Een gids voor kogelkranen

Figuur 1: 2-weg handmatige kogelkraan

Een kogelkraan is een inschakelventiel dat een roterende kogel met een gat gebruikt om de stroom van gassen en vloeistoffen te regelen. De kogel kan 90 graden (kwartslag) worden gedraaid met een hendel of actuator om de klep te openen of te sluiten. Kogelkranen zijn duurzaam, betrouwbaar, gemakkelijk te gebruiken en bieden een goede afdichting gedurende hun gebruik, zelfs als ze langere tijd niet worden gebruikt. Dit artikel bespreekt de werking, kenmerken en verschillende soorten kogelkranen.

Inhoudsopgave

• Wat zijn de onderdelen van een kogelkraan?
• Hoe een kogelkraan werkt
• Handmatige en aangedreven kogelkranen
• 2-weg en 3-weg kogelkranen
• Materialen voor kogelkranen
• Aansluitingstypen voor kogelkranen
• Full port en standard port kogelkranen
• 1-, 2- en 3-delige kogelkranen
• Kunnen kogelkranen worden gebruikt voor stromingsregeling?
• Speciale kogelkranen
• Veelgestelde vragen

Wat zijn de onderdelen van een kogelkraan?

Figuur 2: Kogelkraan diagram: spindel (A), O-ringen (B), behuizing (C), kogel (D), en zitting (E).

Figuur 2 toont de belangrijkste onderdelen van een 2-weg kogelkraan:

• Klepspindel (A): De klepspindel verbindt de actuator (bijv. hendel of actuator) met de kogel.
• O-ringen (B):O-ringen in een kogelkraan zijn cirkelvormige afdichtingen gemaakt van materialen zoals rubber. Ze voorkomen lekkage door een goede afdichting te creëren tussen onderdelen, zoals rond de spindel of zittingen.
• Behuizing (C): De behuizing ondersteunt alle interne onderdelen van de klep en beschermt ze tegen toepassings- en omgevingsomstandigheden. De behuizing heeft meestal openingen voor het aansluiten van leidingen, bekend als inlaat- en uitlaatpoorten. De behuizing is gemaakt van sterke en duurzame materialen zoals messing, RVS of PVC.
• Kogel (D): De kogel heeft een gat waardoor vloeistof kan stromen wanneer de klep open is. Dit gat ligt in lijn met het pad van de klep, waardoor vloeistof kan passeren. Wanneer de boring loodrecht op de stroom wordt gedraaid, stopt het de vloeistof van passeren.
• Zitting (E): De zitting ondersteunt en dicht de kogelcomponent af. Kogelkranen hebben meestal twee zittingen. Wanneer de klep gesloten is, creëren deze zittingen een goede afdichting rond de kogel. De stroomopwaartse zitting dicht af tegen de druk van de binnenkomende vloeistof, terwijl de stroomafwaartse zitting voorkomt dat er lekkage in de atmosfeer ontsnapt.

Hoe een kogelkraan werkt

• Open positie: Wanneer de klephendel 90 graden wordt gedraaid, draait de kogel zo dat de boring in lijn komt met het stromingspad. Deze uitlijning zorgt ervoor dat vloeistof vrij door de klep kan stromen. In deze positie staat de hendel parallel aan de leiding, wat aangeeft dat de klep open is.
• Gesloten positie: Door de hendel 90 graden terug te draaien, draait de kogel zo dat de boring loodrecht op het stromingspad staat, waardoor de vloeistofpassage effectief wordt geblokkeerd. In deze positie staat de hendel loodrecht op de leiding, wat aangeeft dat de klep gesloten is.

Hoewel handmatige bediening met een hendel gebruikelijk is, kunnen kogelkranen ook worden uitgerust met actuatoren voor geautomatiseerde besturing.

Handmatige en aangedreven kogelkranen

Handmatige kogelkranen

Handmatige kogelkranen gebruiken een hendel of hefboom om de kogelkraan te openen en te sluiten. Ze zijn eenvoudig en kosteneffectief, ideaal voor toepassingen met lage cycli zonder automatisering. Ze vereisen echter handmatige bediening, wat hun gebruik in afgelegen of gevaarlijke gebieden beperkt. ISO-top kogelkranen (Figuur 5) hebben een gestandaardiseerde bevestigingsflens volgens ISO 5211 voor het monteren van een elektrische of pneumatische actuator.

Elektrische kogelkranen

Elektrische kogelkranen gebruiken een elektrische actuator om de klep automatisch te openen en te sluiten. Ze zijn geschikt voor toepassingen die nauwkeurige stromingsbeheersing en integratie met controlesystemen vereisen. Ze bieden hoge nauwkeurigheid maar zijn afhankelijk van elektrische stroom, waardoor ze duurder en complexer zijn om te installeren en te onderhouden. Elektrische kogelkranen worden vaak gebruikt als zonekleppen in verwarmingssystemen.

Het is essentieel om de responstijd in overweging te nemen bij het selecteren van een elektrische kogelkraan. In noodgevallen kan een snelle respons ongelukken voorkomen en het risico op schade aan apparatuur en personeel verminderen. Andere belangrijke parameters om te overwegen zijn koppelvereisten, stroomverbruik en compatibiliteit met bestaande controlesystemen. Lees meer in ons artikel over elektrische kogelkraan overzicht.

Pneumatische kogelkranen

Pneumatische kogelkranen, aangedreven door perslucht, zijn ideaal voor snel cyclische toepassingen vanwege hun snelle responstijd. Ze zijn inherent veilig voor gebruik in explosieve of gevaarlijke omgevingen, omdat ze geen elektrische componenten bevatten. Dit maakt ze een voorkeursoptie in industrieën zoals olie en gas. Ook bieden pneumatische actuatoren hoge kracht en koppel, geschikt voor grotere kleppen of toepassingen die aanzienlijke aandrijfkracht vereisen. Ze vereisen echter een persluchtsysteem, wat kan leiden tot extra infrastructuur- en onderhoudsbehoeften. Lees meer in ons artikel over pneumatische kogelkraan overzicht.

 

Figuur 3: 2-weg elektrische kogelkraan met een geïntegreerd relais (links) en een 3-weg pneumatische kogelkraan (rechts)

2-weg en 3-weg kogelkranen

Gebruikelijke kogelkranen hebben twee of drie poorten, bekend als 2-weg en 3-weg configuraties.

• 2-weg: In een 2-weg kogelkraan, is de stroomrichting recht, van ingang naar uitgang. 2-weg kogelkranen worden gebruikt voor eenvoudige aan/uit vloeistofregeling.
• 3-weg:3-weg kogelkranen hebben drie poorten. Ze komen voor in een L-poort of T-poort configuratie. Deze aanduidingen verwijzen naar de interne boringstructuur, die de richting van de mediastroom bepaalt.
  • De L-vormige boring kan de stroom tussen twee paden leiden, waardoor deze geschikt is voor verdeeltoepassingen. De T-vormige boring kan drie paden verbinden of isoleren, wat een veelzijdigere stroomregeling mogelijk maakt, zoals het mixen of verdelen van vloeistoffen.

Kogelkraanmaterialen

Behuizingsmaterialen

RVS, kunststof, messing en gietijzer zijn de verschillende behuizingsmaterialen voor kogelkranen. Elk materiaal heeft verschillende eigenschappen, dus het kiezen van het juiste materiaal zorgt voor optimale systeemprestaties, veiligheid en kostenefficiëntie. Lees ons artikel over kogelkraanmaterialen voor meer informatie over de mediacompatibiliteit, temperatuur- en druktolerantie van kogelkraanbehuizings- en zittingmaterialen.

Tabel 1: RVS vs messing, kunststof en gietijzeren kogelkranen

Afdichtingsmaterialen

Kogelkranen met PTFE (Teflon) zittingen worden vaak gebruikt. Kogelkraanafdichtingen kunnen echter ook gemaakt zijn van metalen of andere synthetische materialen zoals PA (polyamide), EPDM (Ethyleen Propyleen Dieen Monomeer) en FKM (Fluorelastomeer). Raadpleeg onze gids over chemische bestendigheid van materialen voor meer informatie.

Aansluitingstypen voor kogelkranen

Kogelkranen kunnen op verschillende manieren worden aangesloten op leidingen, waardoor ze veelzijdig zijn voor verschillende toepassingen. Lees ons artikel over kogelkraanaansluitingstypen voor meer informatie over de eindaansluitingstypen voor verschillende kogelkraantypen.

Tabel 1: Kogelkraanaansluitingstypen

Volledig doorlaat en standaard doorlaat kogelkranen

Kogelkranen kunnen volledig of standaard (gereduceerde) doorlaat zijn, gebaseerd op hun boringgrootte.

• Volledig doorlaat kogelkranen hebben een boringdiameter die overeenkomt met de buismaat, wat minimale stroombeperking biedt. Ze veroorzaken een zeer lage drukval en kunnen gemakkelijk worden gereinigd (ideaal voor pigging). Ze zijn echter duurder in vergelijking met standaard doorlaat kogelkranen.
• Standaard doorlaat kogelkranen hebben een iets kleinere boring. Ze hebben een hogere snelheid, energieverlies en drukval dan volledig doorlaat kogelkranen. Ze zijn echter compact en minder kostbaar.

Figuur 4: Volledig doorlaat (links) en standaard doorlaat (rechts) kogelkranen

1-, 2- en 3-delige kogelkranen

Kogelkranen komen voor in 1-, 2- of 3-delige ontwerpen.

• 1-delige kogelkraan: Deze kraan heeft een solide eendelig ontwerp. Hij is compact en geschikt voor lagedruk residentiële toepassingen, zoals loodgietersystemen.
• 2-delige kogelkraan: Een 2-delige kogelkraan heeft twee delen. Hij kan gemakkelijk worden gedemonteerd zonder de buis te snijden, wat eenvoudiger onderhoud mogelijk maakt. De kraan is veelzijdig, met verschillende maten en drukklassen. Hij wordt vaak gebruikt voor industriële toepassingen waar frequent onderhoud nodig kan zijn.
• 3-delige kogelkraan: Een 3-delige kogelkraan heeft drie delen die gemakkelijk kunnen worden gemonteerd en gedemonteerd. Het ontwerp maakt aanpassing mogelijk, omdat individuele componenten kunnen worden vervangen. Hij is ideaal voor hogedruk toepassingen en wordt gebruikt in chemische verwerking, olie en gas, en waterbehandeling. 3-delige kogelkranen zijn echter kostbaar.

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

Figuur 5: RVS 3-delige kogelkraan

Kunnen kogelkranen worden gebruikt voor stromingsregeling?

Kogelkranen functioneren doorgaans als afsluiters om de stroom van vloeistoffen of gassen in een leidingsysteem te regelen. Ze zijn niet ideaal voor nauwkeurige stromingsregeling.

Kogelkranen met geïntegreerde regelschijf zijn gemodificeerde kogelkranen die specifiek zijn ontworpen voor vloeistofregeling. De boringvorm in een kogelkraan met geïntegreerde regelschijf kan worden aangepast naar een 'V', 'U' of parabolische vorm om aan de specifieke eisen van de toepassing te voldoen. Ze regelen en moduleren de stroom, en bieden stabiliteit en precisie. Voor meer informatie, lees onze artikelen over kogelkraan met geïntegreerde regelschijf en v-port kogelkraan.

Figuur 6: Belimo kogelkraan met geïntegreerde regelschijf voor HVAC-toepassingen

Speciale kogelkranen

• Ontlucht: Een ontluchte kogelkraan heeft een ontluchtingsmechanisme om opgesloten druk vrij te geven, waardoor mogelijke schade of gevaren worden voorkomen. Lees ons overzichtsartikel over ontluchte kogelkranen voor meer details over het ontwerp, de werking en de toepassingen van ontluchte kogelkranen.
• Modulerend: Een modulerende kogelkraan kan worden aangepast naar elke positie tussen volledig open en volledig gesloten. Dit maakt nauwkeurige stromingsregeling mogelijk om parameters zoals temperatuur, niveau of concentratie te regelen. Het wordt meestal geautomatiseerd met een elektrische actuator en een feedbacksysteem om real-time positie-informatie te geven.
• 90-graden kogelkranen:90-graden kogelkranen verbinden residentiële en commerciële water- en gastoevoerleidingen met armaturen die loodrecht op de toevoerleiding staan. Ze maken snelle afsluiting en isolatie mogelijk voor onderhoud of noodgevallen. Lees ons overzichtsartikel over haakse kogelkranen voor meer informatie.
• Hogedruk kogelkranen:Hogedruk kogelkranen worden gebruikt voor hydraulische en verwarmingsolie toepassingen tot 500 bar (7.250 psi). Ze worden bediend met een hendel en bieden onbelemmerde stroming dankzij het volledig doorlaat ontwerp. Lees ons hydrauliek kogelkraan artikel voor meer informatie.

Figuur 8: 2-weg hydrauliek kogelkraan voor hogedruk toepassingen

Veelgestelde vragen

Kan een kogelkraan gedeeltelijk open staan?

Een kogelkraan wordt niet aanbevolen voor smoren omdat het ongelijkmatige slijtage, trillingen en geluid kan veroorzaken. Gebruik kogelkranen met geïntegreerde regelschijf voor smoren.

Waar wordt een kogelkraan gebruikt?

Kogelkranen worden gebruikt in pijpleidingen voor aan/uit-regeling in industrieën, residentiële loodgieterij en irrigatiesystemen vanwege hun snelle werking en goede afdichting.

Kan een kogelkraan de stroming regelen?

Hoewel een kogelkraan de stroming kan regelen, is het niet ideaal voor nauwkeurige stromingsregeling. Het is het meest geschikt voor toepassingen die volledige open of gesloten posities vereisen.

Waarom heb je een kogelkraan nodig?

Kogelkranen zijn nodig vanwege hun betrouwbare, snelle afsluitcapaciteiten, minimale drukval en duurzaamheid, waardoor ze ideaal zijn voor verschillende vloeistofregeltoepassingen.

Wat is beter, messing of plastic kogelkranen?

Messing kogelkranen zijn duurzamer en hittebestendiger, geschikt voor toepassingen met hoge druk en temperatuur. Plastic kranen zijn corrosiebestendig en lichtgewicht, ideaal voor blootstelling aan chemicaliën.

Wanneer is een kogelkraan open?

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

Kunnen kogelkranen falen?

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

Waarvoor kan een kogelkraan worden gebruikt?

Een typische kogelkraan functioneert als een afsluiter. Gebruik een kogelkraan met geïntegreerde regelschijf, zoals een v-port kogelkraan, voor nauwkeurige stromingsregeling.