Van Cầu Gang (Van Hơi): Cấu Tạo, Nguyên Lý và Ứng Dụng Điều Tiết

5/5 - (1 vote)

Trong các hệ thống đường ống công nghiệp, đặc biệt là hệ thống hơi nóng, việc chọn đúng loại van không chỉ giúp vận hành hiệu quả mà còn đảm bảo an toàn và giảm chi phí.

Van cầu gang (Globe Valve) – hay còn gọi là van hơi – là thiết bị quan trọng khi cần điều tiết chính xác lưu lượng dòng chảy. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn thông tin đầy đủ và dễ hiểu về van cầu gang, từ cấu tạo, nguyên lý hoạt động cho tới ứng dụng thực tế, giúp các kỹ sư, quản lý nhà máy và bộ phận thu mua lựa chọn được thiết bị phù hợp nhất cho hệ thống của mình.

1. Van cầu gang là gì?

Định nghĩa: Van cầu gang là một loại van cơ học, với phần thân van được chế tạo chủ yếu từ vật liệu gang (gang xám, gang dẻo). Chức năng chính của van là đóng, mở và đặc biệt là điều tiết (throttling) lưu lượng của dòng chảy bên trong hệ thống đường ống. Loại van này thường được vận hành thủ công thông qua một tay quay (vô lăng).
Tên gọi:
- Van cầu (Globe Valve): Tên gọi này xuất phát từ hình dáng bên ngoài của thân van thường phình ra, tương tự như quả cầu.
- Van hơi (Steam Valve): Đây là tên gọi rất phổ biến do van được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống vận chuyển hơi nước, đặc biệt là hơi nóng áp lực cao.
- Van cầu chữ ngã / Van yên ngựa: Những tên gọi này mô tả hình dáng uốn lượn bên trong thân van, nơi dòng chảy bị buộc phải thay đổi hướng tạo thành hình chữ S hoặc Z.

2. Cấu tạo chung của van cầu gang

Van cầu gang được cấu thành từ nhiều bộ phận chính, mỗi bộ phận đảm nhận một vai trò quan trọng để đảm bảo van hoạt động hiệu quả và bền bỉ.

Thân van (Body): Được đúc từ gang, là bộ khung chính chứa đựng và bảo vệ các chi tiết bên trong. Thân van có một vách ngăn đặc trưng, buộc dòng lưu chất phải thay đổi hướng khi đi qua.
Đĩa van (Disc/Plug): Là bộ phận trực tiếp thực hiện việc đóng, mở hoặc điều tiết. Đĩa van di chuyển lên/xuống để thay đổi khoảng hở với đế van, thường được làm từ thép không gỉ để chống mài mòn.
Đế van (Seat): Là một vòng kim loại được gia công chính xác, nơi đĩa van sẽ ép vào khi đóng hoàn toàn để tạo ra một lớp làm kín, ngăn chặn rò rỉ.
Trục van (Stem): Thanh kim loại kết nối tay quay với đĩa van. Chuyển động quay của tay quay được chuyển thành chuyển động tịnh tiến (lên/xuống) của trục van nhờ cơ cấu ren.
Tay quay (Handwheel): Hay còn gọi là vô lăng, dùng để vận hành van. Thiết kế tay quay yêu cầu xoay nhiều vòng cho phép điều chỉnh vị trí đĩa van một cách từ từ và rất chính xác.
Nắp van (Bonnet): Phần nắp đậy phía trên thân van, bảo vệ các bộ phận bên trong và ngăn lưu chất rò rỉ ra ngoài.
Gioăng làm kín (Gasket/Packing): Hệ thống gioăng làm kín có nhiệm vụ ngăn chặn rò rỉ giữa các bộ phận như nắp van – thân van và quanh trục van.

3. Nguyên lý hoạt động của van cầu gang

Nguyên lý hoạt động của van cầu gang tập trung vào việc kiểm soát dòng chảy thông qua sự di chuyển của đĩa van.

Đường đi của dòng chảy: Không giống như van cổng, dòng chảy khi vào van cầu bị buộc phải đổi hướng đi lên, luồn qua khe hở giữa đĩa van và đế van, sau đó lại đổi hướng một lần nữa để đi ra ngoài. Đường đi này có dạng zig-zag (hình chữ S hoặc Z).
Khi đóng van: Người vận hành xoay tay quay theo chiều kim đồng hồ. Trục van di chuyển xuống, đẩy đĩa van ép chặt vào đế van. Lực ép trực tiếp này tạo ra độ kín rất cao, ngăn chặn hoàn toàn dòng lưu chất.
Khi mở và điều tiết: Người vận hành xoay tay quay ngược chiều kim đồng hồ. Trục van di chuyển lên, nhấc đĩa van ra khỏi đế van.
- Điểm mấu chốt: Khoảng cách giữa đĩa van và đế van sẽ quyết định trực tiếp đến lưu lượng dòng chảy. Vì hành trình di chuyển của đĩa van tỷ lệ thuận với số vòng quay của tay quay, người vận hành có thể tinh chỉnh lưu lượng một cách cực kỳ chính xác, đây chính là ưu điểm vượt trội của van cầu.

4. Phân loại Van cầu gang

Van cầu gang được phân loại dựa trên hai tiêu chí chính là kiểu kết nối và hình dạng thân van.

Phân loại theo kiểu kết nối

Van cầu gang nối bích: Đây là kiểu kết nối phổ biến nhất trong công nghiệp, đặc biệt cho đường ống kích thước lớn (từ DN50 trở lên). Van được kết nối với đường ống bằng bu lông qua mặt bích. Các tiêu chuẩn mặt bích thông dụng bao gồm JIS (10K, 16K), BS (PN16), DIN (PN16), ANSI (Class 150).
Van cầu gang nối ren: Thường dùng cho các đường ống có kích thước nhỏ hơn (dưới DN50), phù hợp cho ứng dụng áp suất thấp.

Phân loại theo hình dạng thân van

Dạng chữ ngã (Z-pattern): Là dạng phổ biến và truyền thống nhất, cho khả năng điều tiết tốt nhưng gây tổn thất áp suất tương đối cao.
Dạng Y (Y-pattern): Thân và đế van được đặt nghiêng một góc 45 độ, tạo ra đường đi cho dòng chảy thẳng hơn. Kết quả là van có tổn thất áp suất thấp hơn đáng kể, phù hợp cho các ứng dụng áp suất cao.
Dạng góc (Angle-pattern): Cổng vào và ra vuông góc 90 độ, giúp van vừa thực hiện chức năng điều tiết, vừa thay thế cho một cút nối góc, tiết kiệm không gian lắp đặt.

6. Ưu điểm của van cầu gang

Khả năng điều tiết dòng chảy là ưu điểm lớn nhất, rất chính xác.
Hành trình đóng/mở chậm rãi, giúp chống lại hiện tượng búa nước (sốc áp suất), bảo vệ đường ống và thiết bị.
Khi đóng hoàn toàn cho độ kín cao, hạn chế tối đa rò rỉ.
Ít bị mài mòn đĩa và đế van khi dùng cho mục đích điều tiết so với các loại van khác (như van cổng).
Cấu trúc chắc chắn, bền bỉ, tuổi thọ cao.
Giá thành hợp lý so với các loại van có cùng chức năng điều tiết khác.

6. Ứng dụng của van cầu gang

Trong nhiều hệ thống và quy trình công nghiệp, van cầu là lựa chọn được khuyến khích vì khả năng kiểm soát lưu lượng tốt và độ an toàn cao.

Ở các vị trí như lỗ thông hơi điểm cao hoặc cống điểm thấp, van cầu giúp đóng kín chắc chắn, hạn chế rò rỉ hiệu quả hơn so với nhiều loại van khác.

Van cầu thường được dùng để xử lý rò rỉ trong cả khu dân cư và công nghiệp. Ứng dụng phổ biến gồm:

Hệ thống làm mát
Hệ thống cấp hóa chất
Hệ thống cấp nước
Hệ thống dầu bôi trơn tuabin
Các hệ thống không quá lo ngại về sụt áp

Ngoài ra, van cầu còn xuất hiện nhiều trong nhà máy chế biến, nhà máy điện, nhà máy xử lý nước thải, hệ thống bôi trơn, đường ống hơi và ống làm mát.

Ngay cả trong các tòa nhà thương mại hoặc dân dụng, khi cần điều chỉnh hoặc chặn dòng chảy ngược, van cầu vẫn là thiết bị được ưa chuộng.

7. Lưu ý quan trọng khi lựa chọn Van cầu gang

Để đảm bảo van hoạt động tối ưu và an toàn, các doanh nghiệp cần lưu ý:

Tổn thất áp suất cao: Do dòng chảy phải đổi hướng nhiều lần, van cầu gây ra sụt áp đáng kể. Cần tính toán yếu tố này khi thiết kế hệ thống bơm.
Lắp đặt đúng chiều dòng chảy: Van cầu là van một hướng. Phải luôn lắp đặt theo chiều mũi tên được đúc trên thân van. Lắp ngược sẽ gây hư hỏng và mất an toàn.
Kiểm tra nhiệt độ và áp suất làm việc: Đảm bảo các thông số của van (PN16, JIS 10K, nhiệt độ tối đa…) phải lớn hơn hoặc bằng thông số vận hành của hệ thống để đảm bảo an toàn.

Van cầu gang là giải pháp kỹ thuật không thể thay thế cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng điều tiết dòng chảy chính xác. Với cấu tạo bền bỉ, đa dạng về chủng loại và khả năng làm việc hiệu quả trong các môi trường khắc nghiệt như hơi nóng, đây là một khoản đầu tư thông minh cho sự ổn định và an toàn của bất kỳ hệ thống công nghiệp nào.

Tuy nhiên, việc lựa chọn đúng loại van cầu đòi hỏi sự hiểu biết về các yếu tố kỹ thuật như áp suất, nhiệt độ, kiểu kết nối và đặc biệt là phải phân biệt rõ chức năng của nó so với các loại van khác.

Để được tư vấn lựa chọn van cầu gang phù hợp nhất với yêu cầu kỹ thuật và ngân sách của dự án, hãy liên hệ với đội ngũ chuyên gia của chúng tôi.