VALTEC. Повышение ресурсной надежности полипропиленовых шаровых кранов

Автор: Е.В. Полякова

Напорные полипропиленовые трубопроводы благодаря своей дешевизне и относительной простоте монтажа прочно завоевали своё место во внутридомовых инженерных системах.

Кроме непосредственно самих труб и фитингов, соединяемых методом полифузионной сварки, стала применяться и широко использоваться также и специальная полипропиленовая арматура для таких трубопроводов: шаровые краны, вентили, фильтры, коллекторы и обратные клапаны.

Полипропиленовые шаровые краны являются наиболее распространенным видом арматуры, применяемой в системах полипропиленовых трубопроводов. Они устанавливаются и на каждом вводе в квартиру, и на разводящих трубопроводах, и на стояках. Кроме того, такие краны в несколько ином исполнении монтируются на входе и выходе отопительных приборов, позволяя отключать эти приборы в случае необходимости.

Сами по себе шаровые краны являются надёжными и долговечными устройствами. Огромное количество шаровых кранов с латунными и стальными корпусами успешно эксплуатируются десятки лет на объектах самого разного назначения.

Однако в процессе эксплуатации систем полипропиленовых трубопроводов стали выявляться определенные недостатки шаровых кранов, корпус которых выполнен из полипропилена.

Наиболее часто встречающийся дефект, как правило, связан с протечкой крана по штоку (рис. 1, 2).

Рис. 1. Негерметичность уплотнения штока. Проверка мыльным
раствором

Рис. 2. Протечка шарового крана по штоку

Как оказалось, эта проблема может быть вызвана несколькими причинами. Первая причина связана с конструкцией и традиционной технологией изготовления таких кранов.

Латунный шаровой затвор (2) обычного полипропиленового крана (рис. 3) со штоком (4) и седельными кольцами из PTFE (тефлона) (3) помещается в составную пластиковую (полипропиленовую или нейлоновую) обойму (5), состоящую из двух половинок. На шток заранее устанавливаются эластомерные сальниковые кольца (6), выполненные из NBR, EPDM или FPM (витона). Обойма с затворным механизмом фиксируется в пресс-форме, после чего форма поступает в термопластаппарат. Здесь в пресс-форму подаётся под высоким давлением расплавленный полипропилен, формирующий корпус крана (1).

Именно в этот момент могут происходить непредсказуемые деформации обоймы, вызванные воздействием высокой температуры и давления.

В период эксплуатации эти деформации могут усугубляться от воздействия транспортируемой среды. В результате зазоры между обоймой и штоком увеличиваются и уже не могут компенсироваться эластичностью сальниковых колец. Возникает протечка.

Малейшее нарушение режима формования корпуса полипропиленового крана приводит к печальным последствиям. Превышение температуры расплава может привести к полному расплавлению обоймы, что вызовет неработоспособность готового изделия. Если температура расплава будет меньше расчетной, герметичной связи между корпусом и обоймой не возникнет, что вызывает общую потерю краном герметичности (рис. 4).

Рис. 3. Конструкция традиционного полипропиленового крана

Рис. 4. Распил бракованного шарового крана с отслоившейся обоймой   

Еще одной причиной потери герметичности полипропиленовых кранов является различие коэффициентов линейного расширения полимерных материалов и латуни.

Рис. 5. Конструкция крана VTp.743

Установка обычного полипропиленового крана в систему горячего водоснабжения или отопления приводит к следующему: пластиковая обойма и корпус шарового крана увеличиваются в размерах больше, чем латунный шаровой затвор и шток. Это ведет к образованию зазора между деталями, в результате чего появляется течь. Шаровой кран уже не представляет собой цельное изделие, а лишь набор отдельных, неплотно прилегающих друг к другу составных частей.

Ещё одним существенным недостатком пластиковой обоймы полипропиленового шарового крана является её гораздо меньшая прочность по сравнению с латунью, из которой выполняется шток. В процессе открытия-закрытия крана, латунный шток, поворачиваясь в обойме, постепенно сминает ее, как и более мягкий и податливый материал. Это вызвано тем, что при воздействии на флажковую рукоятку крана пользователь передаёт на шток не только крутящий, но и некоторый изгибающий момент. И этот изгибающий момент тем больше, чем туже открывается затвор. С течением времени, между штоком и обоймой образуется зазор, который уже не может компенсировать эластичность сальниковых эластомерных колец. Как следствие, возникает течь.

Выявив и изучив вышеизложенные недостатки, компания VALTEC внесла существенные изменения в конструкцию полипропиленовых шаровых кранов.

В полипропиленовом кране VTp.743 (рис. 5) в конструкцию крана включена сальниковая обойма (7), выполненная из латуни CW614N, в которой помещён шток (4) и сальниковые кольца (6). Такая обойма уже не покоробится при формовке и не потеряет герметичности из-за силовых и абразивных воздействий штока. В нижней части штока имеется опорный буртик, который упирается в латунную сальниковую обойму. Таким образом давление рабочей среды, а также возможные гидравлические удары, воспринимает не пластик, как в традиционном кране, а латунь. Обойма, в которой располагается шаровой затвор (2) и седельные кольца (3) выполнена из полипропилена, армированного стекловолоконной фиброй.

Масса фибры составляет 17 % от общего веса материала обоймы. Армированный полипропилен обоймы имеет коэффициент линейного расширения 6,2х10-5 1/°С, что более чем в два раза ниже чем у неармированного полипропилена (13х10-5 1/°С). Таким образом, обойма компенсирует скачок в линейных деформациях латуни и полипропилена, не позволяя появляться в конструкции крана зазоров, ведущих к потере герметичности. Это обеспечивает заявленный класс герметичности шарового затвора (класс «А») как в системах отопления, так и в системах горячего водоснабжения. Эти же решения использованы в конструкции радиаторных шаровых кранов VTр.717 (прямой) и VTр.718 (угловой) (рис. 6).

Рис. 6. Конструкция шарового крана VTр.717

Единственным отличием от крана VTp.743 у радиаторных кранов является наличие дополнительного интегрированного в корпус резьбового патрубка, к которому присоединяется полусгон с накидной гайкой. Полусгон служит для непосредственного соединения полипропиленового крана с отопительным прибором.

Чтобы ещё больше приблизить эксплуатационные и прочностные качества полипропиленового шарового крана к его латунным аналогам, компанией VALTEC был разработан усиленный шаровой кран VTp.744 (рис. 7), представляющий некий гибрид латунного и полипропиленового шаровых кранов, сочетающий в себе достоинства каждого из них.

Рис. 7. Конструкция крана VTp.744

В кране VTp.744 пластиковая обойма затвора и шара заменена на латунную, изготовленную из горячепрессованной никелированной латуни CW.617N. В сущности, получился латунный шаровой кран, заключенный в полипропиленовую оболочку. Для защиты от протечек, вызванных разностью коэффициентов линейного теплового расширения латуни и пластика, в местах возможного негативного проникновения рабочей среды в обойму интегрированы уплотнительные кольца из EPDM. Сальниковый узел такого крана теперь ничем не отличается от сальникового узла обычного латунного крана, например серии VALTEC COMPACT. Такой кран хоть и несколько дороже обычных полипропиленовых кранов, но по эксплуатационным свойствам, прочности и долговечности значительно превосходит их.

Внешний вид кранов VTp.744 и VTp.743 одинаковый. Различаются они маркировкой на корпусе («744» и «743»).

Стендовые испытания в Лаборатории комплексных испытаний элементов инженерных систем (ЛаКИЭлИС) подтвердили ресурсную надёжность шаровых полипропиленовых кранов, о которых мы рассказали в этой статье.

В частности, при циклических испытаниях краны VTp.743, VTp.717 и VTp.718 выдержали по 13 000–15 000 циклов открытия/закрытия на горячей (70 °С) воде, а кран VTp.744 – 24 000 циклов.

Таким образом, используя полипропиленовые шаровые краны VALTEC, пользователь может быть твёрдо уверен в их длительной безаварийной эксплуатации.

По материалам сайта VALTEC