Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Поворотный пневмопривод — это исполнительное устройство, преобразующее энергию сжатого воздуха в поворот выходного вала на ограниченный угол, чаще всего на четверть оборота. Понять, как работает поворотный пневмопривод, проще всего через его механизм: давление воздуха давит на поршни или лопасть, а те через рейку с шестернёй или напрямую поворачивают вал, соединённый со штоком арматуры. Ниже разобраны лопастная и реечно-шестерённая схемы, угол поворота, крутящий момент, демпфирование в конце хода и применение приводов для управления трубопроводной арматурой.
По терминологии арматуростроения привод — это устройство для управления арматурой, предназначенное для перемещения запирающего элемента и, при необходимости, для создания усилия, обеспечивающего требуемую герметичность затвора. Привод, выходной элемент которого совершает менее одного полного поворота, называют неполноповоротным (поворотным); если поворотов больше одного — многооборотным. Поворотный пневмопривод относится к неполноповоротным и предназначен для четвертьоборотной арматуры: шаровых кранов, дисковых затворов, пробковых кранов, заслонок.
Принцип действия сводится к преобразованию поступательного движения в поворотное. Сжатый воздух подаётся в рабочую камеру, создаёт усилие на поршне (или лопасти), а специальный механизм преобразует это усилие в крутящий момент на выходном валу. Момент крутящий — это момент, развиваемый ведущим кинематическим звеном привода для функционирования арматуры.
Ключевая функция — превратить давление сжатого воздуха в управляемый поворот вала на заданный угол с нужным крутящим моментом.
В реечно-шестерённом (реечно-поршневом) приводе один или два поршня жёстко связаны с зубчатой рейкой, входящей в зацепление с шестернёй на выходном валу. При подаче воздуха поршни движутся поступательно, рейка вращает шестерню, а вместе с ней — вал. Применение двух встречно движущихся поршней уравновешивает боковые нагрузки и увеличивает развиваемый момент.
Главная особенность схемы: крутящий момент практически постоянен на всём ходе, поскольку плечо приложения силы (радиус шестерни) не меняется. Это удобно для арматуры, у которой момент сопротивления слабо зависит от угла. Реечная схема хорошо подходит для углов поворота 90° и, при удвоенном ходе, 180°.
В лопастном приводе цилиндрическая камера разделена лопастью, закреплённой непосредственно на валу. Сжатый воздух подаётся поочерёдно по разные стороны лопасти, и она поворачивает вал напрямую, без промежуточной зубчатой передачи. В однолопастной конструкции вал поворачивается на угол, близкий к 180°; в двухлопастной угол сокращается примерно до 90°, но развиваемый момент возрастает вдвое.
Конструктивно лопастная схема компактна и содержит мало деталей, что снижает потери на трение. Основная сложность — герметизация зазора между лопастью, валом и корпусом: от качества уплотнения напрямую зависят перетечки и КПД. По этой причине лопасть выполняют из упругого материала, а в конце хода ограничивают удары жёсткими упорами.
Лопасть чувствительна к резким ударам в крайних положениях и к загрязнённому воздуху. На высоких скоростях перестановки нагрузку в конце хода воспринимают не сама лопасть, а внешние стопорные упоры на валу.
Помимо двух основных схем, в четвертьоборотной арматуре распространён кулисный (Scotch-Yoke) механизм, у которого момент максимален в крайних положениях и снижается в середине хода. Его удобно применять там, где велик момент страгивания. Ниже — сводное сравнение по характеру момента и типовому назначению.
Для запорной четвертьоборотной арматуры базовый угол — 90° (переход между «открыто» и «закрыто»). Многие приводы выпускаются также на 120°, 135° и 180° — последнее востребовано, например, для трёх- и четырёхходовых кранов. Однолопастные приводы могут обеспечивать увеличенный угол (вплоть до значений порядка 270° в устройствах общепромышленной автоматики).
Точную настройку конечных положений выполняют регулировочными винтами-упорами в крышках корпуса; диапазон подстройки обычно составляет несколько градусов (порядка ±3…5°). Эти же упоры ограничивают ход и защищают арматуру от переезда крайних положений.
Крутящий момент — главный силовой параметр привода. Он должен с запасом перекрывать момент, необходимый арматуре для страгивания и перестановки на всех участках хода. Момент, развиваемый пневмоприводом, прямо пропорционален давлению питающего воздуха: снижение давления пропорционально уменьшает момент.
M = p · A · r
M
p
A
r
0,6 МПа
0,4 МПа
0,4/0,6 ≈ 0,67
У привода двустороннего действия момент создаётся воздухом в обе стороны и держится примерно на одном уровне. У привода одностороннего действия (с пружинным возвратом) полезный момент на воздушном ходе равен разности момента от воздуха и момента сжимаемой пружины, а на пружинном ходе — моменту пружины; поэтому его характеристика по углу неравномерна, и её согласуют с моментной характеристикой арматуры.
При быстрой перестановке подвижные части приходят в крайнее положение с заметной энергией. Чтобы избежать жёстких ударов, износа уплотнений и повреждения арматуры, ход в конце гасят. Применяют два взаимодополняющих решения: механические регулируемые упоры (винты в крышках), которые задают и одновременно ограничивают конечные положения, и демпфирование в конце хода — плавное торможение поршня перед упором.
Для лопастных приводов особенно важно, чтобы удар в конце хода воспринимала не упругая лопасть, а жёсткий стопорный элемент. Регулируемые упоры полезны и для точной «привязки» углов открытия и закрытия к положению запорного органа арматуры.
По способу действия поворотные пневмоприводы делят на две группы.
И открытие, и закрытие выполняются энергией сжатого воздуха, подаваемого поочерёдно в две полости. Такой привод компактнее при равном моменте и удерживает момент в обе стороны, но при исчезновении давления остаётся в текущем положении (если не предусмотрены отдельные средства фиксации или аварийного питания).
Воздух совершает ход в одну сторону и одновременно сжимает возвратную пружину; при снятии или потере давления пружина возвращает арматуру в заранее заданное безопасное положение — нормально закрытое (НЗ) или нормально открытое (НО). Это свойство используют в отсечной и противоаварийной арматуре. Плата за отказоустойчивость — часть усилия воздуха расходуется на сжатие пружины, поэтому при равном моменте такой привод крупнее.
Поворотный пневмопривод соединяется с арматурой через стандартизованный фланцевый интерфейс. Присоединительные размеры неполноповоротных приводов к арматуре задаёт международный стандарт ISO 5211 ISO 5211:2017: он определяет фланцы (обозначения вида F03, F05, F07 и далее по возрастанию несущей способности), форму приводного элемента (квадрат, «двойная лыска» и др.) и справочные значения моментов для интерфейсов. В межгосударственной системе присоединительные размеры приводов вращательного действия устанавливает ГОСТ 34287-2017, разработанный с учётом ISO 5211:2017 и ISO 5210:2017; он вводит собственные типы присоединений (в том числе с квадратными головками и кулачковые) и номинальные моменты на детали соединений.
Для присоединения вспомогательного оборудования (электромагнитных клапанов-распределителей, позиционеров, концевых выключателей) применяют интерфейс NAMUR по VDI/VDE 3845. Стандартизация интерфейсов позволяет собирать привод, арматуру и аксессуары разных изготовителей без специальной подгонки.
Для регулирования (промежуточных положений) привод дополняют позиционером, отрабатывающим заданный угол по управляющему сигналу. Качество сжатого воздуха напрямую влияет на ресурс: механические примеси и влага ускоряют износ уплотнений и зубчатой пары.
Подбор поворотного пневмопривода ведут от требований арматуры и параметров пневмосети. Ключевые ориентиры и распространённые просчёты сведены ниже.
Сжатый воздух подаётся в рабочую камеру и давит на поршни или лопасть. Через рейку с шестернёй или напрямую это усилие превращается в крутящий момент и поворачивает выходной вал, а вместе с ним — шток крана или затвора в положение «открыто» или «закрыто».
В реечно-шестерённом приводе поршни через зубчатую рейку вращают шестерню на валу, и момент почти постоянен по всему ходу. В лопастном приводе лопасть закреплена на валу и поворачивает его напрямую; схема компактнее, но требует надёжного уплотнения зазора между лопастью, валом и корпусом.
Базовый угол для запорной арматуры — 90°. Выпускаются также приводы на 120°, 135° и 180°. Однолопастные конструкции могут давать угол, близкий к 180°, а в общепромышленной автоматике — вплоть до значений порядка 270°. Конечные положения подстраивают винтами-упорами в пределах нескольких градусов.
Момент пропорционален давлению питающего воздуха и рабочей площади поршней (или лопасти) и определяется геометрией механизма. У реечной схемы он практически постоянен по ходу, у кулисной — максимален в крайних положениях. Паспортный момент всегда указывают для конкретного давления питания.
У двустороннего действия и открытие, и закрытие выполняет воздух, подаваемый в две полости поочерёдно. У одностороннего действия воздух совершает ход в одну сторону и сжимает пружину, которая при потере давления возвращает арматуру в безопасное положение (нормально закрытое или нормально открытое).
Чтобы погасить энергию подвижных частей перед упором и избежать жёстких ударов, износа уплотнений и повреждения арматуры. Конечные положения задают и ограничивают регулируемые упоры, а плавное торможение обеспечивает демпфирование.
Через стандартный фланец по ISO 5211 (обозначения F03, F05, F07 и далее) и приводной элемент в виде квадрата или «двойной лыски». Вспомогательное оборудование присоединяют по интерфейсу NAMUR (VDI/VDE 3845). Это обеспечивает совместимость изделий разных изготовителей.
Четвертьоборотной: шаровыми кранами, дисковыми затворами, пробковыми кранами и заслонками. Чаще всего его применяют на запорной и отсечной арматуре, а с позиционером — и для регулирования положения.
Воздух должен быть подготовленным — очищенным от механических примесей, осушенным и, при необходимости, с требуемым содержанием масла. Класс чистоты назначают по ГОСТ Р ИСО 8573-1-2016 и техническим условиям на изделие. Загрязнённый или влажный воздух ускоряет износ уплотнений и подвижных частей.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.