Hướng Dẫn Kỹ Thuật Chọn Mô-men Xoắn (Torque) Cho Van Điều Khiển Điện: Tránh Kẹt Van và Tối Ưu Chi Phí

5/5 - (1 vote)

Chọn sai mô-men xoắn (Torque) cho bộ truyền động điện (electric actuator) hay là bộ điều khiển điện là nguyên nhân phổ biến khiến van không mở được, bị kẹt khi áp suất tăng hoặc nhanh hỏng trục van. Để tránh các sự cố và gây lãng phí, kỹ sư cần nắm đúng cách xác định torque yêu cầu của van và cách chọn actuator phù hợp.

Bài viết dưới đây trình bày quy trình kỹ thuật chuẩn theo 2 bước đơn giản: Tra torque của van → Cộng thêm hệ số an toàn 30%.

Mô-men xoắn (Torque) là gì?

Mô-men xoắn (Torque) là lực xoay cần thiết để quay trục van từ trạng thái đóng sang mở (hoặc ngược lại).
Đơn vị tính: Nm (Newton–meter).
Actuator là mô-tơ kết hợp hộp số để tạo ra một mô-men xoắn nhất định, ví dụ: 50 Nm, 100 Nm, 300 Nm.
Điều kiện lựa chọn actuator đúng tiêu chuẩn công nghiệp:

Actuator Torque ≥ Torque yêu cầu của van × 1.3 (tức +30%)

Nếu thiếu → van không thắng được ma sát và áp suất.
Nếu thừa quá nhiều → tăng chi phí, tăng tiêu thụ điện, nguy cơ gãy trục.

Vì Sao Mô-men xoắn (Torque) Là Thông Số Quan Trọng Nhất Khi Chọn Van Điều Khiển Điện?

Nếu torque không đủ, van sẽ:

Không mở/đóng hoàn toàn,
Bị kẹt khi áp suất tăng,
Khiến motor quá tải và cháy ngay lập tức.

Nếu torque quá lớn, hệ thống sẽ:

Tốn điện,
Tốn chi phí đầu tư,

Làm gãy trục van hoặc rách seat do lực xoắn quá mức.

Do đó, lựa chọn torque đúng – đủ – an toàn là tiêu chuẩn bắt buộc.

Mô-men xoắn (Torque) của van phụ thuộc vào yếu tố nào?

Mô-men xoắn yêu cầu của van (Valve Required Torque) là lực cần thiết để thắng được ma sát và áp suất lên bi/cánh van.

Các nhà sản xuất luôn cung cấp trong catalog một trong các bảng sau:

Breakaway Torque – Mô-men xoắn đề-pa / mô-men khởi động là lực cần thiết để bắt đầu quay.
Running Torque – Mô-men xoắn vận hành là lực cần để tiếp tục quay trong quá trình vận hành.
Seating Torque – Mô-men xoắn khi đóng kín là lực xoay cần thiết để ép bề mặt đóng của van (bi hoặc cánh) vào seat (vòng đệm) để đạt độ kín hoàn toàn.
Unseating Torque – Mô-men xoắn “bứt seat” khi mở là lực xoay cần thiết để bắt đầu mở van từ trạng thái đóng hoàn toàn, khi bi/cánh đang ép chặt vào seat.

Việc tra cứu số liệu chính xác từ các bảng trên là cách dùng để chọn actuator.

Xác định Torque yêu cầu của van

Torque yêu cầu không phải do actuator quyết định mà hoàn toàn phụ thuộc vào kết cấu van và điều kiện vận hành.
Bốn yếu tố chính ảnh hưởng đến torque:

Yếu tố 1 – Loại van (Ball Valve / Butterfly Valve)

Van bi (Ball Valve)

Mô-men xoắn đề-pa (Breakaway torque) rất cao khi bắt đầu mở, do ma sát lớn giữa bi và seat. Nhưng khi đã “bứt” seat, mô-men xoắn sẽ giảm xuống.

Van bướm (Butterfly Valve)

Mô-men xoắn thay đổi mạnh theo áp suất và lưu lượng.
Mô-men xoắn động lực (Dynamic torque – là lực xoắn do áp suất và vận tốc dòng chảy tác động lên cánh van) cao nhất ở khoảng 60–80° mở.

Yếu tố 2 – Áp suất chênh lệch (Differential Pressure – DP)

Là sự khác nhau giữa áp suất đầu vào và đầu ra:

DP = Pinlet – Poulet
DP càng lớn → lực ép lên bi/cánh càng cao → torque tăng tương ứng.

Đây là yếu tố quan trọng nhất trong các hệ thống có áp suất thay đổi.

Yếu tố 3 – Kích thước van (DN)

DN lớn → diện tích tiếp xúc lớn → ma sát lớn → mô-men xoắn (torque) tăng.

Yếu tố 4 – Loại môi chất (Fluid Type)

Nước sạch, khí sạch → torque thấp.
Môi chất bẩn, bùn, slurry → torque tăng rất mạnh.
Hơi nóng → seat giãn nở → torque tăng khi nhiệt độ cao.

Bạn có cần tính mô-men xoắn (torque) bằng công thức?

Thông thường là KHÔNG.

Lý do:

Nhà sản xuất van luôn cung cấp bảng torque rất chi tiết.
Các giá trị này đo trực tiếp trong phòng thí nghiệm theo tiêu chuẩn ISO/ANSI.

Kỹ sư chỉ cần đọc bảng torque trong catalog để lấy giá trị chính xác.

Ví dụ: Bảng tra cho Van Bi Inox 304

| Size | PN10 | PN16 | PN25 |

| :— | :— | :— | :— |

| DN50 | 25 Nm | 30 Nm | 40 Nm |

| DN65 | 40 Nm | 50 Nm | 65 Nm |

| DN80 | 60 Nm | 75 Nm | 90 Nm |

Nhìn vào bảng, một van bi DN50, chạy ở áp suất 16 bar (PN16) sẽ cần một mô-men xoắn cơ bản là 30 Nm.

Các trường hợp bạn cần tính toán mô-men xoắn thủ công:

Van thiết kế đặc biệt
Môi chất sệt, slurry, hóa chất đặc thù hoặc có 40–60% chất rắn
DP vượt ngưỡng tiêu chuẩn (≥ 20–30 bar)
Van custom không có bảng torque
Van bướm Double Offset / Triple Offset

Áp dụng Hệ số an toàn cố định 30%

Đây là bước quyết định đảm bảo van hoạt động ổn định lâu dài.

Torque chuẩn cần chọn = Torque tra bảng × 1.3

Hệ số 30% giúp bù cho các yếu tố thực tế như:

Ma sát tăng theo thời gian
Seat mòn hoặc biến dạng
Nhiệt độ tăng khi vận hành
Cặn bẩn bám vào bề mặt
Van lâu không thao tác bị “dính seat”
Van điều khiển tuyến tính (Modulating) vận hành liên tục.

Mô-men xoắn (torque) vẫn được sử dụng cho cả On/Off và Modulating. Van tuyến tính chỉ cần “đi mượt” qua các góc mở khác nhau, nhưng vẫn phải thắng ma sát và lực ép của dòng chảy → torque vẫn là thông số bắt buộc.

Ví dụ tính toán thực tế

Yêu cầu: Chọn actuator cho van bướm DN100, PN16, nước sạch, điều khiển tuyến tính (Modulating).

Bước 1 – Tra torque van

Từ catalog nhà sản xuất: Torque cơ bản = 60 Nm

Bước 2 – Áp dụng hệ số an toàn 30%

Torque chọn actuator = 60 × 1.3 = 78 Nm

Các model phổ biến: 80 Nm, 100 Nm, 150 Nm
Chọn actuator 80 Nm là phù hợp nhất.

Hậu quả khi chọn sai torque

Chọn thiếu (Under-sizing)

Van kẹt khi áp suất tăng
Actuator quá tải → cháy motor
Van không đóng kín
Gãy trục (stem), hỏng seat
Dừng dây chuyền sản xuất.

Chọn thừa (Over-sizing)

Chi phí đầu tư cao
Motor lớn → tiêu thụ điện cao
Mô-men xoắn dư thừa gây hỏng seat
Tăng sốc cơ học khi vận hành.

Để chọn đúng bộ truyền động điện cho van:

Chỉ cần 2 bước: Tra bảng torque → Nhân hệ số an toàn cố định 30%.
Torque là thông số quan trọng nhất trong cả van điều khiển điện On/Off và van điều khiển điện tuyến tính (Modulating).
Không cần tự tính phức tạp vì catalog đã cung cấp đủ.
Chọn đúng torque giúp tránh kẹt van, giảm điện năng và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Việc hiểu rõ loại van bạn đang dùng là rất quan trọng để tra đúng bảng mô-men xoắn.

Đối với các đường ống nhỏ và yêu cầu đóng kín tuyệt đối, hãy tham khảo dòng Van Bi Điều Khiển Điện.

Van Bi Điều Khiển Điện: Cấu Tạo, Phân Loại

Đối với các đường ống lớn (từ DN50 trở lên) và cần tối ưu lưu lượng, hãy xem xét dòng Van Bướm Điều Khiển Điện.

Van Bướm Điều Khiển Điện: Cấu Tạo, Phân Loại Wafer, Lug

Nếu bạn không chắc chắn về cách đọc bảng tra hoặc áp dụng hệ số an toàn cho ứng dụng đặc thù của mình, đừng ngần ngại. Hãy liên hệ ngay với đội ngũ kỹ sư của chúng tôi để nhận được tư vấn kỹ thuật chính xác nhất.