Advertisements

Trong các hệ thống hơi, khí nén, ngoài chức năng chính của xi lanh trong vai trò chấp hành thì không thể các van làm nhiệm vụ cơ cấu.

Trong đó, van cầu điều khiển bằng khí nén được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống cung cấp dòng lưu chất.

Van cầu điều khiển khí nén là gì?

Van cầu là gì
Van cầu là gì

Van cầu điều khiển còn có tên tiếng anh là Controls globe valve with pneumatic actuator. Van điều khiển khí nén này chính là một loại van công nghiệp, thiết bị đóng cửa – mở cửa van tự động. Van cầu sử dụng áp suất của khí nén để tác động lên cửa van, lên đĩa để kiểm soát dòng chảy.

Bên cạnh việc thực hiện đóng mở dạng OFF/ON thì van cầu điều khiển khí nén còn cho phép người dùng có thể kiểm soát chính xác về tốc độ cũng như lưu lượng của dòng chảy. 

Trên mỗi van cầu điều khiển thường sẽ có bố trí với một bộ truyền động bằng khí nén, nó sẽ làm nhiệm vụ: sử dụng tín hiệu khí nén điều khiển việc đóng, mở van.

Cấu tạo van cầu điều khiển khí nén

Cấu tạo van cầu
Cấu tạo van cầu

Một bộ van cầu điều khiển khí nén gồm nhiều bộ phận, chi tiết như: van, van điện từ,  phần truyền động, bộ định vị.

Van cầu

Thân van chính là bộ phận quan trọng chứa đựng rất nhiều chi tiết van, là nơi trực tiếp tiếp xúc với dòng lưu chất và là nơi chịu áp lực nhiều nhất. Người ta thường thiết kế van cầu điều khiển khí nén này có 2 cổng vì phổ biến hơn loại van cầu 3 cổng. Van 3 cổng sẽ làm nhiệm vụ chính là đổi hướng dòng chảy và phân chia dòng chảy theo ý muốn của người vận hành.

Van 2 cổng thường có đặc điểm: 2 cổng vuông góc với nhau, 2 cổng này cũng có thể đối diện nhau hoặc tại bất kỳ vị trí nào trên thân van để thông dòng chất dễ dàng.

Loại van cầu này chuyên dụng cho những dòng chất lỏng có tính chất ăn mòn cao, nhiệt độ và áp suất lớn nên người ta không lắp van theo chiều ngang mà chọn lắp kiểu xiên hoặc góc. Bởi vì khi van nằm ngang trên đường ống, dòng lưu chất sẽ bị đọng lại nếu không sử dụng nữa trong 1 thời gian dài sẽ gây ra những vấn đề tồn dư chất, tăng tốc độ oxi hóa khiến van cầu nhanh hỏng hơn.

Chất liệu để chế tạo thân van: đồng, thép, gang, inox…

Thiết bị truyền động bằng khí nén

Khách hàng có thể chọn van cầu với bộ thiết bị truyền động dưới dạng piston hoặc dạng màng tùy theo nhu cầu của mỗi người.

Dạng piston

Nhìn chung thì bộ thiết bị truyền động dưới dạng piston có cấu tạo và hoạt động khá giống với 1 ben khí nén. Cấu tạo của nó gồm 1 piston và 1 nòng. Piston sẽ chuyển động trong nòng. Nó cho hành trình dài hơn, lực đẩy trục lớn hơn so với bộ truyền động dạng màng.

Piston sẽ được nối với trục của van cầu. Khi lượng khí nén cung cấp tăng dần và chiếm lấy không gian của nòng sẽ làm piston dịch chuyển lên trên làm trục van bị kéo lên và van mở. Khi khí nén bị xả ra ngoài, piston đi xuống làm trục van đi xuống và van này sẽ đóng.

Người ta phân chia bộ truyền động dạng piston thành 2 loại:

 Tác động đơn: Sử dụng áp lực khí nén cho 1 chu trình đóng hoặc mở.

 Tác động kép: Sử dụng áp suất của khí nén cho cả chu trình mở và đóng.

Dạng màng

Đây chính là bộ truyền động tác động đơn của van màng. Cấu tạo của nó gồm: màng và lò xo. Bộ truyền động này sẽ làm việc dựa trên hành trình di chuyển lên xuống của màng và lực đàn hồi của lò xo.

So với bộ truyền động bằng piston thì bộ truyền động dạng màng có giá thành rất rẻ, quy trình lắp đặt và sử dụng dễ dàng, thiết kế và cấu tạo của van đơn giản nên được sử dụng phổ biến cho các van cầu hơn.

Bộ định vị van khí nén

Chức năng của bộ định vị van khí nén đó là định vị đĩa van dựa trên nguyên lý cân bằng theo tín hiệu khí nén nhận được.

Nhờ có bộ định vị này mà có thể hỗ trợ con người biết chính xác vị trí của van và cấp khí cho bộ truyền động theo các tiêu chuẩn yêu cầu. Nhờ có bộ phận định vị này mà các van cầu điều khiển bằng khí nén mới có thể hoạt động nhanh chóng, hiệu quả.

Van khí nén điện từ

Van khí nén điện từ được phân chia thành nhiều loại với vị trí làm việc và số cổng khác nhau. 

Van điện từ 1 đầu điện, van điện từ 2 đầu điện có thể hoạt động với các mức điện áp như 12v, 24v, 110v, 220v. 

Khi cấp điện, dòng điện có từ trường cũng sẽ tác động lực lên lõi van và van chuyển đổi trạng thái ngay lập tức từ trạng thái đóng sang mở hoặc ngược lại. 

Khi ngắt điện, thời gian để van trở về trạng thái ban đầu chỉ khoảng 1-3s. Chức năng của van này đó là cung cấp và phân phối dòng khí nén có áp suất cho bộ phận thiết bị truyền động.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của van cầu
Nguyên lý hoạt động của van cầu

Đối với van cầu điều khiển khí nén thì hoạt động sẽ được phân thành 3 kỳ chính: Mở, đóng, điều tiết. Cụ thể như sau:

Chu trình đóng van hoàn toàn

Van điện từ trong hệ thống thường sẽ đóng mở và phân phối dòng khí nén từ nguồn đến bộ phận truyền động của van cầu. 

Chính áp lực của khí nén này sẽ tác động và đẩy piston hoặc màng bằng 1 lực lớn hơn, có thể thắng được lực đàn hồi của lò xo. Lúc này, màng và piston sẽ dịch chuyển theo trục van xuống đến hết hành trình và van cũng sẽ đóng lại.

Chu trình mở van hoàn toàn

Van điện từ sẽ ngừng ngay việc cấp khí nén khi ngắt dòng điện. Thông qua cửa của van, lượng khí nén sẽ được xả ra môi trường bên ngoài. Lúc này, lực đàn hồi của lò xo sẽ thắng được áp lực của khí và đẩy piston hoặc màng đi lên phía trên cho van mở.

Chu trình điều tiết (đóng hoặc mở một phần)

Chu trình điều tiết không phải là chu trình chính, nó là phần nhỏ nằm trong chu trình đóng hay chu trình mở.

Trong chu trình này, áp lực của khí nén sẽ tác dụng lực đẩy màng hay piston di chuyển một đoạn ngắn hơn hành trình thiết kế khi đóng hay mở hoàn toàn. Lúc này đĩa van cũng sẽ đóng mở 1 phần để phục vụ cho việc điều tiết dòng chất đi qua van.

Các loại van cầu điều khiển bằng khí nén

Theo cách điều khiển: Điều khiển khí nén ON/OFF, điều khiển khí nén tuyến tính

Theo vật liệu: Van cầu inox, van cầu thép, van cầu gang, van cầu đồng,..

Theo kiểu kết nối: lắp ren, lắp mặt bích

Xem thêm: Van màng là gì? Cấu tạo và phân loại

Ưu và nhược điểm van cầu điều khiển khí nén

Ưu điểm Nhược điểm
  • Van cầu điều khiển van có thể đóng ngắt dòng khí nén qua van tốt, chính xác cũng như nhanh chóng.
  • Thiết kế van cầu đơn giản nên sử dụng và lắp đặt rất dễ dàng tại các vị trí khác nhau.
  • Van cầu này có thể điều tiết dòng lưu chất, đáp ứng yêu cầu làm việc của người dùng.
  • Hành trình và thời gian đóng mở của van cầu thường ngắn.
  • Van cầu ít hư hỏng, độ bền cao nên tuổi thọ van có thể kéo dài.
  • Do thiết kế đĩa van không được gắn vào thân van nên trong một số trường hợp có thể hoạt động như van 1 chiều dừng khí nén.
  • Van cầu hoạt động đóng mở bằng khí nén nên rất an toàn cho người sử dụng.
  • Van cầu cần lực lớn hơn để chuyển động so với các loại van bướm hay van bi.
  • Giá thành van cầu thường cao nên khách hàng có nhu cầu cần cân nhắc kỹ, tính toán trước khi đặt hàng.
  • Màng của bộ phận truyền động khí nén không chịu được áp suất lớn nên rất dễ bị hỏng.
  • Áp suất của dòng chất đi qua van sẽ bị giảm đi so với ở đầu vào của van. Nếu so sánh với van cổng thì van cầu có độ thất thoát, sụt giảm áp lớn hơn.
  • Một số bộ phận của van cầu thường dễ bị ăn mòn do tác động liên tục của dòng lưu chất ví dụ như: đĩa, gioăng phớt…

Các ứng dụng của van cầu trong cuộc sống

Trong sản xuất, van cầu được ứng dụng trong nhiều hệ thống của các phân xưởng, nhà máy, cơ sở, ví dụ như:

  •  Hệ thống cấp dầu nhiên liệu, hệ thống đường ống dẫn hóa chất, cấp dầu nóng bởi nó có thể điều tiết dòng chảy và kiểm soát được rò rỉ tốt.
  •  Hệ thống cấp và thoát nước thải, sinh hoạt, nước làm mát,…
  •  Hệ thống nồi hơi công nghiệp, nắp nồi hơi,…
  •  Hệ thống dầu nhờn tua bin, hệ thống công nghiệp tự động hóa khi vận hành mà không cần phải sử dụng sức người trực tiếp.