Четвертьоборотные пневмоприводы одно- и двухстороннего действия: выбор, особенности конструкции, сравнение

Подавляющее число производственных предприятий при организации того или иного технологического процесса сталкивается с задачами по управлению, перекрытию и перераспределению потоков различных жидких и газообразных сред (вода, воздух, пар, масла, нефтепродукты, молоко, квас, моющие растворы и т. д.).

Одними из самых известных устройств воздействия на поток среды являются шаровые краны и дисковые затворы. Они получили широкое распространение благодаря простоте и надёжности конструкции, а так же их невысокой стоимости. Объединяет эти типы запорной арматуры способ управления – для открытия и закрытия требуется поворот запорного органа на 90°. Поворот, как правило, осуществляется одним из трёх способов: вручную, с помощью пневмопривода или с помощью электропривода.

В данной статье сконцентрируемся на особенностях использования пневмоприводов, оставив электроприводы и ручной способ управления за рамками повествования.

Как уже упоминалось, открытие и закрытие клапанов (затворов) требует поворота запорного органа на 90°, т. е. на ¼ полного оборота, поэтому пневмоприводы обеспечивающие такое вращательное движение называют четвертьоборотными. Они делятся на две большие группы: одностороннего и двухстороннего действия.

Пневмоприводы двухстороннего действия используют энергию сжатого воздуха как для открытия затвора, так и для его закрытия. В отличии от них, пневмоприводы одностороннего действия требуют сжатого воздуха только для открытия затвора, закрытие же осуществляется под действием возвратных пружин.

Примечание. Как правило, пневмоприводы одностороннего действия могут быть смонтированы в двух положениях. В одном из них пружины будут закрывать присоединённую арматуру, а в другом открывать её. Далее мы будем считать что используется монтажное положение, в котором пружины работают на закрытие.

1. Конструкция пневмопривода для регулирующих клапанов

На Рисунке 2 показана конструкция пневматического привода VALMA одностороннего действия PNA-SA. Ступица 1, передающая крутящий момент на присоединённую арматуру закреплена на валу-шестерне 2. В собранном пневмоприводе данный вал-шестерня находится в постоянном зацеплении с двумя зубчатыми рейками 3, закреплёнными на поршнях 4. Поскольку эти элементы являются основными деталями конструкции, отвечающими за передачу крутящего момента, они легли в основу её названия – пневмоприводы с механизмом шестерня-рейка.

Рассмотрим работу пневмопривода одностороннего действия.

Рисунок 2 показывает исходное положение пневмопривода – поршни расположены максимально близко друг к другу, давление в обоих камерах пневмопривода одинаково и равно атмосферному.

Для открытия пневмопривода (Рисунок 3) необходимо подать сжатый воздух в камеру А (между поршнями). Это приводит к раздвижению поршней и повороту вала-шестерни против часовой стрелки. При этом происходит сжатие возвратных пружин (номер 5 на Рисунке 2), а воздух из камеры B свободно сбрасывается в атмосферу.

Для закрытия пневмопривода (Рисунок 4) необходимо сбросить воздух из камеры А в атмосферу. При этом пружины разжимаются и возвращают поршни в исходное состояние, вызывая поворот вала-шестерни по часовой стрелке.

Конструкция пневмоприводов двустороннего действия аналогична. Однако, в ней отсутствуют возвратные пружины, а движение поршней в обоих направлениях обеспечивается подачей сжатого воздуха (для открытия – в камеру A, для закрытия – в камеру B).

2. Крутящий момент пневмопривода двухстороннего действия

Как известно, крутящий момент является одной из основных характеристик пневмопривода, поскольку именно его величина определяет будет ли достаточно усилия, развиваемого приводом, для проворота присоединённой арматуры или нет. Крутящий момент пневмопривода может быть рассчитан по формуле:

где:

M – крутящий момент,

r – радиус вала-шестерни,

F – сумма сил, действующих на каждый из поршней,

d – диаметр вала-шестерни.

Для пневмоприводов двустороннего действия сила F определяется только разностью давлений в камерах A и B:

где:

S – площадь рабочей поверхности поршня,

P_A, P_B – давления воздуха в камерах A и B соответственно,

D – диаметр поршня.

При работе пневмопривода совместно с запорной арматурой, одна из камер (A или B) всегда оказывается связанной с атмосферой, а в другую подаётся сжатый воздух из одного итого же источника. В этих условиях получаем:

где:

F_откр. – си�