Кран кульовий для труб з поліпропілену

Полякова О. В.

Напірні трубопроводи з поліпропілену для водопроводу холодного та гарячого водопостачання та опалення користуються заслуженою популярністю та використовуються у нашій країні вже десятки років. Ці недорогі системи дуже просто монтуються, мають сталі характеристики і довготривалий термін експлуатації. Разом з трубними системами окрім фітингів з часом почали використовувати приварну пластикову арматуру – кульові крани, вентилі, фільтри, зворотні клапани тощо. Що треба знати та враховувати при експлуатації кульових кранів для поліпропіленових систем трубопроводів?

Системи поліпропіленових труб мають широкий набір фітингів, що можуть з’єднуватися з трубою поліфузійним зварюванням, та фітингів для сполучення з різьбовою арматурою – з кранами, опалювальними приладами тощо. Фітинги з різьбовими елементами мають дещо вищу ціну порівняно із суто полімерними. З часом, зважаючи на надійність, гнучкість використання та зручність монтажу, в системах поліпропіленових трубопроводів почали застосовувати арматуру, що також не має різьбових закінцівок, тобто призначена лише для безпосереднього зварювання. Були розроблені, наприклад, поліпропіленові кульові крани, що зараз широко застосовуються на всіх елементах водопроводу як холодного водопостачання, так і на трубах гарячої води та опалення.

Кульові крани – дуже надійні прилади, якщо їх експлуатувати належним чином та встановлювати в рекомендованих виробником місцях трубопроводу. Проте поліпропіленові кульові крани інколи починають протікати по штоку, див рис. 1. Їх заміна на водопроводі може мати певні труднощі – треба буде вирізати деяку ділянку труби, аби вварювати новий кран на муфти та коротуни. Тобто, надійності та довготривалій герметичності поліпропіленових кранів належить приділити неабияку увагу.

Рис. 1. Випробування мильним розчином кульового поліпропіленового крана на протікання по штоку

У процесі експлуатації поліпропіленових зварних систем з часом почали виявлятися деякі недоліки кранів, корпус яких виготовлений з поліпропілену. Головним чином це проявляється у підтіканні по штоку, що пояснюється експлуатаційними, технологічними та конструктивними особливостями (див. рис. 2).

Рис. 2. Типова конструкція кульового крану з поліпропілену

Кульовий затвор із латуні звичайного поліпропіленового крана (поз. 2, рис. 2) зі штоком (поз. 4, рис. 2) та сідельними кільцями (поз. 3, рис. 2) із PTFE (тефлону) розміщується у складаній нейлоновій обоймі (поз. 5, рис. 2) з двох половин. На шток заздалегідь надягаються еластомерні сальникові кільця (поз. 6, рис. 2), що зазвичай виготовляються із NBR, EPDM чи FPM («вітону»). Обойма разом з механізмом затвора попередньо фіксується у прес-формі термопластавтомата, який впорскує в неї розплавлений матеріал корпусу крана (поліпропілен). Така технологія потребує суворого дотримання температурного режиму та реологічних властивостей пластику.

Причин розгерметизації та відтак втрати кранами з поліпропіленовим корпусом своїх функціональних властивостей є декілька.

Експлуатаційні причини протікання в основному пояснюються тим, що в конструкції використовуються матеріали з різним коефіцієнтом температурного розширення, тобто при встановленні крана на гарячу лінію (водопровідну чи опалювальну) разом із зміною температури змінюються і робочі зазори та ступінь натискання ущільнювачів. Окрім того, всі полімерні матеріали мають таку характеристику, як час релаксації. Згодом під навантаженням (від тиску чи температурних розширень) пластикові елементи «течуть», тобто змінюють свої розміри. Від цього змінюється і ступінь ущільнення – з’являються внутрішні перетоки та витік назовні.

Загроза підтікання може посилюватися, якщо транспортована рідина має абразивні частки чи солі жорсткості, що можуть випадати в осад у гарячій воді. Те саме стосується контактного тиску в зоні розміщення сальникових кілець (поз. 6, рис. 2), що ущільнюють від протікань по штоку.

Технологічні причини пов’язані з недостатнім дотриманням встановленої температури розплавів пластику при виготовленні кранів методом лиття під тиском. Щонайменша зміна температури під час заливання пластику у форму призводить до непередбачуваної деформації наперед встановленої у форму обойми (поз. 5, рис. 2), або навіть до її розплавлення. Відтак ущільнення сідельних кілець під дією експлуатаційного тиску та/або властивих температурних деформацій може виявитися недостатнім та ненадійним.

Конструктивні причини недостатньої та негарантованої надійності кульових кранів з поліпропіленовим корпусом можна побачити на рис. 2. Звичайна конструкція допускає витискання та розгерметизацію штока знизу під дією тиску, якщо ступінь ущільнення зовнішньої поверхні кульового затвора (поз. 2, рис. 2) сідельними кільцями (поз. 3, рис. 2) став недостатнім, що може несподівано виявитися будь-коли під час експлуатації.

Також суттєвим недоліком звичайної конструкції (рис. 2) є те, що обойма виготовляється із набагато м’якшого матеріалу із значно меншою контактною стійкістю (поліпропілен чи нейлон) порівняно із штоком (латунь). При експлуатації відбуваються повороти штока для закривання та відкривання затвора крана, коли через шток на обойму передається окрім поворотного ще й деякий згинальний момент. Отже пластикова обойма може з часом зім’ятися, збільшивши діаметр та розкривши зазор набагато так, що сальникові кільця не зможуть більше притискатись до поверхні обойми та штока з належним контактним тиском – як наслідок виникає протікання.

Дослідивши недоліки звичайних конструкцій кульових приварних кранів, компанія VALTEC внесла зміни у конструкцію своїх кульових кранів, які не мають вищезазначених негараздів.

Наприклад, у конструкцію поліпропіленового крана Valtec VTp.743 (рис. 3) введена латунна сальникова обойма (поз. 7, рис. 3) із латуні марки CW614N. Вона значно міцніша від пластикової обойми та має високу геометричну сталість. Під час експлуатації вона не деформується від зміни температури та має таку ж контактну стійкість, що й матеріал штока.

Рис. 3. Конструкція кульового крану Valtec VTp.743

Шток (поз. 4, рис. 3) у нижній частині має виступ, що передає навантаження від тиску та/або гідравлічних ударів не на пластик, а на сальникову обойму з латуні (поз. 7, рис. 3).

Власне обойма (поз. 5, рис. 3) виготовлена з поліпропілену, армованого фіброю зі скловолокна (приблизно 17% від маси всієї обойми).

Армований скловолокном поліпропілен має коефіцієнт лінійного розширення приблизно у 2 рази менше, ніж неармований поліпропілен. Тобто застосування армованої обойми дещо компенсує суттєву різницю між лінійним температурним розширенням.

Подальшим розвитком переваг, що має модель VTp.743, стала конструкція крана VTp.744, див. рис. 4. Для того, щоб наблизити експлуатаційні характеристики та міцність до суцільно металевих конструкцій, в даній поліпропіленовій конструкції взагалі відмовилися від пластикової обойми та застосували обойму з гарячепресованої нікельованої латуні CW617N. Для захисту від протікання в обойму вставлені кільцеві ущільнювачі з EPDM. Тобто за своїми експлуатаційними характеристиками це звичайний латунний кран із поліпропіленовим корпусом, подібний за надійністю, наприклад, до дуже популярної серії Valtec Compact.

Рис. 4. Конструкція крану Valtec VTp.744

Кран кульовий серії VTp.744 дещо дорожчий від звичайних приварних поліпропіленових кульових кранів, але за експлуатаційними характеристиками, міцністю та довговічністю значно випереджає їх.

Спеціальні стендові іспити кранів серій VTp.744 та VTp.743 підтвердили високий ресурс цих кульових поліпропіленових кранів поліпшеної конструкції. До речі, модель VTp.743 витримала 13 000 – 15 000 циклів відкривання/закривання гарячої води (+70°С), а кран VTp.744 – 24 000 циклів до появи проявів негерметичності. Обидва крани моделей VTp.744 та VTp.743 мають однаковий зовнішній вигляд, однак розрізняються за маркуванням на корпусі.

Модельний ряд кульових кранів з поліпропіленовим корпусом компанії Valtec має ще декілька різновидів арматури у поліпропіленовому корпусі.

Таким чином, використовуючи нові кульові приварні крани Valtec з поліпропіленовим корпусом користувач може бути належним чином впевненим щодо їх надійності та довготривалої безаварійної експлуатації.

Більш детальну інформацію про кульові крани та застосування трубопроводів можна знайти в розділі «Технічна документація» на сайті www.valtec.ua.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 3 916