Cách tính áp suất tổn thất van cầu

Việc tính áp suất tổn thất của các van công nghiệp là rất cần thiết. Nó là 1 bước cần thiết để định kích thước qua van.Việc tính áp suất tổn thất có thể tính toán qua các phương trình hoặc được thực hiện bằng các công nghệ đo hiện đại. Bài viết dưới đây tìm hiểu về áp suất tổn thất và cách tính áp suất tổn thất van cầu?

Áp suất tổn thất trong van cầu là gì?

Áp suất tổn thất trong van cầu (Globe valve), còn được gọi là tổn thất cột áp (head loss) hoặc giảm áp (pressure drop), là sự giảm áp suất của chất lưu (chất lỏng hoặc khí) khi nó chảy qua van cầu. Để hiểu rõ hơn, chúng ta sẽ đi sâu vào định nghĩa, nguyên nhân và ý nghĩa của áp suất tổn thất trong van cầu.

Định nghĩa Áp suất tổn thất

Trong hệ thống đường ống dẫn chất lưu, áp suất là một dạng năng lượng tiềm năng có sẵn để dòng chảy di chuyển. Khi chất lưu chảy qua bất kỳ thiết bị nào, bao gồm cả van, một phần năng lượng này sẽ bị mất đi do các yếu tố như ma sát, sự thay đổi hướng dòng chảy, và sự nhiễu loạn. Sự mất mát năng lượng này được biểu hiện bằng sự giảm áp suất giữa đầu vào và đầu ra của thiết bị đó, và đó chính là áp suất tổn thất.

Áp suất tổn thất không phải là năng lượng bị “tiêu thụ” theo nghĩa đen, mà là năng lượng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác không còn hữu ích cho việc duy trì dòng chảy một cách hiệu quả trong hệ thống. Ví dụ, một phần năng lượng có thể chuyển thành nhiệt do ma sát, hoặc tạo ra các dòng xoáy và nhiễu loạn không kiểm soát được.

Nguyên nhân gây ra áp suất tổn thất trong van cầu

Van cầu được thiết kế đặc biệt để điều tiết dòng chảy, và cấu trúc bên trong của nó đóng góp lớn vào việc gây ra áp suất tổn thất. Các nguyên nhân chính bao gồm:

• Đường Đi Dòng Chảy Hình Chữ S: Van cầu có thiết kế đường đi dòng chảy phức tạp, thường có hình chữ S. Chất lưu phải thay đổi hướng dòng chảy nhiều lần khi đi qua van. Sự thay đổi hướng dòng chảy này tạo ra sự nhiễu loạn và mất năng lượng. (Hãy tưởng tượng dòng chảy như một đoàn xe đi qua khúc cua gắt. Xe phải giảm tốc độ và điều chỉnh hướng đi, gây ra sự chậm trễ và mất năng lượng (tương tự như áp suất tổn thất)).
• Tiết Diện Dòng Chảy Thu Hẹp: Để điều tiết dòng chảy, van cầu sử dụng một nút van (disc hoặc globe) di chuyển vuông góc với đường ống, ép vào một vòng đệm (seat). Khi van đóng hoặc mở một phần, tiết diện dòng chảy bị thu hẹp đáng kể tại vị trí này. Sự thu hẹp tiết diện làm tăng vận tốc dòng chảy (theo nguyên lý Bernoulli), và sau đó khi dòng chảy mở rộng trở lại, sự thay đổi vận tốc và tiết diện đột ngột tạo ra nhiễu loạn và mất năng lượng. (Hãy tưởng tượng dòng chảy như một dòng sông chảy qua một đoạn kênh hẹp. Tại đoạn kênh hẹp, nước phải chảy nhanh hơn, và khi ra khỏi kênh hẹp, dòng chảy trở lại trạng thái ban đầu nhưng mất đi một phần năng lượng).
• Ma Sát: Chất lưu khi chảy qua van tiếp xúc với bề mặt van. Ma sát giữa chất lưu và thành van (đặc biệt là tại các khu vực có bề mặt không trơn tru hoặc có sự thay đổi hướng dòng chảy) cũng góp phần vào áp suất tổn thất. Ma sát chuyển động năng của chất lưu thành nhiệt năng, và năng lượng này không còn dùng để duy trì áp suất dòng chảy.
• Nhiễu Loạn Dòng Chảy: Cấu trúc phức tạp và sự thay đổi tiết diện dòng chảy trong van cầu dễ dàng tạo ra dòng chảy rối (turbulent flow). Dòng chảy rối có nhiều xoáy và chuyển động hỗn loạn hơn so với dòng chảy tầng (laminar flow), và dòng chảy rối luôn đi kèm với tổn thất năng lượng lớn hơn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến áp suất tổn thất trong van cầu:

Mức độ áp suất tổn thất trong van cầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

• Lưu lượng dòng chảy (Q): Lưu lượng càng lớn, áp suất tổn thất càng cao. Mối quan hệ thường là bậc hai (tổn thất áp suất tỉ lệ với bình phương lưu lượng).
• Hệ số lưu lượng của van (Cv hoặc Kv): Đây là thông số đặc trưng cho khả năng lưu thông của van. Van có Cv hoặc Kv càng lớn thì tổn thất áp suất càng nhỏ, và ngược lại. Hệ số này thường được cung cấp bởi nhà sản xuất van.
• Độ mở của van: Van cầu được dùng để điều tiết dòng chảy. Khi van mở ít hơn, tiết diện dòng chảy hẹp hơn, và áp suất tổn thất tăng lên đáng kể.
• Tính chất của chất lưu:
  • Tỷ trọng và mật độ: Chất lưu có tỷ trọng hoặc mật độ cao hơn thường gây ra tổn thất áp suất lớn hơn.
  • Độ nhớt: Chất lưu có độ nhớt cao hơn cũng có xu hướng tạo ra tổn thất áp suất lớn hơn do ma sát nội tại cao hơn.
• Kích thước và thiết kế cụ thể của van: Các van cầu khác nhau về kích thước và thiết kế bên trong sẽ có mức độ tổn thất áp suất khác nhau, ngay cả khi có cùng kích cỡ đường ống.

Tầm quan trọng của việc hiểu áp suất tổn thất trong van cầu

Hiểu rõ về áp suất tổn thất trong van cầu là rất quan trọng trong thiết kế và vận hành hệ thống đường ống, vì:

• Chọn Van Phù Hợp: Khi chọn van cầu cho một ứng dụng cụ thể, cần xem xét áp suất tổn thất để đảm bảo rằng van không gây ra tổn thất quá lớn, làm giảm hiệu suất hệ thống hoặc không đáp ứng yêu cầu về lưu lượng và áp suất ở đầu ra. Trong nhiều trường hợp, nếu yêu cầu tổn thất áp suất thấp, van cổng hoặc van bi có thể là lựa chọn ưu tiên hơn van cầu.
• Tính Toán Công Suất Bơm: Trong các hệ thống bơm, áp suất tổn thất qua van và các thiết bị khác trong hệ thống cần được tính toán để lựa chọn bơm có công suất phù hợp. Bơm cần cung cấp đủ năng lượng để bù đắp lại các tổn thất này và đảm bảo chất lưu được vận chuyển đến điểm đích với áp suất và lưu lượng mong muốn.
• Điều Khiển và Điều Tiết Dòng Chảy: Van cầu được thiết kế để điều tiết dòng chảy, và việc hiểu rõ về mối quan hệ giữa độ mở van và áp suất tổn thất là cần thiết để điều khiển dòng chảy một cách chính xác và hiệu quả.
• Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Hệ Thống: Giảm thiểu áp suất tổn thất trong hệ thống có thể giúp tiết kiệm năng lượng (đặc biệt trong các hệ thống bơm lớn), giảm chi phí vận hành, và tăng tuổi thọ của thiết bị.

Cách tính suất tổn thất trong van cầu đối với Hơi nóng

Để tính áp suất tổn thất van cầu đối với hơi nóng (Steam), quy trình phức tạp hơn so với chất lỏng vì hơi nóng là chất lưu nén được và các tính chất của nó thay đổi đáng kể theo áp suất và nhiệt độ. Tuy nhiên, vẫn có các phương pháp và công thức để ước tính tổn thất áp suất. Dưới đây là các bước và lưu ý quan trọng:

Hiểu sự khác biệt khi tính toán với hơi nóng

• Tính Nén Được: Hơi nóng là chất lưu nén được, có nghĩa là mật độ của nó thay đổi đáng kể khi áp suất thay đổi. Điều này khác với chất lỏng, thường được coi là không nén được trong hầu hết các tính toán tổn thất áp suất thông thường.
• Thay Đổi Tính Chất Theo Điều Kiện: Các tính chất của hơi nóng như mật độ, độ nhớt, thể tích riêng phụ thuộc vào cả áp suất và nhiệt độ. Do đó, cần phải xác định rõ điều kiện đầu vào của hơi nóng (áp suất và nhiệt độ).
• Công Thức Phức Tạp Hơn: Các công thức tính toán tổn thất áp suất cho hơi nóng thường phức tạp hơn và có thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn so với chất lỏng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất áp suất hơi nóng

Ngoài các yếu tố chung đã đề cập cho chất lỏng, đối với hơi nóng, cần đặc biệt chú ý:

• Áp Suất Đầu Vào (P1) và Áp Suất Đầu Ra (P2): Áp suất hơi nóng trước và sau van là yếu tố then chốt. Tỷ lệ áp suất (P2/P1) cũng quan trọng.
• Nhiệt Độ Đầu Vào (T1) hoặc Trạng Thái Hơi: Xác định hơi nóng là hơi bão hòa (saturated steam) hay hơi quá nhiệt (superheated steam) vì tính chất của chúng khác nhau. Đối với hơi bão hòa, nhiệt độ và áp suất liên quan trực tiếp. Đối với hơi quá nhiệt, cần biết cả hai.
• Lưu Lượng Hơi (W hoặc Q): Thường được đo bằng kg/h (kilogram trên giờ) hoặc lb/h (pound trên giờ) cho hơi nóng, hoặc có thể sử dụng đơn vị thể tích m³/h hoặc ft³/h.
• Hệ Số Lưu Lượng của Van (Cv hoặc Kv): Vẫn là thông số quan trọng, nhưng cần lưu ý rằng giá trị Cv/Kv cho van có thể thay đổi tùy thuộc vào chất lưu (lỏng hay khí/hơi). Nhà sản xuất thường cung cấp thông tin này.
• Độ Mở Van: Tương tự như chất lỏng, độ mở van cầu ảnh hưởng lớn đến tổn thất áp suất.

Phương pháp tính tổn thất áp suất hơi nóng (các cách tiếp cận):

Có nhiều phương pháp tính toán, từ đơn giản đến phức tạp. Dưới đây là một số cách tiếp cận phổ biến:

Sử dụng hệ số cv/kv với công thức cho chất khí/hơi (phương pháp ước tính)

Mặc dù công thức Cv/Kv ban đầu được phát triển cho chất lỏng, chúng có thể được điều chỉnh để ước tính tổn thất áp suất cho hơi nóng, đặc biệt khi tổn thất áp suất không quá lớn so với áp suất đầu vào. Tuy nhiên, đây là phương pháp ước tính và có thể kém chính xác hơn so với các phương pháp chuyên dụng cho hơi nóng.

Công thức sử dụng Cv (hệ Anh) cho hơi nóng (ước tính):

Đối với hơi nóng, công thức thường được biểu diễn như sau (có nhiều biến thể, đây là một dạng phổ biến):

Cho hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt:

W = Cv * P1 * Y * √( (P1 – P2) / (v * Z) )

Hoặc có thể được viết lại để tính tổn thất áp suất (P1 – P2 = ΔP):

ΔP = P1 – P2 = (W / (Cv * P1 * Y) )² * (v * Z)

Trong đó:

• W: Lưu lượng hơi (lb/h)
• Cv: Hệ số lưu lượng của van
• P1: Áp suất đầu vào tuyệt đối (psia – pound per square inch absolute)
• P2: Áp suất đầu ra tuyệt đối (psia)
• ΔP = P1 – P2: Tổn thất áp suất (psi)
• Y: Hệ số giãn nở (expansion factor) – phụ thuộc vào tỷ lệ áp suất (P2/P1) và nhiệt dung riêng của hơi. Đối với hơi nóng, Y thường nằm trong khoảng 0.6 – 1. Giá trị Y càng gần 1 khi ΔP càng nhỏ so với P1. Một cách đơn giản để ước tính, có thể lấy Y = 0.6 – 0.7 cho van cầu nếu không có thông tin cụ thể.
• v: Thể tích riêng của hơi ở điều kiện đầu vào (ft³/lb). Giá trị này phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ đầu vào (hoặc trạng thái hơi). Cần tra bảng hơi nước (steam tables) hoặc sử dụng công cụ tính toán nhiệt động lực học.
• Z: Hệ số nén được (compressibility factor) – thường được coi là 1 cho hơi nóng ở áp suất không quá cao và nhiệt độ không quá gần điểm tới hạn. Đối với hầu hết các ứng dụng hơi nóng công nghiệp thông thường, có thể coi Z ≈ 1.

Công thức sử dụng Kv (hệ mét) cho hơi nóng (ước tính):

Tương tự, công thức Kv có thể được điều chỉnh cho hơi nóng (ước tính):

Q = Kv * P1 * Y * √( ΔP / (ρ1 * Z) )

Hoặc để tính tổn thất áp suất (ΔP):

ΔP = (Q / (Kv * P1 * Y) )² * (ρ1 * Z)

Trong đó:

• Q: Lưu lượng hơi (m³/h) ở điều kiện tiêu chuẩn (thường là 0°C và 1 atm – lưu ý rằng điều kiện tiêu chuẩn có thể khác nhau tùy theo quy ước, cần kiểm tra). Nếu lưu lượng được cho bằng kg/h, cần chuyển đổi sang m³/h ở điều kiện đầu vào bằng cách sử dụng thể tích riêng.
• Kv: Hệ số lưu lượng của van
• P1: Áp suất đầu vào tuyệt đối (bar absolute)
• ΔP: Tổn thất áp suất (bar)
• Y: Hệ số giãn nở (expansion factor) – tương tự như trên, khoảng 0.6 – 1 cho van cầu.
• ρ1: Mật độ của hơi ở điều kiện đầu vào (kg/m³). Tra bảng hơi nước hoặc sử dụng công cụ tính toán nhiệt động lực học.
• Z: Hệ số nén được (compressibility factor) – có thể coi Z ≈ 1.

Lưu ý quan trọng khi sử dụng công thức Cv/Kv cho hơi nóng:

• Tính Ước Tính: Đây là phương pháp ước tính, không chính xác tuyệt đối cho hơi nóng do bỏ qua nhiều yếu tố phức tạp trong dòng chảy nén được.
• Giới Hạn Áp Suất Tổn Thất: Phương pháp này thường cho kết quả chấp nhận được khi tỷ lệ tổn thất áp suất so với áp suất đầu vào không quá lớn (ví dụ, ΔP/P1 < 0.2 – 0.3, tùy thuộc vào độ chính xác yêu cầu). Nếu tổn thất áp suất lớn, cần sử dụng phương pháp chính xác hơn.
• Giá Trị Y, v, ρ1, Z: Việc xác định chính xác các giá trị Y, v, ρ1, Z là quan trọng. Tra bảng hơi nước hoặc sử dụng phần mềm nhiệt động lực học để có giá trị chính xác cho điều kiện hơi nóng của bạn. Ước tính Y = 0.6 – 0.7 chỉ là một cách đơn giản ban đầu.

Sử dụng biểu đồ lưu lượng/áp suất tổn thất do nhà sản xuất cung cấp

Đây là phương pháp chính xác nhất nếu nhà sản xuất van cung cấp dữ liệu cụ thể cho hơi nóng.

• Datasheet/Catalog Van: Kiểm tra datasheet hoặc catalog sản phẩm của nhà sản xuất van cầu. Nhiều nhà sản xuất cung cấp biểu đồ hoặc bảng dữ liệu tổn thất áp suất (pressure drop charts) cho van của họ, bao gồm cả cho hơi nóng ở các điều kiện khác nhau.
• Biểu Đồ Lưu Lượng – Áp Suất Tổn Thất: Biểu đồ này thường thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng hơi (thường trên trục ngang) và tổn thất áp suất (trên trục dọc) cho các kích thước van và độ mở van khác nhau, ở các áp suất đầu vào cụ thể.
• Nội Suy (Interpolation): Nếu điều kiện làm việc của bạn nằm giữa các đường cong hoặc điểm dữ liệu trên biểu đồ, có thể cần nội suy để ước tính tổn thất áp suất.

Sử dụng phần mềm mô phỏng dòng chảy (cfd) hoặc phần mềm tính toán đường ống

Đối với các hệ thống phức tạp hoặc yêu cầu độ chính xác cao, sử dụng phần mềm mô phỏng dòng chảy (Computational Fluid Dynamics – CFD) hoặc phần mềm chuyên dụng cho tính toán hệ thống đường ống hơi là lựa chọn tốt nhất.

• CFD: Phần mềm CFD mô phỏng dòng chảy chất lưu trong van và đường ống một cách chi tiết, có thể tính toán tổn thất áp suất chính xác, kể cả cho dòng chảy nén được và phức tạp.
• Phần Mềm Tính Toán Đường Ống: Có nhiều phần mềm chuyên dụng cho thiết kế và phân tích hệ thống đường ống, bao gồm cả hệ thống hơi nóng. Các phần mềm này thường tích hợp cơ sở dữ liệu về tính chất hơi nước và các phương pháp tính toán tổn thất áp suất cho hơi nóng.

Các bước tính toán chung

1. Xác định Thông Số Đầu Vào:
   • Lưu lượng hơi (W hoặc Q)
   • Áp suất đầu vào (P1)
   • Nhiệt độ đầu vào (T1) hoặc trạng thái hơi (bão hòa/quá nhiệt)
   • Hệ số lưu lượng của van (Cv hoặc Kv) (nếu sử dụng phương pháp Cv/Kv)
   • Thông tin về van (kích thước, loại, độ mở van)
2. Xác định Phương Pháp Tính Toán:
   • Chọn phương pháp phù hợp dựa trên độ chính xác yêu cầu và dữ liệu sẵn có (Cv/Kv ước tính, biểu đồ nhà sản xuất, phần mềm chuyên dụng).
3. Tra Bảng Hơi Nước hoặc Tính Toán Tính Chất Hơi:
   • Xác định thể tích riêng (v) hoặc mật độ (ρ1) của hơi nóng ở điều kiện đầu vào (P1, T1) bằng cách tra bảng hơi nước hoặc sử dụng công cụ tính toán nhiệt động lực học trực tuyến.
4. Tính Toán Tổn Thất Áp Suất:
   • Áp dụng công thức đã chọn (ví dụ, công thức Cv/Kv cho hơi nóng) hoặc sử dụng biểu đồ/phần mềm để tính toán ΔP.
5. Kiểm Tra và Đánh Giá Kết Quả:
   • Đảm bảo đơn vị sử dụng nhất quán trong suốt quá trình tính toán.
   • Đánh giá độ tin cậy của kết quả dựa trên phương pháp tính toán đã sử dụng. Nếu sử dụng phương pháp ước tính Cv/Kv, lưu ý rằng kết quả có thể không chính xác tuyệt đối.
   • So sánh kết quả với các yêu cầu hệ thống hoặc kinh nghiệm thực tế (nếu có).

Ví dụ Ước Tính (Sử dụng Cv và công thức cho hơi nóng):

Giả sử bạn có một van cầu với Cv = 5, hơi nóng bão hòa ở áp suất đầu vào P1 = 100 psia (khoảng 6.89 bar tuyệt đối), lưu lượng hơi W = 1000 lb/h. Ước tính tổn thất áp suất.

1. Thông số đầu vào:
   • Cv = 5
   • P1 = 100 psia
   • W = 1000 lb/h
   • Hơi bão hòa
2. Tra bảng hơi nước: Ở 100 psia hơi bão hòa, thể tích riêng v ≈ 4.432 ft³/lb (lấy từ bảng hơi nước bão hòa).
3. Ước tính Y: Chọn Y = 0.6 (ước tính cho van cầu).
4. Tính toán ΔP:
   • Sử dụng công thức: ΔP = (W / (Cv * P1 * Y) )² * (v * Z)
   • Thay số: ΔP = (1000 / (5 * 100 * 0.6) )² * (4.432 * 1) (Giả sử Z ≈ 1)
   • Tính toán: ΔP ≈ 49.24 psi

Vậy, tổn thất áp suất ước tính khoảng 49.24 psi. Lưu ý rằng đây chỉ là một ước tính và độ chính xác phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cả giá trị Y và Z được chọn, cũng như bản chất ước tính của công thức Cv/Kv cho hơi nóng.

Khuyến Nghị:

• Ưu tiên sử dụng datasheet/catalog của nhà sản xuất van để có thông tin chính xác nhất về tổn thất áp suất cho hơi nóng.
• Nếu không có dữ liệu từ nhà sản xuất, sử dụng công thức Cv/Kv cho hơi nóng chỉ nên dùng cho mục đích ước tính ban đầu. Cần lưu ý các giới hạn của phương pháp này, đặc biệt khi tổn thất áp suất lớn hoặc yêu cầu độ chính xác cao.
• Đối với các hệ thống quan trọng hoặc phức tạp, nên sử dụng phần mềm mô phỏng dòng chảy hoặc phần mềm tính toán hệ thống đường ống chuyên dụng để đảm bảo độ chính xác.
• Luôn kiểm tra và đảm bảo tính nhất quán của đơn vị trong suốt quá trình tính toán.
• Khi không chắc chắn về phương pháp hoặc kết quả, hãy tham khảo ý kiến của kỹ sư chuyên ngành.

Cách tính suất tổn thất trong van cầu đối với Chất lỏng

Để tính áp suất tổn thất của van cầu (Globe valve) đối với chất lỏng, bạn sẽ sử dụng các công thức và hệ số liên quan đến đặc tính dòng chảy của van và chất lỏng. Dưới đây là hướng dẫn chi tiết:

Các yếu tố ảnh hưởng đến áp suất tổn thất chất lỏng

• Lưu lượng dòng chảy (Q): Lưu lượng chất lỏng càng lớn, áp suất tổn thất càng tăng. Mối quan hệ thường là bậc hai.
• Hệ số lưu lượng của van (Cv hoặc Kv): Đây là thông số quan trọng nhất, thể hiện khả năng lưu thông của van. Cv (hệ số hệ Anh) và Kv (hệ số hệ mét) càng lớn, van càng ít gây tổn thất áp suất. Giá trị này được cung cấp bởi nhà sản xuất van.
• Tỷ trọng riêng (SG) hoặc Mật độ (ρ) của chất lỏng: Chất lỏng có tỷ trọng hoặc mật độ cao hơn sẽ tạo ra áp suất tổn thất lớn hơn.
• Độ nhớt của chất lỏng (μ hoặc ν): Độ nhớt cao hơn làm tăng ma sát, dẫn đến tổn thất áp suất lớn hơn, đặc biệt trong chế độ dòng chảy tầng (laminar). Tuy nhiên, trong nhiều ứng dụng công nghiệp với dòng chảy rối (turbulent), ảnh hưởng của độ nhớt có thể ít đáng kể hơn so với các yếu tố khác.
• Kích thước và thiết kế bên trong của van: Van có kích thước lớn hơn thường có Cv/Kv lớn hơn và do đó tổn thất áp suất thấp hơn (cho cùng một loại van). Thiết kế bên trong, đường dẫn dòng chảy cũng ảnh hưởng đến tổn thất.
• Độ mở của van: Van cầu thường được dùng để điều tiết dòng chảy. Khi van mở ít hơn, đường đi dòng chảy bị thu hẹp, làm tăng vận tốc và tổn thất áp suất. Công thức dưới đây thường áp dụng cho van mở hoàn toàn hoặc ở một độ mở nhất định mà nhà sản xuất cung cấp dữ liệu Cv/Kv.

Công thức tính áp suất tổn thất

Công thức phổ biến nhất để tính áp suất tổn thất qua van sử dụng hệ số lưu lượng Cv (hệ Anh) hoặc Kv (hệ mét).

Sử dụng hệ số Cv (hệ đo lường Anh)

Công thức tính áp suất tổn thất (ΔP) cho chất lỏng thường là:

ΔP = (Q / Cv)² × SG

Trong đó:

• ΔP: Áp suất tổn thất (psi – pound per square inch).
• Q: Lưu lượng dòng chảy (gpm – gallon per minute).
• Cv: Hệ số lưu lượng của van (không thứ nguyên, thường được cung cấp bởi nhà sản xuất).
• SG: Tỷ trọng riêng của chất lỏng (Specific Gravity) so với nước ở nhiệt độ tham khảo (thường là 60°F hoặc 4°C). Đối với nước, SG = 1.

Sử dụng hệ số Kv (hệ đo lường mét)

Công thức tính áp suất tổn thất (ΔP) trong hệ mét có nhiều biến thể nhỏ, nhưng một dạng phổ biến là:

ΔP = (Q / Kv)² × (ρ / 1000) hoặc ΔP = (Q / Kv)² × ρ (với đơn vị ΔP khác nhau)

Để thống nhất và phổ biến, công thức thường được biểu diễn để ΔP ra đơn vị bar và ρ là kg/m³:

ΔP = (Q / Kv)² × ρ (với ΔP tính bằng kPa nếu ρ là kg/m³ và Q là m³/h và Kv có đơn vị tương ứng để đảm bảo thứ nguyên, nhưng khi sử dụng thực tế, thường đơn giản hóa thành công thức trên và hiểu ΔP sẽ có đơn vị phù hợp – cần kiểm tra kỹ đơn vị của Kv do nhà sản xuất cung cấp)

Hoặc một số tài liệu có thể chuẩn hóa để ΔP gần đúng đơn vị bar bằng cách chia thêm cho 1000:

ΔP = (Q / Kv)² × (ρ / 1000) (với ΔP gần đúng đơn vị bar, Q tính bằng m³/h, Kv có đơn vị tương ứng, và ρ tính bằng kg/m³)

Để đơn giản và phổ biến, công thức thường được dùng và hiểu như sau (với ΔP ra đơn vị bar):

ΔP = (Q / Kv)² × ρ

Trong đó:

• ΔP: Áp suất tổn thất (bar).
• Q: Lưu lượng dòng chảy (m³/h – mét khối trên giờ).
• Kv: Hệ số lưu lượng của van (không thứ nguyên, thường được cung cấp bởi nhà sản xuất).
• ρ: Mật độ của chất lỏng (kg/m³ – kilogram trên mét khối). Đối với nước ở khoảng 4°C, ρ ≈ 1000 kg/m³.

Quan trọng về đơn vị và hệ số:

• Đơn vị phải nhất quán: Khi sử dụng công thức, điều cực kỳ quan trọng là phải đảm bảo tất cả các đơn vị đều tương thích với công thức bạn đang dùng. Nếu bạn dùng công thức Cv, lưu lượng phải là gpm, áp suất tổn thất ra psi. Nếu dùng Kv, lưu lượng m³/h, mật độ kg/m³, áp suất tổn thất có thể ra bar hoặc kPa tùy theo cách công thức được chuẩn hóa và đơn vị của Kv (thường không thứ nguyên nhưng phải tương thích với đơn vị lưu lượng và áp suất). Luôn kiểm tra kỹ đơn vị của Cv và Kv mà nhà sản xuất cung cấp và công thức tương ứng.
• Giá trị Cv và Kv: Giá trị Cv và Kv là đặc trưng riêng cho từng loại van, kích thước van, và thậm chí có thể thay đổi theo độ mở van (đối với các van điều tiết). Thông tin này bắt buộc phải lấy từ datasheet hoặc catalog của nhà sản xuất van. Nếu không có thông tin này, việc tính toán chính xác là không thể.
• Tỷ trọng riêng (SG) và Mật độ (ρ): Đối với chất lỏng khác nước, bạn cần sử dụng giá trị SG hoặc ρ chính xác của chất lỏng đó ở nhiệt độ vận hành. Tra cứu các bảng tra cứu tính chất vật lý của chất lỏng hoặc sử dụng các công cụ trực tuyến để tìm giá trị này.
• Công thức cho chất lỏng, không dùng cho khí/hơi: Các công thức trên được thiết kế cho chất lỏng, là chất không nén được (hoặc ít nén được). Không sử dụng chúng để tính áp suất tổn thất cho chất khí hoặc hơi. Đối với chất khí và hơi, công thức tính toán phức tạp hơn nhiều.
• Độ mở van: Các công thức Cv/Kv thường được cung cấp và chính xác nhất cho van mở hoàn toàn. Nếu van được sử dụng để điều tiết dòng chảy và làm việc ở các độ mở khác nhau, tổn thất áp suất sẽ thay đổi. Một số nhà sản xuất cung cấp đồ thị hoặc bảng giá trị Cv/Kv theo độ mở van, hoặc cung cấp “hệ số trở lực” (K-factor) có thể dùng để tính toán tổn thất ở các độ mở khác nhau.

Ví dụ 2 (Sử dụng Cv và hệ Anh)

Giả sử bạn có một van cầu với Cv = 8.0. Bạn muốn tính áp suất tổn thất khi nước (SG = 1) chảy qua van với lưu lượng 40 gpm.

Sử dụng công thức: ΔP = (Q / Cv)² × SG

Thay số: ΔP = (40 gpm / 8.0)² × 1

Tính toán: ΔP = (5)² × 1 = 25 psi

Vậy, áp suất tổn thất qua van cầu trong trường hợp này là 25 psi.

Nguồn thông tin Cv/Kv:

Bạn có thể tìm thông tin về hệ số Cv hoặc Kv trong:

• Datasheet (bảng thông số kỹ thuật) của nhà sản xuất van: Đây là nguồn thông tin chính xác và đáng tin cậy nhất. Datasheet thường có sẵn trên website của nhà sản xuất hoặc khi bạn yêu cầu từ nhà cung cấp.
• Catalog sản phẩm của nhà sản xuất van: Catalog in hoặc catalog trực tuyến cũng thường chứa bảng thông số kỹ thuật của van, bao gồm Cv hoặc Kv.
• Phần mềm lựa chọn van của nhà sản xuất: Một số nhà sản xuất cung cấp phần mềm hoặc công cụ trực tuyến giúp bạn chọn van và tính toán các thông số kỹ thuật, trong đó có áp suất tổn thất.
• Liên hệ trực tiếp với nhà sản xuất hoặc nhà cung cấp van: Nếu bạn không tìm thấy thông tin Cv/Kv trong tài liệu sẵn có, hãy liên hệ trực tiếp với nhà sản xuất hoặc nhà cung cấp van để được hỗ trợ. Họ sẽ cung cấp thông tin chính xác nhất cho sản phẩm của họ.

Tóm lại các bước tính áp suất tổn thất van cầu cho chất lỏng:

1. Xác định lưu lượng dòng chảy (Q) của chất lỏng qua van.
2. Xác định hệ số lưu lượng (Cv hoặc Kv) của van cầu bạn đang sử dụng (từ datasheet, catalog nhà sản xuất).
3. Xác định tỷ trọng riêng (SG) hoặc mật độ (ρ) của chất lỏng ở nhiệt độ vận hành.
4. Chọn công thức phù hợp (dùng Cv và SG cho hệ Anh, hoặc Kv và ρ cho hệ mét) và đảm bảo sử dụng đúng đơn vị.
5. Thay số và tính toán áp suất tổn thất (ΔP).
6. Kiểm tra lại đơn vị và kết quả. Đảm bảo kết quả có ý nghĩa vật lý (ví dụ, áp suất tổn thất không âm).

Luôn ưu tiên sử dụng thông tin Cv/Kv từ nhà sản xuất van để có kết quả chính xác nhất. Nếu bạn không chắc chắn về phương pháp tính toán hoặc đơn vị sử dụng, hãy tìm kiếm sự tư vấn từ kỹ sư chuyên ngành.

Áp suất tổn thất trong van cầu là sự giảm áp suất của chất lưu khi chảy qua van, do cấu trúc thiết kế đặc trưng của van cầu tạo ra nhiều trở lực dòng chảy. Hiểu rõ về áp suất tổn thất và các yếu tố ảnh hưởng đến nó là cần thiết để lựa chọn van phù hợp, thiết kế hệ thống hiệu quả, và vận hành hệ thống một cách tối ưu. Khi cần tính toán áp suất tổn thất cụ thể, bạn cần sử dụng các công thức và hệ số (Cv hoặc Kv) do nhà sản xuất van cung cấp, cũng như xem xét các yếu tố như lưu lượng, tính chất chất lưu, và độ mở van.

Tìm hiểu thêm: So sánh van cầu với các loại van khác