Можно ли использовать шаровые краны для воды? Полное руководство

Да, шаровые краны абсолютно можно использовать для воды. - и во многих случаях они являются предпочтительным выбором по сравнению с задвижками, проходными клапанами и дроссельными клапанами. Шаровые краны обеспечивают герметичное и надежное закрытие, обрабатывают как холодную, так и горячую воду и доступны из материалов, предназначенных для систем питьевого (питьевого) водоснабжения. От бытовой сантехники под кухонными раковинами до крупных промышленных водоочистных сооружений — шаровые краны встречаются практически на каждом уровне водной инфраструктуры.

Тем не менее, не каждый шаровой кран на полке подходит для любого применения в области водоснабжения. Выбор материала, номинальные значения давления и температуры, материал седла и тип торцевого соединения определяют, подходит ли конкретный клапан. В этом руководстве рассказывается обо всем, что вам нужно знать, чтобы правильно выбрать, подобрать размер и установить шаровые краны в водопроводных системах.

Как Шаровые краны Работа в водных системах

Шаровой клапан управляет потоком, вращая сферическую пробку (шар), в центре которой просверлено отверстие. Когда отверстие совпадает с трубой, вода течет свободно. Поворот ручки на 90 градусов перемещает твердую сторону шара в сторону потока, полностью блокируя его. Этот поворот на четверть оборота является одним из самых больших функциональных преимуществ по сравнению с задвижками, которым для открытия или закрытия требуется несколько полных оборотов.

Результатом является быстрое, положительное отключение это занимает примерно одну секунду. В чрезвычайных ситуациях (лопнувшая труба, протекающий прибор, система, которую необходимо быстро изолировать) скорость имеет большое значение. Механизм также имеет меньше движущихся частей, чем большинство других типов клапанов, что способствует длительному сроку службы и снижению частоты технического обслуживания.

Полнопроходные и шаровые краны с уменьшенным проходом

Шаровые краны выпускаются в двух основных конфигурациях проходного сечения. А полнопроходной (полнопроходной) шаровой кран имеет диаметр отверстия, равный внутреннему диаметру трубы, что означает, что он практически не создает перепада давления на клапане. Шаровой кран с уменьшенным (стандартным) отверстием имеет диаметр трубы на один размер меньше номинального диаметра трубы, что создает небольшое ограничение давления.

Для большинства случаев перекрытия воды в жилых домах подойдет клапан с уменьшенным отверстием — падение давления незначительно, когда клапан полностью открыт. Но для систем водоснабжения, где скорость потока имеет решающее значение, таких как ирригационные магистрали, линии пожаротушения или насосы для перекачки воды, настоятельно рекомендуется использовать полнопроходные шаровые краны. Потеря давления на клапане с уменьшенным портом в 2-дюймовой линии может достигать 1–3 фунтов на квадратный дюйм при типичном расходе в жилых домах, что суммируется на нескольких клапанах в системе.

Лучшие материалы для водяных шаровых кранов

Выбор материала является одним из наиболее важных решений при выборе шаровых кранов для водоснабжения. Корпус, шар, шток и седло должны быть совместимы с типом воды — будь то питьевая вода, очищенные сточные воды, деионизированная вода или морская вода. Вот разбивка наиболее часто используемых материалов:

Требования к питьевой воде, не содержащей свинец

В США Закон о снижении содержания свинца в питьевой воде (вступает в силу с января 2014 г.) требует, чтобы любой клапан, контактирующий с питьевой водой, содержал не более 0,25% опережения по средневзвешенному значению . Традиционные латунные шаровые краны могут содержать до 8% свинца, что больше недопустимо для контакта с питьевой водой. При покупке латунных шаровых кранов для питьевого водоснабжения обязательно обратите внимание на маркировку «латунь, не содержащая свинца» или «латунь LF», и проверьте сертификацию NSF/ANSI 61, которая является стандартом для компонентов систем питьевой воды.

Шаровые краны из нержавеющей стали и ПВХ не содержат свинца, что делает их простым выбором с точки зрения соответствия требованиям. При использовании за пределами США ознакомьтесь с местными правилами — Европейский Союз следует требованиям EN 12165 и Директиве о питьевой воде, которые аналогичным образом ограничивают содержание тяжелых металлов.

Материалы седел и уплотнений в сфере водоснабжения

Седла и уплотнения внутри шаровых кранов так же важны, как и материал корпуса. Седла из ПТФЭ (тефлона) являются отраслевым стандартом для применений с водой: они химически инертны, выдерживают температуры от -40°F до 400°F и обеспечивают герметичное закрытие. EPDM (мономер этилен-пропилен-диена) — еще один распространенный материал уплотнений, особенно в шаровых кранах из ПВХ, используемых для работы с водой и слабыми химическими веществами; он выдерживает температуру до 250°F и хорошо противостоит окислению воды. Уплотнения из буна-нитра (нитрил) реже встречаются в водяных клапанах, но иногда появляются; они лучше подходят для обслуживания нефти и газа.

Номинальные значения давления и температуры для применения с водой

Каждый шаровой клапан имеет рейтинг давления и температуры (P-T), и этот рейтинг должен соответствовать условиям вашей водопроводной системы или превосходить их. Игнорирование номинальных значений P-T — одна из самых распространенных и опасных ошибок при выборе клапана.

Стандартное давление в водопроводе в жилых домах в США составляет от 40 до 80 фунтов на квадратный дюйм, обычно 60 фунтов на квадратный дюйм. В муниципальных системах давление иногда достигает 100 фунтов на квадратный дюйм во время колебаний спроса. Стандартный латунный шаровой кран с номинальным давлением 600 WOG (вода, нефть, газ) обеспечивает более чем достаточный запас прочности. для жилых помещений — номинальные значения WOG для шаровых кранов указывают давление холодной обработки в фунтах на квадратный дюйм. При работе с горячей водой обратите внимание, что номинальное давление снижается с ростом температуры; клапан с номинальным давлением 600 WOG при температуре окружающей среды может иметь номинал только 150 фунтов на квадратный дюйм при 300°F.

Промышленные водные системы — градирни, линии подачи котлов, системы мойки под высоким давлением — могут превышать 300 фунтов на квадратный дюйм и работать при повышенных температурах. В таких условиях вам нужны шаровые краны с соответствующими классами ANSI (класс 150, 300, 600 и т. д.) и материалами, рассчитанными на непрерывную эксплуатацию при высоких температурах, например, корпуса из углеродистой стали или нержавеющей стали с металлическими седлами вместо ПТФЭ.

Рекомендации по гидроудару

Поскольку шаровые краны закрываются за одну четверть оборота, они могут вызвать гидравлический удар — скачок давления, возникающий при внезапном прекращении подачи воды. В трубах большого диаметра или высокоскоростных водяных системах гидравлический удар может создавать переходные давления. В 5–10 раз превышает нормальное рабочее давление , что может привести к повреждению труб, фитингов и подключенного оборудования.

Чтобы смягчить это явление, в более крупных системах водоснабжения используются медленно закрывающиеся шаровые краны с приводами или приводами, которые увеличивают время закрытия до нескольких секунд. Ограничители гидроудара, установленные рядом с клапаном, являются еще одним практичным решением для жилых помещений. Для труб диаметром 4 дюйма и больше инженеры часто используют дисковые затворы или пробковые клапаны с механизмом медленного закрытия, а не стандартные шаровые краны, специально для того, чтобы избежать этой проблемы.

Типы шаровых кранов, используемых в системах водоснабжения

Не все шаровые краны имеют одинаковую конструкцию. Существует несколько конфигураций, каждая из которых соответствует конкретным требованиям системы водоснабжения.

Двухходовые шаровые краны

Самый распространенный тип — двухходовой шаровой кран, имеющий один вход и один выход. Он используется исключительно для включения/выключения расхода воды через один участок трубы. Это стандартные запорные клапаны, которые можно найти под раковинами, за унитазами, на соединениях водонагревателей и на входах в магистраль водоснабжения.

Трехходовые шаровые краны

Трехходовой шаровой кран имеет три порта и шар с L- или T-образным отверстием. L-образный порт обеспечивает поток между двумя из трех портов в двух разных положениях переключения, что полезно для перенаправления воды из одной линии в другую. Т-порт может одновременно соединять все три порта или смешивать потоки. Трехходовые шаровые краны широко распространены в системах рециркуляции воды, гидравлических контурах отопления и системах очистки воды, где поток необходимо направлять между несколькими путями без установки нескольких отдельных клапанов.

Поплавковые шаровые краны

Поплавковые шаровые краны, обычно встречающиеся в туалетных бачках и резервуарах для хранения воды, работают автоматически в зависимости от уровня воды. Когда вода поднимается, плавающий шарик поднимает рычаг, прикрепленный к клапану, перекрывая подачу воды. Технически это разновидность шаровых кранов, но они функционируют совершенно иначе, чем четвертьоборотные клапаны с ручным управлением. Вместо стандартной конструкции со сферическим шариком в них используется резиновое седло и плунжер с поплавковым управлением.

Приводные шаровые краны для водных систем

Шаровые краны могут быть оснащены электрическими, пневматическими или гидравлическими приводами для дистанционного или автоматического управления. Шаровые краны с электроприводом широко используются в системах орошения (зональное управление), водоочистных сооружениях (автоматическое дозирование или байпасное управление), а также в системах управления зданиями. Электрический привод на 24 В или 110 В может открыть или закрыть шаровой кран всего за 5–15 секунд, при этом сигналы обратной связи подтверждают положение клапана. Эти системы становятся все более распространенными, поскольку системы управления водой в умном доме автоматизируют запорные клапаны, связанные с датчиками утечек.

Шаровые краны по сравнению с другими типами клапанов для водоснабжения

Понимание того, в чем шаровые краны превосходят альтернативы, а где они не оправдывают ожиданий, поможет вам выбрать правильный клапан для каждой функции системы водоснабжения.

Одной из областей, где шаровые краны постоянно используются неправильно, является дросселирование потока. Частичное открытие шарового крана для уменьшения расхода воды создает турбулентный высокоскоростной поток вокруг края шара, что вызывает ускоренную эрозию седла и может со временем повредить корпус клапана. Для применений, требующих точного регулирования расхода, таких как балансировка гидравлической системы отопления или контроль скорости капель орошения, подходящим выбором будет шаровой или игольчатый клапан.

Где используются шаровые краны в системах водоснабжения

Шаровые краны встречаются практически во всех сегментах водной инфраструктуры. Вот обзор конкретных приложений и того, что следует учитывать в каждом из них:

Бытовая сантехника

Главный запорный клапан воды, поступающей в дом, часто представляет собой шаровой кран, особенно в новых конструкциях. А Шаровой кран из бессвинцовой латуни диаметром ½ или ¾ дюйма. без проблем выдерживает типичное давление в жилых домах 40–80 фунтов на квадратный дюйм. Шаровые краны также устанавливаются в качестве отдельных запорных устройств под раковинами, за унитазами и на соединениях стиральных машин — в местах, которые обеспечивают быстрое и надежное закрытие в случае протечки.

В бытовых водонагревателях шаровые краны служат перекрытием подачи холодной воды (на входе), а иногда устанавливаются и на выходе горячей воды. Это позволяет изолировать водонагреватель для обслуживания или замены, не отключая воду во всем доме. Многие сантехнические нормы требуют наличия запорного клапана в пределах 18 дюймов от соединения водонагревателя.

Ирригационные и ландшафтные водные системы

Шаровые краны из ПВХ являются рабочей лошадкой бытовых и коммерческих ирригационных систем. Они выдерживают относительно низкое рабочее давление (20–60 фунтов на квадратный дюйм) в ирригационных линиях, устойчивы к воздействию ультрафиолета при использовании УФ-стабилизированных ПВХ-составов и достаточно недороги, чтобы их можно было устанавливать в каждой точке ответвления зоны без значительного увеличения стоимости системы. Для надземных ирригационных коллекторов стандартными являются шаровые краны из ПВХ диаметром ¾ или 1 дюйм.

В системах капельного орошения миниатюрные шаровые краны диаметром всего ¼ дюйма используются для перекрытия отдельных капельных линий для сезонного обслуживания или пересадки растений. Шаровые краны с приводом, управляемые таймерами орошения или интеллектуальными контроллерами, обеспечивают автоматическое переключение зон на крупных коммерческих территориях и спортивных площадках.

Системы очистки и фильтрации воды

Шаровые краны широко используются в системах фильтрации воды: осадочные фильтры для всего дома, установки обратного осмоса, умягчители воды и системы УФ-очистки — все они используют шаровые краны для изоляции во время замены фильтрующих картриджей или замены наполнителя. В типичной конфигурации на входе и выходе каждого корпуса фильтра имеется шаровой клапан, а также перепускной клапан, позволяющий воде обтекать фильтр во время его обслуживания.

В системах обратного осмоса специальный шаровой клапан перекрывает подачу питательной воды. Небольшой размер (обычно ¼ дюйма или 3/8 дюйма) и низкое рабочее давление систем обратного осмоса делают мини-шаровые краны из ПВХ или нержавеющей стали идеальными. Для установок умягчения воды стандартным является трехклапанный байпасный узел, состоящий из двух запорных шаровых кранов и одного перепускного шарового крана, позволяющий отключать умягчитель без прерывания подачи воды в здание.

Промышленные и муниципальные системы водоснабжения

В системах промышленного водоснабжения — градирнях, контурах технологической воды, системах охлажденной воды и питательной воде котлов — шаровые краны используются для изоляции оборудования, сливных и вентиляционных соединений, точек впрыска химикатов и отверстий для отбора проб. Шаровые краны из нержавеющей стали, рассчитанные на давление 1000 WOG. распространены в этих средах. Шаровые краны с цапфой (где шар поддерживается верхней и нижней цапфами, а не плавает на седлах) используются для труб большего диаметра (4 дюйма и выше) и приложений с более высоким давлением, поскольку они уменьшают рабочий крутящий момент и износ седла.

Муниципальные водоочистные сооружения широко используют шаровые краны в системах дозирования химикатов — хлора, фторида, коагулянтов — где компактный размер и надежное закрытие шарового крана подходят для химически стойких трубопроводов малого диаметра, типичных для подачи химикатов. В этих областях используются шаровые краны из ПВДФ (поливинилиденфторида) или нержавеющей стали 316 из-за агрессивной природы используемых химикатов.

Как to Size Ball Valves for Water Applications

Правильный размер гарантирует, что клапан выдерживает требуемый расход без чрезмерного падения давления и что физическое соединение соответствует размеру трубы в системе. Вот ключевые шаги:

1. Соответствуйте размеру трубы: Для большинства запорных устройств размер клапана должен соответствовать номинальному диаметру трубы. Медная линия подачи воды диаметром ¾ дюйма требует шарового крана диаметром ¾ дюйма. Избегайте увеличения или уменьшения размера клапана по отношению к трубе, если это не оправдано расчетами расхода.
2. Рассчитать требования к расходу (значение Cv): Коэффициент расхода Cv представляет собой количество галлонов воды в минуту, которое пропускает клапан при перепаде давления в 1 фунт на квадратный дюйм в полностью открытом положении. Для главного запорного устройства в жилом доме, рассчитанного на расход до 10 галлонов в минуту, шаровой кран диаметром ¾ дюйма с Cv 20–30 более чем достаточен. Для более крупных систем рассчитайте требуемый Cv следующим образом: Cv = Q × √(SG / ΔP), где Q — расход в галлонах в минуту, SG — удельный вес воды (1,0), а ΔP — допустимое падение давления в фунтах на квадратный дюйм.
3. Проверьте номинальные значения давления и температуры: Убедитесь, что номинальный показатель WOG или класс давления выбранного клапана превышает максимальное давление в системе, включая любые условия пульсации или гидравлического удара.
4. Выберите подходящее концевое соединение: Доступны резьбовые (NPT), паяные (пот), вставные (тип SharkBite), фланцевые и компрессионные концевые соединения. Подберите тип соединения к существующему материалу трубопровода и методу установки.
5. Учитывайте среду установки: Для наружной установки требуются материалы, устойчивые к ультрафиолетовому излучению, или защитные кожухи. Для подземных установок необходимы клапаны, рассчитанные на подземную эксплуатацию, с приводами с удлиненным штоком. В средах с высокой вибрацией требуются блокирующие ручки или функции блокировки для предотвращения непреднамеренного срабатывания.

Советы по установке водяных шаровых кранов

Правильная установка имеет решающее значение для производительности и срока службы клапана. Даже правильно выбранный клапан может преждевременно выйти из строя или дать течь, если его неправильно установить.

• Правильно наносите резьбовой герметик на резьбовые клапаны: Используйте ленту из ПТФЭ или смазку для труб только на наружной резьбе. Намотайте ленту из ПТФЭ по направлению резьбы (по часовой стрелке, если смотреть на поверхность резьбы) на 2–3 витка. Чрезмерная затяжка латунных клапанов с резьбой в пластиковых фитингах является распространенной причиной растрескивания — обычно достаточно затянуть вручную плюс 1–2 оборота гаечного ключа.
• Аккуратно припаяйте потовые соединения: Нагревайте равномерно вокруг фитинга, а не непосредственно на корпусе клапана. Чрезмерное тепло может повредить седла из ПТФЭ внутри клапана. Многие опытные сантехники сначала припаивают патрубки фитингов на трубу, дают им остыть, а затем подключают корпус клапана. В качестве альтернативы используйте шаровые краны с соединением нажатием (типа SharkBite), чтобы полностью избежать нагрева.
• Правильно ориентируйте ручку: Ручку следует расположить так, чтобы ее можно было повернуть на 90 градусов в обоих направлениях без препятствий со стороны соседних труб, стен или других фитингов. Оставьте не менее 3–4 дюймов свободного пространства вокруг дуги ручки.
• Поддерживайте корпус клапана в тяжелых установках: Для клапанов с трубой диаметром 2 дюйма и более или для клапанов с прикрепленными тяжелыми приводами обеспечьте независимую опору для трубы рядом с клапаном, чтобы предотвратить изгибающую нагрузку на корпус клапана и прилегающие соединения.
• Проверьте новые клапаны перед вводом их в эксплуатацию: Откройте и закройте клапан несколько раз после установки, чтобы убедиться в его свободной работе и отсутствии утечек в уплотнении или соединениях корпуса.
• Установите соединительные соединения с обеих сторон клапана. везде, где клапану может потребоваться замена в будущем. Штуцеры позволяют снять клапан, не разрезая трубу, что обеспечивает значительную экономию труда на протяжении всего срока службы системы.

Техническое обслуживание и срок службы шаровых кранов в водных системах

Шаровые краны относятся к числу типов клапанов, требующих минимального обслуживания. Качественный шаровой кран из латуни или нержавеющей стали, правильно установленный в водопроводной системе, может прослужить долго. от 20 до 50 лет практически с нулевым текущим обслуживанием. Однако определенные условия могут значительно сократить эту жизнь.

Распространенные причины выхода из строя шаровых кранов в сфере водоснабжения

• Эрозия седла из-за дросселирования: Как упоминалось ранее, частично открытые шаровые краны подвергаются ускоренному износу седла из-за турбулентного высокоскоростного потока. Клапан, который обычно работает при открытии на 25–50%, выйдет из строя за долю времени, чем клапан, который работает только полностью открытым или полностью закрытым.
• Накипь и накопление минералов: В регионах с жесткой водой вокруг шара и штока могут накапливаться отложения кальция и магния, что затрудняет работу клапана. Клапаны, которые никогда не подвергаются нагрузке, особенно подвержены этому — шар может эффективно заклинивать на месте. Кратковременное срабатывание каждого клапана (один цикл открытия-закрытия) каждые 6–12 месяцев предотвращает эту проблему.
• Децинкификация некачественной латуни: Стандартные желтые латунные сплавы могут подвергаться обесцинкованию в агрессивных водных условиях (мягкая, кислая вода или вода с высоким содержанием хлоридов), когда цинк избирательно выщелачивается из латуни, оставляя пористую структуру меди, которая со временем крошится. Для этих условий доступны латунные сплавы, устойчивые к обесцинкованию (DZR), которые требуются в некоторых европейских стандартах.
• Утечки из уплотнения штока: Набивка штока (уплотнение вокруг вращающегося штока) со временем может выйти из строя, особенно в старых клапанах. Большинство шаровых кранов имеют уплотнительную гайку, которую можно слегка затянуть (с шагом в четверть оборота), чтобы остановить незначительные утечки в штоке, не разбирая клапан. Если затягивание уплотнительной гайки не устраняет утечку, обычно клапан необходимо заменить.
• Ущерб от заморозки: Вода, попавшая внутрь шарового крана в закрытом положении, может замерзнуть и расколоть корпус клапана, если температура упадет ниже 32°F. В наружных или неотапливаемых помещениях используйте морозостойкие методы проектирования — слейте и продуйте клапаны перед зимой, изолируйте установки клапанов или определите морозостойкие клапаны, предназначенные для использования на открытом воздухе.

Когда заменять или ремонтировать

Шаровые краны, как правило, не подлежат ремонту. В отличие от задвижек или проходных клапанов, которые имеют сменные диски и уплотнения, которые легко приобрести, внутренние детали шаровых кранов (седельные кольца, шары и узлы штока) часто являются собственностью производителя и их трудно приобрести отдельно. Учитывая, что стандартный ¾-дюймовый шаровой кран из бессвинцовой латуни стоит в рознице всего 8–15 долларов и обеспечивает десятилетия надежной службы, замена почти всегда является более практичным выбором по сравнению с попыткой ремонта протекающего или заклинившего клапана.

Сертификаты и стандарты для водяных шаровых кранов

При выборе шаровых кранов для воды, особенно питьевой воды, несколько сертификационных знаков подтверждают, что клапан соответствует стандартам по охране труда и производительности:

• НФС/АНСИ 61: Основной стандарт США для компонентов систем питьевой воды. Сертификат того, что материалы, контактирующие с питьевой водой, не выделяют вредных веществ выше установленных пороговых значений. Любой шаровой кран для подачи питьевой воды должен иметь сертификат NSF 61.
• НФС/АНСИ 372: Стандарт сертификации США по содержанию свинца. Клапан, имеющий маркировку NSF 61 и NSF 372, отвечает требованиям как по воздействию на здоровье, так и по содержанию свинца для питьевого водоснабжения.
• Списки IAPMO/UPC и ICC/IPC: Многие юрисдикции требуют, чтобы сантехническая продукция была внесена в список одного из основных сантехнических кодексов США. Продукты, перечисленные в Едином кодексе сантехники (UPC) или Международном кодексе сантехники (IPC), были проверены на соответствие нормам.
• WRAS (Великобритания): Для водопроводной арматуры, используемой в системе водоснабжения Великобритании, требуется одобрение Консультативной схемы по правилам водоснабжения. Шаровые краны, одобренные WRAS, прошли испытания и подтвердили, что они не загрязняют воду или сточные воды.
• АНСИ/АСМЕ Б16.34: Стандарт размеров и температуры и давления для клапанов из стали, нержавеющей стали и легированной стали для промышленного применения. Актуально для шаровых кранов, используемых в промышленных водопроводных системах высокого давления.

При покупке шаровых кранов для любой системы водоснабжения попросите поставщика предоставить сертификационную документацию или подтвердите, что в паспорте продукта указаны применимые сертификаты. Многие недорогие импортные клапаны заявляют о наличии сертификатов, но не включены в официальный список — проверяйте списки непосредственно через онлайн-базу данных сертификации продукции NSF International на info.nsf.org, когда применение имеет решающее значение.