Van cầu hay tiếng anh được gọi là globe valve, chúng ta thường nghe nói đến van cầu trong các ứng dụng liên quan đến các lĩnh vực hơi, khí nén, dầu truyền nhiệt, các ứng dụng cần điều tiết lưu lượng,…

Vậy van cầu là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng như thế nào? Bài viết hôm nay VNTECH GROUP sẽ giới thiệu cho mọi người các thông tin cơ bản của van cầu.

1. Van cầu là gì?

Van cầu là một trong những loại van công nghiệp được sử dụng thông dụng, dùng để đóng mở hoặc điều tiết dòng chảy bên trong hệ thống ống dẫn. Do có hình dạng gần giống với hình cầu nên van được gọi là van cầu. Nửa trên và dưới trong thân van được ngăn cách bởi vách ngăn. Vách ngăn có một lỗ là nơi mà lưu chất chảy qua, phía trên vách ngăn có một đĩa nêm để đóng mở van. Đĩa van được kết nối với trục van, trục này lại nối với tay quay vô lăng. Khi quay vô lăng sẽ nâng hạ trục van đồng thời đĩa van cũng nâng hạ xuống đó là thao tác đóng mở van.

Van cầu được gọi là van cầu hơi, van cầu yên ngựa, van cầu chữ ngã hay van cầu chữ S do tính chất sử  dụng cho ứng dụng và hình dạng của van cầu mà người ta gọi theo tên như vậy.

Van cầu có dạng van cầu nối ren và van cầu nối bích dạng van cầu tay quay, tham khảo van KTN/ Tây Ban Nha. Nếu là van cầu điều khiển thì chỉ có van cầu nối bích, tham khảo van cầu điều khiển điện hoặc van cầu điều khiển khí nén của KFM/ CHLB Đức

2. Cấu tạo của van cầu

a. Thân van

Thân van là bộ phận phía ngoài cùng của van và cũng là bộ phận chính của van cầu; là nơi chịu áp lực chính, cho dòng lưu chất đi qua và cũng là nơi chứa tất cả các chi tiết của van. Vì vậy, giá của loại van này thường bị chênh lệch bởi vật liệu cấu tạo nên thân van. Tùy vào lưu chất sử dụng trong đường ống và điều kiện làm việc mà ta lựa chọn vật liệu cho phù hợp. Van cầu có thiết kế dạng 2 ngã hoặc 3 ngã. Dạng 2 ngã là dạng van cầu phổ biến nhất, được sử dụng nhiều. Dạng 3 ngã thì thường được sử dụng trong khi cần trộn hoặc phân chia dòng chảy.

b. Nắp van

Nắp van là bộ phần nằm trên thân van và được liên kết với thân van bằng ren hoặc bằng bulong. Van phải cấu tạo làm hai phần như vậy để có thể đưa các thành phần cấu tạo khác vào trong thân cũng như để dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng. Nó có chức năng là đậy van lại và là chi tiết giữ cố định các bộ phận khác. Ngoài ra, nắp van còn có vai trò giúp cho van ngăn cho lưu chất không tràn ngược lên.

Nắp van được đúc cùng với vật liệu của thân van và thường được làm từ các hợp kim chịu lực nhiệt như: gang, thép hoặc Inox.

c. Đĩa van

Đĩa van giống như cánh cửa, dùng để đóng/mở van dưới tác động của trục van, điều tiết dòng lưu chất và là bộ phận quan trọng nhất. Tùy từng yêu cầu về điều tiết mà đĩa van được chế tạo với rất nhiều hình dạng khác nhau; tuy nhiên có 2 dạng dùng nhiều nhất là: nút chai và hình côn.

Đĩa van được đúc trực tiếp bằng hợp kim chống ăn mòn, có độ cứng cao và chịu nhiệt tốt như: A105 Cr13, Inox X20 Cr13…

d. Trục van

Trục van là bộ phận dùng để liên kết giữa phần đĩa van và bộ phận điều khiển. Là bộ phận điều khiển truyền momen xắn đến trục van từ đó giúp van đóng, mở hoặc điều tiết chính xác. Trục van được làm bằng kim loại cứng được tiện ren một đầu có thể chịu lực và độ bền cao hoặc được làm bằng gioăng để tránh rò rỉ môi chất ra bên ngoài.

e. Gioăng làm kín

Gioăng là chi tiết để làm kín các bộ phận của van, chống rò rĩ môi chất ra ngoài môi trường và được làm từ các vật liệu chịu được nhiệt độ cao và áp suất cao.

f. Bộ phận điều khiển

Bộ phần điều khiển có thể là dạng thủ công như dạng vô lăng ( điều khiển bằng tay ) hoặc tự động như dạng điều khiển điện hoặc điều khiển khí nén. Các bộ phận điều khiển được kết nối trực tiếp với trục van để cung cấp lực momen nhằm đóng mở van.

3. Ứng dụng của van cầu

Van cầu được ứng dụng phổ biến nhất là để kiểm soát dòng lưu lượng trong các ứng dụng công nghiệp tự động hóa hoặc ứng dụng tự động trong hệ HVAC. Khi xoay tay, đĩa sẽ được hạ xuống hoặc nâng lên. Khi đĩa đã được hạ xuống hoàn toàn, nguồn cấp nước sẽ tắt. Khi đĩa được nâng lên hoàn toàn, lưu lượng nước ở mức tối đa. Ngoài ra van còn có thể được gắn bộ phận truyền động (actuator) bằng điện hoặc khí nén thay cho dạng cơ tay quay. Và lúc đó van được gọi là van cầu điều khiển điện hoặc van cầu điều khiển khí nén.

Ứng dụng điển hình của van cầu:

• Các hệ thống làm mát, hệ thống chiller nơi lưu lượng dùng để điều chỉnh nhiệt độ của hệ thống.
• Hệ thống nhiên liêu như dầu, xăng
• Dùng cho hệ thống đường ống lò hơi, nồi hơi,…
• Hệ thống dầu bôi trơn, dầu thủy lực
• Hệ thống hơi, khí nén.
• Dùng cho hệ thống cấp nước, thực phẩm, hoá học, thoát nước,…

4. Nguyên lý hoạt động của van cầu

a. Nguyên lý hoạt động của van cầu điều khiển bằng tay:

Van vận hành nhờ hệ thống truyền động gồm tay quay vô lăng – trục van – đĩa van.

– Khi đĩa van ở vị trí bịt kín vách ngăn giữa hai nửa trong thân van thì lúc đó van đang ở trạng thái đóng.

– Khi ta điều khiển tay quay vô lăng làm cho đĩa van di chuyển ra khỏi vị trí vách ngăn, dòng lưu chất sẽ đi qua bằng khoảng trống trên vách ngăn thì lúc này van đang ở trạng thái mở.

Ưu điểm của van cầu điều khiển bằng tay:

• Dễ dàng điều khiển hoạt động đóng mở van
• Đa dạng nhiều loại van điều khiển bằng tay
• Lắp đặt dễ dàng vì không phải đấu dây điện, khí nén
• Giá thành rẻ hơn các loại van điều khiển tự động
• Sử dụng phù hợp với nhiều lưu chất, môi trường khác nhau

Nhược điểm của van cầu điều khiển bằng tay:

• Tốn sức lực người vận hành, có thể tốn nhiều nhân công đối với các loại van cổng kích cỡ lớn
• Không thể đóng mở linh động như các loại van điều khiển tự động
• Thời gian đóng mở phụ thuộc vào người vận hành

b. Nguyên lý hoạt động của van cầu điều khiển bằng khí nén:

Tương tự các loại van điều khiển khí nén khác, van cầu điều khiển khí nén cũng có cơ chế hoạt động hoàn toàn tự động. Cụ thể, khi bộ điều khiển được cấp khí nén, áp suất khí nén đẩy piston hoặc màng bằng một lực thắng lực đàn hồi của lò xo nén pistong hoặc màng đẩy theo trục van đi xuống hết hành trình, van đóng hoàn toàn. Khi ngừng cấp, lượng khí nén sẽ thoát ra ngoài qua lỗ mở, lúc này lực đàn hồi của lò xo sẽ đẩy pistong và màng kéo theo trục van và đĩa van đi lên, lúc này van sẽ ở trạng thái mở, cho phép lưu chất đi qua.

Ưu điểm của van cầu điều khiển bằng khí nén:

• Xét 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.
• Thiết kế đơn giản, nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ nên tiện lợi cho quá trình vận chuyển, lắp đặt và đảm bảo phù hợp với mọi vị trí.
• Có khả năng điều khiển và điều tiết lưu lượng tốt, đáp ứng yêu cầu làm việc của người dùng.
• Được ứng dụng rộng rãi trong nhiều môi trường khác nhau: hóa chất, nước sạch, nước thải, hệ thống lò hơi, khí nén…
• Chất liệu thiết kế van đa dạng: gang, thép, inox… có độ bền cao, chống ăn mòn tốt, chịu được nhiệt độ cao, áp lực lớn, phù hợp với nhiều môi trường, hệ thống đường ống khác nhau.
• Thời gian đóng mở nhanh, vận hành hoàn toàn tự động, không cần dùng sức người. Và đóng mở bằng khí nén nên rất an toàn cho người sử dụng.
• Khí nén sau quá trình hoạt động có thể thải ra ngoài mà không gây tổn hại cho môi trường.
• Tốc độ truyền động cao, linh hoạt.
• Có khả năng phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả, an toàn cho hệ thống đường ống.

Nhược điểm của van cầu điều khiển bằng khí nén:

Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng nó vẫn có những nhược điểm mà trong 1 số hệ thống thiết bị cần cân nhắc để sử dụng như:

• So với các loại van bướm hay van bi thì van cầu cần lực lớn hơn để chuyển động.
• Màng của bộ phận truyền động khí nén rất dễ bị hỏng và không chiu được áp suất lớn.
• 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 dễ bị ăn mòn do tác động liên tục của dòng lưu chất ví dụ như: đĩa, gioăng phớt…

c. Nguyên lý hoạt động của van cầu điều khiển bằng điện:

Hệ thống điện cấp điện cho bộ điều khiển, khi có điện bộ điều khiển có chức năng giống như một chiếc mô tơ điện chính, bộ điều khiển điện sẽ biến đổi điện năng thành cơ năng làm cho mô tơ hoạt động lên xuống vì vậy mô tơ này sẽ quay và tác động đến một cơ cấu truyền động biến chuyển động quay của mô tơ thành chuyển động quay của trục van.

Trục van quay sẽ tạo thành các góc mở khác nhau ( khi đó chúng ta có van điều tiết lưu lượng – van điều khiển theo góc mở – van điều khiển điện tuyến tính) hoặc có thể làm cho trục van quay đúng 1 hành trình 90 độ (đối với van điều khiển on/off) khi đó sẽ làm cho van chuyển sang trạng thái đóng sang mở hoặc ngược lại. Khi chúng ta muốn chuyển lại trạng thái của van thì chúng ta sẽ chuyển tiếp điểm điện trên bộ điều khiển.

Ưu điểm của van cầu điều khiển bằng điện:

Van cầu điều khiển điện được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực bởi van sở hữu nhiều ưu điểm nổi trội như :

• Van sử dụng phù hợp trong các hệ thống lò hơi, nồi hơi…
• Có độ kín cũng như độ an toàn cao phù hợp cho môi trường chất lỏng, hơi, xăng dầu…
• Van được điều khiển tự động bằng điện nên giảm chi phí nhân công vận hành van.
• Thiết kế đơn giản, gọn nhẹ, tiện lợi cho quá trình vận chuyển, lắp đặt cũng như bảo trì, bảo dưỡng.
• Có nhiều mẫu mã, kích thước đa dạng phù hợp với nhiều loại hệ thống.
• Đóng mở nhiều góc hoặc theo từng góc đối với van tuyến tính hoặc on/off.
• Van điều khiển bằng mô-tơ điện có tốc độ đóng mở chậm nên không sảy ra hiện tượng sock áp, không gây ra tình trạng rung giật đường ống.

Nhược điểm của van cầu điều khiển bằng điện:

• Thời gian đóng mở van chậm hơn van điện từ.
• Thường thì van điều khiển điện có giá thành cao hơn so với van điện từ.

VNTECH GROUP – Phân phối các dòng van công nghiệp 100% nhập khẩu từ Châu Âu.  Liên hệ VN Tech theo thông tin bên dưới để có thể tư vấn về sản phẩm van công nghiệp.

Xem thêm:

Van điều khiển là gì? – Van điều khiển KFM từ Germany