Шаровой кран представляет собой четвертьоборотную запорную арматуру с полым шаром, посредством поворота которого происходит регулирование потока рабочей среды в трубопроводе. Поворот крана на 90° открывает отверстие в шаре для потока рабочей среды, и наоборот, после возвращения крана в исходное положение происходит полная остановка потока.
К верхней части шара прикреплен шток, который проходит наружу через уплотнение для подключения к рукоятке или пневматическому/электрическому приводу (Рисунок 1).
Рисунок 1. Ручные, пневматические и электрические шаровые краны.
Обычно данную трубопроводную арматуры используют как запорную, но помимо открытия или остановки потока в трубопроводе шаровые краны могут также использоваться в качестве регулирующей арматуры. Так как краны имеют высокий коэффициент поворота (отношение максимального расхода к минимальному расходу), это значит, что возможна регулировка скорости потока в широком диапазоне.
Наибольшую точность регулирования расхода обеспечивает шаровой кран V-образного типа (Рисунок 2).
Рисунок 2. Шаровой кран с V-образным отверстием.
Когда идет поворот из закрытого положения, меньший конец V-образного отверстия позволяет жидкости течь с более высокой скоростью.
На Рисунке 3 показаны характеристики потока при установке различных типов шаровых кранов в зависимости от их конструкции. Как видно, соотношение между скоростью потока и углом поворота шара зависит от его конструкции. Кривая В, характеризующая работу шарового крана с V-образным отверстием, приближается к линейной кривой, но не совпадает с ней, поскольку максимальный расход растет по экспоненте по мере открытия клапана. Данная особенность шарового крана с V-образным отверстием может оказаться особенно полезной в тех системах, где скорость изменения температуры уменьшается по мере увеличения скорости потока (например, при процессах теплопередачи).
Рисунок 3. Характеристики потока при установке различных типов шаровых кранов: стандартный шаровой кран (A), шаровой кран с V-образным отверстием (B) и линейная кривая (C).
Преимущества шаровых кранов как клапанов регулирования расхода:
- Работают под высоким давлением и температурой;
- Герметично перекрывают поток в полностью закрытом состоянии;
- Имеют высокий коэффициент проходимости в полностью открытом состоянии;
- Обладают относительно меньшими размерами и массой (по сравнению с другими типами клапанов с аналогичными характеристиками);
- Доступен широкий спектр типов соединений, таких как фланец, приварка, резьба и т.д.
Недостатки шаровых кранов как клапанов регулирования расхода:
- Несмотря на свою универсальность, характеризуются плохим дросселированием, особенно при малом расходе. При небольшом открытии большая скорость потока может изнашивать детали крана;
- Как правило подходят для труб диаметром менее 2 дюймов, потому их применение для труб большего диаметра практически невозможно или экономически неэффективнои лучше использовать запорно-регулирующие клапаны.
