Van cầu điều khiển bằng khí nén

Van cầu điều khiển bằng khí nén là sản phẩm được thiết kế gồm 2 phần chính: phần thân van cầu và phần điều khiển là bộ điều khiển khí nén. Với ưu điểm cho phép sử dụng trong hệ thống có điều kiện nhiệt độ, áp suất cao cần điều tiết lưu lượng dòng chảy. Chất liệu chế tạo thân van bằng gang, inox, đồng hoặc thép đảm bảo phù hợp với mọi điều kiện môi trường khác nhau. Chúng ta cùng nhau tìm hiểu thông tin về dòng van này trong bài viết dưới đây nhé!

Van cầu điều khiển bằng khí nén là gì?

Trong các hệ thống hơi, khí nén thì ngoài xi lanh đóng vai trò chấp hành quan trọng thì chúng ta cần phải nhắc đến 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.

Tên tiếng anh của nó là Controls globe valve with pneumatic actuator. Thực chất, van điều khiển khí nén này chính là một thiết bị đóng cửa – mở cửa van tự động. Nó sử dụng áp suất của khí nén để tác động lên đĩa, cửa van để kiểm soát dòng chảy.

Bên cạnh việc thực hiện đóng mở – OFF/ON thì van còn cho phép người dùng có thể kiểm soát chính xác tốc độ cũng như lưu lượng của dòng chảy. Trên mỗi van sẽ có một bộ truyền động bằng khí nén mà chúng tôi sẽ nói cụ thể hơn ở phần cấu tạo, nó sẽ làm nhiệm vụ: Sử dụng tín hiệu khí nén điều khiển việc đóng, mở van.

Cấu tạo van cầu điều khiển bằng khí nén

Cấu tạo của van gồm hai phần chính là thiết bị truyền động bằng khí nén (Pneu matic actuator) và van cầu (Globe valve). Ngoài ra còn có các thiết bị khác như: Bộ định vị van khí nén, van điện từ khí nén…

1. Van cầu

Thân van cầu là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với lưu chất chịu áp lực chính và là nơi chứa tất cả các chi tiết của van. Van cầu gang thường có hai cổng mặc dù loại ba cổng cũng được sản xuất nhưng không thông dụng, chủ yếu dùng để đổi hướng và phân chia dòng chảy. Hai cổng có thể được định hướng thẳng đối diện nhau hoặc bất cứ nơi nào trên thân van, hoặc tạo với nhau một góc 90 ° ( van cầu góc).

Van cầu chủ yếu được sử dụng cho các chất lỏng nhớt có tính ăn mòn, nhiệt độ và áp lực cao. Nếu van cầu đươc lắp trên đường ống nằm ngang thì sẽ tồn dư lại chất lỏng trong thân van sẽ gây tắc ngẽn hoặc ăn mòn thân van nếu qua thời gian dài không sử dụn. Để tránh tình trạng này thì chúng ta có thể sử dụng van cầu góc hoặc van cầu xiên. Thân van thường được chế tạo từ các hợp kim chịu lực chịu nhiệt như, gang, inox, thép …

2. Thiết bị truyền động bằng khí nén

Thiết bị truyền động khí nén cho van cầu thường có hai dạng piston và dạng màng. Khác với bộ truyền động cho van bi và van bướm là chuyển động quay thì van cầu là dạng chuyển động thẳng, lên xuống.

• Bộ truyền động bằng khí nén dạng piston

Có cấu tạo và hoạt động giống như một xilanh khí nén bao gồm một pistong di chuyển trong một nòng xilanh. Trục van cầu được kết nối với piston, khi khí nén đẩy pistong đi lên kéo theo trục van, van mở, khí nén đẩy pistong đi xuống đẩy theo trục van, van đóng.

Bộ truyền động bằng khí nén dạng piston có hai dạng tác động đơn và tác động kép.

Tác động kép là dạng sử dụng áp suất của khí nén để đẩy piston trong cả hai quá trình đóng và mở van. Trong bộ truyền động tác động kép không có lò xo, đóng mở van hoàn toàn dựa vào áp suất của khí nén.

Tác động đơn là chỉ sử dụng áp suất khí nén trong một chu trình đóng hoặc mở van, nhờ vào lực đàn hồi của lò xo được tích hợp thêm để thực hiện chu trình còn lại. Có nghĩa là bộ truyền động tác động đơn có thêm một hoặc nhiều lò xo để thực hiện một trong hai chu trình đóng hoặc mở van.

Thiết bị truyền động bằng piston thường có hành trình dài hơn và lực đẩy lớn hơn so với thiết bị truyền động dạng màng.

• Bộ truyền động bằng khí nén dạng màng

Là thiết bị truyền động tác động đơn, cấu tạo bao gồm: màng chính, lò xo. Hoặt động nhờ vào lực đàn gồi của lò xo và hành trình di chuyển của màng.

Loại thiết bị này được sử dụng phổ biến trong việc điều khiển các van cầu vì có giá rẻ, cấu tạo đơn giản, lắp đặt và vận hành dễ dàng.

• Bộ định vị van khí nén

Positioner là gì? (Bộ định vị van khí nén): là một thiết bị hoạt động dựa trên nguyên lý cân bằng lực để định vị đĩa Van điều khiển theo tín hiệu khí nén nhận được. Rotary Positioner sẽ xác định vị trí chính xác của van và cấp khí cho bộ truyền động để đóng/mở theo góc yêu cầu. Do đó, bộ định vị đảm bảo hoạt động đáng tin cậy và chính xác của van điều khiển bằng khí nén.

Đây là một thiết bị bổ sung thường được lắp vào trục của bộ truyền động để theo dõi vị trí van và định vị đĩa van.

4. Van điện từ khí nén

Van khí nén điện từ được phân chia thành nhiều loại với số cổng và vị trí làm việc khác nhau. Van điện từ 1 đầu điện, van điện từ 2 đầu điện có thể hoạt động với điện áp 12v, 24v, 110v, 220v. 

Khi cấp điện, dòng điện có từ trường sẽ tác động lực lên lõi van và van chuyển đổi trạng thái ngay lập tức từ 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

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 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 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 sẽ đóng lại.

• Chu trình mở van hoàn toàn

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

• Chu trình điều tiết (đóng hoặc mở một phần)

Đây 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 đẩy màng hay piston di chuyển một đoạn ngắn hơn hành trình thiết kế khi đóng hay mở hoàn toàn. Lúc này đĩa van sẽ đóng mở 1 phần để phục vụ cho việc điều tiết dòng chất đi qua van.

Ứng dụng của van cầu điều khiển bằng khí nén

Với ưu điểm chất liệu đa dạng, điều tiết, đóng mở lưu chất một cách tốt nhất, làm việc ổn định, năng suất trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Hiện nay, van cầu điều khiển khí nén được sử dụng trong rất nhiều hệ thống, lĩnh vực. Dưới đây là một số ứng dụng điển hình:

• Trong các khu công nghiêp, xí nghiệp, nhà máy sản xuất tự động hóa với nhiệm vụ điều tiết dòng lưu chất đi qua van.
• Trong hệ thống lò hơi, nồi hơi, các hệ thống HVAC của toà nhà, khu chung cư, khu dân sinh, khu công nghiệp….
• Trong hệ thống dầu nhiên liệu có lưu lượng điều tiết có thể điều chỉnh và có áp suất dòng chảy lớn.
• Trong hệ thống đường ống cấp thoát nước sạch, xử lý nước thải.
• Trong dây chuyền sản xuất thực phẩm, đồ uống, hóa chất, hệ thống thoát nước và chiết xuất không khí ngưng tụ.
• Trong hệ thống phòng cháy chữa cháy.

Ưu điểm - nhược điểm của van cầu điều khiển bằng khí nén

Ưu điểm:

Ưu điểm của van cầu điều khiển khí nén là về bản chất là an toàn, tức là không có nguy cơ cháy nổ nguy hiểm và nó có thể cung cấp một lực lớn để đóng van chống lại áp suất chênh lệch cao.

• Có thể điều chỉnh tốc độ đóng/mở van nhanh hoặc chậm
• Có khả năng điều khiển và điều tiết lưu lượng tốt.
• Có hành trình đóng mở van ngắn.
• Có nhiều chủng loại với nhiều lựa chọn như van cầu dạng chữ “Z”, chữ “T” (van góc), van cầu xiên phù hợp cho các ứng dụng cụ thể.
• Có nhiều tùy chọn cho các thiết bị truyền động bàng khí nén.
• Cấu tạo đơn giản dễ dàng cho việc lắp đặt và bảo trì bảo dưỡng.
• Vận hành hoàn toàn tự động

Nhược điểm:

• Áp suất lưu chất bị giảm một phần khi qua van cầu kể cả lúc van mở hoàn toàn.
• Van yêu cầu bộ truyền động lớn hơn để điều hành van. Vì van cầu cần lực đóng mở lớn hơn các van khác
• Màng của bộ truyền động nhanh bị hư hỏng do bị lão hóa và không chịu được áp suất lớn.
• Đối với van không có thiết bị truyền động bằng tay thì phải có khí nén van mới hoạt động được.

Phân loại van cầu điều khiển bằng khí nén

Với rất nhiều loại hiện có trên thị trường, người ta quyết định phân chia thành từ nhóm van để thuận tiện cho việc chọn lựa: Theo cách điều khiển, theo vật liệu, theo kiểu kết nối…

1.Theo cách điều khiển
Nếu xét theo cách điều khiển thì van cầu khí nén có 2 loại:

• Điều khiển khí nén ON/OFF: Đây là loại van cầu điều khiển bằng khí nén mở hoặc đóng. Điều đó có nghĩa là nếu cấp nguồn khí đến bộ phận truyền động thì van sẽ chỉ đóng lại hoặc mở ra để dòng lưu chất đi qua. Phần thân của van này được cấu tạo bằng chất liệu: Hợp kim, thép carbon đúc, thép rèn, gang xám, thép chống nguội… với nhiệt độ làm việc 220 độ C. Van được kết nối tiêu chuẩn JIS, DIN…
• Điều khiển khí nén tuyến tính: Đây là loại van cầu khí nén đóng mở linh hoạt hơn so với loại van cầu ON/OFF khi nó có thể đóng mở theo góc, điều chỉnh việc đóng mở theo ý muốn của người sử dụng. Van có thể dùng để điều tiết dòng chất qua van hoặc đóng mở để cung cấp cho các đường ống thẳng…

2.Theo vật liệu

Dựa trên các vật liệu để chế tạo mà người ta có thể phân chia van cầu điều khiển bằng khí nén thành 4 loại chính như sau:

• Van cầu inox: 

Loại van cầu inox 304, inox 316 cho độ bền rất cao với khả năng kháng ăn mòn hóa học, oxi hóa một cách tuyệt vời nhưng nó lại có giá thành cao hơn các loại van khác nên khi có nhu cầu, khách cần cân nhắc trước khi chọn lựa. Chính vì những đặc điểm làm việc mà van cầu inox được lựa chọn để dùng trong các môi trường hóa chất, axit, gas, khí nén, hơi…

• Van cầu thép: 

Đây là loại van được đúc hoàn toàn từ thép nên nó có thể chịu được áp suất rất lớn, nhiệt độ cao. Chất liệu này còn giúp van tăng thêm tuổi thọ, chống va đập tốt. Van chuyên dụng cho hệ thống nước thải, hóa chất cũng như hơi.

• Van cầu gang: 

Gang với ưu điểm là cứng cáp, chắc chắn, chịu lực tốt, có nhiệt độ và áp suất làm việc cao. Van cầu bằng gang là loại được sử dụng rất phổ biến hiện nay do có giá thành rẻ, chất lượng van ổn định và độ bền khá cao.

• Van cầu đồng: 

Đồng chính là chất liệu để sản xuất thân van cầu. Van có nhiều kích thước từ DN 15 đến DN 50, kết nối ren trong. Van có màu vàng và có thể kết nối với nguồn điện 24v, 220v để hoạt động, thời gian làm việc trung bình là 75s. 

Van cầu đồng có thời gian đóng mở nhanh hơn so với van cửa. Nhiệt độ làm việc 0-80 độ C. Áp suất làm việc 1.0 Mpa – 2.0 Mpa. Lưu lượng của dòng chảy có thể thay đổi dựa vào đĩa van. Van cầu đồng, van cầu inox không được ưu tiên chọn dùng trong hệ thống mà dòng chảy hơi, dòng chảy chất lỏng liên tục.

3.Theo kiểu kết nối
Có 2 kiểu lắp đặt van cầu khí nén đó là lắp ren và lắp mặt bích.

• Lắp ren:

Van cầu điều khiển bằng khí nén lắp ren với size từ 13, 17, 21, 27… Các đường ren được thiết kế sắc nét giúp vặn chặt khi lắp.

Đặc điểm của van: Kích thước nhỏ gọn, dễ vận chuyển và tháo lắp, giá thành phải chăng, ít xảy ra sự cố, bảo dưỡng và sửa chữa rất thuận tiện.

• Lắp mặt bích:

Van cầu điều khiển khí nén loại này sẽ kết nối với đường ống dẫn lưu chất thông qua mặt bích. Chức năng của van này tương tự như với các loại trên đó là điều tiết và đóng mở dòng lưu chất.

Bên trong khoang van sẽ được ngăn cách bởi một vách ngăn. Trên vách ngăn này sẽ có lỗ để dòng lưu chất có thể dễ dàng đi qua và ở phía trên sẽ thiết kế 1 đĩa ở phía trên để đóng mở van.

Trên đây là thông tin mà chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn đọc, hy vọng sẽ đem đến thông tin hữu ích!

Rất mong các bạn quan tâm và theo dõi onginox.vn để cập nhật thông tin mới nhất về van cầu điều khiển bằng khí nén.