Een kogelkraan is een type afsluiter dat de stroom van vloeistoffen of gassen controleert door middel van een draaibare kogel met een opening erin. Door de kogel een kwartslag te draaien, kan het medium wel of niet door de opening stromen. Kogelkranen hebben een lange levensduur en bieden betrouwbare afsluiting, zelfs na langdurig niet gebruikt te zijn. Dit maakt ze populairder dan schuifafsluiters. Bovendien zijn ze beter bestand tegen vervuiling dan de meeste andere soorten ventielen.
Kogelkranen worden in speciale uitvoeringen ook gebruikt als regelventiel. Deze toepassing is minder gangbaar vanwege de relatief beperkte nauwkeurigheid van het regelen van het debiet in vergelijking met andere typen regelventielen. De klep biedt echter ook hier enkele voordelen. Er kan bijvoorbeeld een goede afsluiting van de leiding gemaakt worden, zelfs in het geval van vuile media.
Inhoudsopgave
- Veelvoorkomende types kogelkranen
- Hoe werken kogelkranen
- Automatisch bediende kogelkranen
- Behuizingsmaterialen
- Kogelkranen voor hoge druk
- Veelgestelde vragen over kogelkranen
Veelvoorkomende types kogelkranen
Standaard (met schroefdraad)
Kogelkranen met schroefdraad zijn de meest voorkomende standaard kogelkranen. Ze zijn samengesteld uit een behuizing, zittingen, een kogel en een hendel om de kogel te draaien. Deze kogelkranen hebben twee, drie en vier aansluitpoorten en zijn beschikbaar met binnendraad, buitendraad of een combinatie van beide. Er zijn tal van opties beschikbaar, waaronder mini kogelkranen, haakse kogelkranen, ISO-top kogelkranen, kogelkranen met geïntegreerde strainer en ontluchtingspunt, en meer. Dit type kogelkraan heeft een breed werkbereik voor druk en temperatuur en is beschikbaar met goedkeuringen voor specifieke toepassingen of media.
Hydraulisch
Hydraulische kogelkranen zijn speciaal ontworpen voor systemen met hoge werkdruk en verwarmingsolie. Ze worden vervaardigd uit staal of RVS en zijn uitgerust met zittingen van polyoxymethyleen (POM), waardoor ze bestand zijn tegen toepassingen met hoge druk en lage temperatuur. Deze kogelkranen hebben een maximale bedrijfsdruk van meer dan 500 bar en kunnen een temperatuur tot 80°C aan.
Met flens
Geflensde kogelkranen hebben een specifiek aansluittype met flenzen volgens een bepaalde norm. Deze kleppen zorgen voor een hoog debiet omdat ze meestal een volledige boring hebben. Controleer naast de drukwaarde ook de compressieklasse van de flens bij het kiezen van een klep met flens, omdat deze de hoogste druk aangeeft die dit verbindingstype kan weerstaan. Deze kogelkranen zijn beschikbaar in twee, drie of vier aansluitpoorten en kunnen goedgekeurd zijn voor specifieke media en voorzien zijn van een ISO-top en andere opties die standaard kogelkranen hebben. Ze worden vervaardigd uit RVS, staal of gietijzer.
Met ontluchting
Kogelkranen met ontluchting hebben hetzelfde ontwerp als de standaard 2-weg kogelkranen, maar hebben een uitlaatpoort die bij gesloten toestand naar de omgeving ontlucht. Dit is nuttig in persluchtsystemen waar drukontlasting zorgt voor een veiliger werkomgeving. Deze kogelkranen lijken op 2-weg kogelkranen, maar zijn eigenlijk 3/2-weg vanwege het kleine boorgat voor ontluchting.
Gesmede kogelkranen
Gesmede kogelkranen worden vervaardigd door de legeringen en metalen te vormen terwijl ze nog in hun vaste vorm zijn. Dit maakt ze beter geschikt voor industriële toepassingen die hoge temperaturen, druk en andere zware omstandigheden vereisen. Materialen zoals messing en roestvrij staal kunnen worden gebruikt om gesmede kogelkranen te construeren. Tijdens het fabricageproces wordt het metaal (of de legering) verwarmd, samengeperst, gebogen en gevormd volgens het ontwerp van de kogelkraan met behulp van een persmachine.
Een kogelkraan wordt gevormd door het smeden van metaal met behulp van druk van een pers en machine. Bij grotere kogelkranen moeten verschillende delen worden gelast. Er kunnen speciale coatings op de kleppen worden aangebracht om aan specifieke behoeften te voldoen.
Voordelen van gesmede kogelkranen
De voordelen van gesmede kogelkranen zijn dat ze zeer sterk en duurzaam zijn, en daardoor geschikt voor situaties met hoge druk en temperatuur. Door het smeedproces is de kogelkraan minder vatbaar voor defecten zoals poreusheid, scheuren en krimp. Gesmede kogelkranen kunnen ook snel reageren op veranderingen in temperatuur, waardoor ze in veel verschillende omgevingen kunnen worden gebruikt. Bovendien hebben ze weinig onderhoud nodig.
Werking van kogelkranen
Om de werking van kogelkranen te begrijpen, is het belangrijk om de vijf belangrijkste onderdelen en de twee verschillende typen werking te kennen. Deze onderdelen worden weergegeven in figuur 2 van het diagram. De ventielspindel (1) is verbonden met de kogel (4) en kan handmatig of automatisch (elektrisch of pneumatisch) worden bediend. De kogel rust en wordt afgedicht door de ventielzitting (5), en er zijn o-ringen (2) rond de klepspindel. Al deze onderdelen bevinden zich binnen de behuizing (3). Zoals te zien in figuur 1, heeft de kogel een boring. Wanneer de klepspindel een kwartslag wordt gedraaid, wordt de boring ofwel geopend zodat het medium er doorheen kan stromen, ofwel gesloten. Het ontwerp, de circuitfunctie, assemblage en toepassing hebben allemaal invloed op de werking van de kogelkraan.
Circuitfunctie
De circuitfunctie van de kogelkraan kan verschillen. Het ventiel kan twee, drie of zelfs vier poorten hebben (2-weg, 3-weg of 4-weg). Het merendeel van de kogelkranen is handmatig bediend en heeft twee poorten. De hendel bevindt zich in lijn met de pijp wanneer de klep open is en staat haaks op de pijp wanneer de klep gesloten is. Voor een 2-weg klep is de stromingsrichting van het medium simpelweg van de ingang naar de uitgang. Handmatige kogelkranen kunnen snel worden gesloten, wat waterslag kan veroorzaken bij snelstromende media. Daarom zijn sommige afsluitkranen uitgerust met een overbrenging. 3-weg kranen hebben doorgaans een L-vormige of T-vormige boring, waardoor verschillende circuitfuncties mogelijk zijn, zoals het mixen of verdelen van stromingen.
Assemblage van het klephuis
Het ontwerp van een klephuis kan worden onderverdeeld in drie categorieën: eendelig, tweedelig en driedelig. Het verschil tussen deze ontwerpen zit in de manier waarop de klep wordt geassembleerd, wat van invloed kan zijn op het onderhoud en de reparatie ervan. De werking van de kleppen is echter hetzelfde voor alle drie de ontwerpen.
Eendelig, tweedelig of driedelig
Een eendelig klephuis is het goedkoopst, maar kan niet geopend worden voor onderhoud of reiniging. Dit type wordt meestal gebruikt voor eenvoudige toepassingen. Tweedelige klephuizen kunnen gedemonteerd worden voor reiniging en inspectie, terwijl driedelige klephuizen duurder zijn maar gemakkelijker te onderhouden zijn zonder dat de hele klep uit de pijpleiding gehaald hoeft te worden.
Kogelontwerp
De kogel in een klep hangt meestal zwevend en wordt op zijn plaats gehouden door twee afdichtringen. Sommige kranen hebben een trunnion kogelontwerp, waarbij de kogel aan boven- en onderzijde gelagerd is om de belasting op de klepzittingen te verminderen. De meeste kogelkranen hebben een zwevende kogel, terwijl kogelkranen voor hogere drukken en grotere diameters vaak een trunnion kogelontwerp hebben.
De gaten in de kogel kunnen verschillende profielen hebben, zoals een volle doorlaat, gereduceerde doorlaat of V-vormige doorlaat.
Gereduceerde doorlaat:
Een gereduceerde doorlaat betekent dat de boring van de kogel een kleinere diameter heeft dan de leidingdiameter, wat wrijvingsverliezen in het systeem kan veroorzaken. Dit type klep introduceert echter nog steeds relatief weinig verliezen in vergelijking met andere typen ventielen. Eéndelige kogelkranen hebben vrijwel altijd een gereduceerde doorlaat.
Volle doorlaat:
Bij het volledige doorlaat kogelontwerp heeft de boring van de kogel dezelfde grootte als de leiding. Dit ontwerp heeft als voordeel dat er geen extra wrijvingsverliezen optreden en dat de leiding eenvoudig mechanisch gereinigd kan worden. Het nadeel is echter dat de kogel en behuizing groter zijn dan bij standaard kogelkranen met een gereduceerde doorlaat. Dit resulteert in hogere kosten en maakt het ontwerp meestal niet nodig voor de meeste toepassingen. Deze kogelkranen worden ook wel full port kogelkranen genoemd.
V-vormig:
De kogel of klepzitting heeft een "V"-vormig profiel waardoor het regelen van het debiet bij regelventielen nauwkeuriger kan worden uitgevoerd door de hoek van de kogel. Het ontwerp maakt het ook mogelijk om een lineaire stromingskarakteristiek te benaderen.
Kogelkraan hendel
De hendel van de kogelkraan is bevestigd aan de klepspindel, en kan de klep van open naar gesloten (of andersom) draaien, met een rotatie van 90 graden. Wanneer de hendel parallel staat aan de leiding, is de klep geopend, en wanneer de hendel haaks op de leiding staat, is de klep gesloten. Het is belangrijk om de richting van de hendel van de kogelkraan te noteren, zodat u visueel kunt zien of de klep open of gesloten is. Er zijn ook andere soorten bedieningen beschikbaar, zoals vergrendelbare handgrepen of handwielen, afhankelijk van uw behoeften. Bij grote kogelkranen, of kogelkranen die veel kracht vereisen om te openen of te sluiten, kan een verlengstuk voor de hendel nodig zijn. Als uw handgreep breekt, verkeerd geplaatst is, of als u een automatische kogelkraan naar een handbediende kogelkraan ombouwt, zijn er vervangende handgrepen beschikbaar.
Automatisch bediende kogelkranen
Naast de handmatige bediening van kogelkranen, zijn er ook elektrische of pneumatische actuators beschikbaar, zoals afgebeeld in figuur 4. Deze actuators zijn direct op de klepspindel (figuur 2 nummer 1) aangesloten en kunnen deze een kwartslag draaien. De meest gangbare flensverbinding tussen de kraan en actuator is de ISO 5211 standaard, ook wel bekend als ISO-top, zoals te zien in figuur 4. Met behulp van een actuator kan de kogelkraan op afstand of via een controller worden bediend, waardoor deze als automatische afsluiter kan worden gebruikt. Een veerbelaste kogelkraan maakt gebruik van een veer om de klep te openen/sluiten wanneer de stroom wordt uitgeschakeld en een actuator om de klep in de open/dichte stand te houden. Deze worden gebruikt om energie te besparen of om veiligheidsredenen.
Er zijn diverse elektrische schema's beschikbaar om de actuator aan te sturen:
- Een 2-puntsregeling (ook wel Aan/Uit-regeling genoemd) maakt gebruik van één stuurdraad naast de voedingskabels. Als de stuurdraad wordt geactiveerd, opent de klep elektrisch. Als de stuurdraad wordt gedeactiveerd, sluit de klep (elektrisch of met behulp van een veer).
- Een 3-puntsregeling maakt gebruik van twee stuurdraden: één om de kogelklep linksom te laten draaien en één om de kogelklep rechtsom te laten draaien. De meest geschikte methode kan worden gekozen afhankelijk van de toepassing.
Sommige elektrische actuators bieden ook modulerende besturing, waarmee de kogelkraan kan worden gepositioneerd tussen 0-100% open/dicht. Voor meer informatie over automatische bediening, kunt u ons artikel lezen over het installeren van elektrisch bediende kogelkranen.
Behuizingsmaterialen
Er zijn verschillende materialen die gebruikt worden voor kogelkranen, waaronder messing, roestvrij staal en PVC. De kogel van een kogelkraan kan gemaakt zijn van verchroomd staal, verchroomd messing, roestvrij staal of PVC, terwijl de zittingen vaak van teflon zijn gemaakt, maar ook andere kunststoffen of metalen kunnen worden gebruikt.
Messing kogelkraan
Het grootste marktaandeel wordt ingenomen door messing kogelkranen. Messing is een legering van koper en zink en is slijtvast en robuust. Het wordt vaak gebruikt voor (drink)water, gas, olie, lucht en vele andere media, maar bij chloride-oplossingen of demi-water kan ontzinking optreden.
RVS kogelkraan
RVS kogelkranen worden gebruikt bij corrosieve media en agressieve omgevingen, zoals zeewater, zwembaden, osmose, hoge temperaturen en vele chemicaliën. RVS is meestal austenitisch, waarbij type 304 en 316 het meest voorkomen en 316 de beste corrosiebestendigheid heeft. Bij het bedienen van een RVS kogelkraan met een elektrische of pneumatische actuator moet er rekening gehouden worden met het feit dat het meer kracht kost (groter koppel) om deze klep te draaien dan een messing of PVC klep.
PVC (Polyvinylchloride)
PVC is een betaalbaar materiaal dat vaak wordt gebruikt voor kogelkranen die worden gebruikt voor irrigatie, waterbehandeling en bij corrosieve media (zoals weergegeven in figuur 7). PVC staat voor PolyVinyl Chloride en is bestand tegen de meeste zoutoplossingen, basen en zuren, en organische oplosmiddelen. Het kan echter niet worden gebruikt bij temperaturen hoger dan 60°C of bij aromatische en gechloreerde koolwaterstoffen. PVC-kogelkranen zijn minder sterk dan messing of RVS en hebben daarom een lagere toegestane werkdruk. Voor meer gedetailleerde informatie over PVC-kogelkranen kunt u ons artikel hierover lezen.
Afdichtingen en O-ringen
De meeste kleppen gebruiken PTFE (Teflon) voor hun afdichtingen. PTFE is een materiaal met een hoge chemische bestendigheid, een hoog smeltpunt (~327°C) en een lage wrijvingscoëfficiënt. Het nadeel van PTFE is dat het materiaal na verloop van tijd kan vervormen, wat kan leiden tot een slechtere afdichting. Een oplossing hiervoor is om een constante druk uit te oefenen op de afdichting met behulp van een veer, zoals een schotelveer. Andere veelgebruikte afdichtingsmaterialen zijn versterkt PTFE en Polyamide (Nylon). Bij harder materiaal is het echter moeilijker om een goede afdichting te behouden. Voor toepassingen waar zachte materialen niet geschikt zijn, zoals bij zeer hoge temperaturen, worden metalen of keramische klepzittingen gebruikt.
Kogelkranen voor hoge druk
Hogedruk-kogelkranen worden gebruikt in leidingsystemen met een hoge druk van ongeveer 500-700 bar. Deze kleppen zijn zeer robuust, maar de druk die ze aankunnen neemt af naarmate de klep groter wordt. Handbediende hogedruk-kogelkranen kunnen worden bediend door de hendel 90 graden te draaien, terwijl gemotoriseerde kranen werken op basis van een elektrisch signaal. Koolstofstaal en roestvrij staal 316 worden vaak gebruikt voor de constructie van de klep, terwijl veerkrachtige materialen zoals Duplex worden gebruikt voor kleponderdelen zoals de spindel, kogel en zittingringen. Dit verhoogt de weerstand van de klep tegen hoge druk en het maximaal toelaatbare spindelkoppel van de actuator.
Er zijn verschillende soorten verbindingen beschikbaar voor hogedrukkogelkranen, waaronder British standard pipe parallel (BSPP) met schroefdraad, National pipe thread (NPT) met schroefdraad, compressietype (DIN 2353/ISO 8434-1) en laseind. Deze kleppen worden vaak toegepast in sectoren waar grote hoeveelheden vloeistof worden opgeslagen en gebruikt wanneer nodig, zoals bij waterparken, waterdistributiesystemen en in de chemische industrie.
Industrieën die grote hoeveelheden vloeistof opslaan en gebruiken op aanvraag, zoals waterparken, waterdistributiesystemen en de chemische industrie, maken gebruik van hogedruk kogelkranen.
Veelgestelde vragen over kogelkranen
Wanneer is een kogelkraan open?
Een kogelkraan is open wanneer de hendel in lijn staat met de leiding en gesloten wanneer de kraan haaks op de leiding staat. De kraan kan eenvoudig worden geopend door hem 90 graden te draaien.
Wat is een kogelkraan?
Een kogelkraan is een type afsluitklep dat de stroom van vloeistoffen en gassen regelt door middel van een kogel met een boring. Er zijn handmatige, elektrische en pneumatische kogelkranen verkrijgbaar.
Hoe installeer ik een kogelkraan?
Om een kogelkraan te installeren, dient men de in- en uitlaat van de kraan op de slang of pijp te schroeven. Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de hendel correct is geïnstalleerd (parallel betekent open) vóór de installatie.
Kunnen kogelkranen defect raken?
Ja, kogelkranen kunnen defect raken. Veelvoorkomende defecten zijn beschadigde afdichtingen (waardoor de klep niet 100% sluit) of vuil in de klep (waardoor de klep niet beweegt).
Waarvoor kan een kogelkraan worden gebruikt?
Antwoord: Kogelkranen kunnen zowel als afsluitklep en als regelklep voor zowel vloeistoffen als gassen worden gebruikt. In het geval van een regelklep is de boring meestal in een V-vorm gemaakt.
Wat is een gesmede klep?
Gesmede kogelkranen worden vervaardigd door legeringen en metalen in hun vaste vorm te vormen. Het buigen van de materialen gebeurt door middel van verhitting of door het toepassen van drukkrachten met industriële gereedschappen.