Инновации в области шаровой запорной и регулирующей арматуры

Преимущества и недостатки шаровой трубопроводной арматуры:

Немногие знают, что стремительно набирающая популярность в быту и промышленности шаровая трубопроводная арматура массово начала применяться в европейских странах ещё в середине XX века. Уже на тот момент она сочетала в себе ряд очевидных преимуществ:

• высокое быстродействие;
• отсутствие препятствий потоку в открытом положении;
• приемлемую герметичность;
• низкие гидравлические потери;
• возможность использования в вязкой и загрязненной среде;
• небольшую монтажную длину и высоту;
• возможность установки в любом пространственном положении.

Практика показала, что шаровые краны ко всему прочему ещё и достаточно надежны и долговечны при условии соблюдения правил их эксплуатации, и при этом не нуждаются в обслуживании. На бытовом уровне этого было вполне достаточно для того, чтобы практически полностью вытеснить применявшуюся ранее в жилищно-коммунальном хозяйстве запорную арматуру. Однако в промышленности из-за большего разнообразия сред и условий применения они пока что используются далеко не везде.

К числу основных недостатков, которые сдерживают распространение шаровых кранов в промышленности, можно отнести достаточно высокий крутящий момент, необходимый для изменения положения затвора для трубопровода большого диаметра и риск гидравлического удара при быстром открытии. Кроме того, наиболее часто используемый в качестве уплотнения фторопласт плохо выдерживает температуру свыше 150º С и давление свыше 4 МПа.

Наконец, стандартная шаровая арматура не предназначена для регулирования и должна занимать только два положения «закрыто» и «открыто». В противном случае на зеркале шара и уплотнениях образуются отложения, а седло меняет свою форму под действием потока, что негативно сказывается на герметичности. Кроме того, в промежуточном положении пропускная способность шаровых кранов стандартной конструкции нелинейна.

Однако данные проблемы постепенно решаются за счет инноваций, которые применяют современные производители трубопроводной арматуры. В частности, уже сейчас стали реальностью запорно-регулирующие шаровые краны, а также появилась возможность использования устройств этого типа для установки в потоке среды с высокой температурой и давлением.

Новые образцы шаровых кранов

Очевидно, что решение проблемы с недоступностью использования шаровой арматуры при более высоких температурах и давлениях лежит в первую очередь в области применения более стойких материалов для уплотнения. Ведущие мировые производители шаровых кранов под брендами: VEXVE, NAVAL, BROEN и др., уже предлагают образцы с уплотнениями на основе тефлона, армируемого углеродом и кремнием. Для арматуры, эксплуатируемой под значительным давлением в среде с высокой температурой также активно применяются уплотнения типа металл по металлу. В данном случае на первый план выходит соответствие геометрии размерам сопрягаемых поверхностей с целью сохранения высоких показателей герметичности. В меньшей степени подвергающиеся нагрузкам уплотнения шпинделя изготавливаются из EPDM и FPM.

Что касается использования шаровых кранов в качестве запорно-регулирующей арматуры, то ему препятствуют главным образом три причины, являющиеся следствием пребывания затвора в промежуточном положении:

• высокая вероятность каветации;
• повреждение потоком седла и затвора;
• нелинейная расходная характеристика.

В данном случае проблема решается за счет совершенствования конструкции затвора и корпуса. В частности, установка перфорированных пластин в проходном отверстии препятствует турбулизации потока за счет плавного снижения давления, при этом практически не препятствуя движению среды. Данная мера снижает вероятность каветации, а значит, не только образования повышенного шума и вибрации, но и повреждения элементов арматуры в результате этого явления. Однако проблема повреждения седла потоком частично сохраняется. С целью её исключения в корпусе крана устанавливаются сферические направляющие диски, которые предупреждают прямое воздействие на уплотнительные поверхности. Что касается нелинейности проходной характеристики в промежуточном положении затвора, то данный вопрос решается путем изменения типа отверстия в шаре. В запорно-регулирующей арматуре данного типа оно делается не цилиндрическим, а V-образным или щелевым.

В настоящее время производители продолжают работать над тем, чтобы обеспечить шаровым кранам преимущество, которым обладают клиновые задвижки и запорные клапаны – возможность регулирования усилия прижима затвора к седлу. Уже существуют прототипы шаровых кранов с расположенными под углом в 45º патрубками и дополнительным штоком, обеспечивающим возможность дополнительной фиксации шара за счет осевого смещения седла, выполненного в виде перфорированного сферического диска. Серийно такие изделия пока не производятся, однако наличие разработки указывает на то, что инженеры активно работают в направлении расширения возможностей четвертьоборотной арматуры шарового типа, так хорошо зарекомендовавшей себя во многих отраслях.