Van cầu là gì?

1. Van cầu là gì?

Van cầu, còn được gọi là van chữ ngã hoặc van yên ngựa, có tên tiếng anh là Globe Valve, cũng được sử dụng với mục đích đóng/mở hoặc điều tiết dòng chảy của lưu chất. Van cầu hoạt động với phần đĩa van hình yên ngựa (hoặc hình chữ ngã) di chuyển lên xuống thông qua kết nối với tay điều khiển giúp dòng chảy môi chất lưu thông theo hình chữ “Z” và chỉ lưu thông theo một chiều nhất định.

Sở dĩ được gọi là van cầu bởi chúng có hình cầu bởi hai nửa của thân van, được ngăn cách nhau bởi một bộ phận kiểm soát dòng chảy (gọi là baffle) nằm ở bên trong thân van.

2. Cấu tạo & nguyên lý hoạt động của van cầu

     a. Cấu tạo của van cầu

Van cầu, cũng giống như các loại van khác (van bi, van cổng, van bướm,…), có cấu tạo từ nhiều bộ phận khác nhau. Trong bài viết này, chúng tôi xin phép chỉ để cập tới một số bộ phận chính của van cầu.

- Thân van (body): Thân van thường làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau như đồng, gang, thép, thép không gỉ,… có chức năng chứa & liên kết các bộ phận khác của van, tạo thành một khối thống nhất, chịu tác động bên ngoài của môi trường, va đập và bảo vệ các bộ phận bên trong và cho phép môi chất di chuyển bên trong, mà không rò rỉ ra bên ngoài.

- Trục van (Stem): Trục van là bộ phận truyền động, truyền momen xoắn từ tay điều khiển (đối với van điều khiển cơ bằng tay quay, tay vặn). Một đầu trục van được liên kết với tay van, đầu còn cái liên kết cơ khí với phần đĩa van. Để đóng/mở van, người dùng truyền lực xoắn vặn tay, thông qua trục van để điều khiển đĩa van lên/xuống. Tùy vào điều kiện hoạt động, mà nhà sản xuất hoặc người dùng lựa chọn vật liệu của trục van cho phù hợp.

- Đĩa van (Disc): Là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với môi chất với chức năng đóng/mở trực tiếp nên thường được chế tạo từ những vật liệu có độ cứng cao & chống ăn mòn tốt. Đĩa van thường có dạng nút chai hoặc dạng côn, được lắp với trục van và liên kết với tay quay, từ đó điều khiển lên/xuống để điều tiết môi chất đi qua van.

- Gioăng làm kín (Seal): Được thiết kế với mục đích làm kín thân với trục van. Seal đảm bảo độ kín giữa thân van & trục van, giúp môi chất không bị rò rỉ ra ngoài.

Tùy vào đặc tính của môi chất, áp suất & nhiệt độ làm việc mà nhà sản xuất hay người dùng lựa chọn vật liệu của gioăng làm kín (thường là cao su hoặc teftlon,…) và thường được tháo ra, thay thế định kỳ để giữ được độ kín khít khi vận hành.

- Nắp van (Bonnet): Là bộ phận nằm ở giữa tay điều khiển và thân van, bên ngoài của trục van, có tác dụng bảo vệ trục van và làm kín.

- Bộ phận truyền động (Operating): Tùy vào thiết kế của van cầu, có hai loại truyền động chính:

     + Điều khiển thủ công: Được sử dụng nhiều đối với các dòng van nhỏ, hoặc vận hành thủ công thông qua dạng tay xoay (Handwheel Operating).

     + Điều khiển thông qua thiết bị truyền động (actuator): Có hai loại chính là thiết bị truyền động điện (electric actuator) và thiết bị truyền động khí nén (pneumatic actuator). Các thiết bị truyền động này cho phép chúng ta điều khiển để tạo ra góc quay mong muốn nằm trong thân van, qua đó đóng/mở hoặc điều tiết dòng chảy.

     b. Nguyên lý hoạt động của van cầu

Van cầu hoạt động theo cơ chế: Khi ta điều khiển – quay tay vặn hoặc sử dụng bộ phận truyền động (đối với van điều khiển ), trục van sẽ chuyển động xoay, từ đó hình thành chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng, làm đĩa van chuyển động xuống dưới theo phương thẳng vuông góc với vòng đệm. Van được đóng hoàn toàn khi bề mặt đĩa van và bề mặt vòng đệm được tiếp xúc nhau, dòng lưu chất được ngăn hoàn toàn khi độ siết đạt đến độ kín khiết. Van ở trạng thái mở, khi bề mặt đĩa van không tiếp xúc với bề mặt vòng đệm, tốc độ dòng chảy được điều chỉnh bằng cách tăng giảm khoảng cách của 2 bề mặt.

 - Mục đích sử dụng của van cầu:

Trong khi van bi & van cổng chỉ được đánh giá cao trong việc đóng/mở dòng chảy lưu thông, thì van cầu ngoài việc đóng/mở còn được sử dụng nhiều ở những vị trí cần điều tiết dòng chảy (đóng/mở không hoàn toàn). Van cầu có thiết kế đĩa van hình yên ngựa (hoặc hình chữ ngã), giúp dòng chảy lưu thông theo dạng hình chữ Z nên dòng chảy môi chất lưu thông theo một chiều nhất định.

3. Phân loại van cầu:

Tùy vào từng tiêu chí cụ thể mà người ta có thể phân loại thành nhiều loại van cầu khác nhau. Bài viết dưới đây, chúng tôi xin được phép phân loại van cầu dựa vào một số tiêu chí phổ thông nhất, nếu có thiếu sót rất mong được sự góp ý của Quý khách hàng.

a. Dựa vào kiểu kết nối:

     * Van cầu kết nối ren: Van cầu kết nối ren có tên tiếng anh là Thread Globe Valve, là loại van có phần kết nối dưới dạng ren, dùng để kết nối với đường ống dạng ren, thường được sử dụng cho những van có kích thước nhỏ (dưới 2 inch). Tiêu chuẩn ren kết nối của van cầu có nhiều loại như ren G, ren NPT, ren BSP,…

  * Van cầu kết nối bích: Van cầu kết nối bích có tên tiếng anh Flanged Globe Valve, là loại van có phần kết nối dạng mặt bích (có nhiều tiêu chuẩn như ANSI, JIS, BS, DIN,…), dùng để kết nối với đường ống thông qua mặt bích, làm kín bằng gasket. Van cầu kết nối bích thường sử dụng cho những kích thước lớn, tuy nhiên cũng có một số ít ứng dụng người dùng yêu cầu kết nối bích cho những van có kích thước nhỏ, vì một vài lý do cụ thể nào đó.

   * Van cầu kết nối hàn: Van cầu kết nối hàn có nhiều loại, gọi chung là Welded Globe Valve. Tùy vào kiểu mối hàn mà phân ra thành Socket Weld Globe Valve, Butt Weld Globe Valve. Đây là những loại van được thiết kế để hàn trực tiếp vào đường ống, tại những vị trí ít khi cần tháo lắp & hạn chế tối đa nguy cơ rò rỉ.

b. Dựa vào hình dạng & hướng dòng chảy:

     * Van cầu chữ Z (Z shaped body – Straight Flow): Đây là loại van cầu phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi hiện nay, phổ biến cho những dòng chảy thông thường. Van cầu loại này hoạt động với phần đĩa van hình yên ngựa (hoặc hình chữ ngã) di chuyển lên xuống thông qua kết nối với tay điều khiển giúp dòng chảy môi chất lưu thông theo hình chữ “Z” và chỉ lưu thông theo một chiều nhất định.

 * Van cầu chữ Z (Z shaped body – Straight Flow): Đây là loại van cầu phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi hiện nay, phổ biến cho những dòng chảy thông thường. Van cầu loại này hoạt động với phần đĩa van hình yên ngựa (hoặc hình chữ ngã) di chuyển lên xuống thông qua kết nối với tay điều khiển giúp dòng chảy môi chất lưu thông theo hình chữ “Z” và chỉ lưu thông theo một chiều nhất định.

     * Van cầu chữ R (Còn gọi lại van cầu góc - R shaped body – Angle Flow): Loại van này được sử dụng trong những ứng dụng đổi chiều dòng chảy, cổng vào & cổng ra vuông góc với nhau. Do dòng chảy đổi hướng nên áp lực (tốc độ) dòng chảy bị giảm nhiều hơn so với van chữ Z.

 * Van cầu ba ngả (T shaped body – Cross Flow): Là loại van có ba ngả, dòng chảy theo hướng chữ T, dùng để điều chỉnh dòng chảy lưu chất và có tác dụng hòa trộn môi chất, thường được sử dụng nhiều trong các công ty hóa chất.

     * Van cầu chữ Y (Y shaped body – Y Flow): Còn gọi là van cầu xiên, loại này cũng được sử dụng khá phổ biến do ma sát thấp giữa các bề mặt trong quá trình đóng và mở, tương đối bền, chiều cao mở không lớn, dễ vận hành & bảo trì. Một ưu điểm nữa của loại van này là nó chống búa nước rất tốt vì thiết kế đặc trưng của nó. Trong loại này, chỗ ngồi và thân van được đặt ở góc khoảng 45 ° so với trục ống. Van chữ Y được sử dụng trong áp suất cao và các ứng dụng quan trọng khác khi giảm áp suất.

c. Dựa vào phương pháp vận hành:

     * Van cầu điều khiển bằng tay (Operation manual globe valves): Là loại van điều khiển thủ công, được sử dụng nhiều nhất, người vận hành điều khiển dựa vào lực bản thân tác động vào tay quay, từ đó thông qua trục van mà đĩa van được nâng/hạ theo ý muốn, từ đó đóng/mở hoặc điều tiết dòng chảy. Loại van này khi lắp đặt yêu cầu phải có không gian cho người vận hành.

  * Van cầu điều khiển bằng điện (Electric control globe valves): Còn được gọi tắt là van cầu điện, là sự kết hợp giữa van cầu với bộ truyền đồng điều khiển điện (electric actuator). Bộ điều khiển điện sẽ thực hiện truyền động xoay của trục van, từ đó đĩa van sẽ chuyển động tịnh tiến như khi thao tác bằng tay. Loại van này dùng cho trường hợp cần đóng mở nhanh, nơi người vận hành khó thao tác, lối đi tới van hạn chế, hoặc môi trường nơi van lắp đặt không tốt cho sức khỏe của con người. Do điều khiển điện nên cần có hệ thống cấp điện cho van, cũng như phương pháp đảm bảo an toàn điện, chính vì lý do này mà bộ điều khiển điện rất ít khi được dùng cho van lắp đặt ở các nơi có có nguy cơ cháy nổ cao như xăng dầu, hóa chất, két nước, hơi nóng… (hoặc phải sử dụng bộ truyền động được thiết kế đạt tiêu chuẩn chống cháy nổ).

    * Van điều khiển bằng khí nén (Pneumatic control globe valve): Thường gọi tắt là Van cầu khí nén, là sự kết hợp giữa van cầu với bộ điều khiển khí nén (pneumatic actuator), thay cho tay vặn thủ công. Loại van này được dùng phổ biến cho những vị trí lắp đặt, mà người vận hành không thể tới hoặc môi trường nơi vận hành độc hại. Loại này có tác dụng điều khiển từ xa, chủ yếu dùng cho van được lắp đặt trong các két dầu, két nước, khu vực ngoài trời, khu vực nguy hiểm,… Để sử dụng bộ điều khiển khí nén, yêu cầu đòi hỏi phải có hệ thống cấp khí nén, hoặc máy cấp khí nén độc lập.

4. Ưu & nhược điểm khi sử dụng van cầu:

 * Ưu điểm:

- Van cầu lắp đặt dễ dàng & vận hành đơn giản.

- Van cầu có khả năng điều tiết tốt lưu lượng dòng chảy, khả năng đóng/mở dễ dàng & thuận tiện

- Nếu hoạt động thường xuyên, van có độ bền cao và phần đĩa van ít bị hư hỏng, ăn mòn

- Van cầu được điều khiển bằng tay quay (hanwheel) nên cơ cấu ép từ tay quay ép trực tiếp lên đĩa van theo hướng chính diện nên trong trường hợp van đóng hoàn toàn thì khả năng rò rỉ lưu chất thấp hơn các loại van khác.

- Van cầu có nhiều thiết kế, sử dụng được trong nhiều ứng dụng, tư thế, dễ dàng tích hợp với các bộ điều khiển tự động.

 * Nhược điểm:

- Van cầu có giá thành cao hơn các loại van khác.

- Áp suất đi qua van bị giảm sụt do dòng chảy bị chuyển hướng trong thân van.

- Các van có kích thước lớn yêu cầu lực mở lớn hơn các loại van khác.

- Trọng lượng & kích thước van cầu thường lớn hơn so với các loại van khác cùng kích thước.

- Mặt trên của ghế van và mặt dưới đĩa van bị tác động trực tiếp của dòng chảy, nên xảy ra tình trạng dòng chảy trong van tạo bọt khí, gây ra hiện tượng ăn mòn xâm thực (Cavitation) ở ghế van (Seat), khi chảy ngược chiều thì gây xâm thực góc đĩa van với trục van.