GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VAN CÔNG NGHIỆP

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VAN CÔNG NGHIỆP

GENERAL INTRODUCTION TO INDUSTRIAL VALVES

1. VAN LÀ GÌ?

Van là thiết bị cơ khí được thiết kế đặc biệt để dẫn hướng, khởi động, dừng, trộn hoặc điều tiết dòng chảy, áp suất hay nhiệt độ của chất lưu. Van được thiết kế để xử lý cả chất lỏng và chất khí.
Tùy vào bản chất, thiết kế, chức năng và ứng dụng, van có thể được sản xuất ở đa dạng chủng loại, kích cỡ và chuẩn áp suất. Van công nghiệp nhỏ nhất có thể chỉ nặng 1Lb (0.45kg), nằm gọn trong tay người hoặc cũng có thể đạt khối lượng 10 tấn và cao 24 ft (6.1m).

Van công nghiệp có thể được lắp trên ống từ 1/2'' (đường kính định danh DN15) đến hơn 48'' (DN1200), tuy vậy, hơn 90% van công nghiệp có size 4'' (DN100) trở lại. Van có thể được sử dụng từ áp suất chân không đến 13,000 PSI (897 bar).

Van ngày nay được sử dụng rộng rãi từ đơn giản như vòi nước đến phức tạp như van điều khiển, trang bị vi xử lý. Những loại van được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là van bướm, van cổng, van cầu, van bi, van một chiều, van an toàn và van cầu...

Van có thể được sản xuất từ nhiều loại vật liệu khác nhau như đồng thau, đồng thiếc, gang xám, gang dẻo, thép đúc, inox, nhựa hoặc những hợp kim phức tạp.

2. PHÂN LOẠI VAN
2.1 Phân loại theo chức năng

Bằng bản chất về thiết kế và chức năng xử lý dòng chảy, van có thể được phân làm 3 loại:
- Van đóng/mở (On-off valve): Có chức năng ngăn hoặc cho phép dòng chảy chảy qua.
- Van một chiều (Non return valve): Chỉ cho phép dòng chảy đi theo 1 chiều.
- Van điều khiển (Throttling valve/ control valve): Chức năng điều tiết dòng chảy ở bất kỳ điểm nào giữa điểm mở hoặc đóng hoàn toàn.

Có một khía cạnh khá dễ nhầm lẫn trong việc phân loại van theo chức năng là: Có vài thiết kế thân van đặc biệt như van cầu, van cổng, van plug, bi, bướm...có thể khớp vào 1, 2 hoặc cả 3 loại trên.
Ví dụ: van phích (plug valve) vừa có thể được sử dụng như van đóng mở, hoặc nếu kết hợp thêm vài bộ truyền động lại biến thành van điều khiển. Hoặc như van cầu, tùy thuộc vào thiết kế bên trong của van, có thể có chức năng làm van on/off, hoặc van 1 chiều, hoặc cả van điều khiển. Vì vậy người dùng nên cẩn thận khi đánh đồng kiểu thiết kế van nào đó với việc phân loại theo chức năng.

2.1.1 Van đóng/mở (On-off valves)

Đôi lúc được gọi là van khóa, van on-off được sử dụng để mở hoặc chặn lại dòng chảy của chất lưu qua process. Van on off phổ biến là van cổng, van bi, van phích, van đáy bồn. Đa số van on-off là điều khiển bằng tay dù đôi khi cũng có thể tự động bằng cách lắp thêm một truyền động.

Van bướm on-off

Van on off thường được sử dụng với ứng dụng nơi dòng chảy phải được chuyển hướng quanh 1 khu vực cần được bảo trì hoặc nơi công nhân phải được bảo vệ khỏi nguy cơ về an toàn nào đó. Chúng cũng rất hữu ích với chức năng trộn nơi nhiều chất lưu được kết hợp trong 1 lượng thời gian xác định trước và khi yêu cầu việc đo lường chính xác. Hệ thống kiểm soát an toàn cũng cần van on off tự động để đóng hệ thống ngay lập tức khi sự cố xảy ra đột ngột.

Van xả áp là một dạng van đóng mở tự truyền động mà chỉ mở khi áp suất vượt qua 1 mức áp suất được cài sẵn. Van này được chia làm 2 dạng: van xả áp và van an toàn. Van xả áp được dùng để ngăn sự quá áp của chất lỏng. Mặt khác, van an toàn ứng dụng cho chất khí nơi sự quá áp trong hệ thống là rất nguy hiểm.

Test van an toàn

2.1.2 Van một chiều (Non return valve)

Van một chiều cho phép chất lưu chảy theo 1 hướng nhất định. Van được thiết kế để ngăn bất kỳ dòng chảy hay áp suất theo hướng ngược lại. Tất cả van kiểm tra đều là van 1 chiều.

Van một chiều

Van một chiều được sử dụng để ngăn cho sự chảy ngược của chất lưu, điều này có thể làm hỏng thiết bị hoặc hư hỏng hệ thống. Van này đặc biệt hữu dụng để bảo vệ bơm trong ứng dụng chất lỏng hay máy nén khí/ ga khỏi dòng chảy ngược, khi bơm hoặc máy nén tắt. Van một chiều còn được ứng dụng trong hệ thống process có áp suất thay đổi cần được cắt ly.

2.1.3 Van điều khiển (Throttling valve/ control valve)

Van điều khiển được dùng để điều tiết dòng chảy, nhiệt độ hay áp suất của chất lưu. Van điều khiển có thể di chuyển đến bất kỹ vị trí nào trong phạm vi của van và giữ lại tịa vị trí đó, bao gồm cả vị trí đóng hoặc mở hoàn toàn. Vì vậy, chúng cũng có thể hoạt động như van on-off. Mặc dù nhiều thiết kế van điều khiển được trang bị tay gạt hoặc tay quay, nhiều khi van sẽ được trang bị 1 bộ truyền động hay hệ thống truyền động, cung cấp lực mạnh hơn và khả năng định vị cao hơn cũng như điều khiển tự động. 

Van cầu điều khiển

Van điều áp là van điều khiển thay đổi vị trí cảu van để duy trì áp suất cố định ở phía sau van. Nếu áp suất tăng lên, van điều pá sẽ đóng chặt lại để giảm áp suất, nếu áp suất giảm xuống, van điều áp sẽ mở để tăng áp lên.

Van điều áp

Như 1 phần của họ nhà van điều khiển, van điều khiển tự động (automatic control valve), đôi khi được gọi đơn giản là van điều khiển (control valve), là thuật ngữ được dùng phổ biến để mô tả van có khả năng làm thay đổi tình trạng dòng chảy để phù hợp với yêu cầu hệ thống. Để đạt được việc điều khiển tự động, những van này luôn được trang bị bộ truyền động. Những bộ truyền động được thiết kế để nhận tín hiệu ra lệnh và chuyển nó thành một vị trí van nào đó bằng việc sử dụng nguồn cấp bên ngoài (điện, khí nén, thủy lực), làm khớp chức năng cần thiết cho việc chuyển động nào đó.

Van điều khiển tự động

2.1.4 Thiết bị điều khiển cơ bản (final control element) trong vòng lặp điều khiển.

Van điều khiển là thiết bị điều khiển cơ bản được sử dụng phổ biến nhất. Thuật ngữ thiết bị điều khiển cơ bản (final control element) là thiết bị hiệu suất cao cần thiết để cung cấp nguồn và độ chính xác để điều khiển chất lưu đang chảy thành 1 tình trạng mong muốn. Những thiết bị điều khiển cơ bản khác gồm bơm, mái hắt, đập (damper) và những thiết bị điều khiển dòng điện...

Như một thiết bị điều khiển cơ bản, van điều khiển là một phần của vòng lặp điều khiển, thường bao gồm 2 thành tố nữa là thiết bi cảm biến (sensing element) và bộ điều khiển (controller).
Cảm biến đo tình trạng nào đó của process như áp suất dòng, mức hay nhiệt độ. Cảm biến dùng một bộ truyền tín hiệu để gửi tín hiệu kèm thông tin về tình trạng process đến controller hay một hệ thống điều khiển phân phối lớn hơn.

Controller nhận tín hiệu từ cảm biến và so sánh nó với điểm cài đặt hay một giá trị mong muốn cần thiết cho một phần của process. Bằng việc so sánh tín hiệu vào thực tế với điểm cài đặt, controller có thể tạo ra bất kỳ tác động cần thiết nào vào process bằng việc gửi tín hiệu đến thiết bị điều khiển cơ bản, phổ biến nhất là van điều khiển.

Van sẽ thay đổi dựa vào tín hiệu từ controller mà được đo lường và xác minh bởi thiết bị cảm biến, hoàn thành 1 vòng điều khiển.

Vòng điều khiển

Biểu đồ trên mô tả một vòng điều khiển cơ bản, liên kết một controller với dòng chảy (FT), áp suất (PT) và bộ truyền nhiệt độ (TT) với 1 van điều khiển.

2.2 Phân loại theo ứng dụng

Mặc dù van thường được phân loại theo chức năng, chúng còn được phân loại theo ứng dụng, thường chỉ ra đặc điểm cảu thiết kế. Có 3 loại ứng dụng được sử dụng:
- Van thông thường (General service valves): mô tả thiết kế van linh hoạt, thông dụng, được sử dụng ở rất nhiều ứng dụng khác nhau mà không cần hiệu chỉnh.
- Van đặc biệt (Special service valves): Đước thiết kế cho 1 ứng dụng đặc biệt nào đó.
- Van đặc chủng (Severe service valves): Được thiết kế đặc biệt để tránh tác dụng phụ của một ứng dụng phức tạp nào đó.

2.2.1 Van thông thường

Van thông thường là những van được thiết kế cho hầu hết những ứng dụng phổ thông, có áp suất thấp từ ANSI 150 đến ANSI 600 (Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ) hoặc từ PN10 đến PN100, nhiệt độ vừa phải -50 đến 650 độ F (-46 đến 343 độ C), chất lưu không ăn mòn, độ tụt áp thường gặp không gây ra sủi bọt, bong bóng hay trào chất lưu.
Van thông thường có độ dễ thay thế và linh hoạt cao, tích hợp vào thiết kế để cho phép chúng được sử dụng rộng rãi. Vật liệu thân van thường là gang, thép, inox. 

Van thông thường

2.2.2 Van đặc biệt

Van đặc biệt là một thuật ngữ được sử dụng cho van thiết kế theo yêu cầu cho 1 một ứng dụng duy nhất, nằm bên ngoài những chức năng thông thường. Chính vì được thiết kế có 1 không 2, nó chỉ hoạt động được bên trong những giới hạn và tình trạng liên quan đến chức năng đặc biệt đó mà thôi. Những van này thường xử lý một nhiệt độ theo yêu cầu, áp suất cao hay chất lưu có tính ăn mòn cao. 

Van bọc sứ để phục vụ những chất lưu có tính ăn mòn cao.

2.2.3 Van đặc chủng

Van đặc chủng là van được trang vị với những đặc tính đặc biệt để xử lý những ứng dụng hay thay đổi, không cố định như độ sụt áp cao, có thể gây ra sủi bọt khí nghiêm trọng hoặc trào chất lưu, nghẹt hoặc có tiếng ồn lớn. Những van này đặc cắt tỉa với công nghệ cao trong van cầu, hay có đĩa, bi đặc biệt trong van xoay để tối thiểu hoặc ngăn tác dụng phụ của ứng dụng. 

Thêm vào đó, tình trạng hoạt động có thể yêu cầu bộ truyền động đặc biệt để vượt qua được lực của process. Động cơ điện-thủy lực có thể tạo ra tác động lực 200,000lb (889,600N).

Van đặc chủng, xử lý process có độ sụt áp cao

2.3 Phân loại theo chuyển động

Một vài người dùng phân loại van dựa trên chuyển động cơ khí của van. Van chuyển động theo tuyến (Linear-motion valves, hay còn gọi là linear valves) có thiết kế ty trượt đẩy một thiết bị đóng vào vị trí đóng hoặc mở. Thiết bị đóng (closure element) chỉ một thiết bị bên trong van dùng để mở, đóng hay điều tiết dòng chảy. Van cổng, van cầu, van kẹp, van màng, van bi 3 mẩu, van góc đều thuộc loại này. 

Van chuyển động tuyến có thiết kế đơn giản, dễ bảo dưỡng và đa dạng kích cỡ, cấp áp suất, lựa chọn thiết kế hơn các loại chuyển động khác - Vì vậy, chúng là loại phổ biến nhất hiện nay. 

Mặt khác, van quay (rotary motion valves - rotary valves) sử dụng yếu tố đóng hoạt động quay - một góc 45 độ để mở hoặc đóng dòng chảy. Van quay thì nhỏ và nhẹ hơn so với van chuyển động tuyến, so sánh trên cùng size.

Tuy nhiên, van quay khá giới hạn đối với độ sụt áp nhất định và dễ xảy ra bọt khí và trào chất lưu. Tuy nhiên, van quay hiện có thiết kế ngày được cải thiện để vượt qua những giới hạn cố hữu và đang được sử dụng nhiều hơn. 

3. DANH PHÁP ĐƯỜNG ỐNG PHỔ BIẾN

Người dùng nên quen với danh pháp đường ống thường được đùng trong ngành công nghiệp van toàn cầu. Vì ngành công nghiệp van, cùng với một tỷ lệ cao của ngành công nghiệp process, đã được dẫn dắt bởi những công ty có nguồn gốc từ bắc Mỹ hơn 50 năm qua, danh pháp van và đường ống chịu ảnh hưởng nhiều bởi hệ thống của Mỹ, thường sử dụng những thuật ngữ như psi (pounds per square inch - pound trên inch vuông) để chỉ áp suất hay kích cỡ đường ống định danh (NPS - nominal pipe size) để chỉ kích cỡ van và đường ống. Những thuật ngữ này vẫn được sử dụng ngày nay tại Mỹ và dựa trên danh pháp được hình thành bởi viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ (ANSI).

Ngoài Mỹ, danh pháp van và đường ống dựa trên hệ đơn vị quốc tế (hệ mét), được thành lập bởi tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO. Dựa vào hệ mét, một đơn vị đo lương cơ bản là mét và khoảng cách có liên quan đến hệ số nhân chia của mét (ví dụ như kilomet) hay đơn vị tương đương của mét như cm, mm. Hệ đo lường van theo hệ mét điển hình gọi kích cỡ theo mm và áp suất theo kPa hay bar. Chuẩn ISO gọi đường kính ống theo đường kính định danh( DN - nomial diameter) và mức áp suất theo áp suất định danh (PN - Nominal Pressure)

Hệ ANSI và hệ ISO

Kết thúc phần giới thiệu chung về van công nghiệp ở đây.

Mình sẽ đi vào chi tiết cấu tạo, chức năng và ứng dụng của các loại van ở phần sau.

Phạm Ngọc Tính (Mr.)

Sales & Marketing Leader

+84 1666 926 485

Vantecofi@gmail.com