Áp suất mở của van 1 chiều (cracking pressure) là chênh áp tối thiểu giữa cửa vào và cửa ra để đĩa bắt đầu rời khỏi ghế và lưu chất bắt đầu chảy qua. Đây là hiệu áp, không phải áp suất làm việc của đường ống. Với van lò xo, giá trị thường nằm trong khoảng 0,02–0,5 bar tùy lò xo (tham khảo); với van lá lật, giá trị nhỏ hơn và phụ thuộc trọng lượng đĩa cùng vị trí lắp.
Áp suất mở của van 1 chiều quyết định van 1 chiều có mở được trong điều kiện bơm thấp áp hoặc cấp nước trọng lực hay không, và ảnh hưởng đến tổn thất áp suất khi vận hành. Bài viết nêu đơn vị, cơ chế sinh ra áp suất mở, giá trị tham khảo theo loại van, ảnh hưởng của hướng lắp và cách kiểm tra trên bàn thử.
Áp suất mở của van 1 chiều là gì và đo bằng đơn vị nào
Khi hiệu áp phía vào chưa đủ, đĩa vẫn tựa vào ghế do lò xo, trọng lượng đĩa và áp suất phía sau. Ngay khi hiệu áp vượt tổng các lực giữ này, đĩa nhấc lên, và hiệu áp ở thời điểm đó chính là áp suất mở của van 1 chiều. Định nghĩa này khớp với mô tả trong mục về van một chiều trên Wikipedia, nơi cracking pressure cũng được hiểu là hiệu áp tối thiểu để van bắt đầu mở.
Hãng van thường ghi áp suất mở bằng bar, kPa, psi, kgf/cm² hoặc mét cột nước (mH₂O). Bảng dưới quy đổi các mức hay gặp:
| bar | kPa | psi | kgf/cm² | mH₂O |
|---|---|---|---|---|
| 0,02 | 2 | 0,29 | 0,020 | 0,20 |
| 0,05 | 5 | 0,73 | 0,051 | 0,51 |
| 0,10 | 10 | 1,45 | 0,102 | 1,02 |
| 0,20 | 20 | 2,90 | 0,204 | 2,04 |
| 0,35 | 35 | 5,08 | 0,357 | 3,57 |
| 0,50 | 50 | 7,25 | 0,510 | 5,10 |
Hệ số cần nhớ: 1 bar = 100 kPa = 14,504 psi = 1,0197 kgf/cm² = 10,197 mH₂O. Nếu catalogue ghi psig hay barg thì đó là áp suất kế, còn áp suất mở là hiệu áp, nên cần đọc ghi chú để không nhầm hai khái niệm.
Phân biệt áp suất mở, áp suất mở hoàn toàn và áp suất đóng kín
Ba ngưỡng này thường bị gộp thành áp suất mở của van 1 chiều chung chung, nhưng giá trị khác nhau và phục vụ ba mục đích khác nhau:
| Ngưỡng | Định nghĩa | Ý nghĩa khi chọn van |
|---|---|---|
| Áp suất mở (cracking) | Hiệu áp mà đĩa bắt đầu nhấc khỏi ghế | Kiểm tra bơm hoặc cột nước có đủ để mở van hay không |
| Áp suất mở hoàn toàn (full open) | Hiệu áp hoặc lưu lượng mà đĩa đạt hành trình tối đa và ổn định | Quyết định ΔP khi chạy bình thường, liên quan vận tốc tối thiểu |
| Áp suất đóng kín (reseal) | Hiệu áp mà đĩa tựa lại ghế khi hiệu áp giảm dần | Quyết định van có kín khi bơm dừng hoặc áp ngược thấp |
Với van lò xo, lực lò xo tăng khi bị nén, nên áp suất mở hoàn toàn luôn lớn hơn áp suất mở của van 1 chiều (cracking). Còn áp suất đóng kín thường thấp hơn áp suất mở một chút vì ma sát của đĩa và gioăng tạo độ trễ. Khi kiểm tra nên ghi cả hai giá trị khi tăng và khi giảm áp.
Áp suất mở cũng khác áp suất đặt (set pressure) của van an toàn. Van an toàn mở để xả khi áp suất trong hệ thống vượt giới hạn, còn van 1 chiều mở khi có dòng chảy xuôi với hiệu áp rất nhỏ. Hai thông số này không dùng thay cho nhau.
Cơ chế tạo ra áp suất mở của van 1 chiều
Ở van lò xo, áp suất mở của van 1 chiều bằng lực nén sơ bộ của lò xo chia cho diện tích ghế. Có thể ước lượng bằng công thức:
ΔPmở ≈ (Flò xo ± Ftrọng lượng) / Aghế, trong đó F là lực (N), A là diện tích ghế chịu áp (m²). Kết quả tính bằng Pa.
Ví dụ: ghế van DN50 có đường kính làm kín 50 mm, A = 1,963×10⁻³ m². Giá trị trong bảng chỉ tính lò xo, bỏ qua trọng lượng đĩa và ma sát.
| Lực nén sơ bộ của lò xo | ΔP mở | Quy đổi |
|---|---|---|
| 5 N | 2,55 kPa | 0,025 bar |
| 20 N | 10,2 kPa | 0,102 bar |
| 50 N | 25,5 kPa | 0,255 bar |
| 98 N (cỡ 10 kgf) | 49,9 kPa | 0,50 bar |
Nếu lò xo có độ cứng 2 N/mm, nén sơ bộ 20 N và hành trình đĩa 15 mm, thì khi mở hết lực lò xo là 20 + 2×15 = 50 N. Áp suất mở hoàn toàn khi đó xấp xỉ 0,255 bar, gấp hơn hai lần áp suất mở 0,102 bar. Đây là lý do van 1 chiều lò xo có tổn thất cao hơn van lá lật ở cùng lưu lượng.
Trong thực tế, hiệu áp ở thời điểm mở còn phụ thuộc diện tích hiệu dụng của đĩa, ma sát chốt và gioăng, nên công thức chỉ để ước lượng. Áp suất mở của van 1 chiều chính xác lấy từ bảng dữ liệu hoặc thử bằng bàn thử. Các chi tiết lò xo, đĩa, ghế được mô tả ở bài về cấu tạo van 1 chiều.
Giá trị áp suất mở của van 1 chiều tham khảo theo loại van
Bảng dưới là khoảng tham khảo cho nước, lắp ngang. Khi cần chính xác, phải tra catalogue của hãng vì cùng loại van nhưng lò xo thay đổi sẽ cho áp suất mở khác nhau.
| Loại van | Áp suất mở tham khảo | Yếu tố quyết định |
|---|---|---|
| Lò xo (đĩa, piston) | 0,02–0,5 bar tùy lò xo | Lực nén sơ bộ của lò xo, diện tích ghế |
| Cánh bướm hai cánh (wafer) | khoảng 0,02–0,1 bar | Lò xo nhẹ, đĩa mỏng; có hãng cung cấp nhiều cấp lò xo |
| Lá lật (swing) | khoảng 0,005–0,05 bar | Trọng lượng đĩa, khoảng cách tới chốt bản lề, vị trí lắp |
| Van cầu 1 chiều (lift) | khoảng 0,05–0,5 bar | Khối lượng đĩa hoặc piston, lò xo (nếu có) |
| Van bi 1 chiều (ball check) | khoảng 0,02–0,1 bar | Khối lượng bi, tỉ trọng chất lỏng |
Van lá lật không dùng lò xo, nên áp suất mở của van 1 chiều chỉ do mô men trọng lượng đĩa quanh chốt, thường rất nhỏ. Bù lại, khi lắp đứng hoặc dòng đảo chiều nhanh, đĩa đóng chậm và đập mạnh. Van cánh bướm hai cánh có lò xo nhẹ, đóng nhanh hơn, nên được dùng ở nhiều đường ống cỡ lớn.
Ảnh hưởng của hướng lắp đứng đến áp suất mở của van 1 chiều
Hướng lắp làm trọng lượng đĩa cộng hoặc trừ vào áp suất mở của van 1 chiều. Lấy van lò xo DN50 có đĩa thép không gỉ nặng 0,3 kg làm ví dụ. Trong nước, đĩa chịu thêm lực đẩy nổi nên trọng lượng hiệu dụng khoảng 0,3 × 9,81 × (1 − 1000/7900) ≈ 2,57 N, tương đương 0,013 bar trên ghế 50 mm. Đĩa nặng 1 kg cho khoảng 0,044 bar.
- Lắp đứng, dòng đi lên: trọng lượng đĩa cộng vào lực lò xo, áp suất mở tăng thêm cỡ 0,013–0,044 bar trong hai ví dụ trên.
- Lắp đứng, dòng đi xuống: trọng lượng đĩa hỗ trợ mở và cản đóng, áp suất mở giảm, lò xo nhẹ có thể không đẩy đĩa về ghế khi dừng bơm, gây rò hoặc mở khi không có dòng.
- Lắp ngang: trọng lượng đĩa vuông góc với hướng di chuyển nên ít ảnh hưởng, ngoại trừ ma sát chốt.
- Van lá lật: chỉ dùng lắp ngang hoặc đứng dòng đi lên. Không lắp dòng đi xuống vì đĩa không tự về ghế.
Các giá trị trên chỉ có nghĩa với van có áp suất mở thấp. Với lò xo cứng, trọng lượng đĩa chiếm tỉ lệ nhỏ và có thể bỏ qua. Nếu van được thử và hiệu chuẩn theo một hướng, nên lắp đúng hướng ấy ngoài hiện trường.
Hậu quả khi áp suất mở của van 1 chiều không phù hợp
Áp suất mở quá cao
- Bơm hoặc cột nước không đủ hiệu áp để thắng áp suất mở của van 1 chiều: không có lưu lượng qua van.
- Van mở một phần ở lưu lượng thấp: đĩa dao động, mòn chốt và lò xo. Cơ chế này giống van quá lớn; xem bài xác định kích thước van 1 chiều để tính vận tốc tối thiểu.
- Tổn thất áp suất tăng, bơm tốn điện hơn (xem tổn thất áp suất qua van 1 chiều).
Áp suất mở quá thấp
- Khi áp suất mở của van 1 chiều quá thấp, lực đóng yếu, van đóng chậm khi dòng đảo chiều; dòng chảy ngược đủ lớn trước khi đĩa đóng làm tăng nguy cơ búa nước.
- Đĩa tựa ghế với lực nhỏ nên dễ rò khi áp ngược thấp, nhất là với lưu chất khí hoặc ghế kim loại.
- Van có thể mở khi chỉ có chênh áp nhỏ do mực nước dao động, gây rò ngược nhỏ.
Không phải lúc nào áp suất mở của van 1 chiều cũng cần thấp. Ở đường bơm định lượng, đường chống xiphông hoặc cần giữ ống đầy, người ta chọn lò xo cứng hơn có chủ đích. Cần cân nhắc cả yêu cầu đóng kín lẫn tổn thất.
Cách kiểm tra áp suất mở của van 1 chiều trên bàn thử
Cách thử đơn giản nhất là dùng khí trong thùng nước, làm được ngay tại xưởng. Các bước dưới đây bổ sung điều kiện để kết quả lặp lại được.
- Gắn van đúng chiều và đúng hướng lắp thực tế (ngang hoặc đứng). Nối cửa vào với nguồn khí qua van điều áp, đồng hồ chính xác và van xả.
- Đặt van trong thùng nước sao cho cửa ra ngập, hoặc gắn ống trong suốt ở cửa ra để quan sát.
- Chọn đồng hồ có thang đo phù hợp: vạch lớn nhất khoảng 2–3 lần giá trị cần đo (ví dụ 0–1 bar cho van 0,3 bar), có độ chia nhỏ như 0,01 bar hoặc dùng cảm biến số.
- Tăng áp rất chậm, khoảng 0,005–0,01 bar mỗi bước, dừng vài giây để đĩa ổn định.
- Ghi áp suất tại thời điểm bọt khí liên tục xuất hiện ở cửa ra. Nên thống nhất trước tiêu chí (ví dụ dòng bọt liên tục) với khách hàng hoặc hãng.
- Giảm áp từ từ, ghi áp suất lúc bọt khí ngừng hẳn: đó là gần đúng áp suất đóng kín.
- Lặp ít nhất ba lần và lấy trung bình; nếu lệch lớn, kiểm tra ghế, gioăng hoặc kẹt cơ khí.
Cách đo này cho áp suất mở của van 1 chiều tương đối khi dùng khí, còn nước có độ nhớt và trọng lượng riêng khác nên áp suất mở thực khi chạy nước có thể hơi khác. Với yêu cầu cao, thử bằng nước trên bàn thử có bơm, đồng hồ chênh áp và lưu lượng kế. Nếu giá trị đo ngày một lệch so với ban đầu, nguyên nhân thường là lò xo mỏi hoặc ghế mòn, đối chiếu thêm ở bài về các lỗi thường gặp ở van 1 chiều.
Chọn áp suất mở của van 1 chiều theo điều kiện hệ thống
Cột áp khả dụng phải lớn hơn áp suất mở của van 1 chiều cộng tổn thất đường ống. Với cấp nước trọng lực, 1 mét cột nước tương đương 0,0981 bar. Một bể đặt cao 3 m so với van chỉ cho 0,294 bar; nếu dùng van lò xo có áp suất mở 0,3 bar thì không có dòng, dù đường ống thông.
- Cấp nước trọng lực hoặc bơm cột áp thấp: chọn van lá lật hoặc lò xo nhẹ (khoảng 0,02–0,05 bar).
- Đường xả bơm cột áp cao, nhiều cú sốc đóng: chọn lò xo có áp suất mở cao hơn để đóng nhanh.
- Cần giữ ống đầy hoặc chống chảy ngược do xiphông: chọn lò xo có áp suất mở theo tính toán.
Tư vấn chọn van theo áp suất mở
Khi đặt hàng, nên nêu rõ áp suất mở của van 1 chiều yêu cầu hoặc cột áp khả dụng nhỏ nhất, loại lưu chất, hướng lắp, DN. Với hệ thống có yêu cầu đặc biệt, Viva có thể hỗ trợ đối chiếu giá trị với catalogue của hãng và gợi ý cấp lò xo phù hợp. Thông tin liên hệ nằm bên dưới. Các bài kỹ thuật cùng chủ đề được tập hợp trong chuyên mục Tài liệu van 1 chiều.
Địa chỉ: Số 20 ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội
Phụ trách kinh doanh: Miss Hoa
Câu hỏi thường gặp về áp suất mở của van 1 chiều
Áp suất mở của van 1 chiều thường là bao nhiêu?
Với van lò xo, khoảng 0,02–0,5 bar tùy lò xo. Van lá lật thấp hơn, khoảng vài phần trăm bar, phụ thuộc trọng lượng đĩa và vị trí lắp. Đây là giá trị tham khảo, cần đối chiếu catalogue của hãng.
Áp suất mở của van 1 chiều có giống áp suất làm việc tối đa không?
Không. Áp suất mở của van 1 chiều là hiệu áp nhỏ nhất để đĩa bắt đầu mở, còn áp suất làm việc tối đa là giới hạn chịu áp của thân van, ví dụ theo cấp PN10, PN16.
Áp suất mở khác áp suất đóng kín như thế nào?
Áp suất mở là hiệu áp lúc đĩa nhấc khỏi ghế khi tăng áp. Áp suất đóng kín (reseal) là hiệu áp lúc đĩa tựa lại khi giảm áp, thường thấp hơn một chút do ma sát.
Lắp van đứng có làm thay đổi áp suất mở không?
Có. Dòng đi lên làm trọng lượng đĩa cộng thêm vào áp suất mở, dòng đi xuống làm giảm. Ảnh hưởng đáng kể với van lá lật và lò xo nhẹ, nhỏ với lò xo cứng.
Làm sao biết áp suất mở của van đang dùng?
Tra bảng dữ liệu của hãng, hoặc thử trên bàn thử: cấp khí hoặc nước tăng dần vào cửa vào, ghi hiệu áp khi dòng chảy liên tục xuất hiện ở cửa ra, lặp lại ba lần.
