Van điều khiển khí nén là gì? Nguyên lý hoạt động

Cấu tạo chính gồm:

• Thân van: Là phần tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng. Bên trong có cơ cấu đóng/mở như đĩa, cửa van hoặc bi để kiểm soát lưu lượng.
• Bộ truyền động khí nén: Dùng khí nén để tạo lực làm chuyển động cơ cấu bên trong thân van. Khi khí nén được cấp, piston hoặc màng bên trong di chuyển, kéo theo cơ cấu đóng/mở của van hoạt động. Khi ngắt khí, lò xo hoặc hệ thống hồi sẽ đưa van về vị trí ban đầu.

Chức năng:

• Có thể hoạt động theo kiểu bật/tắt (mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn), hoặc điều biến (mở một phần để điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu).
• Được sử dụng nhiều trong các hệ thống cần kiểm soát tự động, chính xác và an toàn.

2. Nguyên lý hoạt động của van điều khiển khí nén

• Khí nén từ hệ thống được cấp vào các cổng của bộ điều khiển (thường thông qua một van điện từ chia khí).
• Áp lực khí nén đẩy piston di chuyển, tạo ra một lực xoắn (torque) hoặc lực tuyến tính.
• Lực này được truyền qua trục, làm cho trục của thân van cơ xoay (đối với van bi, van bướm) hoặc di chuyển lên/xuống (đối với van cầu).
• Quá trình này làm van chuyển từ trạng thái đóng sang mở hoặc ngược lại.

Hai chế độ hoạt động chính:

• Tác động đơn (Single Acting): Dùng khí nén để mở (hoặc đóng), và dùng lực lò xo để đóng (hoặc mở). An toàn vì sẽ tự động về trạng thái ban đầu khi mất khí nén.
• Tác động kép (Double Acting): Dùng khí nén cho cả hai hành trình đóng và mở.

Lưu ý kỹ thuật

Lực từ khí nén phải đủ lớn để:

• Vượt qua áp suất lưu chất trong đường ống.
• Khắc phục ma sát cơ học và lực cản trong van.

Cần lựa chọn bộ truyền động có công suất phù hợp và kích cỡ van đúng yêu cầu kỹ thuật để đảm bảo van hoạt động hiệu quả, an toàn và bền lâu.

3. Các loại van điều khiển khí nén

Van bi khí nén

• Có cấu tạo một viên bi có lỗ xuyên tâm. Khi lỗ này song song với dòng chảy, van mở; khi vuông góc, van đóng. Van bi khí nén có khả năng đóng mở nhanh, kín khít, thích hợp cho các ứng dụng cần van chắc chắn và tin cậy.

Van bướm khí nén

• Dùng một đĩa tròn xoay quanh trục để điều khiển dòng chảy. Khi đĩa xoay song song với dòng, van mở; khi vuông góc, van đóng. Van bướm nhẹ, giá thành thấp, phù hợp với đường ống lớn.

Van cầu khí nén

• Điều khiển bằng nút (hoặc đĩa) di chuyển lên xuống để điều chỉnh lưu lượng. Cho phép kiểm soát dòng chảy chính xác, phù hợp với các hệ thống yêu cầu điều tiết lưu lượng tốt.

Van cổng khí nén

• Có cửa van di chuyển lên xuống để đóng/mở dòng chảy. Khi đóng hoàn toàn, van tạo độ kín cao. Thường dùng trong hệ thống ít thao tác, đóng/mở hoàn toàn.

Van màng khí nén

• Dùng màng ngăn mềm linh hoạt để điều khiển dòng chảy. Thích hợp cho chất lỏng ăn mòn, bẩn hoặc yêu cầu độ kín cao, đặc biệt trong ngành thực phẩm, dược phẩm.

Van điều khiển khí nén

• Điều chỉnh lưu lượng tự động theo tín hiệu điều khiển. Kết hợp bộ truyền động khí và bộ định vị, giúp kiểm soát chính xác dòng chảy trong các quy trình công nghiệp.

4. Ưu điểm của van điều khiển khí nén

Hiệu quả năng lượng

Hệ thống khí nén sử dụng nguồn khí sẵn có, dễ nén và dễ lưu trữ, giúp tiết kiệm đáng kể năng lượng tiêu thụ. Đây là một lợi thế lớn trong các hoạt động công nghiệp quy mô lớn, nơi yêu cầu vận hành liên tục và ổn định.

An toàn và Độ tin cậy

Van vận hành bằng khí nén vốn đã an toàn vì chúng sử dụng không khí, một môi trường không cháy và không độc hại. Van khí nén đáng tin cậy và có thể chịu được các điều kiện vận hành khắc nghiệt, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp quan trọng.

Tốc độ hoạt động

Van khí nén có thời gian phản hồi nhanh, lý tưởng cho các hoạt động đòi hỏi đóng mở van và cổng nhanh chóng và thường xuyên. Tốc độ hoạt động của chúng có thể dễ dàng điều chỉnh bằng cách kiểm soát áp suất khí nén.

Dễ bảo trì

Van điều khiển khí nén có thiết kế đơn giản và dễ bảo trì. Các bộ phận truyền động thường được đặt trong một khối kín, giúp bảo vệ chúng khỏi các tác nhân gây ô nhiễm bên ngoài. Trong trường hợp trục trặc, các bộ phận bị lỗi thường có thể được thay thế mà không cần tháo toàn bộ van ra khỏi đường ống.

Hiệu quả về chi phí

Mặc dù chi phí ban đầu của van vận hành bằng khí nén có thể cao hơn các loại van khác, nhưng độ bền, yêu cầu bảo trì thấp và hiệu quả năng lượng của chúng có thể giúp giảm tổng chi phí sở hữu trong thời gian dài.

Tính linh hoạt

Van điều khiển khí nén có thể được sử dụng với nhiều tùy chọn điều khiển khác nhau và dễ dàng tích hợp vào các hệ thống tự động. Chúng phù hợp với nhiều ứng dụng, từ điều khiển bật-tắt đơn giản đến các tính năng điều khiển điều biến phức tạp hơn.

5. Ứng dụng của van điều khiển khí nén

Van khí nén được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau nhờ tính linh hoạt, độ tin cậy và hiệu quả. Dưới đây là một số ứng dụng chính:

Ngành công nghiệp dầu khí:

Van khí nén được sử dụng rộng rãi trong ngành dầu khí, kiểm soát dòng chảy dầu khí trong đường ống, quy trình lọc dầu và hệ thống lưu trữ. Chúng thường được sử dụng trong các hệ thống an toàn để ngắt khẩn cấp trong trường hợp có điều kiện bất thường.

Xử lý hóa học:

Trong các nhà máy hóa chất, van thép không gỉ này điều chỉnh lưu lượng của nhiều loại hóa chất khác nhau. Khả năng chịu được điều kiện khắc nghiệt và các chất ăn mòn khiến chúng trở thành lựa chọn phổ biến.

Xử lý nước:

Van vận hành bằng khí nén được sử dụng trong các cơ sở xử lý nước để kiểm soát dòng chảy của nước và các chất khác trong các giai đoạn xử lý khác nhau. Độ tin cậy và khả năng tự động hóa dễ dàng khiến chúng trở nên lý tưởng cho ứng dụng này.

Ngành thực phẩm và đồ uống:

Các van này được sử dụng trong nhiều giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất thực phẩm và đồ uống, từ pha trộn nguyên liệu đến đóng gói. Chúng thường được lựa chọn vì khả năng làm sạch tại chỗ (CIP) và khử trùng tại chỗ (SIP), những yếu tố quan trọng trong việc duy trì tiêu chuẩn vệ sinh.

Ngành công nghiệp dược phẩm:

Trong sản xuất dược phẩm, van khí nén được sử dụng để kiểm soát dòng chảy của nguyên liệu, dung dịch và thành phẩm. Khả năng kiểm soát chính xác và đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh nghiêm ngặt của chúng khiến chúng phù hợp với ngành công nghiệp này.

Sản xuất điện:

Trong các nhà máy điện, các van này được sử dụng để kiểm soát dòng chảy của hơi nước, nước và các chất lỏng khác. Chúng thường là một phần của hệ thống an toàn, giúp ngăn ngừa tình trạng quá áp và đảm bảo vận hành an toàn cho nhà máy.

6. Lưu ý khi lựa chọn Van điều khiển khí nén

• Loại chất lỏng: Bản chất lưu chất là yếu tố quan trọng khi chọn van. Cần xem xét các đặc tính như độ nhớt, ăn mòn, nhiệt độ và trạng thái (lỏng, khí, bùn). Mỗi loại van và vật liệu sẽ phù hợp với từng loại lưu chất khác nhau.
• Điều kiện vận hành: Van và các bộ phận cần có khả năng chịu được áp suất và nhiệt độ thực tế trong quá trình hoạt động mà không bị suy giảm hiệu suất.
• Yêu cầu về lưu lượng: Mức độ kiểm soát lưu lượng cần thiết sẽ quyết định việc chọn van đóng/mở đơn giản hoặc van có khả năng điều tiết chính xác.
• Tốc độ truyền động: Tùy ứng dụng, có thể yêu cầu van đóng/mở nhanh. Van khí nén có thể điều chỉnh tốc độ qua áp suất khí, và mỗi loại van sẽ có đặc điểm phản hồi khác nhau.
• Yêu cầu về an toàn: Một số ứng dụng đòi hỏi van có chức năng đảm bảo an toàn, như tự động đóng/mở khi xảy ra sự cố hoặc mất nguồn khí.
• Bảo trì và chi phí: Cần tính đến tổng chi phí sở hữu, bao gồm giá mua, chi phí vận hành, bảo trì và các tổn thất tiềm ẩn do dừng máy khi thay thế hoặc sửa chữa.
• Tiêu chuẩn ngành và quy định: Van phải đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định hiện hành, đặc biệt trong các ngành yêu cầu cao về vệ sinh và độ sạch như thực phẩm, đồ uống và dược phẩm.