Объяснение размеров шаровых кранов Полное руководство: соображения по расходу DN NPT

Подходящим размером шарового крана для любого применения является тот, который соответствует вашему трубопроводному соединению, имеет необходимый коэффициент расхода (Kv/Cv) и соответствует классу рабочего давления. Это единственное предложение суммирует весь процесс отбора. Все остальное — подробности о том, как читать таблицы данных и избегать типичных ошибок.

В гидравлических и промышленных системах высокого давления размеры шаровых кранов обычно варьируются от Ду6 до Ду100. Резьбовые соединения варьируются от 1/8 дюйма NPT до 2 дюймов NPT, а фланцевые соединения начинаются с Ду15. Если ваша линия представляет собой трубу диаметром 1/2 дюйма, вы обычно заказываете шаровой кран диаметром 1/2 дюйма, но вам также необходимо подтвердить, является ли отверстие полнопроходным или уменьшенным. Разница может изменить пропускную способность примерно на 30–40 процентов.

Практический пример подтверждает это. Установите полнопроходной шаровой клапан из нержавеющей стали диаметром 1/2 дюйма на гидравлическую линию, пропускающую 12 литров в минуту. Падение давления на клапане обычно не превышает 0,5 бар. Если на той же линии используется шаровой кран с уменьшенным проходным диаметром 1/2 дюйма и диаметром шарового отверстия 10 мм, падение давления может превысить 1,2 бар, и система потеряет производительность. В контуре насоса на 315 бар этого дополнительного падения часто бывает достаточно, чтобы потребовать насос большего размера или клапан меньшего размера.

Гидравлический шаровой кран высокого давления KHB со сварными или резьбовыми концами и дополнительным пневматическим приводом Сварные или резьбовые соединения этого клапана, а также корпус из нержавеющей стали подходят для гидравлических линий высокого давления. Его номинальное давление соответствует рассмотренным соображениям по расходу и перепаду давления, что делает его практическим выбором для контуров, где потеря давления имеет значение. Посмотреть продукт →

Стандартные размеры шаровых кранов: DN, NPT и фактический проходной диаметр.

Один и тот же размер может быть выражен несколькими способами. DN — номинальный диаметр в миллиметрах. NPT — это американский размер конической резьбы, измеряемый в дюймах. BSP — британская прямая или коническая резьба. Фактическое отверстие — это реальное отверстие внутри клапана, и именно это число имеет значение для расхода.

В следующей таблице приведены типичные обозначения полнопроходных шаровых кранов высокого давления из углеродистой и нержавеющей стали. Значения являются репрезентативными для обычных промышленных моделей и не являются универсальной гарантией.

В этой области наблюдается обычное несоответствие. Клапан с маркировкой 1/2 дюйма может иметь диаметр отверстия от 12 до 13 мм, если он полнопроходной, или от 9 до 10 мм, если он уменьшенного диаметра. Версия с уменьшенным диаметром будет соответствовать меньшей пропускной способности линии. Это не просто маленькая потеря. Фактическое проходное сечение может упасть примерно на 45 процентов при переходе от полнопроходного клапана DN15 к уменьшенному диаметру DN15.

Когда вы пишете спецификацию на гидравлическую раму или газопровод, всегда указывайте, нужен ли вам полнопроходной или уменьшенный диаметр. Если на чертеже указан только шаровой клапан диаметром 1/2 дюйма, поставщик может предложить модель с уменьшенным проходным отверстием, а группа по вводу в эксплуатацию позже сообщит о необъяснимом дефиците потока. Перед размещением заказа прочтите техническое описание и сравните таблицу отверстий.

Более подробную информацию о процессе покупки, в том числе о том, как оценить каталог поставщиков, см. здесь. Руководство покупателя шарового крана .

Выбор размера по расходу: объяснение Kv и Cv

Коэффициент расхода — единственный надежный способ подобрать шаровой кран для обеспечения его реальной производительности. Метрическая величина Kv – это расход воды в кубических метрах в час, проходящий через клапан при перепаде давления в один бар. Британское значение Cv представляет собой расход в галлонах США в минуту при перепаде давления в один фунт на квадратный дюйм. Один Cv равен 1,155 кВ.

Основная формула жидких сред: Kv = Q / sqrt(ΔP) , где Q — расход в м³/ч, а ΔP — допустимый перепад давления в бар. Для газовых сред формула усложняется и должна включать абсолютное давление и плотность газа.

Рассмотрим гидравлический коллектор, который должен пропускать 7,5 м³/ч масла. Насос может выдерживать падение давления на клапане до 0,9 бар. Требуемый Kv составляет 7,5/sqrt(0,9) = 7,5/0,949 = 7,9. Полнопроходной шаровой кран Ду20 с Kv около 16 легко удовлетворяет этому требованию. DN15 с Kv 9 также подойдет, но только в пределах нормы, а любое увеличение вязкости масла сделает клапан слишком маленьким.

Эти значения Kv рассчитаны для полнопроходного шара. Для типов с уменьшенным диаметром ожидайте, что Kv упадет примерно до 55–70 процентов от значения для полнопроходного. Точное количество всегда можно узнать из таблицы данных производителя. Стоит потратить дополнительное время, чтобы запросить его перед заказом.

Как класс давления влияет на выбранный вами размер шарового крана

Номинальное давление и размер зависят от нагрузки на шар. Шаровой кран DN25 при давлении 315 бар испытывает на шар осевую силу примерно 13 000 Н, около 1,3 метрических тонны. Эта сила должна восприниматься подшипниками штока и седлом. Это объясняет, почему клапанам высокого давления нужны более толстые штоки и более тяжелые ручки.

Крутящий момент шарового крана увеличивается с увеличением площади отверстия. Если клапану DN25 при давлении 315 бар для поворота требуется 8 Нм, то клапану DN50 при том же давлении может потребоваться около 32 Нм. На практике операторы не могут прикладывать такое большое усилие вручную, поэтому большие шаровые краны высокого давления оснащаются более длинными ручками или приводом. Не выбирайте ручной клапан DN50 для линии на 315 бар, если вы не готовы к тому, что ручка будет трудно поворачиваться.

Материал сиденья также влияет на размер. Седла из ПТФЭ распространены при температуре до 180°C и подходят для диаметров от DN6 до DN50. Сиденья из PEEK выдерживают температуру 300°C и стоят дороже. Для клапанов большого диаметра, работающих при высоком давлении, часто используется PEEK, чтобы предотвратить выдавливание седла. Если вы выбираете клапан для работы с паром или горячим маслом, материал седла так же важен, как и класс давления. Клапан высокого давления с мягким седлом не будет корректно работать в контуре с температурой 250°C, даже если его размер DN соответствует трубе.

Фланцевый шаровой кран высокого давления серии KHM с разъемным фланцем Этот фланцевый шаровой кран имеет разъемный фланец, который вращается на 360°, что упрощает выравнивание при установке. Благодаря номинальному давлению выше 31,5 МПа и полнопроходным вариантам он подходит для систем высокого давления, в которых фланцевые соединения определяют размер клапана иначе, чем резьбовые типы. Посмотреть продукт →

Типы соединений и их соответствие размерам шаровых кранов

Тип соединения является частью определения размера. Когда инженер говорит «шаровой клапан 1/2 дюйма», он обычно имеет в виду клапан с резьбой 1/2 дюйма NPT или BSP. Но фланцевый клапан одного номинального размера имеет совершенно другие физические пропорции.

Резьбовые соединения охватывают диаметры от DN6 до DN50. Они экономичны и быстро устанавливаются, но резьба не подходит для полнопроходных отверстий. Резьба 1/2 дюйма NPT имеет внешний диаметр около 20,5 мм, а номинальный размер трубы — DN15. Если измерить резьбу штангенциркулем, показание не будет 12,7 мм. Это нормально и не должно вызывать беспокойства.

Фланцевые соединения SAE появляются в мобильной гидравлике и компактной технике. В промышленности их называют разъемными фланцами. Фланцевый шаровой кран SAE DN25 использует ту же схему фланцев, что и порт диаметром 1 дюйм. Фланцевый тип обеспечивает жесткое, герметичное соединение без резьбы. Его также легче снять для обслуживания в ограниченном пространстве.

Версии пластинчатого типа, такие как KHP и PKH, крепятся болтами непосредственно к коллектору. Расстояние между портами определяется размером и серией. Они идеально подходят для компактных блоков управления, в которых несколько клапанов имеют один корпус. Поскольку корпус прикреплен к блоку, трубная резьба не требуется, что уменьшает пути утечек в коллекторах высокого давления.

Выбор шаровых кранов для конкретных применений

Линии природного газа, КПГ и СПГ работают при высоком давлении и в сухих условиях. Размер клапана должен соответствовать трубопроводу, а материал седла должен быть совместим с газом. Для заправочной станции СПГ обычно используется отверстие от DN15 до DN25, работающее при давлении 250 бар или выше. Завышение размера здесь не поможет, поскольку скорость газа в трубопроводе упадет и создаст ложные показания давления. Используйте номинальный размер и сравните Kv с ожидаемым потоком газа.

Шаровой кран высокого давления для природного газа для транспортировки и распределения Этот клапан, предназначенный для систем природного газа до PN100, имеет пожаробезопасную и антистатическую конструкцию. Его полнопроходной канал подходит для газопроводов высокого давления, где размер и совместимость седла имеют решающее значение, как обсуждалось в предыдущем разделе. Посмотреть продукт →

Гидравлические схемы разные. Расход насоса определяет скорость линии. Для напорной линии в промышленных системах типична скорость жидкости от 4 до 8 м/с. Если напорная линия диаметром 3/4 дюйма транспортирует 30 литров в минуту, скорость составит примерно 1,3 м/с, что уже ниже рекомендуемого диапазона для напорной линии. Шаровой кран для этой линии должен быть полнопроходным DN20, чтобы избежать создания местных ограничений.

Паропроводы требуют внимания к температуре и тепловому расширению. Паропровод DN40 с насыщенным паром под давлением 16 бар является нормальным размером для теплообменника мощностью 500 кВт. Используйте клапан из нержавеющей стали с седлом из PEEK и полнопроходным каналом, чтобы избежать ударов конденсата пара. Корпус клапана должен быть рассчитан как минимум на 25 бар, даже если давление в линии составляет 16 бар, поскольку закрытый шар в паропроводе может создать запертый карман давления при нагревании.

Чтобы получить более полное представление о том, почему шаровые краны высокого давления превосходят другие конструкции в тяжелых условиях эксплуатации, прочитайте эту статью на сайте Преимущества шаровых кранов высокого давления .

Распространенные ошибки при выборе шарового крана, которых следует избегать

Ошибки в выборе редко обнаруживаются до момента ввода в эксплуатацию. Пять ошибок, приведенных ниже, являются причиной подавляющего большинства отказов клапанов в промышленных системах.

• Использование клапана уменьшенного диаметра без проверки. Шаровой кран диаметром 1/2 дюйма может иметь фактический диаметр отверстия от 9 до 10 мм. Это ведет себя ближе к клапану 3/8 дюйма и уменьшит эффективную площадь потока.
• Превышение размера более чем на два номинальных размера. Клапан DN50 на линии DN15 создает мертвое пространство, увеличивает стоимость и ненужный вес. Он также удерживает жидкость между клапаном и концами трубы.
• Игнорирование материала седла при высокой температуре. ПТФЭ теряет прочность при температуре выше 180°C. Для сидений большего размера механическая нагрузка больше, а PEEK безопаснее. Мягкое сиденье выдавится и протечет.
• Выбор размера по чертежу трубы, а не по фактическому диаметру отверстия. Труба диаметром 1/2 дюйма калибра 80 имеет внутренний диаметр около 15,9 мм, а шаровой клапан диаметром 1/2 дюйма может иметь внутренний диаметр всего 12,7 мм. Клапан становится более узкой частью линии.
• Забываем крутящий момент привода. Клапан большего размера при высоком давлении требует большего крутящего момента, а привод меньшего размера не сможет управлять клапаном. В ручных системах это выглядит как ручка, которую нельзя повернуть вручную.

Часто задаваемые вопросы о размерах шарового крана

Что означает DN в размерах шаровых кранов?

DN означает номинальный диаметр в миллиметрах. Это общий стандарт для размеров труб и клапанов. Номинальный размер DN15 составляет 15 мм, но фактический диаметр полнопроходного клапана часто составляет от 12 до 13 мм из-за толщины стенки корпуса и деталей резьбы.

В чем разница между размерами резьбы NPT и BSP?

В NPT используется угол резьбы 60 градусов и конический профиль. BSP использует угол 55 градусов и доступен в параллельном или коническом исполнении. Размеры гребня и корня резьбы также различаются. Фитинги NPT и BSP не взаимозаменяемы, за исключением некоторых размеров, где трение уплотнения трубы обеспечивает временное герметичное соединение. Всегда указывайте стандарт резьбы в заказе на поставку.

Что такое Cv и чем оно отличается от Kv?

Cv — расход воды в галлонах США в минуту при перепаде давления 1 фунт на квадратный дюйм. Kv — расход воды в м³/ч при перепаде давления 1 бар. Один Cv равен 1,155 кВ. Клапан с Cv, равным 10, пропускает около 10 галлонов воды в минуту при перепаде давления в 1 фунт на квадратный дюйм, что составляет примерно 11,55 м³/ч при перепаде давления в 1 бар.

Какой шаровой кран выбрать — полнопроходной или уменьшенный?

Выбирайте полнопроходной вариант, если вам нужна такая же пропускная способность, как и у трубы. Выбирайте уменьшенный диаметр, если расход значительно ниже пропускной способности трубы и важна экономия места или веса. Клапаны с уменьшенным диаметром обычно дешевле и легче, но никогда не используйте их при работе с высокоскоростным газом, поскольку эффект Бернулли и турбулентность изнашивают седло.

Всегда ли шаровой кран большего размера означает лучшую производительность?

Нет. Клапан большего размера увеличивает мертвое пространство, увеличивает стоимость и часто увеличивает крутящий момент. Это также может вызвать большее падение давления, поскольку поток должен расширяться и сжиматься на конце клапана. Выберите размер, соответствующий линии и требованиям к потоку.

Можно ли использовать шаровой кран для дросселирования?

Шаровые краны предназначены для работы в режиме включения/выключения. Дросселирование быстро изнашивает седло и шар, поскольку высокоскоростная струя направляется на небольшую площадь мягкого седла. Используйте игольчатый клапан или клапан точной регулировки для регулирования потока и держите шаровой клапан полностью открытым или полностью закрытым.

Как измерить размер шарового крана в полевых условиях?

Для клапана с резьбой измерьте внешний диаметр наружной резьбы или внутренний диаметр внутренней резьбы. Для фланцевого клапана измерьте диаметр окружности болта и монтажную длину. Сравните эти значения с размерной таблицей производителя. Номинальный размер также указан на корпусе клапана рядом с рукояткой или на паспортной табличке.

Окончательная рекомендация по выбору размера шарового крана

Начните с соединения труб, затем проверьте коэффициент расхода. Для большинства гидравлических систем и систем подачи воды под высоким давлением полнопроходной шаровой кран из нержавеющей стали марки 304 или 316L будет хорошо работать, если температура и давление остаются в номинальных пределах. Перед заказом сообщите поставщику три цифры: расход, допустимое падение давления и тип соединения. Этих трех значений достаточно, чтобы выбрать правильный DN, правильный тип отверстия и правильный материал.

Если сомневаетесь, выбирайте полнопроходной. Дополнительные затраты невелики по сравнению с простоем, вызванным клапаном недостаточного размера. Ответственный поставщик всегда сможет предоставить вам кривую Kv для конкретного продукта. Если поставщик не может предоставить значение Kv, не полагайтесь на модель. Разница между клапаном правильного размера и предполагаемым размером часто является разницей между плавным ходом и остановкой технологической линии.