ШАРОВОЙ ОБРАТНЫЙ КЛАПАН

Шаровой обратный клапан — это специализированная арматура, в которой затвором служит металлический шар, перемещающийся под действием потока. В отличие от поворотных, пружинных или двухстворчатых клапанов, он не имеет осей, пружин или дисков, что делает его уникальным решением для абразивных и загрязнённых сред.

Ключевые отличия:

— Отсутствие залипающих поверхностей: шар свободно катится в корпусе, не образуя зон застоя;

— Устойчивость к абразивному износу: даже при содержании твёрдых частиц до 30% шар равномерно изнашивается, сохраняя герметичность;

— Простота конструкции: минимальное количество деталей снижает риск отказа.

По ГОСТ 33863-2016 такие клапаны относятся к подклассу «клапаны с затвором в виде шара» и применяются в следующих системах:

— Очистные сооружения (осадок, ил, шлам);

— Горнодобывающая промышленность (пульпы руды, хвостохранилища);

— Цементные и гипсовые производства;

— Тепловые сети с высоким содержанием магнетита.

Типичная ошибка — установка в чистых средах (водоснабжение, пар). Здесь шаровой клапан проигрывает по гидравлическому сопротивлению: ζ ≈ 2,0–2,5 против 0,8–1,2 у двухстворчатого. Это приводит к неоправданному росту энергозатрат на перекачку.

Мы рекомендуем использовать клапан обратный шаровый только при концентрации твёрдой фазы >5% или размере включений >1 мм. При меньших показателях целесообразнее выбрать поворотный или пружинный клапан.

Компания АГЛАНТ поставляет шаровые клапаны с Ду от 25 до 300 мм и может оказать содействие в подборе под конкретный состав среды — в том числе с учётом данных по абразивности по методике ЦНИИЧМ.

Подбор клапана шарового фланцевого начинается с анализа расчётных параметров по ГОСТ 32382-2013. Ключевые критерии:

1. Условное давление (Ру/PN): указывает номинальное давление при t ≤ +200 °C. Например, Ру16 = 1,6 МПа. Однако при t = +300 °C для стали 20 допустимо только 1,2 МПа (по ГОСТ 356-80). Игнорирование температурной зависимости — частая ошибка.

2. Условный проход (Ду/DN): должен соответствовать внутреннему диаметру трубы. Ошибка — установка клапан шаровый фланцевый Ду100 на трубу Ду100 с толщиной стенки 4,5 мм (внутр. Ø ≈91 мм). Это создаёт зону сужения, увеличивая ζ с 2,0 до 2,8 и вызывая кавитацию.

3. Скорость потока: оптимальная V = 1,0–2,0 м/с для абразивных сред. При V > 2,5 м/с износ шара возрастает в 3–4 раза.

4. Материал шара: для пульп — сталь 20 с закалкой (HRC 45–50); для химически агрессивных сред — нержавеющая сталь 12Х18Н10Т.

Типичные ошибки проектировщиков:

— Указание только «шаровой запорный клапан» без Ру и Ду — ведёт к поставке по внутренним ТУ с заниженными характеристиками;

— Отсутствие расчёта времени закрытия: при L < 5 м (расстояние до насоса) даже шаровой клапан не предотвращает гидроудар;

— Игнорирование направления потока: хотя конструкция симметрична, на корпусе всегда указана стрелка — её отсутствие при монтаже недопустимо.

Мы рекомендуем использовать правило: Ду_клапана ≥ Ду_трубы × √(Qₘₐₓ/Qₙₒₘ). Например, при Qₘₐₓ = 120 м³/ч и Qₙₒₘ = 100 м³/ч — Ду клапана ≥ Ду трубы × 1,1.

Компания АГЛАНТ поставляет клапан шаровой фланцевый с Ру от 10 до 160 и Ду от 25 до 300 мм и может помочь в проверке проектных решений — в том числе с моделированием переходных процессов в системе.

Материалы корпуса и шара шарового клапана определяют его стойкость к износу и коррозии. По ГОСТ 33863-2016 применяются:

— Корпус: сталь 20 (ГОСТ 1050), 09Г2С (ГОСТ 19281), 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632), чугун ВЧШГ (ГОСТ 7293);

— Шар: сталь 20 с закалкой (HRC 45–50), нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, карбид вольфрама (для особо абразивных сред).

Практические данные по износу:

— В пульпе с содержанием кварца 20% при V = 2 м/с: шар из стали 20 изнашивается со скоростью 0,15 мм/мес; из карбида вольфрама — 0,02 мм/мес;

— В фосфорной кислоте (10%, t = 60 °C): корпус из стали 20 — ресурс 8–12 месяцев; из 12Х18Н10Т — 7–10 лет.

Типичная ошибка — применение чугунного корпуса в системах с t < –10 °C. Чугун становится хрупким, и при гидроударе возможен разрыв корпуса.

Мы рекомендуем для абразивных сред использовать шар с твёрдостью HRC ≥ 45 и корпус из стали 09Г2С (для низких температур) или 12Х18Н10Т (для агрессивных сред).

Компания АГЛАНТ поставляет шаровые клапаны из всех указанных материалов и может помочь в подборе под конкретный состав среды — в том числе с привлечением данных по абразивности и химической совместимости.

Пакет сопроводительной документации для клапана обратного шарового фланцевого регламентирован ГОСТ 2.601, ГОСТ Р и ТР ТС 010/2011. Минимальный комплект включает:

— Паспорт изделия с указанием: Ду, Ру, тип («шаровой обратный фланцевый»), материал, стандарт (ГОСТ 33863-2016), номер партии;

— Сертификат качества по ГОСТ Р с протоколами: химический состав (ГОСТ 18895), механические свойства (ГОСТ 1497), испытания на герметичность (ГОСТ 53251);

— Акт гидравлических испытаний (давление 1,5 × Ру, выдержка 5 минут, отсутствие течи);

— Протокол твёрдости шара (при наличии закалки).

Входной контроль перед вводом в эксплуатацию:

1. Визуальный осмотр: отсутствие трещин, раковин, следов коррозии;

2. Герметичность затвора: по ГОСТ 53251 класс В (до 0,1% Ду в минуту) — стандарт; класс А — по требованию;

3. Ход шара: свободное перемещение без заеданий;

4. Маркировка: на корпусе должны быть выбиты: Ду, Ру, стрелка направления потока, год выпуска.

Типичная ошибка — монтаж без проверки чистоты внутренней полости. Остатки песка или стружки вызывают заклинивание шара уже при первом пуске.

Мы рекомендуем перед установкой продуть клапан сжатым воздухом и провести «сухую» сборку между фланцами.

Компания АГЛАНТ поставляет клапан обратный шаровой фланцевый с полным пакетом документов и может оказать содействие в организации входного контроля на объекте — в том числе с выездом специалиста.

Шаровой запорный клапан предназначен исключительно для функций «полностью открыто / полностью закрыто». Его использование в режиме дросселирования (частичное открытие) категорически не рекомендуется по следующим причинам:

1. Кавитация: при частичном открытии возникает резкое падение давления за шаром, что вызывает образование паровых пузырьков. Их коллапс разрушает поверхность шара и корпуса уже за 50–100 часов работы.

2. Вибрация: нестабильный поток вызывает колебания шара, что приводит к усталостному разрушению корпуса.

3. Износ уплотнений: в положении «50% открыто» уплотнительные кольца подвергаются максимальному абразивному воздействию.

По ГОСТ 33863-2016 шаровые клапаны не сертифицируются как регулирующие. Для дросселирования следует использовать клапаны игольчатые, односедельные или сегментные.

Типичная ошибка — применение шарового клапана для ручной регулировки расхода в лабораторных или пилотных установках. Даже кратковременное дросселирование сокращает ресурс в 5–10 раз.

Мы рекомендуем при необходимости регулирования устанавливать параллельно шаровой клапан (для отсечки) и регулирующий клапан (для управления расходом).

Компания АГЛАНТ может оказать содействие в подборе комплексного решения — включая поставку как шаровых клапанов, так и регулирующей арматуры под единый проект.