Пневмокран: шаровой кран с пневмоприводом и подбор актуатора

Что взять в каталоге под задачу «отсечка с пневмоприводом»: готового шарового крана с приводом у нас нет, но есть готовая отсечная арматура с пневмоприводом — затвор дисковый D671X-10Q (DN50–DN200, PN10) — от 34 440 ₸; для малых проходов — угловые седельные клапаны с пневмоприводом ASV200-10S (DN25, G1) — 22 080 ₸ и PV100P (нержавеющий, 2/2) — от 17 580 ₸. Управляющий распределитель: 4V (5/2, для привода двустороннего действия) — от 4 920 ₸ или 3V (3/2, для привода с пружинным возвратом) — от 3 300 ₸. Ручной кран BUC — фитинг под трубку, привод на него не ставится; поворотные приводы CRA1 и CRB2 — для оснастки, к крану не подходят (почему — ниже).

Подобрать и купить пневмоприводы в каталоге →

Что такое пневмокран и как подобрать привод?

Пневмокран — разговорное название шарового крана, на который вместо рукоятки установлен пневматический привод (актуатор): поворотное устройство, которое проворачивает шар крана на 90° сжатым воздухом вместо руки оператора. Сам кран остаётся тем же шаровым краном — меняется только способ поворота штока. Такой узел ставят как отсечную арматуру в автоматизированных линиях, где кран должен открываться и закрываться по сигналу, а не вручную.

Пневмокраном называют и другое — проверьте, что ищете именно вы:

• ручной кран на пневмолинию — шаровой кран под трубку, открыт/закрыт рычагом: у нас BUC (цанга × цанга, трубка Ø4–16 мм, до 1,0 МПа), от 1 800 ₸, и HVFF;
• трёхходовой кран со сбросом — перекрывает подачу и стравливает воздух из линии за собой перед обслуживанием: HVHS;
• пневмокран автокрана — электропневмовентиль в системе управления крановой установки; это запасная часть конкретной машины, её подбирают по каталогу техники.

Дальше — о шаровом кране с пневмоприводом.

Из чего собирается узел: шаровой кран с квадратным (или фланцевым по ISO 5211) хвостовиком штока + поворотный пневмопривод одностороннего или двустороннего действия, подобранный по диаметру крана и запасу крутящего момента + при необходимости соленоидный распределитель для дистанционного управления.

Как работает пневмокран?

Запорный орган у пневмокрана — обычный шар с отверстием (проходным каналом), зажатый между двумя уплотнительными сёдлами в корпусе. Поворот шара на 90° открывает или перекрывает проход. У ручного крана шар поворачивает рукоятка через шток; у пневмокрана шток соединён с валом пневматического привода — тем же способом, каким на ручном кране закреплена рукоятка, только вместо руки крутящий момент создаёт давление сжатого воздуха.

Внутри привода есть два конструктивных решения, которые встречаются в каталоге WAALPC: реечно-шестерёночный (зубчатая рейка на поршне вращает шестерню выходного вала — серия CRA1) и лопастной (давление действует напрямую на лопасть, закреплённую на валу, без поршня и штока — серия CRB2). Приводы арматуры в целом бывают одностороннего действия (возврат пружиной) и двустороннего (воздух подаётся поочерёдно в обе камеры). CRA1 и CRB2 в каталоге — только двустороннего действия; привода с пружинным возвратом в каталоге нет.

Чем пневмокран отличается от ручного шарового крана?

Разница не в самом кране, а в способе поворота штока:

• Ручной кран (например, WAALPC BUC, BL) — поворот рукояткой, положение видно и фиксируется вручную; годится там, где перекрытие делает человек на месте, редко и не по программе.
• Пневмокран — тот же кран плюс привод; поворот идёт по сигналу (от распределителя, контроллера, от кнопки на пульте), время срабатывания — доли секунды, положение при необходимости контролируется датчиком на валу привода.

Цена узла всегда выше ручного варианта — добавляется привод и обвязка (распределитель, трубки, иногда датчики). Ставить привод имеет смысл там, где кран переключается часто, дистанционно или должен быть синхронизирован с остальной автоматикой линии — не «на всякий случай».

Где применяют пневмокран в автоматизированных линиях?

Типовые узлы, где пневмокран работает как отсечная арматура:

• отсечка подачи сжатого воздуха на отдельный участок линии при аварийной остановке или ремонте — без разборки резьбовых соединений;
• переключение магистрали между двумя ёмкостями или потребителями по сигналу контроллера (не требует присутствия оператора);
• блокировка подачи среды в составе более крупной пневмосхемы (совместно с распределителями и клапанами), где отсечку встраивают в общую логику безопасности;
• дистанционное управление краном в труднодоступном или огороженном месте, куда оператору доступ ограничен по технике безопасности.

Для жидкостей, пара и сред, где важен ресурс уплотнения при частых циклах, часто применяют угловой седельный клапан с пневмоприводом — например ASV200 в каталоге; в этой статье шаровой кран с приводом разобран на примере магистралей сжатого воздуха и газа.

Какие краны и приводы WAALPC есть — как выглядит таблица?

Узел собирается из двух самостоятельных позиций каталога — крана и привода, подобранных по типоразмеру отдельно:

листайте таблицу вбок →

Важно: CRA1 и CRB2 — поворотные приводы для поворота заготовок и оснастки, а не приводы арматуры: фланца под ISO 5211 у них нет, а момент малый — у CRB2 типоразмера 20 по графику каталога SMC при 0,5 МПа меньше 2 Н·м. Шаровой кран Ду20 по паспортам производителей требует единиц Н·м (см. расчёт ниже), поэтому для крана берут привод арматуры по паспортному моменту крана. ACK90 в каталоге — поворотно-зажимной цилиндр, для крана он не подходит.

Как подобрать привод одностороннего или двустороннего действия?

Первый выбор — не типоразмер, а тип действия:

• Одностороннего действия (с пружинным возвратом) — воздух поворачивает вал в одну сторону, пружина возвращает в исходное положение при сбросе давления. Такой привод отрабатывает функцию безопасности «при отказе питания — закрыто» (или «открыто», в зависимости от установки) без дополнительной логики — это плюс там, где потеря воздуха или сигнала не должна оставить кран в открытом состоянии.
• Двустороннего действия — воздух подаётся поочерёдно в обе камеры, оба хода активные. При потере давления вал остаётся в том положении, где был — требуется отдельно продуманная логика безопасности (или дублирующий клапан), если «зависание» в открытом состоянии недопустимо. Зато при равном типоразмере двусторонний привод обычно даёт больший рабочий момент, чем односторонний с тем же корпусом, — часть усилия у одностороннего расходуется на сжатие возвратной пружины.

Второй шаг — типоразмер по диаметру условного прохода (Ду) крана: чем больше Ду, тем больше требуемый момент на страгивание и, соответственно, больше должен быть типоразмер привода (см. расчёт ниже). Момент привода берут из паспорта (у SMC CRB2 он дан графиком по давлению), момент крана — из паспорта крана.

Как выглядит пример расчёта момента?

Задача: подобрать привод для шарового крана Ду20 (условно — диаметр проходного отверстия шара 20 мм), рабочее давление среды в трубопроводе 0,6 МПа.

Оценка момента страгивания (инженерная оценка по общей методике трения уплотнения о шар — не паспортное значение конкретного крана, точная цифра только в документации производителя крана):

1. Сила прижима седла к шару от давления среды: F = P × A, где A — приближённая площадь контакта уплотнения (кольцо шириной b≈3 мм по периметру отверстия Ду20): A = π × 20 мм × 3 мм ≈ 188 мм² = 1,88·10⁻⁴ м². F = 0,6·10⁶ Па × 1,88·10⁻⁴ м² ≈ 113 Н.
2. Коэффициент трения уплотнения по шару (PTFE/NBR по хромированной латуни/нержавейке) — ориентировочно μ ≈ 0,15–0,25, берём μ = 0,2.
3. Плечо силы трения — радиус отверстия шара, R = 10 мм = 0,01 м.
4. В кране два седла (входное и выходное), оба создают трение при повороте: T ≈ 2 × F × μ × R = 2 × 113 Н × 0,2 × 0,01 м ≈ 0,45 Н·м.
5. Запас на подбор привода — не менее 1,5–2× от расчётного момента страгивания (учитывает застой уплотнений при долгом простое, разброс трения, снижение давления в сети): по этой оценке T_привод ≥ 1,5 × 0,45 ≈ 0,7 Н·м — но см. вывод.

Вывод: оценка по трению от давления среды занижена: она не учитывает предварительный натяг сёдел — главную часть момента страгивания. В таблицах подбора приводов у производителей кранов момент шарового крана Ду20 — порядка 5 Н·м, то есть в десять раз выше оценки. Поэтому момент крана берут из его паспорта, а привод — с запасом 1,5–2× к паспортному моменту. Поворотные приводы CRB2/CRA1 младших типоразмеров для такого крана по моменту, как правило, не подходят.

Какие типичные ошибки бывают?

• Подбирают привод только по диаметру корпуса, не по типу действия. Для функции безопасности «при потере воздуха — закрыто» подходит только привод одностороннего действия с пружинным возвратом; двусторонний в этой роли требует дополнительной логики.
• Не проверяют совпадение хвостовика штока крана и вала привода. Квадрат, лыска, фланец ISO 5211 — разные интерфейсы; несовпадение решается переходной муфтой, а не «доработкой напильником».
• Берут привод впритык по моменту, без запаса. Уплотнения крана после простоя или при снижении температуры дают трение выше номинального — без запаса 1,5–2× привод может не провернуть кран с первого раза.
• Ставят запорную арматуру туда, где нужна регулировка расхода. Шаровой кран с приводом, как и угловой седельный клапан ASV200 или PV100P, работает в режиме открыто/закрыто; для плавной регулировки расхода нужен регулирующий клапан с позиционером.
• Ставят привод без распределителя дистанционного управления. Сам по себе привод — только исполнительный механизм; без электромагнитного распределителя подать и стравить воздух по сигналу нечем: для привода одностороннего действия берут распределитель 3/2 — распределитель 3V, от 3 300 ₸; для двустороннего — 5/2, например распределитель 4V, от 4 920 ₸.

Подобрать по теме

Какие разделы и серии подходят к теме?

Разделы каталога и страницы серий по теме статьи: Краны, Пневмоприводы.

Какие вопросы чаще всего задают про пневмокран?

Чем пневмокран отличается от обычного шарового крана?

Запорный узел (шар, сёдла, корпус) у пневмокрана тот же, что у ручного шарового крана. Разница — в приводе: вместо рукоятки на шток установлен пневматический поворотный привод, который проворачивает кран сжатым воздухом по сигналу, а не рукой оператора.

Как работает привод пневмокрана — коротко?

Сжатый воздух создаёт крутящий момент на выходном валу привода — либо через зубчатую рейку и шестерню (реечно-шестерёночная конструкция, серия CRA1), либо напрямую через лопасть на валу (лопастная конструкция, серия CRB2). Вал жёстко соединён со штоком крана и поворачивает шар на 90°.

Какой актуатор нужен — одностороннего или двустороннего действия?

Односторонний (с пружинным возвратом) — если при потере давления воздуха или сигнала кран обязан сам перейти в безопасное положение (обычно закрыто). Двусторонний — если такого требования нет и важнее больший рабочий момент при том же типоразмере корпуса.

Как подобрать привод по диаметру крана (Ду)?

Момент страгивания крана берут из его паспорта (он растёт с диаметром прохода; оценка по одному трению от давления среды занижает его примерно в 10 раз, так как не учитывает натяг сёдел), затем берут привод, паспортный момент которого при минимальном давлении сети превышает момент крана в 1,5–2 раза. Пример оценки — в разделе расчёта выше.

Можно ли поставить пневмопривод на уже установленный ручной кран?

Технически да, если у крана есть подходящий по форме хвостовик штока (квадрат, лыска, фланец под ISO 5211) для соединения с валом привода. При несовпадении интерфейсов применяют переходную муфту либо меняют кран на исполнение под автоматизацию — подбор делают по чертежам конкретных деталей.

Что будет, если момента привода не хватает?

Привод не довернёт кран до конца хода или будет проворачивать шток рывками, ускоренно изнашивая уплотнения и вал. Решение — не форсировать давление сверх паспортного, а взять привод следующего типоразмера с достаточным запасом момента.

Где применяют пневмокраны на производстве?

Как дистанционную или автоматическую отсечку магистралей сжатого воздуха: аварийное перекрытие участка линии, переключение между ёмкостями или потребителями по сигналу контроллера, блокировка подачи в составе более крупной пневмосхемы, управление краном в труднодоступном или ограниченном по доступу месте.

Автор: команда CORNETA.KZ — подбор совместимых аналогов промышленной пневматики WAALPC. Инженерный подбор совместимого аналога за 1 рабочий день: пришлите спецификацию → corneta.kz.