Overzicht van Kogelkranen

Een kogelkraan is een afsluitklep die de stroom van een vloeistof of gas regelt door middel van een roterende kogel met een boring. Door de kogel een kwartslag (90 graden) rond zijn as te draaien, wordt de klep geopend of gesloten en kan het medium respectievelijk doorstromen of wordt het geblokkeerd. Kogelkranen worden gekenmerkt door een lange levensduur en bieden betrouwbare afdichting gedurende de levensduur, zelfs wanneer de klep lange tijd niet in gebruik is. Ze zijn beter bestand tegen verontreinigde media dan de meeste andere soorten kleppen.

Bepaalde versies van kogelkranen worden ook gebruikt als regelkleppen. Deze toepassing is minder gebruikelijk vanwege de relatief beperkte nauwkeurigheid van het regelen van het debiet in vergelijking met andere soorten regelkleppen. Kogelkranen bieden hier echter enkele voordelen. Ze zorgen bijvoorbeeld voor een betrouwbare afdichting, zelfs als het medium vuil is. Figuur 1 toont een doorsnede van een kogelkraan.

Inhoudsopgave

• Werking en componenten van kogelkranen
• Automatische kogelkranen
• Materialen van kogelkraanhuizen
• Afdichtingen en O-ringen
• Hogedruk kogelkranen
• Aansluitingstypes van kogelkranen
• Goedkeuringen
• Veelgestelde vragen

Werking en componenten van kogelkranen

Het is belangrijk om de vijf belangrijkste onderdelen van een kogelkraan te kennen om het werkingsprincipe van een kogelkraan te begrijpen. Het diagram van de kogelkraan in Figuur 2 toont deze vijf belangrijkste componenten.

• Klepstang (A): De klepstang verbindt de actuator (bijv. handvat of actuator (elektrisch of pneumatisch)) met de kogel.
• O-ringen (B): O-ringen op de zitting van de klep helpen lekkage te voorkomen.
• Behuizing (C): De behuizing ondersteunt alle interne componenten van de klep en beschermt ze tegen toepassings- en omgevingsomstandigheden.
• Kogel (D): De kogel heeft een holle boring waardoor vloeistof kan stromen wanneer de klep geopend is.
• Zitting (E): De zitting ondersteunt en dicht de kogelcomponent af.

Wanneer de klepstang een kwartslag wordt gedraaid, is de boring ofwel open voor de stroom, waardoor het medium kan stromen, of gesloten om de stroom van het medium te voorkomen. De circuitfunctie, de montage van de behuizing, het ontwerp van de kogel en de bedieningstypes van een kogelkraan hebben allemaal invloed op de werking en worden hieronder besproken.

Kogelkranen zijn populairder als afsluitklep dan bijvoorbeeld schuifafsluiters. Voor een volledige vergelijking, lees ons artikel over schuifafsluiters vs. kogelkranen.

Circuitfunctie

De klep kan twee, drie of zelfs vier poorten hebben (2-weg, 3-weg of 4-weg). De overgrote meerderheid van kogelkranen zijn 2-weg en handmatig bediend met een hendel. De hendel staat in lijn met de pijp wanneer de klep geopend is. In de gesloten positie staat de hendel loodrecht op de pijp. De stromingsrichting van de kogelkraan is eenvoudigweg van de ingang naar de uitgang voor een 2-weg klep. Handmatig bediende kogelkranen kunnen snel worden gesloten en daarom is er een risico op waterslag bij snelstromende media. Sommige kogelkranen zijn uitgerust met een transmissie. De 3-weg kleppen hebben een L-vormige of T-vormige boring, wat de circuitfunctie (stromingsrichting) beïnvloedt. Dit is te zien in Figuur 3. Hierdoor kunnen verschillende circuitfuncties worden bereikt, zoals het verdelen of mengen van stromen. Een 90-graden kogelkraan heeft twee poorten die in een hoek van 90 graden zijn geplaatst.

Behuizing assemblage

De assemblage van de klepbehuizing kan worden onderverdeeld in drie veelgebruikte ontwerpen: eenstuk, tweestuk en driestuk behuizingen. Het verschil zit in hoe de klep is geassembleerd en dit beïnvloedt de mogelijkheden voor onderhoud of reparatie. De werking van de kleppen is hetzelfde in elke uitvoering.

• Eenstuk: Dit is de goedkoopste variant. De twee delen die de bal omsluiten zijn geperst of gelast. De kleppen kunnen niet worden geopend voor reiniging of onderhoud. Dit type wordt over het algemeen gebruikt voor minder veeleisende toepassingen.
• Tweestuk: Tweestuk kleppen kunnen worden gedemonteerd voor reiniging, onderhoud en inspectie. Vaak zijn de delen verbonden via een schroefdraadverbinding. De klep moet volledig uit de pijp worden verwijderd om de twee delen te scheiden.
• Driestuk: Duurdere kleppen hebben vaak drie delen. De delen worden over het algemeen bijeengehouden door boutverbindingen. Het voordeel van deze uitvoering is dat de klep kan worden onderhouden zonder de hele klep uit de pijpleiding te verwijderen.

Lees ons 1,2,3-stuk kogelkraan artikel voor meer details over de constructie en het ontwerp van elk type.

Gesmede kogelkranen

Gesmede kogelkranen worden gemaakt door de legeringen en metalen te vormen terwijl ze nog in hun vaste vorm zijn. De metalen en legeringen worden gebogen door verhitting of met industriële gereedschappen die drukkrachten uitoefenen om de materialen te buigen. Gesmede kogelkranen zijn beter geschikt voor industriële toepassingen die hoge temperaturen, drukken en andere zware omstandigheden vereisen. Materialen zoals messing en RVS kunnen worden gebruikt om gesmede kogelkranen te vervaardigen. Tijdens het productieproces wordt het metaal (of de legering) verhit, gecomprimeerd, gebogen en gevormd volgens het ontwerp van de kogelkraan met behulp van een matrijssmeedmachine.

De matrijs helpt het metaal in een specifieke vorm te gieten, terwijl de machine voldoende druk uitoefent om het metaal in de juiste vorm te dwingen. Voor kogelkranen die groter zijn, is het noodzakelijk om verschillende componenten aan elkaar te lassen. De kleppen kunnen ook worden gecoat met gespecialiseerde coatings op basis van specifieke behoeften.

Voordelen van gesmede kogelkranen

• Gesmede kogelkranen zijn sterk en duurzaam en kunnen worden gebruikt in bijzonder veeleisende situaties die hoge temperaturen en drukken omvatten.
• Het smeedproces vermindert de gevoeligheid van de kogelkraan voor problemen zoals porositeit, barsten en krimp.
• Gesmede kogelkranen kunnen zich zeer snel aanpassen aan temperatuurveranderingen; daarom zijn deze kleppen geschikt voor gebruik in meerdere omgevingen.
• Lage onderhoudsbehoeften.

Kogelontwerp

Het meest voorkomende ontwerp is het "zwevende kogelontwerp." De kogel is opgehangen in het medium en wordt op zijn plaats gehouden door twee afdichtringen. Sommige hoogwaardige kleppen hebben een trunnion kogelontwerp. De kogel wordt aan de boven- en onderkant ondersteund om de belasting op de klepzittingen te verminderen.

• Zwevend: De meeste kogelkranen hebben een zwevende kogel. De kogel wordt ondersteund door de klepzittingen.
• Trunnion: Kleppen met grote diameters en hoge werkdrukken (bijvoorbeeld DN > 100 mm en 30 bar) bevatten vaak kogelkraanondersteuning in hun ontwerp. Specifiek wordt de kogel aan de onder- en bovenkant ondersteund om de belasting op de zittingringen te verminderen. Het bedieningskoppel is over het algemeen lager voor trunnion kleppen.

Het gat door de kogel kan verschillende profielen hebben, zoals een volle doorlaat, gereduceerde doorlaat of V-vormig.

• Gereduceerde doorlaat: De meeste kogelkranen hebben een gereduceerde doorlaat. Als gevolg hiervan introduceert de klep wrijvingsverliezen in het systeem. Deze verliezen zijn nog steeds relatief klein vergeleken met andere soorten kleppen. Eendelige kogelkranen zijn bijna altijd gereduceerde doorlaat.
• Volle doorlaat: Volle doorlaat kleppen hebben dezelfde doorlaatdiameter als de pijp. Het voordeel is dat er geen extra wrijvingsverliezen zijn en dat het systeem mechanisch gemakkelijker te reinigen is (pigging). Het nadeel is dat de kogel en de behuizing groter zijn dan een standaard gereduceerde doorlaat kwartslagklep. De kosten zijn daarom iets hoger, en voor veel toepassingen is dit niet nodig. Ze worden ook wel volle poort kogelkranen genoemd.
• V-vormig: Het gat in de kogel of de klepzitting heeft een 'V' vormig profiel. Hierdoor kan het gewenste debiet nauwkeuriger worden geregeld door de kogel te draaien. Door het profiel te optimaliseren, kan een lineaire stroomkarakteristiek worden benaderd.

Om meer te weten te komen over het maken van de juiste keuze voor uw toepassing, lees ons kogelkraan selectie technisch artikel.

Kogelkraanhendel

De hendel is verbonden met de klepstam (Figuur 2 nummer 1) en kan de klep van de open naar de gesloten positie draaien (90 graden). Als de klep correct is geïnstalleerd, zal de klep open zijn wanneer de hendel parallel aan de pijp staat en gesloten wanneer de hendel loodrecht op de pijp staat. Het is belangrijk om op de richting van de hendel te letten om visueel te weten of de kogelkraan open of gesloten is. Er zijn extra kogelkraanhendel types, zoals vergrendelbare hendels of kogelkraanhandwielen. Deze werken zoals hun namen suggereren. Als u een grotere kogelkraan heeft of extra koppel nodig heeft om de klep te openen of te sluiten, kan een kogelkraanhendelverlenging nodig zijn. Als uw hendel breekt, verkeerd geplaatst is of u een automatische kogelkraan naar een handmatige wilt omzetten, kunt u vervangende kogelkraanhendels kopen.

Geventileerde kogelkranen

Geventileerde kogelkranen zien er qua ontwerp bijna hetzelfde uit als de standaard 2-weg kogelkranen. Het belangrijkste verschil is dat de uitlaatpoort naar de omgeving ventileert in de gesloten positie. Dit wordt bereikt door een klein gaatje dat in de kogel en in het kleplichaam is geboord. Wanneer de klep sluit, lijnen de gaatjes uit met de uitlaatpoort en wordt de druk vrijgegeven. Dit is vooral nuttig in persluchtsystemen waar drukontlasting een veiligere werkomgeving biedt. Intuïtief lijken deze kleppen op 2-weg kogelkranen, terwijl ze in feite 3/2-weg zijn vanwege het kleine boorgat voor ventilatie.

Automatische kogelkranen

In plaats van een handmatige hendelbediening om de klep aan of uit te zetten, kunnen sommige kleppen worden uitgerust met een elektrische of pneumatische actuator zoals te zien in Figuur 4. Ze worden direct verbonden met de klepstam (Figuur 2 nummer 1) en kunnen deze een kwartslag draaien. De meest voorkomende flensverbinding tussen de klep en actuator is de ISO 5211 standaard. Figuur 4 toont een voorbeeld van een ISO 5211 top klaar om te worden verbonden met een actuator. Door een actuator te gebruiken, kunt u uw kogelkraan op afstand of via een controller bedienen, zodat deze kan worden gebruikt als een automatische afsluiter. Een veerbediende kogelkraan, ook wel een veerbelaste klep of een veerterugslagkogelkraan genoemd, gebruikt een veer om de klep te openen/sluiten in een stroomloze situatie en een actuator om de kogelkraan vervolgens in de aan/uit positie te houden. Deze worden gebruikt voor energiebesparende toepassingen of om fail-safe redenen.

Er zijn verschillende manieren om een elektrische actuator te bedienen:

• Een 2-punts regeling (ook wel een Open-Sluit of Aan-Uit circuit genoemd) gebruikt één besturingsdraad naast de voedingsdraden. Zodra de besturingsdraad wordt geactiveerd, opent de klep elektrisch. Als de besturingsdraad niet van stroom wordt voorzien, sluit de klep (elektrisch of door middel van een veer).
• Een 3-punts regeling gebruikt twee besturingsdraden: één voor het tegen de klok in draaien van de kogel, en één voor het met de klok mee draaien van de kogel. Afhankelijk van de toepassing kan de meest geschikte regeling worden gekozen.

Bepaalde elektrische actuatoren kunnen ook modulatieregeling bieden, waarmee de kogelkraan tussen 0-100% open/gesloten kan worden gepositioneerd. Voor meer informatie over automatische bediening, lees ons artikel over het installeren van elektrisch bediende kogelkranen.

Kogelkraan behuizingsmaterialen

De meest voorkomende behuizingsmaterialen zijn messing, RVS en PVC (PolyVinyl Chloride). De kogel is meestal gemaakt van verchroomd staal, verchroomd messing, RVS of PVC. De zittingen zijn vaak gemaakt van Teflon, maar kunnen ook van andere synthetische materialen of metalen zijn gemaakt. Lees onze chemische bestendigheid van materialen voor meer informatie.

Messing kogelkraan

Messing heeft het grootste marktaandeel (Figuur 5). Messing is een legering van koper en zink en heeft goede mechanische eigenschappen. Messing kleppen worden gebruikt voor (drink)water, gas, olie, lucht en vele andere media. Chloride-oplossingen (bijv. zeewater) of gedemineraliseerd water kunnen ontzinking veroorzaken. Ontzinking is een vorm van corrosie waarbij zink uit de legering wordt verwijderd. Dit creëert een poreuze structuur met een sterk verminderde mechanische sterkte. Een messing behuizing is ideaal voor een luchtkogelkraan of een kogelkraan voor sanitair. Bekijk onze handleiding 2-weg messing kogelkranen of 3-weg messing kogelkranen.

RVS kogelkraan

RVS wordt gebruikt voor corrosieve media en agressieve omgevingen (Figuur 6). Ze worden daarom vaak gebruikt in zeewater, zwembaden, osmose-installaties, bij hoge temperaturen en veel chemicaliën. De meeste RVS is austenitisch. Type 304 en 316 zijn de meest voorkomende, 316 heeft de beste corrosiebestendigheid. 304 wordt soms aangeduid als 18/8 vanwege 18% chroom en 8% nikkel. 316 heeft 18% chroom en 10% nikkel (18/10). RVS kleppen vereisen meestal een hoger bedieningskoppel dan bijvoorbeeld messing of PVC kleppen. Hier moet rekening mee worden gehouden wanneer een RVS klep wordt bediend door een elektrische of pneumatische actuator. Bekijk onze handleiding 2-weg RVS kogelkranen of 3-weg RVS kogelkranen.

PVC kogelkraan

PVC heeft vaak een lagere prijs (behalve voor ISO-top kleppen) en wordt veel gebruikt in irrigatie, watervoorziening en afvoer of corrosieve media (Figuur 7). PVC staat voor polyvinylchloride. PVC is bestand tegen de meeste zoutoplossingen, zuren, basen en organische oplosmiddelen. PVC is niet geschikt voor temperaturen hoger dan 60 °C, en is ook niet bestand tegen aromatische en gechloreerde koolwaterstoffen. PVC is niet zo sterk als messing of RVS, daarom hebben PVC kogelkranen een lagere drukclassificatie. Lees ons artikel over PVC kogelkranen voor meer informatie over dit type klep.

Messing vs RVS vs PVC kogelkraan

Materiaal	Voordelen	Nadelen
Messing	Duurzaam, geschikt voor de meeste toepassingen	Gevoelig voor ontzinking
RVS	Zeer slijtvast, inert, corrosiebestendig	Hogere prijs, vaak meer koppel nodig om de bal te draaien
PVC	Kosteneffectief, niet vatbaar voor corrosie	Kortere levensduur, beperkte druk- en temperatuurbereiken

Voor een vergelijking tussen het gebruik van een kogelkraan en een vlinderklep, lees ons vergelijkingsartikel over vlinder- en kogelkranen.

Afdichtingen en o-ringen

De meeste klepzittingen zijn gemaakt van PTFE (Teflon). PTFE staat voor PolyTetraFluorEthyleen. Dit materiaal heeft een zeer goede chemische bestendigheid en een hoog smeltpunt (~327 °C). Daarnaast is de wrijvingscoëfficiënt extreem laag. Een klein nadeel van PTFE is dat het materiaal kruip vertoont, wat na verloop van tijd een verslechtering van de afdichting kan veroorzaken. Bovendien heeft PTFE een vrij hoge thermische uitzettingscoëfficiënt. Een oplossing voor dit probleem is het gebruik van een veer om constante druk op de Teflon-afdichting uit te oefenen, zoals bijvoorbeeld een schotelveer. Andere populaire afdichtingsmaterialen zijn PTFE en Polyamide (Nylon). Hoe harder het materiaal van de klepzitting, hoe moeilijker het is om een goede afdichting te behouden. Voor sommige toepassingen waarbij zachte materialen niet mogelijk zijn, bijvoorbeeld bij zeer hoge temperaturen, worden metalen of keramische klepzittingen gebruikt.

Hogedruk kogelkranen

Zoals de naam al doet vermoeden, werkt een hogedruk kogelkraan onder hoge vloeistofdruk, ongeveer 500-700 bar. Wanneer de klepgrootte groter wordt, vermindert de druk die hij kan weerstaan, en vice versa. Deze kleppen zijn zeer duurzaam en worden gebruikt in leidingsystemen met verbindingen onder dezelfde drukbelasting. Handmatige hogedruk kogelkranen kunnen worden bediend door de hendel 90 graden te draaien. Gemotoriseerde hogedruk kogelkranen worden bediend door een elektrisch signaal. Materialen zoals koolstofstaal en RVS 316 worden gebruikt voor de constructie van de klep. Duplex of andere zeer veerkrachtige materialen moeten worden gebruikt om kleponderdelen zoals de steel, kogel en zittingringen te construeren. Dit helpt om de hoge drukclassificaties van de klep en het maximale toelaatbare stelkoppel van de actuator te weerstaan.

Hogedruk kogelkranen zijn beschikbaar in de volgende verbindingstypen:

• British standard pipe parallel (BSPP) schroefdraad
• National pipe thread (NPT) schroefdraad
• Compressietype (DIN 2353/ISO 8434-1)
• Lasuiteinde

Hogedruk kogelkranen worden gebruikt in sectoren waar de vloeistof in grote hoeveelheden wordt opgeslagen en gebruikt volgens hun vereisten, zoals waterparken, waterdistributie-installaties en chemische industrieën.

Hydraulische kogelkranen

Hydraulische kogelkranen zijn speciaal ontworpen voor hydraulische en verwarmingssystemen vanwege hun hoge werkdruk en weerstand tegen hydraulische en verwarmingsolie. Deze kleppen zijn gemaakt van staal of RVS. Naast deze materialen maken de zittingen hydraulische kleppen ook geschikt voor hoge werkdruk. De zittingen van deze kleppen zijn gemaakt van polyoxymethyleen (POM), wat geschikt is voor hogedruk- en lage temperatuurtoepassingen. De maximale werkdruk van hydraulische kogelkranen gaat boven de 500 bar terwijl de maximale temperatuur tot 80 °C gaat.

Kogelkraan verbindingstypen

Kogelkranen kunnen op verschillende manieren aan leidingen worden verbonden, waardoor ze veelzijdig zijn voor diverse toepassingen. Dit zijn hun gebruikelijke verbindingstypen:

• Standaard (geschroefd): Standaard kogelkranen bestaan uit de behuizing, zittingen, kogel en hendel voor kogelrotatie. Ze omvatten kleppen met twee, drie en vier poorten die vrouwelijke of mannelijke draad kunnen hebben of een combinatie daarvan. Voor meer informatie over een geschroefde verbinding, lees ons artikel over kogelkraanverbindingstypes.
• Geflensd: De poorten zijn verbonden met een leidingsysteem via flenzen die meestal zijn ontworpen volgens een bepaalde norm. Deze kleppen bieden een hoog debiet omdat ze doorgaans een volledig doorlaatontwerp hebben.

Goedkeuringen

Voor bepaalde toepassingen zijn goedkeuringen gewenst of vereist. Drinkwater en gas zijn de meest voorkomende. Het kiezen van een gecertificeerde kogelkraan zorgt ervoor dat het product voldoet aan belangrijke veiligheidsvereisten.

Drinkwater

Deze kogelkranen zijn geschikt voor drinkwatertoepassingen en hebben een WRAS-, KIWA- of DVGW-goedkeuring. Als ze worden gebruikt met een watertank, werken ze vaak in combinatie met een vlotterschakelaar om het waterniveau te bewaken. Bovendien zorgt de afsluitfunctie van de waterkogelkraan voor een snelle en veilige manier om de waterstroom indien nodig te stoppen.

Gas

Deze kogelkranen zijn goedgekeurd voor gastoestellen.

Veelgestelde vragen

Wanneer is een kogelkraan open?

Een kogelkraan is open wanneer de hendel in lijn is met de pijp en gesloten wanneer de klep loodrecht op de pijp staat. Hij hoeft slechts 90 graden gedraaid te worden.

Wat is een kogelkraan?

Een kogelkraan is een afsluitklep die de stroom van een vloeistof of gas regelt door middel van een roterende kogel met een boring. Ze kunnen bediend worden met een hendel of geautomatiseerd met een elektrische of pneumatische actuator.

Hoe installeer je een kogelkraan?

Schroef de in- en uitlaat van de kogelkraan in je geschroefde montage. Zorg ervoor dat de hendel correct is geïnstalleerd (parallel is open) voor installatie.

Kunnen kogelkranen falen?

Ja, een kogelkraan kan falen. Veelvoorkomende faaltypes zijn een beschadigde afdichting (klep sluit niet 100%) of vuil dat de klep binnendringt (klep beweegt niet).

Waarvoor kan een kogelkraan worden gebruikt?

Een kogelkraan kan zowel als afsluitklep als regelklep worden gebruikt voor zowel vloeistoffen als gassen. In het geval van een regelklep is de boring meestal in een v-vorm gemaakt.

Wat is een gesmede klep?

Gesmede kogelkranen worden gemaakt door de legeringen en metalen in hun vaste vorm te vormen. De metalen en legeringen worden gebogen door verhitting of met industriële gereedschappen die drukkrachten uitoefenen om de materialen te buigen.