Сферични вентили – намерете производители и доставчици

Сферичните кранове се използват за прекъсване, отваряне или пренасочване на потока от течни или газообразни среди в тръбни системи.

Те са сред най-често използваните промишлени клапани и намират приложение в области като машиностроене и инсталационно инженерство, водоснабдяване, химически и технологични инсталации, както и в енергийния, хранителния и строителния сектор.
Централният компонент е перфорирана топка, монтирана в корпуса между две седалки на клапана. Чрез завъртане на топката на 90 градуса отворът ѝ се изравнява с посоката на потока или се позиционира перпендикулярно на нея. Това позволява бързо отваряне или затваряне на потока на средата с четвърт оборот.
Сферичните кранове се характеризират с компактна конструкция, надеждно затваряне и ниски загуби на дебит. Разнообразието от материали, видове съединения, уплътнителни системи и методи на задвижване позволява те да бъдат адаптирани към множество среди и експлоатационни условия.

По-долу е представен обзор на принципа на действие, конструкциите, приложенията, предимствата и ограниченията на сферичните кранове, както и най-важните критерии за избора им.

Как работят сферичните кранове

Сферичният кран се състои основно от корпус, перфорирана затваряща сфера, уплътнения на седлото, шпиндел и задвижващ механизъм.
Когато е отворен, отворът на топката е успореден на тръбопровода. Средата може да преминава през вентила. Когато топката се завърти на 90 градуса, затворената ѝ повърхност блокира пътя на потока и прекъсва потока на средата.
Топката е свързана чрез шток с ръчен лост, редуктор или задвижващ механизъм. При ръчно задействаните сферични кранове положението на лоста обикновено показва директно дали кранът е отворен или затворен:

• Ръкохватка, успоредна на тръбопровода: отворен
• Ръкохватка, перпендикулярна на тръбопровода: затворен

Сферичните кранове са предимно спирателни кранове. Стандартните конструкции са подходящи само в ограничена степен за непрекъснато регулиране на дебита. В частично отворено положение могат да възникнат високи скорости на потока, турбулентност и силно натоварване на уплътненията на седлото. Затова за приложения за регулиране се използват специално оформени регулиращи топки или регулиращи сферични кранове, проектирани за тази цел.

Видове сферични кранове

Сферичните кранове се предлагат в многобройни конструкции. Те се различават, наред с другото, по начина на закрепване на сферата, броя на потоковите пътища, вътрешния диаметър, конструкцията на корпуса и вида на задвижване.

Сферични кранове с плаваща сфера

При този често срещан вариант топката не е твърдо закрепена в корпуса.
Налягането на флуида леко притиска топката към противоположната седалка, като по този начин подпомага уплътнението.
Сферичните кранове с плаваща сфера често се използват за малки и средни номинални диаметри, както и за многобройни общи промишлени приложения.

Сферични кранове с лагерно закрепване

При сферичните кранове с шарнирно закрепване сферата се направлява механично отгоре и отдолу.
Това позволява топката да бъде стабилно позиционирана дори при високи налягания и при големи номинални диаметри.
Уплътнението се постига чрез подвижни уплътнителни седалки, които се притискат към топката.
Конструкциите с шарнирно закрепване се използват, наред с другото, в по-големи тръбопроводи, в химическата и нефтохимическата промишленост, както и в системите за доставка на нефт и газ.

Двупосочни сферични кранове

Двупосочните сферични кранове имат един вход и един изход.
Те се използват предимно за пълно отваряне или затваряне на потока на флуида.
Този тип е най-често срещаният и се използва в тръбопроводни системи, машини, комунални системи и технологични системи.

Трипътни и многопътни сферични кранове

Трипътните сферични кранове имат три връзки и се използват за разпределяне, смесване или превключване на потоците на флуидите.
В зависимост от отвора на топката се разграничават два конкретни типа:
L-отвор: свързва два от трите порта и е подходящ за превключване на потока на флуида.
T-отвор: позволява различни връзки между трите отвора в зависимост от положението на вентила и може да се използва за разпределяне или смесване.
Многопосочните сферични кранове могат да опростят по-сложните тръбни системи и да заменят няколко отделни спирателни крана.

Сферични кранове с пълен отвор

При сферичния кран с пълен отвор отворът на сферата до голяма степен съответства на вътрешния диаметър на свързаната тръба.
В резултат на това потокът на средата се ограничава само леко.
Загубата на налягане остава ниска, а при подходяща конструкция през тръбопровода могат да преминават и съоръжения за почистване или изпитване.

Сферични кранове с намален отвор

При сферичния кран с намален отвор отворът на сферата е по-малък от вътрешния диаметър на тръбата.
Тази конструкция е по-компактна и често по-икономична, но създава по-голямо съпротивление на потока.
Дали е необходим пълнопроходен или с намален отвор кран зависи от допустимата разлика в налягането, необходимия дебит и свойствата на средата.

Еднокомпонентни, двукомпонентни и трикомпонентни сферични кранове

Еднокомпонентните корпуси са компактни и икономични, но често позволяват само ограничена поддръжка.
Двукомпонентните сферични кранове се състоят от основен корпус и свързана с него секция.
Те се използват за множество стандартни промишлени приложения.
Трикомпонентните сферични кранове имат подвижна централна секция. Това позволява обслужването или подмяната на сферата и уплътненията, без да се налага пълно разглобяване на тръбните връзки.

Метални сферични кранове

Металните сферични кранове се произвеждат, например, от месинг, стомана, неръждаема стомана или специални сплави.
Моделите от месинг често се използват в сградното инженерство, водоснабдителните системи, системите за сгъстен въздух и общите комунални системи.
В зависимост от конструкцията, сферичните кранове от стомана и неръждаема стомана са подходящи за по-високи налягания, температури и по-взискателни промишлени среди.

Пластмасови сферични кранове

Пластмасовите сферични кранове се произвеждат от материали като PVC-U, PVC-C, полипропилен или PVDF.
Те са леки и могат да осигурят добра устойчивост на корозия срещу много химически среди.
Въпреки това, тяхната пригодност зависи от вида на използваната пластмаса, температурата на средата, работното налягане и химичния състав на средата.
Пластмасовите сферични кранове се предлагат както в двупосочни, така и в трипосочни конфигурации.

Сферични кранове с меко и метално седло

Сферичните кранове с меко седло използват уплътнения на седлото, изработени от пластмаси като PTFE.
При подходящи работни условия те осигуряват висока степен на херметичност и ниски въртящи моменти при работа.
Сферичните кранове с метални седалки се използват при по-високи температури, абразивни среди или особено взискателни приложения.
Въпреки това те могат да изискват по-големи работни сили и да имат различни характеристики на теч в сравнение с версиите с меки уплътнения.

Сферични кранове с ръчно, пневматично и електрическо задвижване

Сферичните кранове с ръчно задвижване се задействат чрез ръчен лост или зъбен механизъм.
Те са подходящи за приложения, при които вентилът се задейства само от време на време и е лесно достъпен.
Пневматичните задвижващи механизми позволяват бързо превключване и могат лесно да бъдат интегрирани в автоматизирани системи.
В зависимост от конструкцията на задвижващия механизъм, сферичният кран може да заеме предварително определена позиция за безопасност в случай на отказ на сгъстен въздух.
Електрическите задвижващи механизми се използват, когато няма сгъстен въздух или когато се изисква електрическо управление.
Допълнителната обратна връзка за положението, крайните изключватели и устройствата за позициониране позволяват интегрирането в системи за управление и мониторинг.

Приложения на сферичните кранове

Машиностроене и инженеринг на инсталации

В машиностроенето и производството сферичните кранове прекъсват подаването на охлаждаща течност, смазка, вода, сгъстен въздух и захранващите линии.
Компактната им конструкция и малкият ход улесняват интегрирането им в машини и системи.

Технологии за водоснабдяване и пречистване на отпадъчни води

Сферичните кранове се използват във водопречиствателни станции, дозиращи системи, разпределителни тръбопроводи и различни спомагателни вериги.
За приложения с питейна вода материалите, уплътненията и сертификатите трябва да отговарят на приложимите изисквания.

Химическа и технологична промишленост

В химическите и технологичните предприятия сферичните кранове се използват за прекъсване на подаването и разпределяне на течности и газове.
При корозивни среди може да се наложи използването на неръждаема стомана, високолегирани материали или химически устойчиви пластмаси.
Уплътнителните материали също трябва да са устойчиви на средата и температурата.

Нефтена и газова промишленост

В нефтената и газовата промишленост сферичните кранове се използват в технологични инсталации, съоръжения за съхранение, както и в тръбопроводи за транспорт и разпределение, наред с други приложения.
Големите номинални диаметри, високите налягания и повишените изисквания за безопасност могат да наложат използването на топки, монтирани на шарнирни лагери, специални уплътнителни системи и тестване, специфично за конкретното приложение.

Хранително-вкусова и фармацевтична промишленост

В хигиенните производствени зони сферичните кранове се използват в линиите за продукти, почистване и захранване.
Тук особено важно значение имат конструкциите, които се почистват лесно, подходящите повърхности, материалите, подходящи за употреба с храни, и минималните мъртви пространства.

Енергетика и инженерство на сградите

В системите за отопление, охлаждане, климатизация и захранване сферичните кранове се използват за прекъсване на подаването на вода, топлоносители и други подходящи среди.

Технология за сгъстен въздух и газове

Сферичните кранове позволяват бързо прекъсване на подаването на сгъстен въздух и подходящи технически газове.
При запалими, токсични или ултрачисти газове трябва да се вземат предвид специални конструкции и изисквания за уплътняване.

Предимства на сферичните кранове

• Бързо отваряне и затваряне: Завъртане на 90 градуса е достатъчно, за да се отвори напълно или да се прекъсне потокът на средата.
• Ниски загуби на дебит: По-специално конструкциите с пълен проход имат ниско съпротивление на потока, когато са напълно отворени.
• Добра ефективност на прекъсване: Подходящите уплътнения на топката и седлото осигуряват надеждно уплътнение срещу потока на средата.
• Компактна конструкция: В сравнение с много клапани от тип „лифт“, сферичните клапани изискват много малко пространство за монтаж.
• Проста индикация на положението: При моделите с ръчно задвижване положението на клапана често може да се определи директно по положението на лоста.
• Разнообразен избор на материали: Металните и неметалните материали позволяват използване с широк спектър от течности и газове.
• Лесна автоматизация: Сферичните кранове могат да бъдат оборудвани с пневматични или електрически ротационни задвижващи механизми.
• Ниски изисквания за поддръжка: Когато са правилно подбрани и използвани по предназначение, много сферични кранове работят надеждно в продължение на дълъг период от време.

Ограничения на сферичните кранове

• Стандартните сферични кранове са проектирани предимно за пълно отваряне и затваряне. Непрекъснатото регулиране на потока в частично отворено положение може да натовари уплътненията и повърхността на сферата.
• Твърди частици, влакна или абразивни частици могат да се натрупват между топката и седлото или да доведат до повишено износване. За такива среди трябва да се подберат подходящи конструкции, материали и уплътнителни системи.
• Когато вентилът е затворен, средата може да остане затворена в кухината на корпуса между уплътненията на седлото. Ако тази среда се нагрее, налягането може да се повиши. При такива приложения са необходими конструкции на седлото с освобождаване на налягането или други защитни мерки.
• Сферичните кранове с меки уплътнения на седлото са ограничени от температурните и наляганевите граници на използваните уплътнителни материали. Версиите с метални седла разширяват обхвата на приложенията, но могат да доведат до по-високи разходи и по-големи работни въртящи моменти.

Основни критерии за избор на сферични кранове

Среда и експлоатационни условия

Процесът на избор започва с точно описание на средата. Особено внимание трябва да се обърне на химичния състав, концентрацията, температурата и вискозитета на средата, както и на съдържанието ѝ на твърди частици, корозивността, възпламенимостта и потенциалната опасност.
Корпусът, топката, шпинделът, уплътненията на седлото и другите компоненти, които влизат в контакт със средата, трябва да са достатъчно устойчиви на въздействието ѝ.

Работно налягане и температура

Сферичният кран трябва да бъде проектиран за максималното налягане, което може да възникне, и за действителната температура на средата.
Трябва да се отбележи, че допустимото номинално налягане на много материали и уплътнения намалява с повишаването на температурата. Трябва да се вземат предвид и краткосрочните пикове на налягането и колебанията на температурата.

Номинален диаметър и площ на преминаване

Номиналният диаметър и тръбната връзка трябва да са съвместими със системата. Освен това трябва да се вземе решение дали е необходим пълен или редуциран отвор.
Пълното сечение е особено полезно, когато са необходими ниски загуби на налягане, високи дебити или незатруднено напречно сечение на тръбата. Намаленото сечение може да осигури по-компактно и икономично решение за по-малко взискателни изисквания към дебита.

Материали на корпуса и уплътненията

Изборът не трябва да се ограничава само до материала на корпуса. Топката, шпинделът, седалките на уплътненията, О-пръстените и уплътненията на корпуса също трябва да са подходящи за приложението.
PTFE често се използва като материал за уплътненията на седлата. В зависимост от средата, температурата и натоварването може да са необходими модифицирани пластмаси, еластомери или метални уплътнителни системи.

Тип на свързване

Сферичните кранове се предлагат, наред с другото, със следните видове свързване:

• вътрешна или външна резба,
• фланцово свързване,
• краища за заваряване,
• краища за заваряване в муфа,
• муфи за лепене с разтворител или за термично заваряване за пластмасови тръбни системи,
• скоби или други санитарни съединения.

Стандартът на съединението, номиналното налягане, уплътнителната система и общата дължина трябва да съответстват на съществуващата тръбна система.

Брой пътища и работна функция

За обикновено затваряне обикновено е достатъчен двупосочен сферичен кран.
При трипътните варианти преди поръчката трябва да се посочи ясно кои връзки трябва да бъдат свързани в отделните позиции на превключване и дали се изисква L-образно или Т-образно прорязване.

Задействане и автоматизация

За ръчно задействане трябва да се проверят достъпността, необходимият въртящ момент и възможността за наличие на заключващ механизъм.
За автоматизираните сферични кранове трябва да се уточнят типът на задвижването, захранващото напрежение или управляващото налягане, времето за задействане, положението при отказ, честотата на превключване и условията на околната среда.
Стандартизиран механичен интерфейс, като този, определен в ISO 5211, улеснява комбинирането на клапата и ротационния задвижващ механизъм. Различни производители предлагат сферични клапани със съответен интерфейс за пневматични и електрически задвижващи механизми.

Течове, изпитвания и стандарти

Изискваната херметичност зависи от средата, налягането и последствията от евентуална теч.
Стандартът DIN EN 1983 определя изискванията за промишлени стоманени сферични кранове с различни видове съединения. Стандартът DIN EN 12266-1 обхваща изпитвания под налягане, процедури за изпитване и критерии за приемане на метални кранове. В зависимост от отрасъла и приложението могат да се прилагат допълнителни стандарти, одобрения и изисквания за изпитване.
За опасни, запалими или екологично чувствителни среди, например, могат да се прилагат специални изисквания относно пожарната безопасност, защитата срещу експлозии, емисионното поведение или функционалната безопасност.

Поддръжка и взаимозаменяемост

За системи с високи разходи, свързани с престои, трикомпонентните или многокомпонентните сферични кранове могат да бъдат предимство, тъй като уплътненията и вътрешните компоненти се поддържат или заменят по-лесно.
Следва да се провери и следното:

• наличност на комплекти уплътнения,
• взаимозаменяемост на задвижващия механизъм,
• достъп до вентила,
• необходимите интервали за поддръжка,
• доставката на резервни части,
• дългосрочна наличност на продукта.

Производител, консултации и разходи през целия жизнен цикъл

Подходящият производител или доставчик трябва да може да предостави съвети относно избора на материали, уплътнения, номинално налягане, размер на отвора, тип на свързване и задвижващ механизъм.
Освен покупната цена, трябва да се вземат предвид разходите за монтаж, автоматизация, енергопотребление на задвижващия механизъм, поддръжка, резервни части и евентуални разходи за престой.
Технически добре проектиран сферичен кран може да се окаже по-рентабилен в дългосрочен план от евтин модел, който трябва често да се подменя поради неподходящи материали, прекомерни работни въртящи моменти или преждевременно износване на уплътненията.

Обобщение

Сферичните кранове са компактни и универсални промишлени кранове, използвани за затваряне, отваряне и пренасочване на течни или газообразни среди. Перфорирана сфера се завърта на 90 градуса, което позволява бързо и ясно разпознаваемо превключващо движение.
Различните конструкции на корпуса, сачмени лагери, канали, материали и уплътнителни системи позволяват използването им в множество промишлени и технически приложения. За автоматизирани процеси са налични пневматични и електрически задвижващи механизми, както и различни опции за обратна връзка и управление.
За да се гарантира надеждна работа, сферичните кранове трябва да бъдат внимателно подбрани в зависимост от средата, налягането, температурата, дебита, типа на свързване и честотата на превключване. Специално внимание се изисква при агресивни, абразивни, горещи или опасни среди, както и при приложения с високи изисквания към уплътнението и безопасността.

Сферичните кранове могат да бъдат закупени от различни производители и доставчици. Изчерпателна информация за производители и доставчици на сферични кранове от цял свят можете да намерите на Exportpages.