Van điều áp là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Việc đảm bảo tối đa an toàn, hạn chế những sự cố bể, nứt gây nguy hiểm đến con người trong các hệ thống khí/ dầu là rất quan trọng. Ngoài việc sử dụng van an toàn, các kỹ sư cũng tính toán để lựa chọn van điều áp phù hợp để đảm bảo điều chỉnh áp suất luôn cân bằng ở mức phù hợp. 

Vậy van điều áp là gì? Van có nguyên lý hoạt động và ứng dụng ra sao? Cùng khám phá ngay với CNSG trong bài viết này nhé!

Van điều áp là gì?

• Van điều áp là một loại van trong hệ thống khí/ dầu có vai trò thực hiện điều chỉnh áp suất, giảm áp suất đầu vào cho đến khi đạt được giá trị áp suất an toàn và ổn định
• Khi khởi động một hệ thống khí hay dầu làm việc thông thường sẽ được lắp đặt với nhiều đường ống dùng để dẫn và phân chia dòng chất từ đó đáp ứng yêu cầu. Tùy theo cấu trúc đơn giản hay phức tạp, quy mô lớn hay nhỏ mà có số lượng nhánh, đường ống nhỏ, gấp khúc, ngoặc dòng,…. khác nhau. Các van điều áp này sẽ được lắp ráp ở vị trí trên đường ống để tránh những hiện tượng nổ đường ống hoặc tức vỡ gây nguy hiểm.
• Không những vậy, van điều áp còn đảm nhiệm việc duy trì mức áp suất đã được con người điều chỉnh.
• Cấu trúc cơ bản của 1 van điều áp sẽ bao gồm: đồng hồ đo áp suất,  lò xo, màng, núm vặn hoặc nút nhấn điều chỉnh,…. Mỗi hãng sản xuất sẽ có sự khác nhau về màu sắc, thiết kế, chất liệu, giá thành, kiểu dáng,….
• Thông thường 1 hệ thống hoàn chỉnh sẽ có 1-2 thiết bị này nhưng với hệ thống lớn, công suất khổng lồ và hoạt động đặc thù thì số lượng van được sử dụng sẽ nhiều hơn.

Nguyên lý hoạt động của van điều áp

• Chức năng của van điều áp khí nén thường không bao gồm thực hiện chức năng tăng áp, van này sẽ chỉ thực hiện chỉnh áp suất từ áp cao đến áp suất thấp. Van sẽ điều chỉnh áp suất theo ý muốn của người dùng. 
• Tuy nhiên, áp suất điều chỉnh này phải được quy định phù hợp với áp suất làm việc trung bình của hệ thống, áp suất ở đầu ra không thể cao hơn áp suất đầu vào. Vì thế mà trong một số hệ thống người ta gọi là van giảm áp.
• Những yếu tố tác động đến hoạt động của thiết bị van điều áp đó là: Áp suất đầu ra, thanh trượt, áp lực đầu vào, không gian…
• Nguyên lý hoạt động của van điều áp cũng được xác định rõ khi phân chia thành 2 loại ở những giai đoạn khác nhau:

Van điều áp một giai đoạn

Van điều áp 1 giai đoạn thường chỉ có cấu trúc đơn giản. Thông qua cửa vào, dòng lưu chất có áp suất cao sẽ đi vào thiết bị đến với thân của van điều áp. Áp suất cao sẽ tác động đến bộ phận màng van. Van sẽ bị đóng lại và ngăn dòng lưu chất đi qua.

Tại vị trí cửa ra của điều áp sẽ được thiết kế với đồng hồ. Chức năng của nó là đo và hiển thị mức áp suất tại vị trí cho người dùng quan sát và có điều chỉnh thích hợp. Thông qua cửa ra, khí nén lúc này sẽ đi ra bên ngoài khiến áp suất ở bên trong thân van sẽ giảm đi. Áp giảm khiến màng ngăn hạ xuống và mở ra. Thiết bị sẽ tiếp tục mở cửa van cho đến khi áp suất cân bằng với lò xo dưới sự tác động vặn hoặc xoay núm điều chỉnh của con người.

Thường sẽ có 2 tình huống xảy ra:

+ Áp suất của khí nén cấp từ nguồn thấp, van sẽ cho phép dòng chất khí đi vào nhiều hơn để tạo áp suất cân bằng ở cổng ra.

+ Áp suất của dòng chất cung cấp giảm đi, áp lực ở đầu ra tăng lên, áp ở ra thấp thì áp suất sẽ giảm đi.

Van điều áp hai giai đoạn

Khác với van điều áp một giai đoạn, loại điều áp 2 giai đoạn sẽ có chức năng mở rộng hơn, loại này giúp giảm áp suất của lưu chất thông qua 2 giai đoạn. Quá trình giảm này không đột ngột mà dần dần và từ từ.

Ở giai đoạn đầu, áp suất sẽ bắt đầu giảm đến một mức trung gian đã được cài đặt ban đầu. Sau đó, áp sẽ tiếp tục bước vào giai đoạn thứ 2. Áp suất của chất sẽ xuất hiện với mức áp đã được đặt trước đó bởi nút vặn điều chỉnh. 

Đặc điểm của van điều áp 2 giai đoạn là thiết kế có đến 2 van an toàn để phòng tránh được các áp suất dư thừa gây ra nổ, khi áp suất giảm quá mức quy định thì nó có thể bù áp suất tốt. 

Thiết bị van điều áp 2 giai đoạn này thường chuyên dùng cho những cấu trúc phức tạp hệ thống lớn, với nhiều xi lanh thủy lực, chấp hành.

Phân loại van điều áp

Van điều áp khí nén

• Để vận hành một hệ thống khí nén an toàn và ổn định, người ta sẽ phải sử dụng các thiết bị để điều chỉnh áp suất. Van điều áp khí nén là linh kiện cơ cấu của hệ thống dập, trạm nguồn khí nén… 
• Van điều áp khí nén thực hiện chức năng điều chỉnh áp suất trong hệ thống sao cho áp luôn ở mức an toàn mà người dùng đã cài đặt sẵn.
• Nếu hệ thống khí nén gặp phải tình huống áp suất ở đầu vào tăng vượt quá mức quy định thì sử dụng van điều áp chính là giải pháp tốt nhất vì đem lại hiệu quả tức thì. Mỗi một bộ van chỉnh áp sẽ có 1 đồng hồ đi kèm. Đồng hồ sẽ đo và hiển thị áp suất thực tế. Dựa trên áp giảm hoặc tăng cao mà kỹ thuật viên sẽ có hướng xử lý thích hợp bằng cách tác động lên núm xoay cho đến khi đạt được áp suất ổn định.
• Điều áp khí nén có thể hoạt động riêng lẻ độc lập, cũng có thể kết hợp với lọc nước để hình thành bộ lọc đôi hoặc kết hợp với lọc và bình dầu để tạo nên bộ lọc ba đa chức năng.

Van điều áp thủy lực

• So với hệ thống van điều áp khí nén thì thủy lực làm việc với tải trọng và chế độ nặng nhọc, khắc nghiệt hơn. 
• Thông thường van điều áp thủy lực chuẩn luôn được kỹ sư quan tâm bởi vì họ có thể trích nhỏ áp suất để phục vụ cho nhiều mục đích cùng lúc, đảm bảo áp suất làm việc an toàn, ổn định đồng thời bảo vệ hệ thống không xảy ra trường hợp quá áp, điều chỉnh áp theo từng giai đoạn làm việc tương ứng.
• Van điều áp thủy lực có cấu trúc hoàn toàn khác so với loại dùng cho hệ thống khí nén, bao gồm nhiều chi tiết liên quan như: nắp chụp, chốt hãm, thân van, lò xo, buồng van. 
• Loại điều áp tốt sẽ có thân van làm từ chất liệu hợp kim cứng hoặc đồng để vừa có thể chống oxy hóa đồng thời có khả năng chống va đập và tăng tuổi thọ nếu làm việc trong môi trường thay đổi.
• Những yếu tố giúp người dùng xác định được đó có phải là van điều áp phù hợp với hệ thống mình đang dùng hay không: áp suất min, tốc độ và lưu lượng dòng chất, áp suất max, vị trí lắp, cỡ size và kích thước ren…

Van điều áp nước

• Hệ thống van điều áp nước rất cần một van điều chỉnh áp suất nước để có thể điều khiển áp lực của dòng nước ở đầu ra.
• Cơ chế hoạt động của van điều áp nước này đó là: Khi áp lực nước tăng cao thì bộ điều chỉnh của van sẽ tự động mở để đảm bảo cho áp lực của thiết bị, đường ống về mức an toàn.
• Van điều áp nước còn có tên gọi khác là: van giảm áp nước, van chỉnh áp nước, van điều chỉnh áp suất nước, van giảm áp cấp nước…
• Ngoài ra, người ta phân chia van điều áp theo chất liệu: Van bằng gang, van lắp mặt bích, van bằng inox, van bằng đồng hoặc theo kiểu lắp có van lắp ren, …

Ứng dụng của van điều áp

Van điều áp có ứng dụng rất phong phú trong  trong đời sống hàng ngày của con người và nhà máy sản xuất. Nó được lắp trong máy nén khí, không gian vũ trụ, trong hàn cắt kim loại hay dùng cho máy bay, khai thác hầm mỏ, cụ thể là:

Máy nén khí

Máy nén khí được ứng dụng có van điều áp dùng ở các xưởng, nhà máy, gara… để làm sạch thiết bị, thổi bụi hoặc bơm hơi lốp xe, bể phao, thổi phồng quả bóng. Muốn thu được không khí có mức áp phù hợp với nhu cầu, người dùng sẽ sử dụng thiết bị điều áp. 

Trong một số trường hợp sản xuất hoặc công nghiệp, người ta sẽ sử dụng một máy nén khí cỡ lớn để cấp khí nén cho nhiều mục đích cùng lúc. Với mỗi một đích dùng thì cần phải có van điều chỉnh áp lực khí nén tương ứng để đảm bảo có mức áp thích hợp. Đây là điều vô cùng cần thiết bởi có những thiết bị đòi hỏi mức áp suất nhất định nhưng lại gây hỏng hóc cho những thiết bị khác nếu cùng chung mức áp.

Máy bay

Các bộ điều chỉnh áp suất sẽ được lắp tại hệ thống kiểm soát áp nước uống , con lật, dẫn sóng hoặc trong cabin buồng lái. 

Khi máy bay hoạt động gặp phải vấn đề mất áp suất hoặc tăng áp suất đột ngột sẽ ảnh hưởng rất lớn đến thăng bằng, an toàn khi máy bay cất cánh.

Hàn, cắt kim loại

Người ta sử dụng khí oxy để hàn, cắt kim loại với mức áp nhất định. Van điều áp khí nén trong ứng dụng này có nhiệm vụ làm giảm áp suất cao của khí từ bình chứa để phục vụ hàn, cắt theo ý muốn.

Người ta phân chia thành 2 giai đoạn điều áp: 1 điều tiết khí với tốc độ không đổi và 2 là kiểm soát và giảm áp từ trung bình xuống mức thấp. Bộ điều áp này sẽ có 2 đồng hồ: 1 dùng hiển thị áp của đường ống, 1 hiển thị áp suất từ nguồn cấp, xi lanh.

Công nghiệp khai thác mỏ

Đối với ngành công nghiệp khai thác mỏ, việc giữ áp suất ổn định rất quan trọng bởi nó có thể ảnh hưởng đến sức khỏe thậm chí tính mạng của nhân công.

Đối với các hầm lò thì càng xuống sâu, áp suất càng cao. Với những hoạt động khai thác khoáng sản ngầm thường yêu cầu về hệ thống nước, không khí rất cao, đặc thù với nhiều van giảm áp được bố trí tại nhiều nơi khác nhau.

Thông thường thì các van điều chỉnh áp suất sẽ lắp ở độ sâu 180m tương đương với 600 feet. 

Giảm áp lực nước

Trong các hệ thống nước, thủy lực,…thông thường khi làm việc rất dễ gặp phải vấn đề nước sẽ xâm nhập vào với áp suất biến động. Đối với các hệ thống công nghiệp thì áp lực này sẽ phải nằm trong 1 phạm vi nhất định để không gặp sự cố hoặc nổ đường ống dẫn. 

Nhờ việc ứng dụng van điều áp nước sẽ thực hiện chức năng điều chỉnh và làm giảm áp lực nếu áp lực tăng cao, thường lắp trong các hệ thống cấp nước ngầm hoặc hồ chứa nước,…

Không gian vũ trụ

Đối với các tàu vũ trụ thì áp suất luôn là yếu tố được tính đến đầu tiên. Những thiết bị điều khiển áp suất sẽ được lắp và ứng dụng trong các hệ thống kiểm soát ACS hoặc kiểm soát phản ứng RCS và những nơi làm việc độ rung lắc lớn, nơi có nhiệt độ cực cao hoặc có chất lỏng ăn mòn.