Исследование новаторского царства шаровых кранов от изобретения до современного промышленного господства

Изобретение шарового крана можно считать революционным событием в арматуростроении, обеспечившим множество уникальных решений для удовлетворения современных требований к управлению потоками. Однако его уникальные преимущества проявились не сразу. На первых порах из-за отсутствия технологии обработки для производства действительно сферических шаров и ограниченного использования уплотнительных материалов, связанных с натуральным каучуком, шаровые краны не могли применяться в промышленных условиях.

В период со Второй мировой войны по 1950-е годы технологии обработки, разработанные для военных нужд, позволили использовать уникальные преимущества шаровых кранов в военных целях. Разработка синтетических материалов, таких как политетрафторэтилен (PTFE), широко известный под торговой маркой Teflon, открыла путь к промышленному применению шаровых кранов.

Сегодня шаровые краны широко используются для управления потоками жидкостей, газов и даже твердых тел. Диапазон их применения – от -450°F (-267°C) до более 1600°F (871°C), а диапазон давления – от полного вакуума до более 20 000 фунтов на квадратный дюйм.

Развитие шаровых кранов в Китае началось с двух независимых систем и прошло три основных этапа:

1. Первый этап (конец 1950-х – конец 1970-х годов): Выставка плавающего шарового крана из Японии в 1958 году привела к разработке плавающего шарового крана серии Q41 и фиксированного шарового крана серии Q47, которые были основаны на структуре фиксированного шарового крана, представленного японской компанией KTM.
2. Второй этап (начало 1980-х – конец 1990-х годов): После реформы и открытия Китай принял американскую арматуру и стандарты ASME/ANSI для проектирования, производства и тестирования арматуры. В этот период появились шаровые краны американского стандарта. Значительным событием стало создание первого китайско-иностранного совместного предприятия в 1992 году между американской компанией JAMESBURY и Шанхайским заводом клапанов. Это предприятие представило высокопроизводительные шаровые краны и высокопроизводительные поворотные затворы, основанные на принципе гибкого уплотнения под воздействием среды, что значительно повысило общий технический уровень китайской арматуры.
3. Третий этап (21 век и далее): С начала 21 века Китай достиг значительного прогресса в производстве шаровых кранов для трубопроводов большой протяженности и шаровых кранов с металлическим седлом.

Основными компонентами шарового крана являются корпус, шар, седло и шток, причем для изготовления этих компонентов используются различные материалы. Шаровой кран может иметь несколько соединений, включая фланцевые, резьбовые, сварные и пластинчатые.

Корпус: Корпус шарового крана может быть изготовлен из различных металлов, включая латунь, бронзу, алюминий, железо, углеродистую сталь, нержавеющую сталь, сплавы на основе никеля, а также реактивные металлы, такие как титан, тантал и цирконий. Пластик и полимерные материалы, включая ПВХ, полиэтилен и полипропилен, также могут использоваться как в качестве основного материала, так и в качестве подкладки. Базовая конструкция корпуса соответствует стандартам ASME.

Шар: Элементом управления потоком в шаровом кране является шар. Он воздействует на седло, чтобы предотвратить или контролировать поток через клапан. Шары могут быть изготовлены из различных материалов, включая металлы, керамику или пластик. На металлические шары могут наноситься покрытия или обрабатываться поверхность для улучшения таких свойств, как износостойкость, коррозионная стойкость или твердость.

Седло: Усовершенствование конструкции и технологии седла расширило диапазон применения шаровых кранов. Седла выполняют различные функции в зависимости от конструкции крана и материала седла. Мягкие седла, часто называемые “кассетными” или “с гибкой кромкой”, снижают крутящий момент и увеличивают срок службы. Материалы седел включают резину (например, хлоропреновый и нитрильный каучук), фторполимеры (например, PTFE, TFM, PBI и PFA), сверхвысокомолекулярный полиэтилен (UHMWPE), полиэфирэфиркетон (PEEK), Delrin и нейлон.

Шток: Шток отвечает за поворот шарового крана в открытое или закрытое положение или в промежуточное положение для регулирования потока. Материалы штока должны выдерживать давление от корпуса, шара или седла и сохранять достаточную прочность, чтобы выдерживать крутящий момент, возникающий при работе крана. Обычно для штоков используются материалы повышенной прочности и устойчивые к коррозии.

В статье также рассматривается применение шаровых кранов в различных отраслях промышленности, включая нефтехимию, водоснабжение и дренажные системы, энергетику, пищевую и фармацевтическую промышленность, системы охлаждения и кондиционирования воздуха, а также морскую технику.

Компактная конструкция, простота эксплуатации, легкость в обслуживании и универсальные характеристики делают шаровые краны доминирующей конструкцией в современной промышленности. Поскольку в промышленности все большее внимание уделяется безопасности, защите окружающей среды, повышению эффективности и снижению затрат, шаровые краны, обладающие уникальными характеристиками, играют решающую роль в обеспечении безопасного производства и эффективной работы в современной промышленности.