сплав, содержащий 96–98 % цинка, 2–3 % алюминия и до 1 % меди. Этот сплав широко применяется в автомобилестроении, например, для производства корпусов карбюратора.
Использование этого материала для изготовления трубопроводной арматуры ограничивается временными дачными схемами. Если кран из сплава будет установлен в инженерной системе дома, то уже через пару лет он может выйти из строя.
Отличается шаровой кран из латуни от крана из ЦАМ по весу. Шаровой кран из сплава значительно легче, т.к. удельный вес ЦАМ составляет 6,7 г/см3, а у латуни – 8,4–8,7 г/см3. Если снять гальванопокрытие на корпусе крана, то латунь можно опознать по чуть приметной желтизне, которая через пару дней окислится до характерного цвета. Что касается цвета ЦАМ, то он серебристый и не меняется при окислении. Лучше всего покупать шаровой кран, у которого латунь видна из-под гальванопокрытия на какой-либо его части.
Состав латуней для производства шаровых кранов
Чаще всего латунные шаровые краны изготавливается методом горячей объемной штамповки. Для этой технологии наиболее оптимальной является свинцовистая латунь марки CW617N по EN 12165. Она соответствует российской марке ЛС59-2 по ГОСТ 15527. Состав латуней, применяемых в при производстве шаровых кранов показан в таблице выше.
Шаровой кран разных производителе отличается по весу. Считается, что чем тяжелее кран, тем толще у него стенки и тем он прочнее. Зная это, отдельные производители шаровых кранов идут на уловку. Они устанавливают на изделие массивную стальную рукоятку, которая увеличивают вес шарового крана. Поэтому, сравнивать вес шаровых кранов лучше при снятой рукоятке.
Сальниковый узел шарового крана
Сальниковый узел шарового крана обеспечивает его герметичность. Конструктивно сальниковый узел может иметь различные схемы.
Самым надежным считается сальниковый узел с тефлоновым сальниковым кольцом 2 высотой не менее 40 % диаметра штока, прижимной сальниковой гайкой с наружной резьбой 3 и со штоком 1, вставленным изнутри.
Стоит помнить, что шаровые краны с неремонтопригодными сальниковыми узлами при первой протечке по штоку придется заменить.
Не следует выбирать шаровой кран, у которого шток вставлен снаружи, а не изнутри корпуса. С одной стороны, это делает кран ремонтопригодным, но с другой существует опасность, что шток выбьет давлением рабочей среды, если оно высокое. При такой конструкции крана не приходится надеяться на то, что сальниковая гайка удержит шток, т.к. любое не законтренное резьбовое соединение под действием продольных сил стремится к раскручиванию. Это происходит потому, что продольная сила F на винтовой плоскости раскладывается на две взаимно перпендикулярные силы – Fp и Fn.
Сила Fn нормальна к винтовой плоскости и взаимодействует на направляющую винтовую плоскость, она задает прочность винтового соединения. Сила Fp направлена вдоль винтовой плоскости. И стремится раскрутить соединение. Помешать раскручиванию может только сила трения, но при вибрационных нагрузках сила трения существенно ослабевает. Это и приводит к самопроизвольному раскручиванию. Эта же проблема возникает и в накидных гайках обжимных фитингов, поэтому их необходимо время от времени довинчивать.
Сила, вызванная давлением рабочей среды, стремится вытолкнуть шток шарового крана из сальникового патрубка. При штоке, вставленном изнутри, выталкивающую силу воспринимает буртик штока, опирающийся на корпус крана .
Если шток вставлен снаружи, выталкивающую силу воспринимает сальниковая гайка. Вибрации и переменные температурные нагрузки приводят к самопроизвольному откручиванию сальниковой гайки, что в свою очередь ведет к появлению течи.
Если не следить за этим соединением гайка может частично раскрутиться. Если это произойдет, то при малейшем скачке давления, оставшаяся в зацеплении часть резьбы может быть смята, и шток будет выбит из крана.
Самая неудачная конструкция сальникового узла, когда опорный буртик штока смещен вверх и прижимается сальниковой гайкой. 
Здесь сальниковая гайка одновременно выполняет две функции, это ограничение хода штока и ограничение прижимного элемента для сальникового уплотнителя. Кроме возможного выбивания штока, в данной конструкции существует опасность полного заклинивания шара штоком. Это может произойти уже после нескольких довертываний сальниковой гайки.
Конструкции сальниковых узлов шаровых кранов
Шток 1 вставлен изнутри. Два одинаковых сальниковых кольца 4 из эластомера. Это самый простой и дешевый узел. Узел является не ремонтопригодным. Температурная стойкость такого шарового крана ниже, чем у кранов с тефлоновыми сальниками. В случае течи по штоку потребуется замена всего крана. Шток ослаблен кольцевыми проточками.
Шток 1 вставлен изнутри. У этого шарового крана два сальниковых кольца: нижнее 4б из FPM, а верхнее 4а из NBR. Узел так же является не ремонтопригодным. Температурная стойкость крана ниже, чем у кранов с тефлоновыми сальниками. Течь по штоку потребует замены всего крана. Шток ослаблен кольцевыми проточками.
Шток 1 крана вставлен изнутри. Сальниковая гайка 3 имеет внутреннюю резьбу, что потребовало установки антифрикционного элемента 5. Уплотнение выполнено из тефлонового сальника 2 и резинового кольца 4. Узел условно ремонтопригоден, т.к. заменить кольцо 4 нельзя. Малая высота сальника 2 не позволяет ему полноценно выполнять функции герметизации. Шток 1 имеет начальные напряжения от растяжки и ослаблен кольцевой проточкой.
Шток 1 вставлен изнутри. В роли сальниковой выступает обычная гайка 3 с внутренней резьбой. Растяжка штока потребовала установки антифрикционного элемента 5. Уплотнение выполнено из тефлонового сальника 2 и резинового кольца 4. Узел условно ремонтопригодный, т.к. заменить кольцо 4 нельзя. Малая высота сальника 2 не позволяет ему полноценно выполнять функции герметизации. Шток 1 имеет начальные напряжения от растяжки и ослаблен кольцевой проточкой.
Шток 1 вставлен изнутри. Сальниковая гайка 3 имеет внутреннюю резьбу. Растяжка штока потребовала установки антифрикционного элемента 5. Уплотнение выполнено из тефлонового сальника 2. Узел крана является ремонтопригодным. Шток 1 имеет начальные напряжения от растяжки.
Шаровой затвор крана
У большинства латунных шаровых кранов шаровой затвор представляет собой шар (на рис. А). Некоторые производители, из соображений экономии материала делают снизу затвора круговую проточку (на рис. Б). Из-за этого в нижней части крана создается отстойник, куда попадает шлам рабочей среды.
Если в шаровом кране с обычным шаром расстояние от поверхности затвора до стенки корпуса примерно одинаковое по всей поверхности, то в шаре с проточкой появляется зона малых скоростей потока, что и приводит к осаждению нерастворимых осадков.
Существуют конструкции где из шара делают квадрат, протачивая еще и его боковые стороны (на рис. В). С моей точки зрения, такая конструкция является спорной, поскольку воздействие краев боковых проточек на седельные кольца могут существенно сокращать срок службы уплотнителя.
Некоторые производители, в последнее время, стали выпускать краны со сквозным отверстием в нижней части шарового затвора (на рис. Г). Такая конструкция шарового крана должна увеличить его антибактериальную устойчивость. Возможно это и влияет на образование бактерий, но сточки зрения гидравлики, сальниковый узел при открытом кране будет испытывать гидравлические удары.
В качестве материала для седельных уплотнений большинства шаровых кранов используется тефлон (политетрафторэтилен, фторопласт, PTFE), имеющий упрощенную химическую формулу (CF2-CF2)n. Открытый в 30-е годы прошлого века, тефлон оказался скользким и термостойким материалом. Сначала тефлон применялся в военной и космической отраслях, но по мере открытия новых технологий, его стали широко внедрять и в другие отрасли.
Тефлон получаются путем спекания и полимеризации тетрафторэтиленового порошка при температуре порядка 80 °С и давлении до 100 атм. Основное влияние на физические, химические и механические характеристики этого материала оказывают добавляемые в него присадки. Прочность, твердость, пластичность, электропроводность, антифрикционность, термостойкость, химическая стойкость – этими и множеством других свойств можно варьировать, если использовать различные комбинации добавок (см табл.).
Влияние добавок на свойства тефлона
Являясь идеальным материалом для сальниковых уплотнений шаровых кранов, тефлон практически полностью вытеснил остальные материалы. Но в погоне за снижением себестоимости изделий, некоторые производители пытаются сэкономить на достаточно дорогостоящем тефлоне. При этом они делают минимальную толщину тефлоновых колец в седлах шарового крана. Такое кольцо при повышении температуры деформируется и перестает выполнять свою функцию.
Так же встречаются уплотнительные элементы из тефлона дешевых марок. Их можно отличить по зернистости и шероховатости материала. Такой тефлон служит недолго, так как выкрашивается под воздействием кромок шарового затвора.
Стоит отметить, что тефлоновые седельные кольца при сборке должны нагружаться строго определенным усилием предварительного обжатия. При этом рабочая кромка кольца деформируется, принимая сферическую форму. Из-за, шаровой кран открывается и закрывается с приложением некоторого усилия. Если кран открывается свободно, это свидетельствует либо о недостаточном усилии предварительного обжатия, либо о том, что под седельные кольца установлены демпферы из эластомера. Это снижает температурную стойкость и долговечность крана, т.к. эластомер при начальном высоком напряжении, в течение времени теряет свои эксплуатационные свойства.
Затвор шарового крана постоянно находится под воздействием потока рабочей среды, в которой могут присутствовать нерастворимые абразивные частицы.
Чтобы снизить такое воздействие, на поверхность затвора наносится гальванопокрытие из хрома. Из-за своих химических свойств, хром не может наноситься непосредственно на латунь, под ним должна присутствовать медная или никелевая подложка. Отсутствие подложки снижает срок службы крана.
В процессе гальванизации хром, из-за своей твердости, осаждается неравномерно, небольшими пятнами), между которыми находятся микротрещины. Под воздействием электролита эти микротрещины заполняются продуктами коррозии слоя подложки (медь или никель). В результате, получается монолитное, прочное покрытие. Если подложки не будет, то микротрещины останутся незаполненными, что приведет к неполноценности защитного покрытия.
В настоящее время появились шаровые краны, имеющие тефлоновое покрытие шарового затвора. Такие краны оказались совершенно не эффективными в условиях потока рабочей среды с механическими включениями.
Ответственные элементы конструкции шарового крана
Шаровой кран имеет ряд конструктивных особенностей, на которые необходимо обращать внимание при выборе этого изделия.
Эти особенности видны на продольном распиле большого полукорпуса шарового крана.
a – резьба, соединяющая два полукорпуса крана, должна иметь не менее трех ниток. Как правило, это метрическая резьба с шагом 1,25 мм;
b – длина присоединительной резьбы должна соответствовать требованиям ГОСТ 6527. Для кранов из горячепрессованной латуни допускается снижать нормативную длину резьбы на 10 %. В частности, для кранов с номинальным диаметром 1/2″ размер b должен составлять не менее 11 мм;
с – минимальная ширина буртика, ограничивающего заход присоединяемой трубы в муфтовый патрубок крана, определяется из расчета его на срез под воздействием силы, вызванной монтажным усилием ввинчивания.
Регулирование потока шаровым краном
Шаровой кран является запорной арматурой, поэтому на него распространяется действия п. 4.44 СП 41-101: «Применять запорную арматуру в качестве регулирующей не допускается». 
Многие европейские производители снимают гарантию со своих шаровых кранов, если будет известно, что ими пытались регулировать количество проходящей жидкости. Это происходит потому, что современные шаровые краны имеют достаточно тонкую стенку корпуса, которая способна выдержать заявленные в паспорте давления и температуру. Но противостоять длительному воздействию абразивных частиц дросселированного потока и кавитации, которые проявляются при попытках использовать шаровой кран в качестве регулирующего органа, стенка корпуса не может.
Крепление рукоятки шарового крана
Как ни странно, такая незначительная конструктивная особенность, как способ крепления рукоятки шарового крана, может сказаться на его долговечности и безопасной эксплуатации. На рисунке представлены наиболее распространенные конструктивные решения этого узла.
Самым надежным считается узел с самоконтрящейся гайкой (на рис. В). Крепление рукоятки обычной гайкой (на рис. Б) требует постоянного обслуживания. 
Такую гайку приходится периодически подтягивать. При слабой затяжке гайки можно сломать шток. Самым ненадежным является узел, в котором рукоятка крепится винтом (на рис. А). Внутренняя резьба в штоке со временем ослабляет. К тому же винт в условиях влажного режима эксплуатации быстро ломается, т.к. его живое сечение (по резьбе) чрезвычайно мало .
В следующей статье я расскажу о проекте дома баней из клееного бруса.
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:
