Cách Chọn Actuator (Xi Lanh) Khí Nén: Tính Toán Mô-men Xoắn Theo Áp Suất

5/5 - (1 vote)

Bạn đã chọn được loại van (bi hoặc bướm). Bạn cũng đã biết mình cần Tác Động Đơn (an toàn) hay Tác Động Kép (tiết kiệm) sau bài so sánh trước. Giờ là lúc quyết định cuối cùng: Bạn cần bộ truyền động (actuator) cỡ nào? Model 052, 063, hay 083?

Đây là một tính toán kỹ thuật quan trọng. Nếu chọn một bộ actuator (thường gọi là xi lanh khí nén) quá nhỏ, nó sẽ không thể thắng được áp lực nước và kẹt cứng. Nếu chọn quá lớn, bạn đang lãng phí tiền bạc và không gian lắp đặt.

Không giống như van điện (có mô-men xoắn cố định 100Nm, 200Nm), sức mạnh của van khí nén hoàn toàn phụ thuộc vào áp suất khí nén bạn cấp cho nó.

Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn cách tính toán và lựa chọn actuator khí nén chính xác theo 2 yếu tố: Mô-men xoắn van và Áp suất khí nén.

Hai Thông Số “Bắt Buộc” Phải Có Trước Khi Chọn

Bạn không thể chọn actuator nếu thiếu 2 thông tin đầu vào này:

Thông số 1: Mô-men Xoắn Yêu Cầu Của Van (Valve’s Required Torque)

Như đã đề cập trong bài viết về van điện, đây là lực vặn (đơn vị: Nm) cần thiết để xoay trục của thân van. Con số này do nhà sản xuất van (thân van) cung cấp. Nó phụ thuộc vào:

Loại van: Van bi (cần torque cao hơn) hay van bướm.
Kích thước van: Van DN100 cần torque lớn hơn DN50.
Áp suất làm việc: Van chạy ở PN16 cần torque lớn hơn PN10.
Môi chất: Bùn, nước thải (như trong bài PR) gây ma sát lớn hơn nước sạch.

Ví dụ: Sau khi tra bảng, bạn xác định con Van Bướm DN100, PN16 của mình cần một mô-men xoắn yêu cầu là 60 Nm.

Thông số 2: Áp Suất Khí Nén Khả Dụng (Available Air Pressure)

Đây là biến số quan trọng nhất của van khí nén. Sức mạnh của actuator (xi lanh) tỷ lệ thuận với áp suất khí bạn cấp vào.

Bạn phải tự hỏi: “Hệ thống máy nén khí trong nhà máy của mình đang chạy ở mức ổn định và thấp nhất là bao nhiêu?”

Sai lầm phổ biến: Máy nén khí chạy từ 6-8 bar, bạn lấy con số 8 bar để tính. Nhưng khi hệ thống tụt áp xuống 6 bar, van của bạn sẽ bị kẹt!
Cách làm đúng: Luôn dùng con số áp suất thấp nhất (Minimum Pressure) mà hệ thống duy trì.

Ví dụ: Hệ thống khí nén của bạn duy trì ở mức 5 bar.

Bước 1: Áp Dụng Hệ Số An Toàn (Safety Factor – SF)

Bạn đã có mô-men xoắn van là 60 Nm. Nhưng đây là con số trong điều kiện lý tưởng. Trong thực tế (đặc biệt là môi trường nước thải), van sẽ bị bám cặn, ma sát tăng lên. Chúng ta luôn phải dùng Hệ số an toàn.

Mô-men Xoắn Cần Thiết = Mô-men Xoắn Van (60 Nm) x Hệ Số An Toàn (SF)

Bảng Hệ Số An Toàn (SF) Khuyến Nghị:

Điều Kiện Môi Chất & Vận Hành	Hệ Số An Toàn (SF)
Nước sạch, khí, dầu sạch (Van On/Off)	1.3 – 1.5
Van dùng cho điều khiển Tuyến Tính (Modulating)	1.5 – 1.8
Môi chất bẩn, sệt, bùn, nước thải	1.8 – 2.0
Van ít khi vận hành (dễ bị “dính” seat)	2.0

Ví dụ: Chúng ta chọn SF = 1.8 cho ứng dụng nước thải.

Mô-men Xoắn Cần Thiết = 60 Nm x 1.8 = 108 Nm

Mục tiêu của chúng ta là: Tìm một actuator có thể tạo ra ít nhất 108 Nm với áp suất khí 5 bar.

Bước 2: Đọc Bảng Tra Mô-men Xoắn Của Actuator

Đây là “bảng cửu chương” của van khí nén. Mỗi nhà sản xuất actuator sẽ cung cấp một bảng tra mô-men xoắn, cho thấy sức mạnh của từng model actuator ở các mức áp suất khí khác nhau.

Bảng Tra Ví Dụ – Loại TÁC ĐỘNG KÉP (Double Acting – DA):

Model Actuator	3 bar	4 bar	5 bar	6 bar	7 bar	8 bar
DA-063	51 Nm	68 Nm	85 Nm	102 Nm	119 Nm	136 Nm
DA-083	92 Nm	115 Nm	138 Nm	161 Nm	184 Nm	198 Nm
DA-092	140 Nm	186 Nm	233 Nm	280 Nm	326 Nm	373 Nm

Cách Tra Cứu:

Mục tiêu của chúng ta: 108 Nm tại 5 bar.
Nhìn vào cột 5 bar.
Model DA-063: Chỉ tạo ra 85 Nm (85 < 108). -> Thất bại (Quá yếu).
Model DA-083: Tạo ra 138 Nm (138 > 108). -> Thành công!

Kết luận: Chúng ta phải chọn Actuator model DA-083.

Lưu ý: Nếu áp suất khí nén nhà máy của bạn là 8 bar, bạn chỉ cần 108 Nm. Nhìn vào cột 8 bar, model DA-063 (136 Nm) đã đủ sức. Bạn có thể chọn model nhỏ hơn và tiết kiệm chi phí. Điều này cho thấy áp suất khí nén ảnh hưởng lớn đến lựa chọn như thế nào.

Lưu Ý Đặc Biệt Khi Chọn Tác Động Đơn (Single Acting – SA)

Nếu bạn cần loại Tác Động Đơn (Fail-safe, tự động đóng/mở khi mất khí), việc tính toán sẽ phức tạp hơn một chút.

Lý do: Actuator (xi lanh) Tác Động Đơn phải dùng khí nén để thắng cả hai lực:

Lực của van (Mô-men xoắn van).
Lực của chính lò xo (Springs) bên trong nó.

Do đó, mô-men xoắn của Tác Động Đơn luôn luôn yếu hơn Tác Động Kép ở cùng một model và cùng áp suất khí.

Quy tắc ngón tay cái (Rule of thumb):

Khi chọn Tác Động Đơn, bạn thường sẽ phải chọn một bộ actuator (xi lanh) lớn hơn 1 hoặc 2 size so với bộ Tác Động Kép cho cùng một con van.

Ví dụ: Nếu tính toán Tác Động Kép ra model DA-083, thì khi chuyển sang Tác Động Đơn, bạn có thể sẽ cần model SA-092 hoặc SA-105.

Cách tốt nhất là cung cấp 3 thông số cho nhà cung cấp của bạn:

Mô-men xoắn van yêu cầu (đã nhân SF): 108 Nm.
Áp suất khí nén thấp nhất: 5 bar.
Loại tác động: Tác Động Đơn (Thường Đóng).

Họ sẽ tra bảng mô-men xoắn phức tạp của lò xo (Spring-stroke vs Air-stroke) để chọn chính xác model actuator (xi lanh) cho bạn.

Việc chọn “cỡ” actuator khí nén là một bài toán 3 biến: Mô-men xoắn van (đã nhân SF), Áp suất khí nén (thấp nhất), và Kiểu tác động (Đơn hay Kép). Chỉ khi nắm rõ 3 thông số này, bạn mới có thể chọn được một bộ van khí nén hoạt động bền bỉ, an toàn và tiết kiệm.

Để chọn thân van phù hợp với hóa chất, bùn hoặc nước thải, hãy tham khảo các dòng Van Bi Điều Khiển Khí Nén (thường là inox/nhựa) hoặc Van Bướm Điều Khiển Khí Nén (cho đường ống lớn).

Nếu bạn còn phân vân giữa các model actuator, đừng ngần ngại liên hệ với đội ngũ kỹ sư của chúng tôi. Cung cấp cho chúng tôi 3 thông số trên, chúng tôi sẽ giúp bạn chọn ra bộ truyền động tối ưu nhất.

Van Bi Điều Khiển Khí Nén: Cấu Tạo, Ưu Điểm và Ứng Dụng Toàn Diện

Van Bướm Điều Khiển Khí Nén: Cấu Tạo, Ưu Điểm và Ứng Dụng Toàn Diện

Hướng dẫn chọn bộ truyền động (actuator) cho van điều khiển khí nén

Việc lựa chọn bộ truyền động khí nén (Pneumatic Actuator) chính xác là yếu tố quan trọng để đảm bảo van điều khiển hoạt động ổn định, tuổi thọ cao và an toàn cho toàn bộ hệ thống nhà máy. Một bộ truyền động quá nhỏ sẽ không thể mở van, trong khi bộ quá lớn sẽ gây lãng phí chi phí và không gian lắp đặt.

Dưới đây là hướng dẫn chi tiết cách chọn Actuator cho van bướm điều khiển khí nén hoặc van bi điều khiển khí nén (loại quay 90 độ) dựa trên 3 tiêu chí kỹ thuật quan trọng nhất: Mô-men xoắn, Áp suất khí nén và Kiểu tác động.

Chọn theo Mô-men xoắn (Torque) – Yếu tố tiên quyết

Mô-men xoắn là lực quay cần thiết để thắng được lực ma sát và áp lực dòng chảy tác động lên đĩa hoặc bi van. Đây là thông số quan trọng nhất khi tính toán chọn Actuator.

Xác định mô-men xoắn yêu cầu của van

Bạn cần tra cứu catalogue của nhà sản xuất van để biết lực cần thiết đóng/mở tại mức chênh áp (Differential Pressure – ΔP) làm việc thực tế. Lưu ý: Áp suất dòng chảy càng lớn, mô-men xoắn yêu cầu càng cao.

Luôn áp dụng Hệ số an toàn (Safety Factor)

Không bao giờ chọn Actuator có lực “vừa đủ”. Sau một thời gian vận hành, van có thể bị kẹt do cáu cặn, rỉ sét hoặc mài mòn, đòi hỏi lực lớn hơn để vận hành.

Công thức tính lực Actuator cần chọn:

Actuator Torque ≥ Torque yêu cầu của van × (1+%Safety)

Hệ số an toàn cố định là 30%

Xem chi tiết : Hướng Dẫn Kỹ Thuật Chọn Mô-men Xoắn (Torque) Cho Van Điều Khiển Điện

Chọn theo Áp suất khí nén (Air Supply Pressure)

Mô-men xoắn đầu ra của Actuator tỷ lệ thuận với áp suất khí nén cấp vào. Sai lầm phổ biến nhất là chọn Actuator dựa trên áp suất khí nén lý tưởng thay vì thực tế.

Nguyên tắc “Min Air”: Hãy chọn Actuator dựa trên áp suất khí nén thấp nhất mà nhà máy có thể duy trì. Ví dụ: Nếu hệ thống khí nén dao động từ 4 bar đến 6 bar, bạn phải chọn Actuator đảm bảo đủ lực mở van ngay cả ở mức 4 bar.
Tiêu chuẩn thông dụng: Hầu hết Actuator công nghiệp hoạt động hiệu quả ở mức 4 đến 6 bar (60 – 87 psi).
Lưu ý: Nếu áp suất khí nén tại nhà máy quá thấp (< 3 bar), bạn buộc phải chọn Actuator có kích thước lớn hơn (tang size) để sinh ra đủ lực, điều này sẽ làm tăng chi phí đầu tư.

Chọn theo Kiểu tác động (Action Type): An toàn vận hành

Việc chọn kiểu tác động phụ thuộc vào yêu cầu quy trình: Bạn muốn van làm gì khi hệ thống đột ngột mất nguồn khí nén?

A. Tác động kép (Double Acting – DA)

Cơ chế: Cần cấp khí để mở và cấp khí để đóng. Không sử dụng lò xo.
Ưu điểm: Kích thước nhỏ gọn, chi phí thấp, lực mô-men xoắn ổn định suốt hành trình.
Nhược điểm: Khi mất khí nén, van sẽ giữ nguyên vị trí hiện tại.
Ứng dụng: Phù hợp cho các hệ thống nước làm mát, hệ thống phụ trợ không yêu cầu khắt khe về an toàn sự cố.

B. Tác động đơn / Hồi vị lò xo (Single Acting / Spring Return – SR)

Cơ chế: Cấp khí để mở (hoặc đóng), khi ngắt khí, lò xo sẽ tự động đẩy van về vị trí ban đầu.
Tính năng Fail-safe (An toàn tuyệt đối):
- Fail Close (FC – Thường đóng): Mất khí thì Van tự động ĐÓNG.
- Fail Open (FO – Thường mở): Mất khí thì Van tự động MỞ.
Nhược điểm: Kích thước lớn và giá thành cao hơn loại DA.
Ứng dụng: Bắt buộc cho van hóa chất độc hại, van hơi nóng (steam), hệ thống PCCC hoặc van xả áp khẩn cấp.

Bảng so sánh nhanh: Double Acting vs. Single Acting

Tiêu chí	Double Acting (DA)	Single Acting (SR)
Lực mô-men xoắn	Ổn định	Giảm dần (do lò xo dãn)
Kích thước	Nhỏ gọn	Lớn hơn (cùng size van)
Giá thành	Tiết kiệm	Cao hơn
Khi mất khí nén	Giữ nguyên vị trí	Tự động Đóng hoặc Mở

Ví dụ tính toán thực tế

Giả sử bạn cần chọn Actuator cho một van bi có mô-men xoắn catalogue là 80 Nm. Nhà máy có áp suất khí nén tối thiểu 5 bar và yêu cầu van phải tự đóng khi gặp sự cố (Fail Close).

Tính mô-men xoắn yêu cầu của van: Áp dụng hệ số an toàn 30% => 80 x 1.3 =104Nm.
Chọn kiểu tác động: Do yêu cầu Fail Close => Chọn loại Single Acting (Spring Return).
Tra bảng: Tìm trong catalogue của hãng tại cột áp suất 5 bar.
Kết quả: Chọn model có thông số “Spring End Torque” (Lực lò xo kết thúc) ≥ 100 Nm.

Việc chọn đúng bộ truyền động khí nén không chỉ giúp van vận hành trơn tru mà còn tiết kiệm chi phí bảo trì dài hạn. Hãy luôn nhớ kiểm tra kỹ 3 thông số: Mô-men xoắn thực tế (kèm hệ số an toàn), Áp suất khí nén tối thiểu và Yêu cầu Fail-safe của hệ thống.

Nếu bạn cần tư vấn chi tiết về việc tính toán chọn size Actuator cho dự án, hãy liên hệ ngay với đội ngũ kỹ thuật của Valvelink để được hỗ trợ chính xác nhất.