Kurki kulowe, chociaż ich historia jest dość długa i sięga XIX wieku, stosowane są powszechnie od znacznie krótszego czasu. Wybór tych urządzeń na rynku jest naprawdę bardzo duży. Szeroki obszar zastosowań determinuje ich podział na wiele typów i wariantów, ponadto różnią się one pod względem materiału konstrukcyjnego i zasadniczych parametrów. Przyjrzyjmy się zatem ich cechom, zaczynając jednak od sprecyzowania nomenklatury.

Tytuł artykułu oczywiście odnosi się do zaworów – zaworów kulowych, a tym samym do kurków – kurków kulowych. Więc, co w końcu: „kurek”, czy „zawór”?

W mowie potocznej najczęściej mówi się o zaworach kulowych, co jest pochodną tego, iż jest to urządzenie montowane (zwykle) na rurze lub zbiorniku bądź innym urządzeniu, służące do kontroli nad płynącym medium – a takie urządzenia nazywa się zaworami. Kurki kojarzą się bardziej z armaturą sanitarną/łazienkową i bateriami, aczkolwiek te urządzenia służą do tego samego – kontroli nad płynącym medium.

Przez lata nazewnictwo ewoluowało i ostatecznie ukształtowało się formalnie właśnie na pojęciu „kurek kulowy”. Przedmiotowe Polskie Normy (np. [9-11]) już w swoich tytułach mówią o kurkach kulowych, nie zaś o zaworach kulowych. Także wydawane na ich podstawie certyfikaty krajowe posługują się tą nazwą. Inną sprawą jest to, iż takie nazewnictwo jest pewnym regionalizmem, gdyż np. w nomenklaturze anglojęzycznej nie ma takiego rozróżnienia, bo nie ma pojęcia takiego jak „kurek”. Jest po prostu „zawór”, czyli „valve”. Z pewnością nie znaleźlibyśmy zrozumienia, próbując np. brytyjskiemu hydraulikowi wskazać do naszej instalacji zakup urządzenia o nazwie „ball chicken”...

Można zatem podsumować, że zawory kulowe to kurki (kulowe), a pozostałe zawory to po prostu... nie, nie zawory. Są bowiem także przepustnice, śluzy, zasuwy itp. Zostawmy jednak te dylematy nomenklaturowe na inny artykuł.

Konstrukcja i zastosowanie
Jednodrogowe kurki kulowe są urządzeniami dość prostymi w budowie. Wewnątrz korpusu znajduje się wydrążona kula. Kanał, który w ten sposób jest w niej utworzony, może być ustawiony w dwóch skrajnych pozycjach: albo równodle. W pierwszym przypadku uzyskujemy pełne otwarcie kurka, w drugim szczelne zamknięcie. Oczywiście można kulę ustawić także w pozycji pośredniej. Przekrój typowego kurka kulkowego pokazano na rys. 1. 

! Pomimo prostej budowy i zasady działania kurki kulowe zdominowały instalacje hydrauliczne, jeśli chodzi o liczebność występowania. Przesądziła o tym przede wszystkim jedna cecha tych urządzeń: możliwość szybkiego odcięcia przepływu – poprzez wykonanie (około) 1⁄4 (90°) obrotu uchwytem – przy zachowaniu małych oporów hydraulicznych, gdy kurek jest w pełni otwarty.

Głównie dlatego to proste urządzenie jest obecnie podstawowym narzędziem służącym do odcinania przepływu medium, zarówno w instalacjach domowych, jak i przemysłowych, a więc – jak sugeruje tytuł artykułu – jest jednym z głównych „bohaterów” w praktyce instalatorskiej.

Oczywiście dostępne są również inne wersje kurków kulowych. Na przykład takie, gdzie każdy z króćców może zostać odcięty niezależne i w których, z tego względu, zakres ruchu uchwytu to (około) 180°, a kula ma dodatkowe wydrążenia, w dodatkowej płaszczyźnie. Rozwiązanie takie pokazano na rys. 2. Z kolei na rys. 3 pokazano kurek trzykróćcowy (dwudrogowy), w którym również odcinanie poszczególnych dróg przepływu czynnika odbywa się niezależnie. Najrzadziej spotykane są kurki czterokróćcowe.

Materiały konstrukcyjne. Korpusy kurków kulowych wykonywane są najczęściej z: mosiądzu, brązu, stali, tworzywa sztucznego lub żeliwa. Natomiast kula zwykle wykonywana jest z chromowanego mosiądzu lub ze stali nierdzewnej.

Co z funkcją regulacji? Jeśli zapytać hydraulików i instalatorów, do czego służą kurki kulowe, to na pewno każdy odpowie, że do odcinania przepływu. Gdy dopytamy, czy można takim kurkiem regulować przepływ, usłyszymy, że nie. Czy faktycznie tak jest? Zawór regulacyjny, aby mógł prawidłowo spełniać swoją funkcję, musi charakteryzować się co najmniej dwiema cechami:

• musi umożliwiać ustalenie i odczyt bieżącego nastawienia oraz
• musi mieć odpowiednią charakterystykę regulacyjną.

Typowy kurek kulowy nie spełnia tych wymagań – nie ma podziałki nastawień, a jego charakterystyka regulacyjna jest niekorzystna. Jeśli ktoś z czytelników próbował kiedyś z użyciem typowego kurka kulowego regulować przepływ, to wie, o czym mowa – zauważalne zmiany przepływu występują dopiero wtedy, gdy kurek jest prawie całkiem zamknięty, tak więc faktyczny zakres regulacji mieści się w zakresie obrotu uchwytu rzędu zaledwie kilkukilkunastu stopni. Trudno w takiej sytuacji uzyskać dobrą gradację i płynność regulacji, gdyż nawet luzy montażowe i ruchowe nabierają tutaj dużego znaczenia i uniemożliwiają precyzyjne wypozycjonowanie położenia uchwytu, a tym bardziej powtarzalność jego ustawień.

Istnieją jednak regulacyjne kurki kulowe. Od typowych kurków kulowych różnią się tym, iż są wyposażone w odpowiednio wycięte wkładki przylegające do kuli. Dzięki tym wycięciom możliwe jest uzyskanie pożądanej charakterystyki regulacyjnej. Ponadto kurki takie nie są napędzane ręcznie, a dedykowane są do współpracy z siłownikami elektrycznymi, które kontrolują stopień otwarcia kurka, czyli jego nastawienie. Przykład takiego kurka pokazano na rys. 4.

Dławik w standardzie. W katalogach producentów, w opisach kurków kulowych, często można znaleźć wzmianki o tzw. dławiku. Jest to element konstrukcyjny kurka, który pomaga doszczelnić przejście trzpienia przez korpus, jak pokazano na rys. 1. Jeśli z jakichś powodów w kurku pojawi się nieszczelność w tym miejscu i przeciek na uszczelnieniu trzpienia, to dokręcając dławik, dociskamy to uszczelnienie i ponownie uszczelniamy kurek. Nie ma więc konieczności wymiany kurka na nowy. Obecnie to rozwiązanie jest już standardem i spotyka się je nawet w najtańszych seriach w ofertach producentów.

Z przelotem pełnym lub zredukowanym. Ponadto czasami, w przypadku kurków wodnych, w materiałach informacyjnych producentów można spotkać wzmianki o tzw. przelocie pełnym (kurki pełnoprzelotowe) bądź przelocie zredukowanym. Odnosi się to do średnicy kanału doprowadzającego czynnik do kuli i do średnicy wydrążonego kanału w samej kuli, jak pokazano na rys. 1b, i należy to rozumieć w następujący sposób:

• w kurku pełnoprzelotowym średnica wydrążenia w kuli, mierzona w [mm], jest co najmniej równa liczbie wyrażającej średnicę nominalną DN przyłącza – nie mylić ze średnicą przyłącza wyrażoną w [mm] (np. w przypadku przyłącza gwintowanego średnica nominalna DN25 nie oznacza, że jest to 25 mm); w tym rodzaju przyłącza średnica przyłącza wyrażona w [mm] jest zawsze większa niż oznaczenie podane przy symbolu DN;
• jeśli kurek ma przelot zredukowany, to przy tej samej średnicy nominalnej przyłącza mniejszy jest – o jeden krok w typoszeregu – przelot kanału doprowadzającego i prowadzącego czynnik w kuli, co z kolei przekłada się na większy opór hydrauliczny takiego kurka. Jest on jednak tańszy w produkcji, gdyż mniejszy jest rozmiar kuli oraz korpusu.

Opisaną zależność prezentuje tabela 1.

Trochę historii
Można podejrzewać, że z uwagi na dość prostą konstrukcję kurka kulowego i jego przeznaczenie, skutkujące dużym zapotrzebowaniem na tego typu urządzenie, jest ono najstarszym typem zaworu i jego początki sięgają kilkuset lat wstecz. Okazuje się, że tak nie jest, ale tym niemniej historia powstania i rozwoju kurków kulowych jest dość ciekawa.

Pierwszy kurek kulowy został opatentowany w 1871 r. przez Johna Warrena, w Stanach Zjednoczonych. Patent został przydzielony wspólnie Johnowi Warrenowi i Johnowi Chapmanowi, założycielowi firmy Chapman Valve Company. Był to kurek, w którym uszczelnienie gniazda kuli było typu metal na metal (kurek był w całości wykonany z mosiądzu bądź z brązu – różne źródła podają tu różne informacje). Wynalazek ten pokazano na rys. 5.

Kurek kulowy o bardziej współczesnej konstrukcji został opatentowany w 1945 r. przez firmę Crane Valve Company (rys. 6). Różnił się od pierwszej wersji przede wszystkim tym, że zastosowano gniazdo kuli z uszczelnieniem elastycznym, sprężynowo-gumowym, a nie sztywnym, metalowym. W tamtym czasie firma nie podjęła się jednak produkcji tego wynalazku. Dalszy rozwój tego urządzenia nastąpił dzięki pracom Howarda G. Freemana, założyciela firmy Jamesbury Corporation i dostępności nowego wynalazku – teflonu (jest to nazwa handlowa, substancja nazywa się politetrafluoroetylen, w skrócie: PTFE), wynalezionego przez firmę Du Pont Chemical Company i używanego powszechnie do dziś w tego typu urządzeniach. Teflon dał możliwość opracowania skutecznego uszczelnienia elastycznego gniazda kuli i wyeliminowania jednego z głównych problemów ówczesnych kurków kulowych – rozszczelniania przy zmianach temperatury i/lub ciśnienia. Freeman opatentował swój wynalazek w 1960 r. Od tego momentu kurki kulowe zaczęły zyskiwać coraz większą popularność i były coraz częściej stosowane, nawet w takich aplikacjach jak instalacje w nuklearnych łodziach podwodnych. Rozwiązanie to pokazano na rys 7.

Typy, warianty, średnice
Kurek kulowy może występować w wielu różnych wariantach – z punktu widzenia rodzaju i średnicy przyłącza oraz uchwytu.

Rodzaje i średnice przyłączy. Pod względem rodzaju przyłącza można wyróżnić przede wszystkim kurki:

• gwintowane nakrętno-nakrętne, które z obu stron mają gwint wewnętrzny; z tego powodu często opisuje się je jako GW-GW (gwint wewnętrzny-gwint wewnętrzny) bądź, w nomenklaturze anglojęzycznej, jako F-F (female-female);
• gwintowane nakrętno-wkrętne, które z jednej strony mają gwint wewnętrzny, a z drugiej gwint zewnętrzny; analogicznie jak wyżej, są opisywane jako GW-GZ lub F-M (female-male);
• gwintowane wkrętno-wkrętne, które z obu stron mają gwint zewnętrzny, tj. GZ-GZ bądź M-M (male-male);
• gwintowane nakrętno-wkrętne z półśrubunkiem;
• do wlutowania – głównie do instalacji z rur miedzianych;
• do spawania – głównie duże średnice, stosowane w instalacjach przemysłowych;
• do klejenia;
• zaprasowywane – głównie do instalacji z rur tworzywowych wielowarstwowych i stalowych o dużych średnicach i/lub z rur grubościennych;
• zgrzewane – głównie do instalacji z rur polipropylenowych;
• kołnierzowe;
• zaciskowe – głównie do instalacji z rur tworzywowych wielowarstwowych.

Średnice przyłączy kuków i typoszeregi tych średnic zależą oczywiście od rodzaju przyłącza – inne są dla kurków gwintowanych, inne dla kurków zaciskowych, a inne dla kurków lutowanych itd. Niemniej najczęściej zawierają się w przedziale od DN8 do DN100 dla wersji niekołnierzowych, a dla wersji kołnierzowych i spawanych, mających zastosowania przemysłowe, średnice nominalne sięgają wartości nawet DN700 dla produktów z regularnych ofert katalogowych, a okazjonalnie – nawet i większych.

Typy kurków. Z kolei, jeśli chodzi o typ kurka kulowego, to można dokonać podziału na kurki:

• przelotowe, czyli standardowo montowane na rurze z obu stron;
• czerpalne;
• mini;
• z filtrem;
• spustowe;
• z przyłączem czujnika temperatury (do ciepłomierzy) lub z termometrem;
• podtynkowe – zawór montowany jest w ścianie, a ze ściany wystaje tylko uchwyt;
• kątowe – głównie do podłączania urządzeń AGD (jak pralka, zmywarka, zasobnik wody w WC itp.) z pomocą węży przyłączeniowych; swoją nazwę zawdzięczają temu, że z zasady wlot jest pod kątem prostym do wylotu.

Rodzaj uchwytu i kolorystyka. Na rynku najczęściej spotyka się kurki z dźwignią i z motylkiem, a w przypadku wersji przemysłowych spotykane są napędy ręczne z przekładniami, napędy elektryczne i pneumatyczne.

Kurki kulowe przeznaczone do instalacji wodnych najczęściej wyposażane są w uchwyty w kolorze czerwonym. Nie jest to jednak regułą, gdyż mogą to być również kolory: niebieski, czarny, zielony itp. W przypadku kurków gazowych przyjęło się wyposażać je w żółte uchwyty.

Istotne parametry kurków kulowych
Z punktu widzenia parametrów technicznych, dla kurków kulowych najczęściej podawane są dwa: ciśnienie nominalne i nominalny zakres temperatur. W tym przypadku – podobnie, jak w zakresie typów kurków – również występuje duża różnorodność. Jeśli chodzi o wartość ciśnienia nominalnego PN, to najczęściej spotykane są wartości: PN6, PN10, PN16, PN25, PN30, PN40. W przypadku nominalnych temperatur zwykle spotykane są dolne i górne granice: -40°C, -30°C, -20°C, 0°C, 65°C, 90°C, 100°C, 120°C, 140°C, 180°C. W zastosowaniach przemysłowych, dla zaworów z przyłączami kołnierzowymi i spawanymi, spotykane są jeszcze wyższe wartości tych dwóch parametrów.

Ponadto istotną informacją jest to, z jakim medium kurek może pracować. Najczęściej spotykane to: woda, wodny roztwór glikolu (w różnych stężeniach maksymalnych), powietrze, gaz ziemny i inne gazy, nie tylko na bazie węglowodorów, para wodna, oleje, a nawet substancje żrące. Taka różnorodność pozwala stosować kurki kulowe w instalacjach ogrzewczych, chłodniczych, solarnych, wody pitnej, wodociągowych oraz przemysłowych różnego rodzaju.

Podsumowanie
W podsumowaniu warto powtórzyć i dodatkowo podkreślić kilka kwestii.

• Zawory kulowe, z formalnego punktu widzenia, nazywa się kurkami kulowymi.
• Kurki kulowe służą przede wszystkim do szybkiego odcinania przepływu, ale mogą również być stosowane do regulacji przepływu. Nie należy wówczas używać zwykłych kurków kulowych, a regulacyjnych kurków kulowych. Zwykłe kurki kulowe powinny być ustawiane jedynie w pozycji pełnego otwarcia lub jako zamknięte, gdyż sprzyja to ich niezawodności.
• Kurki kulowe mogą pracować w niemal każdej instalacji i z każdym typem medium – wodą, wodnym roztworem glikolu, parą wodną, powietrzem i innymi gazami, olejami, substancjami żrącymi itp.
• Kurki kulowe występują w wielu rozmiarach i typach, a także wykonywane są z różnych materiałów.
• Kurki kulowe przeznaczone do instalacji gazowych przyjęło się wyposażać w żółte uchwyty. Dla pozostałych zastosowań mogą występować różne inne kolory – czerwony, niebieski, czarny, zielony itp.

Materiały źródłowe:
[1] Materiały katalogowe i marketingowe firmy Arka Instalacje
[2] Materiały katalogowe i marketingowe firmy Efar
[3] Materiały katalogowe i marketingowe firmy Ferro
[4] Materiały katalogowe i marketingowe firmy Herz
[5] Materiały katalogowe i marketingowe firmy Hidroten
[6] Materiały katalogowe i marketingowe firmy Martech-Pneumatyka
[7] Materiały katalogowe i marketingowe firmy Prawtech
[8] Materiały katalogowe i marketingowe firmy Zetkama
[9] Muniak D.: Armatura regulacyjna w wodnych instalacjach grzewczych. Typy, konstrukcje, charakterystyki, zastosowania, PWN, Warszawa 2017
[10] Polska Norma PN-EN 13828:2005: Armatura w budynkach – Ręcznie otwierane i zamykane kurki kulowe ze stopów miedzi i stali nierdzewnej do instalacji wodociągowych w budynkach – Badania i wymagania
[11] Polska Norma PN-EN 1983:2014-02: Armatura przemysłowa – Kurki kulowe stalowe
[12] Polska Norma PN-EN 331:2016-04: Kurki kulowe i kurki stożkowe z zamkniętym dnem uruchamiane ręcznie, przeznaczone dla instalacji gazowych budynków
[13] Zasoby on-line Google Patents