Overzicht kogelkraan

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) om zijn as te draaien, wordt de klep geopend of gesloten en kan het medium respectievelijk doorstromen of worden geblokkeerd. Kogelkranen kenmerken zich door een lange levensduur en bieden betrouwbare afdichting gedurende de gehele levensduur, zelfs wanneer de klep lange tijd niet wordt gebruikt. Ze zijn beter bestand tegen verontreinigde media dan de meeste andere typen kleppen.

Sommige versies van kogelkranen worden ook gebruikt als regelkleppen. Deze toepassing is minder gebruikelijk vanwege de relatief beperkte nauwkeurigheid bij het regelen van de doorstroming in vergelijking met andere typen regelkleppen. Kogelkranen bieden echter enkele voordelen. Zo zorgen ze voor betrouwbare afdichting, zelfs als het medium vuil is. Afbeelding 1 toont een doorsnede van een kogelkraan.

Inhoudsopgave

• Werkingsprincipe en componenten van kogelkraan
• Automatische kogelkranen
• Materialen voor kogelkraanhuisvesting
• Afdichtingen en O-ringen
• Kogelkranen voor hoge druk
• Verbindingstypen van kogelkraan
• Goedkeuringen
• Veelgestelde vragen

Werkingsprincipe en componenten van kogelkraan

Om het werkingsprincipe van een kogelkraan te begrijpen, is het belangrijk om de vijf belangrijkste onderdelen van een kogelkraan te kennen. Het diagram van de kogelkraan in Afbeelding 2 toont deze vijf hoofdcomponenten.

• Stam van de klep (A): De klepstam verbindt de aandrijving (bijv. handvat of aandrijving (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 waar doorheen vloeistof kan stromen wanneer de klep geopend is.
• Zitting (E): De zitting ondersteunt en dicht het kogelcomponent af.

Wanneer de klepstam een kwartslag wordt gedraaid, is de boring ofwel open voor de doorstroming waardoor het medium kan stromen, of gesloten om de doorstroming van het medium te voorkomen. Het circuit van een kogelkraan, de behuizingsassemblage, kogelontwerp en bedieningstypen hebben allemaal invloed op de werking en worden hieronder besproken.

Kogelkranen zijn populairder als afsluitklep dan bijvoorbeeld de schuifafsluiter. Voor een volledige vergelijking, lees ons artikel over schuifafsluiter vs. kogelkraan.

Circuitfunctie

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

Behuizingsassemblage

De assemblage van de klephuisvesting kan worden onderverdeeld in drie veelgebruikte ontwerpen: één stuk, twee stukken en drie stukken behuizingen. Het verschil zit in hoe de klep is geassembleerd en dit heeft invloed op de mogelijkheden voor onderhoud of reparatie. De werking van de kleppen is in elk ontwerp hetzelfde.

• Eén stuk: Dit is de goedkoopste variant. De twee delen die de kogel omvatten, worden samengeperst of gelast. De kleppen kunnen niet worden geopend voor reiniging of onderhoud. Dit type wordt over het algemeen gebruikt voor minder veeleisende toepassingen.
• Twee stukken: Tweedelige kleppen kunnen worden gedemonteerd voor reiniging, onderhoud en inspectie. Vaak zijn de delen verbonden via een schroefdraadverbinding. De klep moet volledig worden verwijderd uit de leiding om de twee delen te scheiden.
• Drie stukken: Duurdere kleppen hebben vaak drie delen. De delen worden over het algemeen bij elkaar gehouden door boutverbindingen. Het voordeel van dit ontwerp is dat de klep kan worden onderhouden zonder de gehele klep uit de leiding te verwijderen.

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

Gesmede kogelkranen

Gesmede kogelkranen worden gecreëerd door de legeringen en metalen te vormen terwijl ze nog in hun vaste vorm zijn. De metalen en legeringen worden gebogen door verwarming of met industriële gereedschappen die drukkrachten leveren 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 roestvrij staal kunnen worden gebruikt om gesmede kogelkranen te construeren. Tijdens het productieproces wordt het metaal (of legering) verwarmd, samengeperst, gebogen en gevormd volgens het ontwerp van de kogelkraan met behulp van een matrijsmechanisme.

De matrijs helpt het metaal in een specifieke vorm te vormen, terwijl de machine voldoende druk uitoefent om het metaal in de juiste vorm te krijgen. 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 met hoge temperaturen en drukken.
• Het smeedproces vermindert de gevoeligheid van de kogelkraan voor problemen zoals porositeit, barsten en krimp.
• Gesmede kogelkranen kunnen zeer snel aan temperatuurveranderingen worden aangepast; daarom zijn deze kleppen geschikt voor gebruik in meerdere omgevingen.
• Weinig onderhoud nodig.

Kogelontwerp

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

• Drijvend: De meerderheid van kogelkranen heeft een drijvende bal. De bal wordt ondersteund door de klepzittingen.
• Steunpunt: Kogelkranen met grote diameters en hoge bedrijfsdrukken (bijvoorbeeld DN > 100 mm en 30 bar) bevatten vaak kogelklepondersteuning in hun ontwerp. Specifiek wordt de bal aan de onder- en bovenkant ondersteund om de belasting op de zittingringen te verminderen. De bedieningsspanning is over het algemeen lager voor steunpuntkranen.

De opening door de bal kan verschillende profielen hebben, zoals een volle doorlaat, verkleinde doorlaat of V-vormig.

• Verkleinde doorlaat: De meeste kogelkranen hebben een verkleinde doorlaat. Als gevolg hiervan veroorzaakt de klep wrijvingsverliezen in het systeem. Deze verliezen zijn nog steeds relatief klein in vergelijking met andere soorten kranen. Kogelkranen met één stuk zijn bijna altijd verkleinde doorlaat.
• Volle doorlaat: Kranen met volle doorlaat hebben dezelfde doorlaatdiameter als de leiding. Het voordeel is dat er geen extra wrijvingsverliezen zijn en dat het systeem mechanisch gemakkelijker te reinigen is (pigging). Het nadeel is dat de bal en de behuizing groter zijn dan bij een standaard kogelkraan met verkleinde doorlaat. De kosten zijn daarom iets hoger, en voor veel toepassingen is dit niet vereist. Ze worden ook wel volledige doorlaat kogelkranen genoemd.
• V-vormig: Het gat in de bal of de klepzitting heeft een 'V'-vormig profiel. Hierdoor kan de gewenste doorstroming nauwkeuriger worden gecontroleerd door de bal te draaien. Door het profiel te optimaliseren, kan een lineair doorstroomeigenschap worden benaderd.

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

Handvat kogelkraan

Het handvat is verbonden met de klepsteel (Figuur 2 nummer 1) en kan de klep van de open naar de gesloten positie draaien (90 graden). Als de klep correct is geïnstalleerd, is de klep open wanneer het handvat parallel aan de leiding staat en gesloten wanneer het handvat loodrecht op de leiding staat. Het is belangrijk om de richting van het handvat te onthouden om visueel te weten of de kogelkraan open of gesloten is. Er zijn aanvullende typen kogelkraanhandvatten, zoals vergrendelbare handvatten of kogelkraanhandwielen. Deze werken zoals de namen suggereren. Als u een grotere kogelkraan heeft of extra koppel nodig heeft om de klep te openen of te sluiten, is mogelijk een verlengstuk voor het kogelkraanhandvat vereist. Als uw handvat breekt, zoekraakt of als u een automatische kogelkraan naar een handmatige wilt converteren, kunt u vervangende kogelkraanhandvatten kopen.

Ontluchtingskogelkranen

Ontluchtingskogelkranen zien er bijna hetzelfde uit als standaard 2-weg kogelkranen wat betreft hun ontwerp. Het belangrijkste verschil is dat de uitlaatpoort in gesloten positie ventileert naar de omgeving. Dit wordt bereikt door een klein gaatje dat in de bal en in het klephuis is geboord. Wanneer de klep sluit, komen de gaatjes overeen met de uitlaatpoort en laten de druk vrij. Dit is vooral handig in persluchtsystemen waar drukverlaging zorgt voor een veiligere werkomgeving. Intuïtief lijken deze kranen op 2-weg kogelkranen terwijl ze in feite 3/2-weg zijn vanwege het kleine boorgat voor ontluchting.

Automatische kogelkranen

In plaats van een handmatige bediening om de klep aan of uit te zetten, kunnen sommige kranen worden voorzien van een elektrische of pneumatische aandrijving zoals te zien in Figuur 4. Ze zijn rechtstreeks verbonden met de klepsteel (Figuur 2 nummer 1) en kunnen deze een kwartslag draaien. De meest voorkomende flensverbinding tussen de klep en aandrijving is de ISO 5211-standaard. Figuur 4 toont een voorbeeld van een ISO 5211-top die gereed is om te worden aangesloten op een aandrijving. Door een aandrijving te gebruiken, kunt u uw kogelkraan op afstand bedienen of via een regelaar zodat deze als automatische afsluiter kan worden gebruikt. Een veerbediende kogelkraan, ook wel een veerbelaste klep of een terugslagkogelkraan genoemd, gebruikt een veer om de klep in een stroomuitvalscenario te openen/sluiten en een aandrijving om vervolgens de kogelkraan in de aan/uit-positie te houden. Deze worden gebruikt voor energiebesparende toepassingen of om veiligheidsredenen.

Er zijn verschillende manieren om een elektrische aandrijving te bedienen:

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

Bepaalde elektrische aandrijvingen kunnen ook modulatiebediening 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, roestvrij staal en PVC (PolyVinyl Chloride). De bal is meestal gemaakt van verchroomd staal, verchroomd messing, roestvrij staal of PVC. De zittingen zijn vaak gemaakt van Teflon, maar kunnen ook van andere synthetische materialen of metalen zijn gemaakt. Lees ons artikel over 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. Messingkranen worden gebruikt voor (drink)water, gas, olie, lucht en vele andere media. Chloride-oplossingen (bijv. zeewater) of gedemineraliseerd water kunnen tot dezinking leiden. Dezinking 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 handmatige 2-weg messing kogelkranen of 3-weg messing kogelkranen.

Roestvrijstalen kogelkraan

Roestvrij staal wordt gebruikt voor corrosieve media en agressieve omgevingen (Figuur 6). Ze worden daarom vaak gebruikt in zeewater, zwembaden, osmose-installaties, bij hoge temperaturen en vele chemicaliën. Het meeste roestvrij staal is austenitisch. Type 304 en 316 zijn de meest voorkomende, waarbij 316 de beste corrosiebestendigheid heeft. 304 wordt soms aangeduid als 18/8 vanwege 18% chroom en 8% nikkel. 316 heeft 18% chroom en 10% nikkel (18/10). Roestvrijstalen kranen vereisen meestal een hoger bedieningsspanning dan bijvoorbeeld messing- of PVC-kranen. Dit moet in overweging worden genomen wanneer een roestvrijstalen kraan wordt bediend door een elektrische of pneumatische aandrijving. Bekijk onze handmatige 2-weg roestvrijstalen kogelkranen of 3-weg roestvrijstalen kogelkranen.

PVC kogelkraan

PVC heeft vaak een lagere prijs (behalve voor ISO-top kranen) 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 roestvrij staal, daarom hebben PVC kogelkranen een lagere drukclassificatie. Lees ons artikel over PVC kogelkranen voor meer informatie over dit type kraan.

Messing vs roestvrij staal vs PVC kogelkraan

Materiaal	Voordelen	Nadelen
Brass	Duurzaam, geschikt voor de meeste toepassingen	Gevoelig voor dezincificatie
Roestvrij staal	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 artikel 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 kan leiden tot verslechtering van de afdichting. Daarnaast 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 cupveer. Andere populaire afdichtmaterialen zijn PTFE en Polyamide (Nylon). Hoe harder het materiaal van de klepzitting is, hoe moeilijker het is om een goede afdichting te behouden. Voor sommige toepassingen waarbij zachte materialen niet mogelijk zijn, zoals bij zeer hoge temperaturen, worden metalen of keramische klepzittingen gebruikt.

Kogelkranen voor hoge druk

Zoals de naam al aangeeft, werkt een kogelkraan voor hoge druk onder hoge vloeistofdruk, ongeveer 500-700 bar. Wanneer de klepgrootte groter wordt, vermindert de druk die het kan verdragen, en vice versa. Deze kranen zijn zeer duurzaam en worden gebruikt in leidingsystemen met verbindingen bij dezelfde drukbelasting. Handmatige kogelkranen voor hoge druk kunnen worden bediend door de hendel 90 graden te draaien. Gemotoriseerde kogelkranen voor hoge druk worden gesimuleerd door een elektrisch signaal voor hun werking. Materialen zoals koolstofstaal en roestvrij staal 316 worden gebruikt voor de constructie van de klep. Duplex of andere zeer veerkrachtige materialen moeten worden gebruikt om kleponderdelen zoals de stang, bal en zittingringen te construeren. Dit helpt bij het weerstaan van de hoge drukclassificaties van de klep en het maximale toelaatbare koppel van de actuator.

Kogelkranen voor hoge druk zijn beschikbaar in de volgende aansluitingstypen:

• Britse standaardpijp parallelle (BSPP) schroefdraad
• Nationaal pijpdraad (NPT) schroefdraad
• Compressietype (DIN 2353/ISO 8434-1)
• Laseind

Kogelkranen voor hoge druk worden gebruikt in sectoren waar de vloeistof in grote hoeveelheden wordt opgeslagen en gebruikt volgens hun vereisten, zoals waterparken, waterverdeelinstallaties en chemische industrieën.

Hydraulische kogelkranen

Hydraulische kogelkranen zijn speciaal ontworpen voor hydraulische en verwarmingssystemen vanwege hun hoge bedrijfsdrukclassificatie en bestendigheid tegen hydraulische en verwarmingsolie. Deze kranen zijn gemaakt van staal of roestvrij staal. Naast deze materialen maken de zittingen hydraulische kleppen ook geschikt voor hoge bedrijfsdruk. De zittingen van deze kranen zijn gemaakt van polyoxymethyleen (POM), wat geschikt is voor toepassingen met hoge druk en lage temperatuur. De maximale bedrijfsdruk van hydraulische kogelkranen gaat boven de 500 bar terwijl de maximale temperatuur oploopt tot 80 °C.

Aansluitingstypen kogelkraan

Kogelkranen kunnen op verschillende manieren op leidingen worden aangesloten, waardoor ze veelzijdig zijn voor verschillende toepassingen. Dit zijn hun gebruikelijke aansluitingstypen:

• Standaard (schroefdraad): Standaard kogelkranen bestaan uit de behuizing, zittingen, bal en hendel voor balrotatie. Ze omvatten kleppen met twee, drie en vier poorten die vrouwelijke of mannelijke schroefdraad kunnen hebben of een combinatie daarvan. Voor meer informatie over een schroefdraadaansluiting, lees ons artikel over kogelkraanaansluitingstypen.
• Flens: De poorten zijn verbonden met een leidingsysteem via flenzen die meestal zijn ontworpen volgens een bepaalde standaard. Deze kleppen bieden een hoge doorstroomsnelheid omdat ze meestal een volle doorlaat hebben.

Goedkeuringen

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

Drinkwater

Deze kogelkranen zijn geschikt voor drinkwatertoepassingen en hebben een WRAS, KIWA of DVGW goedkeuring. Indien gebruikt met een watertank, werken ze vaak in combinatie met een vlotter schakelaar om het waterniveau te controleren. Bovendien zorgt de waterkogelkraan afsluitfunctie voor een snelle en veilige manier om de waterstroom te stoppen wanneer nodig.

Gas

Deze kogelkranen zijn goedgekeurd voor gasapparaten.

Veelgestelde vragen

Wanneer is een kogelkraan open?

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

Wat is een kogelkraan?

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

Hoe installeer je een kogelkraan?

Schroef de in- en uitgang van de kogelkraan in uw schroefassemblage. Zorg ervoor dat de hendel correct is geïnstalleerd (parallel is open) vóór 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 worden gebruikt als afsluitklep en als regelklep 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 gecreëerd door de legeringen en metalen in hun vaste vorm te vormen. De metalen en legeringen worden gebogen door verwarming of met industriële gereedschappen die samendrukkende krachten leveren om de materialen te buigen.