Правильно розрахована геометрія затвора дозволяє запроектувати кран із мінімальними габаритами, а відповідно із мінімальними витратами матеріалу, зберігши при цьому необхідну герметичність затвора.
Фактична площа проходу крана визначається за формулою
, (2.1)
де f — коефіцієнт повнопрохідності;
DN – діаметр умовного проходу пробки крана.
На практиці для рідких середовищ приймають повнопрохідні конструкції пробок із коефіцієнтом повнопрохідності рівним або близькім до одиниці. Для газоподібних середовищ допускається f ≥ 0,7. Із зменшенням коефіцієнта повнопрохідності зменшуються габаритні розміри крана, тому що при зменшенні площі вікна проходу зменшуються середній діаметр і висота корпусу і пробки, зменшуються габаритні розміри і маса, також зменшуються необхідні для управління краном зусилля. Поряд з тим зростає коефіцієнт гідравлічного опору крана.
При виборі коефіцієнта повнопрохідності слід визначити, що економічно і технічно ефективніше — отримати економію матеріалу чи затратити його більше на виготовлення арматури, але при цьому знизити гідравлічний опір крана. У кранах із значним звуженням проходу різко зростає швидкість потоку середовища, що може викликати зростання ерозії прекривального елемента та корпусу, оскільки у потоці газу можуть бути механічні домішки (наприклад, окалина, іржа тощо). Як наслідок цього скорочується довговічність роботи крана і його надійність.
У пробках кранів найбільш поширеними формами вікон є круглі або трапеціїдальні. Вікна круглої форми використовують у тих випадках, коли: необхідно звести до мінімуму величину гідравлічних втрат; у конструкції не повинні бути застійні зони, у яких може випадати осад; необхідно забезпечити рівнопрохідність трубопроводу і крана.
Конструкція пробкового крана з круглим отвором вікон має більшу будівельну довжину на відміну від аналогічного крана з трапеціїдальною формою вікна і відповідно і більшу масу. Трапеціїдальна форма вікна широко використовується у конічних кранах для рідких і газоподібних середовищ.
У пробках (корпусах) із трапеціїдальною формою вікна звичайно приймають відношення висоти трапеції H до середньої лінії трапеції bср рівним 2,5:1 (рисунокі2.1).
1 — корпус, 2 — пробка
Рисунок 2.1 — Схематичний розріз конічного крана
З урахуванням цього ширина вікна у середньому перерізі корпусу визначається за формулою
. (2.2)
Висота вікна у корпусі
. (2.3)
У процесі експлуатації корпус і пробка крана взаємно зношуються, у результаті чого пробка поступово сідає у корпус глибше, ніж зразу після виготовлення. Щоб запобігти зміні прохідного перерізу пробки відносно корпусу і відповідно збільшення гідравлічного опору у результаті утворення звуження на вході потоку в пробку, висота вікна в пробці повинна бути більшою, ніж у корпусі. Ця різниця висот називається натягом ().
Працездатність і надійність крана залежить від величини перекриття L (рисунок 2.2).
1 — корпус; 2 — пробка
Рисунок 2.2 — Поперечний розріз прохідного крана
При закритому положенні крана патрубок В буде ізольований від середовища, яке находиться під тиском у патрубку А, двома ділянками контакту ущільнювальних поверхонь шириною L. Дуга L називається дугою перекриття. Практично величина перекриття як правило визначається довжиною хорди , яка відповідає відповідній дузі L і позначається n. Перекриття повинно забезпечувати герметичність і працездатність крана. При недостатній величині перекриття кран може бути негерметичним. Для забезпечення герметичності необхідно буде збільшувати зусилля притискування пробки до корпусу, але у цьому випадку це призведе до передчасного зношування деталей і скорочення довговічності конструкції.