Gebruikers die dagelijks met grote afsluitkranen werken, melden vaak dat deze kranen moeilijk te sluiten zijn bij media met een relatief groot drukverschil, zoals stoom of hogedrukwater. Bij het geforceerd sluiten treedt er vaak lekkage op en is het lastig om de kraan volledig af te sluiten. De oorzaak van dit probleem ligt in het ontwerp van de klep en het onvoldoende aanhaalmoment dat de mens kan bereiken.

Analyse van de moeilijkheid bij het schakelen van kleppen met een grote diameter

De gemiddelde horizontale maximale kracht die een volwassene kan uitoefenen, ligt tussen de 60 en 90 kg, afhankelijk van de lichaamsbouw.

Over het algemeen is de stromingsrichting van een globeafsluiter zo ontworpen dat de vloeistof er laag in en hoog uit stroomt. Wanneer iemand de klep sluit, duwt het lichaam het handwiel horizontaal rond, waardoor de klep naar beneden beweegt en de klep sluit. Op dat moment moeten drie krachten worden overwonnen, namelijk:

(1) Axiale stuwkracht Fa;

(2) Wrijvingskracht Fb tussen pakking en klepstang;

(3) De contactwrijvingskracht Fc tussen de klepstang en de klepschijfkern

De som van de momenten is ∑M=(Fa+Fb+Fc)R

Het is duidelijk dat hoe groter de diameter, hoe groter de axiale stuwkracht. Wanneer de klep bijna gesloten is, is de axiale stuwkracht vrijwel gelijk aan de werkelijke druk in het leidingnetwerk (omdat P1-P2≈P1, P2=0).

Een kogelafsluiter met een diameter van DN200 wordt bijvoorbeeld gebruikt op een stoomleiding van 10 bar. De eerste axiale sluitkracht Fa = 10 × πr² = 3140 kg, en de horizontale cirkelvormige kracht die nodig is om de klep te sluiten, ligt dicht bij de maximale horizontale cirkelvormige kracht die een normaal menselijk lichaam kan leveren. Daarom is het voor één persoon erg moeilijk om de klep onder deze omstandigheden volledig te sluiten.

Sommige fabrikanten raden aan om dergelijke kleppen omgekeerd te installeren, wat het probleem van het moeilijk sluiten oplost, maar het nadeel is dat ze na het sluiten moeilijk te openen zijn.

Analyse van de oorzaken van interne lekkage bij kogelkranen met grote diameter

Grote afsluitkleppen worden over het algemeen gebruikt in keteluitlaten, hoofdcilinders, stoomleidingen en andere locaties. Deze locaties kennen de volgende problemen:
(1) Over het algemeen is het drukverschil bij de keteluitlaat relatief groot, waardoor de stoomdebiet ook groter is en de erosieschade aan het afdichtingsoppervlak eveneens groter. Bovendien kan het verbrandingsrendement van de ketel geen 100% zijn, waardoor de stoom bij de keteluitlaat een hoog watergehalte zal hebben. Dit kan gemakkelijk leiden tot cavitatie en cavitatieschade aan het afdichtingsoppervlak van de klep.

(2) Voor de afsluitklep nabij de uitlaat van de ketel en de subcilinder geldt dat, omdat de stoom die net uit de ketel komt een intermitterend oververhittingsverschijnsel vertoont, tijdens het verzadigingsproces, als de ontharding van het ketelwater niet goed genoeg is, een deel van het water vaak neerslaat. Zure en alkalische stoffen veroorzaken corrosie en erosie van het afdichtingsoppervlak; sommige kristalliseerbare stoffen kunnen zich ook aan het afdichtingsoppervlak van de klep hechten en kristalliseren, waardoor de klep niet meer goed afsluit.

(3) Voor de inlaat- en uitlaatkleppen van de subcilinders is het stoomverbruik na de klep groot en soms klein vanwege productievereisten en andere redenen. Dit veroorzaakt erosie, cavitatie en andere schade aan het afdichtingsoppervlak van de klep.

(4) Over het algemeen moet een pijpleiding met een grote diameter, wanneer deze wordt geopend, worden voorverwarmd. Het voorverwarmingsproces vereist doorgaans dat er een kleine stoomstroom doorheen gaat, zodat de pijpleiding langzaam en gelijkmatig tot een bepaalde temperatuur kan worden verwarmd voordat de afsluitklep volledig kan worden geopend om schade aan de pijpleiding te voorkomen. Snelle verwarming veroorzaakt overmatige uitzetting, wat sommige verbindingsonderdelen kan beschadigen. Bij dit proces is de klepopening echter vaak erg klein, waardoor de erosiesnelheid veel groter is dan bij normaal gebruik en de levensduur van het afdichtingsoppervlak van de klep ernstig wordt verkort.

Oplossingen voor problemen bij het schakelen van kogelkranen met grote diameter

(1) Allereerst wordt aanbevolen een kogelkraan met balgafdichting te kiezen, waardoor de invloed van de wrijvingsweerstand van de plunjer en de pakking wordt vermeden en de omschakeling eenvoudiger wordt.

(2) De klepkern en de klepzitting moeten gemaakt zijn van materialen met een goede erosiebestendigheid en slijtvastheid, zoals Stellite-carbide;

(3) Het wordt aanbevolen een dubbele klepschijfconstructie te gebruiken, die overmatige erosie door een kleine opening voorkomt, waardoor de levensduur en het afdichtingseffect niet worden beïnvloed.