Трехходовые краны из за своей целенаправленности использования получившие название манометровые применяются при малых давлениях (до 1,6 МПа). Наиболее известными конструкциями трехходовых кранов являются пробковые и получающие распространение в последние годы краны шаровые.
Пробковые краны наиболее просты по конструкции, компактны, имеют малое гидравлическое сопротивление. Они подразделяются на два вида: с натягом и сальниковые (рис.5.34).
Рис.5.34. Схема пробковых кранов: натяжной (а) и сальниковый (б).
Основой этих устройств является пробка, которая изготавливается обычно из латуни и притирается по посадочному гнезду корпуса. Из латуни также производятся и пробковые краны для манометрических приборов. Проходное отверстие пробки может соответствовать проходному отверстию присоединяемых коммуникаций. Наиболее часто, все-таки, производители с целью гарантии герметичности и упрощения технологического процесса изготовления предусматривают конструкцию с проходным диаметром отверстия в пробке 3-5 мм. Проверку на герметичность пробковые краны отечественного производства проходят на давлении 2,5 МПа.
На притираемые поверхности кранов обычно наносят повышающую герметичность и снижающую трение смазку на основе специальных технических масел. Которые, как показали промышленные испытания, через несколько месяцев после начала эксплуатации крана из притираемого зазора могут вымываться рабочей средой.
В сальниковых кранах поджатие пробки осуществляется путем затяга сальника, через набивку которого передается осевая нагрузка на пробку крана. При нарушении герметичности притираемых конусных поверхностей рабочая среда не поступает наружу, а просачивается в перекрытую часть трубопровода.
В натяжных кранах продольное усилие на пробке создается затяжкой гайки на хвостовике пробки. В натяжных кранах верхний и нижний торцы пробки не уплотняются. В случае нарушения герметизации рабочая среда в них поступает наружу.
Для управления краном пробка обычно снабжается квадратом под ключ или рукояткой как отдельно, так и закрепленной на этом квадрате.
В настоящей работы не рассматриваются двухходовые краны, которые функционально не отличаются от сантехнических, в которых обеспечиваются два положения: открыто или закрыто. Наибольший интерес и существенные отличия представляют краны трехходовые, специфические именно для манометрических приборов.
Трехходовой пробковый манометровый кран состоит (рис. 5.35а) из корпуса 1 со сквозным каналом 2, установленной в нем пробки 3 с Т-образным проходом 4, со сбросным отверстием 5. Пробка в наружной части имеет «фаски» для ее поворота отдельной ручкой в одно из рабочих положений. На наружной части этой пробки также нанесено направление Т-образного прохода.
Рис.5.35. Схема трехходового пробкового манометрового крана: 1 – корпус; 2 – сквозной канал; 3 – пробка; 4 – Т-образный проход в пробке; 5 – сбросное отверстие.
На рис. 5.36 показана схема различных положений пробки в корпусе трехходового крана. Если обозначить на рисунке (рис.5.36а) 1 – подвод рабочей среды к крану, 2 - подключение к манометрическому прибору, 3 – соединение с атмосферой, то на рис. рис.5.36а показана схема, когда прибор находится под воздействием давления рабочей среды. Соединение с атмосферой отсутствует. Назовем условно это рабочим положением №1. Такое положение свойственно для крана, когда манометрический прибор находится в режиме измерений.
Положение №2 (рис.5.36б): Внутренняя полость измерительного прибора соединена с атмосферой. Подвод рабочей среды отключен. В таком положении пробки крана проверяется установка прибора на ноль.
Положение №3 (рис.5.36в): Линия подвода рабочей среды, как и внутренняя полость измерительного прибора соединены с атмосферой. В такое положение кран выставляется при ремонте и обслуживании технологического оборудования, когда в технологической линии отсутствует рабочая среда, работа измерительного прибора не предусматривается.
Положение №4 (рис.5.36г): Внутренняя полость измерительного прибора изолирована от рабочей среды и атмосферы. Линия подвода рабочей среды соединена с атмосферой. Положение крана характерно для продувки импульсных (соединительных) линий подвода рабочей среды к измерительному прибору. В таком положении рабочая среда проходит через импульсные линии и сбрасывается в атмосферу через сбросное отверстие 4 (рис.5.35) или в линию отвода. Таким образом удаляются различные составляющие, недопустимые для нахождения в подводящих коммуникациях (паровые или газовые включения, возможные продукты коррозии или сварки и т.п.).
Рис.5.36. Положения пробки в корпусе пробкового крана: а- пол.№1 - подключение измерительного прибора; б - пол.№2 – проверка установки прибора на ноль, соединение внутренней полости чувствительного элемента с атмосферой; поверка прибора на рабочем месте; в - пол.№3 – останов технологического процесса, соединением подводящих коммуникаций и внутренней полости прибора с атмосферой или поверка (контроль) прибора по рабочей точке; г – пол.№4 – продувка импульсных линий; 1 – подвод рабочей среды; 2 – подключение измерительного прибора; 3 – сбросное отверстие - соединение с атмосферой.
Традиционные модели трехходового пробкового крана имеют вид, представленный на рис.5.37а…г. В этих моделях соединение с атмосферой изготавливается в виде отверстия в корпусе.
Наиболее простая модель пробкового крана представлена на рис.5.37а, которая может комплектоваться дополнительно съемной ручкой. Модернизированный вид такого крана представлен на рис.5.37б, отличающийся стационарной ручкой для поворота пробки и установки соответствующего технологического положения. Такие краны изготавливаются методом литья. Пробки и корпуса кранов с целью обеспечения герметичности притираются на специальном оборудовании.
Рис.5.37. Виды трехходовых натяжных (КТН) пробковых кранов: а,б – литых; в,г – изготовленые методом механообработки.
Кран трехходовой пробковый с ручкой (КТНр) с внутренними резьбами для подсоединения, вид которого представлен на рис.5.37в, аналогичен по конструкции предыдущей модели. Изготавливаются такие краны из цельного металла методом механообработки. Гарантированность физических характеристик фасованного металла перед литьевыми заготовками в определенной мере способствует большей надежности готового изделия, хотя не избавляет в принципе от тех недостатков, которые присущи пробковым конструкциям.
На рис.5.37г приведен вид крана трехходового с ручкой (КТНр) с внешними присоединительными резьбами. Корпус такой конструкции изготавливается из фасонного металла методом металлообработки или горячей штамповки. Подсоединение манометрического прибора осуществляется с помощью стяжной муфты, показанной на этом виде. Присоединение к подводящей коммуникации реализовывается также с помощью стяжной муфты или накидной гайки.
Для подключения контрольного манометра, что актуально для проверки технического состояния рабочего манометрического прибора или его поверки по рабочей точке (см. раздел 6) в специальных моделях трехходовых пробковых кранов предусматривается присоединительный фланец. Конструкции фланцев пробковых трехходовых кранов могут быть различными (рис.5.38б,в,г).
Рис. 5.38. Схема (а) и виды трехходовых пробковых кранов с фланцами под контрольный манометр: б – квадратным; в – круглым; г – с пазами.
Манометровый кран с квадратным фланцем (рис.5.38б) традиционно производится отечественными заводами на протяжении многих лет. Иностранные производители предлагают на отечественном рынке краны с круглым и с пазами фланцем (рис.5.38в,г). К сожалению, полной информации по методам подсоединения контрольного манометра к такому крану производителями не предлагается. Методы подсоединения контрольного манометра к трехходовым кранам в различных исполнениях представлены в разделе 6.3.
Наиболее практичным в применении оказывается трехходовой пробковый кран с резьбовым штуцером под контрольный манометр (рис.5.39)
Рис.5.39. Схема (а) и вид(б) трехходового пробкового крана со штуцером под контрольный манометр.
В предлагаемой модели контрольный манометр подсоединяется к трехходовому крану с помощью стяжной муфты. В нерабочем положении сброса, когда рабочий манометр включен в работу штуцер может быть дополнительно герметизирован резьбовой пробкой, как это, например, показано на рис.5.39б.
Пробковые краны, вместе с тем по отдельным наблюдениям, в промышленной эксплуатации сравнительно быстро могут терять герметичность. Притирка поверхностей, а затем натяг их соприкосновения приводит к эффекту сваривания трением. При отсутствии функционирования (периодических переключений положения крана), регулярного технического обслуживания (проворачивания, смазки поверхностей притирки) и даже непродолжительной эксплуатации поворот пробки достаточно затруднителен. Но после его осуществления, при остаточных частях процесса сварки на взаимных поверхностях, полностью нарушается герметичность устройства, которую можно восстановить только в условиях производства.
К сожалению, как показывает практика, даже профилактические смазки в зазоре пробки и корпуса не всегда обеспечивают долговременность и надежность работы пробковых кранов
Шаровые трехходовые манометровые краны (рис.5.40) обеспечивают выполнение всех функций, необходимых для функционирования приборов измерения давления.
Основным рабочим элементом в шаровом трехходовом кране служит шар, изготавливаемый из нержавеющей стали. В металлическом шаре, по аналогии с пробкой, изготавливаются отверстия, позволяющие устанавливать в этом устройстве все четыре положения (рис.5.36). Притираемые к этому шару детали производятся из фторопласта.
Полированность шаровой поверхности шара и достаточная эластичность фторопласта уплотнителей обеспечивают надежность работы такого крана. Рабочее давление шарового крана составляет до 1,6 МПа с проверкой герметичности его в технологическом производстве давлением 2,5МПа.
Рис.5.40. Шаровой трехходовой манометровый кран.
Резьбовые подсоединения у кранов обычно следующие: резьба на входе от трубопровода – G ½, на выходе (гнездо для подключения манометрического манометра –
М20х1,5. Однако могут иметь место и другие варианты: G ½ и G ½, 20х1,5 и М20х1,5 и др. Резьбы подсоединения к трубопроводу могут изготовляться внутренними и наружными.
Соединение крана с трубопроводом может быть организовано с помощью стяжной муфты, когда на входе крана и на отводе имеют место наружные резьбы с левой и правой нарезками соответственно. Кроме универсальности конструкции использование стяжной муфты также обеспечивает позиционирование крана относительно фронта монтажа приборов.
Запорно-функциональные краны предназначены для перекрытия поступления рабочей среды во внутреннюю полость манометрического прибора.
В ряде случаев нет необходимости иметь манометрический прибор в постоянно подключенном состоянии. Контроль показаний осуществляется с определенной периодичностью. Для таких целей могут применяться кнопочные краны, которые обеспечивают подвод измеряемой среды к прибору только при нажатии на его пальчиковую кнопку (рис.5.41).
Рис. 5.41. Схема (а) и вид (б) кнопочного крана: 1 – толкатель; 2 – нижний уплотнитель; 3 – верхний уплотнитель; 4 – корпус; 5 – пружина; 6 – накидная гайка
На толкателе 1 на определенном расстоянии друг от друга закреплены нижний 2 и верхний 3 автономные уплотнители. Они обеспечивают герметичность относительно как окружающей среды, так и линий, с которыми соединены. Например, нижний уплотнитель соединен с внутренней полостью манометрического прибора, присоединяемого к выходу корпуса 4 включателя. При этом сохраняется изолированность этой полости от линии подвода среды измеряемого давления.
Наличие на толкателе упоров, а также пружины 5 и накидной гайки 6 создает устойчивое положение включателя.
При нажатии на толкатель происходит перемещение нижнего и верхнего уплотнителей. Линия подвода измеряемого давления соединяется с внутренней полостью измерительного прибора.
При отжатом положении внутренняя полость измерительного прибора соединена с атмосферой. Такое положение крана называют нормально закрытым (НЗ). Конструкция нормально открытого крана (НО) предусматривает в схеме рис.5.41а верхнее расположение пружины. НЗ кнопочные краны практичны в условиях недопустимости постоянной нагрузки на измерительный прибор. Так, например, при пульсационных нагрузках с целью уменьшения нагрузки на трибко-секторный передаточный механизм прибор подключается по мере необходимости контроля параметров.
Конструкция НО кнопочного крана практична при необходимости проверки нуля прибора.
Температурный диапазон для таких кранов некоторых производителей составляет от -40 до +70оС при обеспечении герметичности по классу А (ГОСТ 9544-2005). Максимальное рабочее давление составляет 1,6 МПа.
При замене манометрических приборов без отключения технологических линий (при отсутствии трехходовых кранов) может применяться запорный клапан, выполненный в виде переходника (рис. 5.42).
Рис. 5.42. Запорный клапан в виде переходника: 1 – корпус; 2 – шток; 3 – резиновый сальник; 4 – пружина
В корпусе переходника установлен шток с пружиной. В пазу на конце штока размещается резиновый сальник. При отсутствии манометра пружина воздействует на шток и прижимает резиновый сальник к посадочному гнезду корпуса. При вворачивании в корпус переходника манометра его держатель воздействует на шток и перемещает его в посадочном гнезде. Между резиновым сальником и корпусом появляется зазор, обеспечивающий доступ рабочей среды к внутренней полости чувствительного элемента прибора.
