Сұйық немесе газды бақылауға арналған кран

Кіріспе

Сұйық немесе газдың шығарылуын басқаратын клапан. Кран (сонымен қатар, шүбір немесе тортүтік: қолданылу ерекшеліктеріне қараңыз) – сұйықтың шығарылуын басқаратын клапан.

Ұлыбритания

Ұлыбританияда және Ұлттар Достастығының көп бөлігінде «кран» термині күнделікті қолданылатын кез келген типтегі клапанды, әсіресе ванналар мен раковиналарға су беруді басқаратын арматураларды білдіреді.

Америка Құрама Штаттары

АҚШ-та ең көп қолданылатын термин – «кран», бұл британдық ағылшын тіліндегі «қақпақ» сөзімен мағынасы жақын, мысалы, «су краны» (бірақ «қақпақ» термині АҚШ-та да қолданылады). Spigot – сантехника саласындағы мамандар (мысалы, сантехниктер) қолданатын термин, әдетте сыртқы жабдықтарды білдіреді. Силкок (және силлкок) – «spigot» сияқты, ғимарат негізіне енетін «кок» (тоқтату краны және май краны сияқты) дегенді білдіреді. Биб (бибкок, және шланг биб немесе шланг биб) – көбінесе «spigot» терминінің қырынуға төзімді нұсқасы. Қабырға гидранты – «hosebibb» сияқты. «Кран» әдетте бочка немесе баррельге арналған кранды білдіреді, бірақ сонымен қатар тек ыстық немесе тек суық су беретін кранды да білдіруі мүмкін. Сондай-ақ, «кран суы» (яғни тұрмыстық қолдануға арналған тазартылған су) деген тіркесте сипаттама ретінде қолданылады. Бір температуралық кранды көбінесе коммерциялық немесе қоғамдық әжетханаларда кездестіруге болады, онда судың температурасы ыстық және суық суды араластыратын жеке температура реттегіш клапан арқылы бақыланады. Реттегіш клапан қол жуатын раковинаның астында немесе жеке механикалық бөлмеде немесе қызметтік шкафта орналасуы мүмкін. Мұндай бір температуралық крандар көп пайдаланудан немесе зақымданудан аз зардап шегеді.

Сұйық

Суды моншаларға, раковиналарға және тазбазаларға бөлек ыстық және суық кран арқылы беруге болады; мұндай құрылым ескі орналымдарда, әсіресе қоғамдық жуынатын бөлмелерде/дәретханаларда және шаруашылық бөлмелерде/кір жуатын орындарда жиі кездеседі. Ас үйлер мен ванна бөлмелерінде көбінесе араластырғыш крандар қолданылады. Бұл жағдайда екі клапаннан ыстық және суық су араластырылып, содан кейін шығысқа дейін жіберіледі, бұл судың ыстық және суық сумен жабдықталудың кез келген температурасында шығуына мүмкіндік береді. Миксерлік кранды Сент-Джон, Нью-Брансуик қаласының Томас Кэмпбелл ойлап тапты және 1880 жылы патент алды. Моншалар мен душтар үшін араластырғыш кранға көбінесе қысымды теңестіретін құрылғы қосылады, сонда ыстық/суық қоспаның арақатынасы бір немесе екінші жабдықтаудың қысымының уақытша өзгеруіне байланысты өзгермейді. Бұл басқа су жүктемелері пайда болған кезде (мысалы, унитазды шаю) күйіп кетуден немесе суықтап қалудан сақтауға көмектеседі. Екі бөлек клапанның орнына араластырғыш крандар көбінесе бір тұтқамен басқарылатын бір ғана, күрделі клапанды пайдаланады (бір тұтқалы араластырғыш). Тұтқа су ағынын бақылау үшін жоғары-төмен, ал температурасын бақылау үшін оң-солға қозғалады. Әсіресе ванналар мен душтар үшін соңғы үлгілер термостаттық араластыру клапандары болып табылады, олар кіріктірілген термостатты пайдаланады және механикалық немесе электрондық болуы мүмкін. Судың температурасын көрсету үшін түрлі-түсті LED шамдары бар крандар да бар. Екі құбыр орнатылғанда, ыстық кран әдетте қызыл, ал суық кран көк немесе жасыл индикатормен белгіленеді. АҚШ-та крандарға "H" немесе "C" әріптерімен де белгі қойылады. Роман тілдеріндегі елдерде "C" ыстық, ал "F" суық суды білдіреді (французша "chaud"/итальянша "caldo"/испанша "caliente" (ыстық) және французша "froid"/итальянша "freddo"/испанша "frio" (суық)). Португал тілінде Q ("quente", ыстық) және F қолданылады. Бұл ағылшын тілді келушілерді шатастыруы мүмкін. Араластырғыш крандарда қай жағы ыстық, қай жағы суық екенін көрсететін қызыл-көк жолақ немесе көрсеткілер болуы мүмкін. Көптеген елдерде ыстық/суық крандардың стандартты орналасуы бар. Мысалы, АҚШ-та және көптеген басқа елдерде ыстық кран сол жақта орналасқан. Бұл стандартты елемеген орналымдар да бар (сантехниктер бұларды "қайшылықты қосылымдар" деп атайды). Кейбір бір клапанды араластырғыш крандардың дұрыс орнатылмауы, тіпті құрылғы дұрыс орнатылған болса да, ыстық пен суықтың орнын ауыстыруы мүмкін. АҚШ-та мүгедектерге арналған заңдар крандарға талаптар қояды, мысалы, оларды пайдалану үшін бес фунттан аз күш жұмсау және пайдаланушының білегін бұру қажеттілігін болдырмау. Көптеген үйлерде тұтқалар клапан білігіне бұрандалармен бекітіледі, бірақ көптеген коммерциялық және өнеркәсіптік қолданыстарда олар "босалған кілт", "су кілті" немесе "сылдыр кілті" деп аталатын алынып тасталатын кілтпен жабдықталады, ол суды ашу және жабу үшін шаршы тіреуіш пен шаршы ұшты кілтке ие; "босалған кілтті" алып тастау арқылы сырттан суды ашудан сақтануға болады. "Босалған кілттің" ойлап табылуына дейін кейбір үй иелері немесе күтушілер кран тұтқасын алып тастаушы еді, онда клапан білігімен байланысатын тістер болар еді. Бұл тіс-тірек жүйесі қазіргі заманғы көптеген крандарда қолданылады. "Босалған кілттер" үйдің сыртында да кездесуі мүмкін, олардың көмегімен суды сырттан ашуға болмайды. Крандар әдетте "бұрақты кранды қосылым" арқылы сумен жабдықталады, ол су құбырының соңына дәнекерленген немесе қысымды құрылғымен бекітіледі және ваннаның, тазбазаның немесе раковинаның астына ілінген кранның "құйрығына" бұралатын үлкен гайкаға ие. Қосылма мен кран құйрығы арасында талшықты шайба қолданылады (ол суға түскенде кеңейіп, тығыздауға көмектеседі). Кран құйрықтары әдетте раковиналар үшін 1/2 дюйм немесе 12 мм, ал ванналар үшін 3/4 дюйм немесе 19 мм диаметрлі болады, бірақ континенталды Еуропа кейде 3/8 дюйм (әлі де империялық өлшем) өлшемін қолданады. Дәл осындай қосылым әдісі шарықпен ілесу үшін де қолданылады. "Кран" термині гравитациялық немесе қысыммен берілетін борыштан сыра құюға арналған клапанды сипаттау үшін де жиі қолданылады.

Water for baths, sinks and basins can be provided by separate hot and cold taps; this arrangement is common in older installations, particularly in public washrooms/lavatories and utility rooms/laundries. In kitchens and bathrooms, mixer taps are commonly used. In this case, hot and cold water from the two valves is mixed before reaching the outlet, allowing the water to emerge at any temperature between that of the hot and cold water supplies. Mixer taps were invented by Thomas Campbell of Saint John, New Brunswick, and patented in 1880. For baths and showers, mixer taps frequently incorporate some sort of pressure balancing feature so that the hot/cold mixture ratio will not be affected by transient changes in the pressure of one or other of the supplies. This helps avoid scalding or uncomfortable chilling as other water loads occur (such as the flushing of a toilet). Rather than two separate valves, mixer taps frequently use a single, more complex, valve controlled by a single handle (single handle mixer). The handle moves up and down to control the amount of water flow and from side to side to control the temperature of the water. Especially for baths and showers, the latest designs are thermostatic mixing valves that do this using a built in thermostat, and can be mechanical or electronic. There are also taps with color LEDs to show the temperature of the water. When two pipes are installed, the hot tap generally has a red indicator while the cold tap generally has a blue or green indicator. In the United States, the taps are frequently also labeled with an "H" or "C". In countries with Romance languages, the letters "C" for hot and "F" for cold are used (from French "chaud"/Italian "caldo"/Spanish "caliente" (hot) and French "froid"/Italian "freddo"/Spanish "frio" (cold)). Portuguese would use Q (for "quente", hot) and F. This can create confusion for English speaking visitors. Mixer taps may have a red blue stripe or arrows indicating which side will give hot and which cold. In most countries, there is a standard arrangement of hot/cold taps. For example, in the United States and many other countries, the hot tap is on the left by building code requirements. Many installations exist where this standard has been ignored (called "crossed connections" by plumbers). Mis assembly of some single valve mixer taps will exchange hot and cold even if the fixture has been plumbed correctly. In the United States, the Americans with Disabilities Act provide requirements for faucets, such as requiring less than five pounds of force to operate, and requiring that the user does not have to twist their wrist. Most handles in homes are fastened to the valve shafts with screws, but on many commercial and industrial applications they are fitted with a removable key called a "loose key", "water key", or "sillcock key", which has a square peg and a square ended key to turn off and on the water; the "loose key" can be removed to prevent vandals from turning on the water. Before the "loose key" was invented it was common for some landlords or caretakers to take off the handle of a tap, which had teeth that would meet up with the gears on the valve shaft. This tooth and cog system is still used on most modern taps. "Loose keys" may also be found outside homes to prevent passers by from using them. Taps are normally connected to the water supply by means of a "swivel tap connector", which is attached to the end of the water pipe using a soldered or compression fitting, and has a large nut to screw onto the threaded "tail" of the tap, which hangs down underneath the bath, basin or sink. A fibre washer (which expands when wet, aiding the seal) is used between the connector and the tap tail. Tap tails are normally 1/2 " or 12 mm in diameter for sinks and 3/4 " or 19 mm for baths, although continental Europe sometimes uses a 3/8 " (still imperial) size. The same connection method is used for a ballcock. The term tap is widely used to describe the valve used to dispense draft beer from a keg, whether gravity feed or pressurized.

Газ

Газ краны – тұрғын үйлерде, коммерциялық және зертханаларда отынды газдарды (мысалы, табиғи газ, көмір газ және синтез газ) жуан бақылау үшін қолданылатын шарлы клапанның нақты бір түрі. Барлық шарлы клапандар сияқты, оның тұтқасы ашық болғанда газ құбырына параллель, ал жабық болғанда перпендикуляр болады, бұл оның күйін оңай анықтауға мүмкіндік береді.

Физика

Су және газ крандарының ағыны реттелуге жарамды: қақпалы клапандар прогрессивтірек, ал шарлы клапандар дөрекірек, көбінесе қосу-өшіру үшін қолданылады. Клапан тұтқасын немесе рычагын бұру арқылы клапан жинағындағы басқару құрылғысының апертурасы өзгеріп, ағын реттеледі. Кез келген дәрежеде ашылғанда, ағын тұйықтала бастайды. Оның жылдамдығы құбырдағы сұйықтық немесе газдың тұтқырлығына немесе температурасына тәуелді емес, тек беру қысымына ғана әлсіз тәуелді болғандықтан, берілген параметрде ағын жылдамдығы тұрақты болады. Орташа ағын параметрлерінде клапанның тарылуындағы қысым Вентури эффексінен нөлге жуықтап төмендейді; су крандарында бұл судың тарылу арқылы өтетін кезде бөлме температурасында сәтке қайнауына себеп болады. Судың салқын буы пайда болып, тарылуда күйрейді, соның нәтижесінде таныс сызылу дыбысы естіледі. Ағын өте төмен болғанда судың тұтқырлығы маңызды рөл атқарады және қысымның төмендеуі (және сызылу шуы) жоғалады; толық ағын болғанда құбырлардағы паразиттік кедергі маңызды болады және су қайтадан үнсізденеді.

Механизмдер

Бірінші бұрандалы кран механизмін 1845 жылы Ротерхамдық қола құюшылар Гест пен Кримс патенттеп, өндірді. Көбінесе ескі крандарда ағынды тоқтату үшін иілгіш тұтқасына бұралған жұмсақ резеңке немесе неопреннен жасалған шайба қолданылады. Бұл "глобус клапаны" деп аталады және ол ағынды жақсы және дәл реттеуге мүмкіндік береді, бірақ резеңке шайба мен клапан ұясы уақыт өте келе тозуға (ал ұясы үшін – коррозияға) ұшырайды, сондықтан жабық күйде тығыз жабылу қамтамасыз етілмейді, нәтижесінде кран ағып кетеді. Шайбаны ауыстыруға және клапан ұясын қайта жаңартуға болады (кем дегенде бірнеше рет), бірақ глобус клапандарына күтім жасау қажет. Сонымен қатар, судың ирек S пішіндес жолы ағысқа елеулі кедергі келтіреді. Жоғары қысымды тұрмыстық су жүйелері үшін бұл маңызды емес, бірақ ағын маңызды төмен қысымды жүйелер үшін, мысалы, сақтау резервуарымен қоректенетін душ үшін "тоқтағыш кран" немесе инженерлік терминдерде "кешек клапаны" артық. Кешек клапандары құбыр диаметрімен бірдей дөңгелек беті бар металл клинді пайдаланады, оны ағысқа перпендикуляр бұрап, оны тоқтатады. Кран толық ашылғанда ағысқа қарсылық аз, бірақ бұл типтегі кран жабық күйде сирек тығыз жабылады. Ұлыбританияда осы типтегі кранның тұтқасы дөңгелек пішіндес, бірақ жеңгек немесе капитан тұтқасы емес. Конус немесе шар клапандары да қолданылады. Олар көбінесе қымбат су жүйелеріндегі клапанды жабу үшін қолданылады және газ крандарында (сондай-ақ жоғарыда аталған сыра құю крандарында) кездеседі. Оларды толық ашылғаннан жабыққа дейін 90° қозғалыс диапазоны бойынша анықтауға болады. Әдетте, тұтқа құбырмен бір сызықта тұрғанда клапан ашық, ал тұтқа құбырдың арғы жағында болғанда жабылады. Бірақ тұтқа құбырға перпендикуляр CW немесе CCW бағытында да қозғалуы мүмкін. S = жабық, O = ашық. Конус клапаны – сұйықтық ағыны арқылы орналастырылған тығыз орналасқан саңылаудағы тегіс конус. Ұлыбритания тілінде бұл әдетте конустық тығын деп аталады. Шар клапаны шарды пайдаланады. Екі жағдайда да конус немесе шар арқылы тесік сұйықтықтың кіретін және шығатын саңылаулармен қатар тұрғанда өтуіне мүмкіндік береді; тұтқаны бұрау арқылы конус бұрылып, сұйықтыққа конустың өте алмайтын бетін ұсынады. Конус емес, цилиндрді пайдаланатын осы типтегі клапандар да кездеседі, бірақ конус пайдалану орташа өндірістік толеранстылықпен де тығыз орналасуға мүмкіндік береді. Шар клапандарының шары пластиктен (әдетте ПТФЕ) жасалған орындықтардың ішінде айналады. Қолсыз инфрақызыл жақындық сенсорлары стандартты клапанды алмастырып келеді. Термостаттық басқарумен екі мақсатты электрондық араластыру немесе бұру клапандары өнеркәсіптік қолдануда сұйықтықты қажеттілік бойынша автоматты түрде беру үшін қолданылады. Зертханаларда және денсаулық сақтау/ауруханаларда, сондай-ақ кранды пайдаланушы өте кір қолдар қалдықтар қалдыруы мүмкін өнеркәсіптік орындарда аяқпен басқарылатын клапандар орнатылады. Қазіргі заманғы крандардың ұшында көбінесе су ағынын шектейтін және шашырауды азайту үшін ауа көпіршіктері түрінде кіретін аэраторлар бар. Аэраторсыз су әдетте бір үлкен ағынмен шығады. Аэратор су ағынын көптеген ұсақ тамшыларға бөледі. Санитарлық жағдайларда, мысалы, ауруханаларда немесе зертханаларда аэраторлардың орнына "ламинарлық ағынды құрылғылар" қолданылады. Ламинарлық ағынды құрылғылар ағынды шектейді және қауіпті бактериялар немесе бөлшектер болуы мүмкін қоршаған ауаны араластырмай, суды тегіс ағынға бағыттайды. Қазіргі заманғы ванна бөлмелері мен ас үйлеріндегі крандар көбінесе серуенді керамикалық беттерге немесе пластикалық шайбаларға қарай жылжитын керамикалық немесе пластикалық беттерді пайдаланады. Бұл крандар 2 керамикалық беттің жанасу коэффициентінің ерекше төмен мәнін пайдаланады, әсіресе су майлау ретінде қолданылғанда. Бұл крандар дәстүрлі глобус клапандарына қарағанда әлдеқайда аз күтімді қажет етеді, ал күтім қажет болған жағдайда клапанның ішкі бөлігі әдетте бір рет қайтадан орнатылады, көбінесе алдын ала құрастырылған картридж ретінде. Солтүстік Америкадағы үш өндірушінің ішінде Moen және American Standard картридждерді қолданады (Moen O сақинаға негізделген, American Standard керамикалық), ал Delta картридждерге қараған резеңке орындықтарды пайдаланады. Әрбір конструкцияның өз артықшылықтары бар: Moen картридждерін табу оңай, American Standard картридждері тұнбасыз қалалық суда шексіз өмір сүреді, ал Delta резеңке орындықтары ұңғыма суындағы тұнбаға төзімді.

The first screw down tap mechanism was patented and manufactured by the Rotherham brass founders Guest and Chrimes in 1845. Most older taps use a soft rubber or neoprene washer which is screwed down onto a valve seat in order to stop the flow. This is called a "globe valve" in engineering and, while it gives a leak proof seal and good fine adjustment of flow, both the rubber washer and the valve seat are subject to wear (and for the seat, also corrosion) over time, so that eventually no tight seal is formed in the closed position, resulting in a leaking tap. The washer can be replaced and the valve seat resurfaced (at least a few times), but globe valves are never maintenance free. Also, the tortuous S shaped path the water is forced to follow offers a significant obstruction to the flow. For high pressure domestic water systems this does not matter, but for low pressure systems where flow rate is important, such as a shower fed by a storage tank, a "stop tap" or, in engineering terms, a "gate valve" is preferred. Gate valves use a metal wedge with a circular face, usually the same diameter as the pipe, which is screwed into place perpendicularly to the flow, cutting it off. There is little resistance to flow when the tap is fully open, but this type of tap rarely gives a perfect seal when closed. In the UK this type of tap normally has a wheel shaped handle rather than a crutch or capstan handle. Cone valves or ball valves are another alternative. These are commonly found as the service shut off valves in more expensive water systems and usually found in gas taps (and, incidentally, the cask beer taps referred to above). They can be identified by their range of motion—only 90°—between fully open and closed. Usually, when the handle is in line with the pipe the valve is open, and when the handle is across the pipe it is closed. But it could move in either direction CW or CCW perpendicular to the pipe. S=shut and O=open. A cone valve consists of a shallowly tapering cone in a tight fitting socket placed across the flow of the fluid. In UK English this is usually known as a taper plug cock. A ball valve uses a spherical ball instead. In either case, a hole through the cone or ball allows the fluid to pass if it is lined up with the openings in the socket through which the fluid enters and leaves; turning the cone using the handle rotates the passage away, presenting the fluid with the unbroken surface of the cone through which it cannot pass. Valves of this type using a cylinder rather than a cone are sometimes encountered, but using a cone allows a tight fit to be made even with moderate manufacturing tolerances. The ball in ball valves rotates within plastic(usually ptfe) seats. Hands free infrared proximity sensors are replacing the standard valve. Thermostatically controlled electronic dual purpose mixing or diverting valves are used within industrial applications to automatically provide liquids as required. Foot controlled valves are installed within laboratory and healthcare/hospitals, as well as in industrial settings where extremely dirty hands operating taps might leave residues on them. Modern taps often have aerators at the tip to limit water flow and introduce air in the form of bubbles to reduce splashing. Without an aerator, water usually flows out of the tap in one big stream. An aerator spreads the water flow into many small droplets. In sanitary settings such as hospitals or laboratories "laminar flow devices" are used in place of aerators. Laminar flow devices restrict flow and direct the water into a smooth stream without introducing the surrounding air which could contain hazardous bacteria or particles. Modern bathroom and kitchen taps often use ceramic or plastic surfaces sliding against other spring loaded ceramic surfaces or plastic washers. These taps exploit the uniquely low value of the coefficient of friction of 2 ceramic surfaces in contact, especially in the presence of water as a lubricant. These taps tend to require far less maintenance than traditional globe valves, and when maintenance is required the entire interior of the valve is usually replaced, often as a single pre assembled cartridge. Of three manufacturers in North America, Moen and American Standard use cartridges (Moen's being O ring based, American Standard's being ceramic), while Delta uses rubber seats facing the cartridges. Each design has its advantages: Moen cartridges tend to be easiest to find, American Standard cartridges have nearly infinite lifespan in sediment free municipal water, and Delta's rubber seats tend to be most forgiving of sediment in well water.

Қайта ағудың алдын алу

АҚШ-тың көптеген штаттарында шлангтің түйіспелері, крандары және қабырғалық гидранттарында вакуумдық бұзғыш немесе кері ағынды тоқтату құрылғысы болуы міндетті, осылайша су шланг арқылы кері қайта оралмайды. Бұл қысым төмендеген жағдайда ғимараттың немесе жалпы су жүйесінің ластануына жол бермейді. Ұлыбританиядағы су ережелері екі қайтара клапанды талап етеді; көбінесе бұл клапан кранның ішіне орнатылады.

ASME A112 сантехника материалдары мен жабдықтарына арналған стандарттар

Американың механикалық инженерлер қоғамы (ASME) сантехника саласында бірнеше стандарттар жариялайды. Олардың кейбіреулері:

ASME A112.6.3 – Еден және траншеялық дренаждар
ASME A112.6.4 – Шатыр, терраса және балкон дренаждары
ASME A112.18.1/CSA B125.1 – Сумен жабдықтау фитингтері
ASME A112.19.1/CSA B45.2 – Эмальдалған шойын және эмальдалған болаттан жасалған сантехникалық жабдықтар
ASME A112.19.2/CSA B45.1 – Керамикалық сантехникалық жабдықтар