Cấu tạo của van bướm điều khiển điện gồm hai khối ghép với nhau bằng mặt bích ISO 5211: bộ truyền động điện (motor, hộp số, cơ cấu giới hạn hành trình, mạch điều khiển) và thân van bướm (thân, đĩa, trục, gioăng hoặc lớp lót). Bộ truyền động tạo mô-men quay 90°, thân van biến chuyển động đó thành việc đóng, mở hoặc điều tiết dòng chảy. Hiểu từng bộ phận làm bằng gì, vì sao chọn vật liệu đó và hỏng thì biểu hiện ra sao giúp bạn chọn đúng model, đấu nối đúng và bảo trì đúng chỗ.
Bài này đi sâu vào bên trong từng khối của cấu tạo của van bướm điều khiển điện. Nếu bạn mới làm quen với thiết bị, hãy xem trước van điều khiển điện nói chung và van bướm điều khiển điện là gì để nắm nguyên lý làm việc; còn cách chia nhóm sản phẩm theo chức năng, điện áp, kiểu nối nằm ở bài phân loại van bướm điều khiển điện.
Tổng quan cấu tạo của van bướm điều khiển điện: hai khối, một đường truyền mô-men
Để đọc được cấu tạo của van bướm điều khiển điện, hãy theo đường đi của mô-men. Mô-men đi theo một chuỗi cố định: motor, hộp số giảm tốc, trục đầu ra của bộ truyền động, khớp nối, trục van, đĩa van. Phản hồi đi theo chiều ngược lại: vị trí đĩa van được cam và công tắc hành trình (hoặc biến trở, cảm biến từ) ghi nhận rồi gửi về tủ điều khiển. Mọi hư hỏng cơ khí hay điện đều nằm đâu đó trên chuỗi này, nên khi chẩn đoán, người có kinh nghiệm luôn dò theo chuỗi thay vì nghi ngờ cả thiết bị.
| Khối | Bộ phận chính | Nhiệm vụ |
|---|---|---|
| Bộ truyền động điện | Vỏ, motor, hộp số, cam – công tắc hành trình, chỉ báo, tay quay khẩn cấp, bo mạch, điện trở sấy, đầu cáp | Tạo mô-men, dừng đúng vị trí, báo vị trí về hệ thống |
| Mặt bích và khớp nối | Mặt bích ISO 5211, ống lót truyền (bush) hoặc khớp trục | Gắn bộ truyền động vào van, truyền mô-men sang trục van |
| Thân van bướm | Thân, đĩa, trục, gioăng (lớp lót), bạc lót | Tạo đường chảy, đóng kín, chịu áp và hóa chất |
Mặt bích ISO 5211 quy định kích thước lỗ bắt vít và vòng định tâm theo từng cỡ (F03, F05, F07, F10, F12…), nên bộ truyền động và van của hai hãng khác nhau vẫn lắp được vào nhau nếu cùng cỡ bích và đúng kiểu đầu trục. Khi lắp lẫn hãng, cần kiểm tra thêm mô-men và kích thước đầu trục vuông hoặc hai mặt phẳng: trong cấu tạo của van bướm điều khiển điện, đây là chỗ hàng của hai nhà sản xuất hay lệch nhau.
Cấu tạo của van bướm điều khiển điện: bộ truyền động
Vỏ bộ truyền động: nhôm đúc, sơn tĩnh điện và cấp bảo vệ
Trong cấu tạo của van bướm điều khiển điện, vỏ thường là hợp kim nhôm đúc áp lực phủ sơn tĩnh điện. Nhôm nhẹ, tản nhiệt tốt cho motor đang tỏa nhiệt bên trong, dễ đúc chi tiết phức tạp; lớp sơn bảo vệ khỏi ăn mòn khí quyển. Gioăng O-ring ở nắp và các đầu cáp quyết định cấp bảo vệ IP: IP67 là mức phổ biến (chịu bụi, ngâm tạm thời 1 m trong 30 phút theo IEC 60529), còn IP68 dành cho vị trí có thể ngập lâu, với điều kiện do nhà sản xuất công bố.
Khu vực có hơi khí cháy cần vỏ chống cháy nổ Ex d (ATEX/IECEx), thành vỏ dày hơn và các khe mối ghép (flame path) được gia công chính xác, đủ dài và hẹp để làm nguội khí cháy thoát ra, không cho ngọn lửa từ một vụ nổ bên trong lan ra môi trường.
Dấu hiệu hư hỏng điển hình là gioăng nắp chai cứng sau vài năm nắng nóng, hơi ẩm lọt vào và đọng nước trên bo mạch. Khi mở nắp kiểm tra, vết rỉ trên đầu vít hoặc cặn trắng trên mạch là bằng chứng nước đã vào.
Motor điện trong cấu tạo của van bướm điều khiển điện: tụ 1 pha, 3 pha hay DC
Motor là bộ phận sinh ra mô-men gốc. Trong cấu tạo của van bướm điều khiển điện, motor quyết định điện áp nguồn, dòng khởi động và chế độ làm việc của cả bộ.
Bộ truyền động nhỏ và trung bình dùng motor 1 pha 220 VAC có tụ (tụ tạo lệch pha giữa hai cuộn dây để motor tự quay; cấp điện vào đầu cuộn nào thì motor quay theo chiều đó), hoặc motor 24 VDC/24 VAC cho hệ điều khiển điện áp thấp. Bộ mô-men lớn dùng motor 3 pha 380 VAC vì motor 3 pha có từ trường quay sẵn, hiệu suất cao và không cần tụ.
Motor 3 pha cần kiểm tra thứ tự pha: đấu ngược pha thì lệnh mở lại chạy về phía đóng, trong khi công tắc hành trình đang chờ ở đầu mở nên không ngắt; motor ép vào cữ chặn cho tới khi công tắc mô-men hoặc rơ-le nhiệt cắt, dễ hỏng hộp số. Nhiều bộ 3 pha có mạch kiểm tra thứ tự pha để chặn lỗi này.
Bên trong cuộn dây có bộ bảo vệ nhiệt (thermostat), thường ngắt trong khoảng 120–150 °C tùy cấp cách điện (tham khảo). Bộ On/Off thường thiết kế chế độ S2 (làm việc ngắn hạn), bộ tuyến tính thiết kế S4 (đóng cắt lặp lại, giới hạn số lần khởi động mỗi giờ) theo IEC 60034-1. Dùng bộ On/Off để điều tiết liên tục là lỗi hay gặp: motor nóng, thermostat ngắt, van đứng yên và người vận hành tưởng bộ truyền động bị hỏng.
Hộp số trục vít – bánh vít: giảm tốc và tự hãm
Motor quay nhanh nhưng yếu, còn đĩa van cần quay chậm và mạnh. Hộp số giảm tốc làm việc đó, và đây là chi tiết quyết định việc van có giữ được vị trí khi mất nguồn hay không: mô-men đầu ra xấp xỉ mô-men motor nhân tỉ số truyền nhân hiệu suất.
Với bộ truyền động điện quay, phần cuối thường là cặp trục vít – bánh vít. Khi góc xoắn của ren trục vít nhỏ hơn góc ma sát, bánh vít không thể kéo ngược trục vít, nên cơ cấu tự hãm: mất điện hoặc đĩa van bị dòng chảy đẩy, van vẫn giữ nguyên vị trí. Cái giá phải trả là hiệu suất thấp (thường chỉ 30–60 %, tham khảo) và mài mòn trượt, vì vậy bánh vít thường là đồng thanh hoặc hợp kim cứng, ăn khớp với trục vít thép và được bôi mỡ chuyên dụng.
Với cấu tạo của van bướm điều khiển điện dùng hộp số này, hư hỏng thường thấy là mòn răng bánh vít khi quá tải hoặc mỡ khô: van quay có tiếng lạch cạch, hành trình rơ, góc dừng lệch dần dù cam không đổi.
Cam và công tắc hành trình, công tắc mô-men
Cam là bộ phận đơn giản nhưng quan trọng nhất trong cấu tạo của van bướm điều khiển điện về mặt độ kín. Cam gắn trên trục đầu ra quay theo van. Khi tới góc mở hoặc đóng đã cài, cam ấn vào Limit switch (Wikipedia), tức công tắc hành trình, để cắt nguồn motor. Thông thường có hai cặp công tắc cho vị trí mở và đóng, cộng thêm hai công tắc phụ để báo trạng thái về PLC. Cam chỉnh sai vài độ là đủ để đĩa van không ép hết lên gioăng (rò rỉ) hoặc ép quá mức (mòn gioăng, tăng mô-men).
Bộ có mô-men lớn còn có công tắc mô-men: cơ cấu lò xo đo lực phản tác dụng lên trục vít, ngắt motor khi mô-men vượt ngưỡng đặt. Nó bảo vệ trục, đĩa và hộp số khi có vật cứng kẹt trong đường ống hoặc gioăng trương nở làm van nặng bất thường.
Chỉ báo vị trí, tay quay và lục giác khẩn cấp
Bộ phận người vận hành nhìn thấy đầu tiên trong cấu tạo của van bướm điều khiển điện là chỉ báo vị trí, một mặt chỉ thị hình cầu hoặc kính nhìn trên nắp, cho biết nhanh van đang đóng hay mở ngay cả khi tắt nguồn.
Tay quay (hoặc ổ lục giác để lắp cờ-lê) cho phép chuyển vị trí van bằng tay khi mất điện hoặc khi chỉnh cam. Hai điểm cần nhớ: phải cắt điện trước khi can thiệp tay, và với bộ có ly hợp cần gạt cơ cấu về chế độ tay trước khi quay, nếu không sẽ ép gãy bánh răng. Vì hiệu suất cặp trục vít – bánh vít thấp, quay tay ở bộ lớn khá nặng và cần nhiều vòng tay quay cho 90°.
Bo mạch, biến trở phản hồi và điện trở sấy
Ở bộ tuyến tính, cấu tạo của van bướm điều khiển điện có thêm bo định vị nhận tín hiệu điều khiển 4–20 mA hoặc 0–10 V (2–10 V), so sánh với vị trí thực đọc từ biến trở hoặc cảm biến từ, rồi điều khiển motor tới khi hai giá trị trùng nhau. Tín hiệu phản hồi vị trí cũng là 4–20 mA. Dòng 4 mA được chọn làm điểm 0 để hệ thống phân biệt được vị trí đóng thực sự với đứt dây (đứt dây cho 0 mA), và dòng điện ít bị điện trở dây ảnh hưởng hơn tín hiệu áp trên đường cáp dài.
Điện trở sấy công suất nhỏ (vài oát đến khoảng chục oát, tham khảo) giữ nhiệt độ trong vỏ cao hơn môi trường vài độ. Lý do là chênh lệch nhiệt ngày – đêm làm vỏ hít không khí ẩm vào rồi ngưng tụ thành giọt nước trên bo mạch; điện trở sấy giữ không cho điểm sương xuất hiện. Bo mạch cháy do ẩm thường gặp ở thiết bị lắp ngoài trời mà người dùng tháo hoặc không đấu điện trở sấy.
Đầu cáp, đầu nối và mặt bích lắp van
Điểm tiếp xúc giữa cấu tạo của van bướm điều khiển điện và hệ thống bên ngoài là cụm đầu cáp. Dây nguồn và dây tín hiệu đi qua đầu cáp (cable gland) có gioăng ép, thường cỡ M20 hoặc ren NPT ½” (tham khảo). Siết gland vừa đủ để gioăng ôm cáp mà không bẹp; gland lỏng là đường nước vào phổ biến nhất của vỏ IP67. Thứ tự đấu cực tính, tín hiệu và nguồn được trình bày trong bài đấu dây bộ điện. Phía dưới, mặt bích ISO 5211 cùng ống lót đầu trục vuông hoặc hai mặt phẳng kết nối với trục van.
Cấu tạo của van bướm điều khiển điện: thân van, đĩa, trục, gioăng
Thân van: gang dẻo, thép, inox hay nhựa
Ở khối thân van, cấu tạo của van bướm điều khiển điện bắt đầu từ thân, bộ phận chịu áp đường ống và tạo đường chảy.
Với nước sạch, nước thải và HVAC, thân gang dẻo (ductile iron) phủ epoxy là lựa chọn phổ biến vì rẻ, chịu áp PN10/PN16 đủ dùng và dễ đúc cỡ lớn. Môi chất ăn mòn hoặc thực phẩm cần inox: inox 304 chịu nước sạch và nhiều hóa chất nhẹ, còn inox 316 có thêm 2–3 % molypden giúp màng thụ động bền hơn, chống rỗ do ion Cl⁻ trong nước muối và nước biển. Thân UPVC dùng cho axit, kiềm loãng ở nhiệt độ thấp (thường dưới khoảng 60 °C, tham khảo) vì nhựa không bị ăn mòn điện hóa nhưng mềm đi khi nóng.
Tiêu chí lựa chọn chi tiết nằm trong bài chọn vật liệu thân và đĩa van.
Đĩa van và trục
Đĩa là cánh tròn nằm trong dòng chảy. Vuông góc dòng thì đóng, song song thì mở; ở giữa thì điều tiết, nhưng đĩa luôn nằm giữa dòng nên van bướm có tổn thất áp nhất định ngay cả khi mở hoàn toàn. Đĩa gang dẻo mạ niken hoặc phủ epoxy dùng cho nước thông thường; đĩa inox 304/316 dùng cho môi chất ăn mòn; đĩa phủ PTFE dùng khi cần chống bám và kháng hóa chất.
Trục truyền mô-men từ bộ truyền động xuống đĩa, thường bằng inox (410, 304 hoặc 316), có thể làm một thanh suốt hoặc hai nửa trục. Trục hai nửa giảm vật liệu nằm trong dòng chảy nhưng khó giữ đồng tâm hơn.
Trong cấu tạo của van bướm điều khiển điện, hư hỏng ở đĩa và trục gồm đĩa xước, rỗ do hạt rắn hoặc xâm thực, và trục mòn ở vị trí bạc lót làm đĩa lệch tâm so với gioăng. Biểu hiện là van đóng không kín dù cam đặt đúng, mô-men tăng bất thường ở một đầu hành trình.
Gioăng và lớp lót trong cấu tạo của van bướm điều khiển điện: vì sao EPDM, NBR, PTFE, FKM
Trong cấu tạo của van bướm điều khiển điện, gioăng (lớp lót) là bộ phận chịu mài mòn và hóa chất nhiều nhất, và cũng là bộ phận phải thay đầu tiên. Chi tiết loại, kích thước và cách thay có trong bài gioăng làm kín van bướm; dưới đây là phần cơ chế để hiểu vì sao mỗi loại có giới hạn riêng.
| Vật liệu | Dùng cho | Nhiệt độ (tham khảo) | Cơ chế và giới hạn |
|---|---|---|---|
| EPDM | Nước, nước nóng, kiềm loãng | −20…+120 °C | Mạch không phân cực nên bền nước và ozon; nhưng dầu khoáng là hydrocarbon không phân cực sẽ thấm vào và làm trương nở, vì vậy không dùng cho dầu |
| NBR | Dầu, nhiên liệu | −10…+80 °C | Nhóm nitrile phân cực nên khó hòa lẫn với dầu hydrocarbon không phân cực, ít trương nở; kém chịu ozon, nước nóng và nhiệt độ cao |
| PTFE | Axit, dung môi, hóa chất mạnh | −20…+180 °C (van bướm lót PTFE thường thấp hơn, xem catalogue) | Liên kết C–F rất bền, lớp nguyên tử flo bao kín mạch carbon nên gần như trơ; nhược điểm là cứng, chảy lạnh (creep) dưới tải nên độ kín kém hơn cao su |
| FKM (Viton) | Axit, dầu nóng | Đến khoảng 200 °C | Mạch fluoropolymer bền nhiệt và hóa chất; đắt hơn, kém chịu hơi nước nóng và một số amin |
Một điểm kỹ sư thường bỏ sót: gioăng cao su có độ nén dư. Van để đóng một chỗ nhiều tháng, gioăng bị ép lõm tại vùng tiếp xúc, lần mở đầu tiên cần mô-men lớn hơn giá trị đo khi van còn mới. Đó là lý do hệ số an toàn khi chọn mô-men cần 1,3–1,5 lần.
Bạc lót, gioăng trục và kiểu đĩa
Phần ít được nhắc tới của cấu tạo của van bướm điều khiển điện là bạc lót. Trục xuyên qua thân nên cần bạc lót (PTFE, đồng hoặc inox bọc PTFE) để giảm ma sát, và cần gioăng hoặc O-ring để dòng chảy không rò theo trục ra ngoài. Ở van bướm lót cao su, phần lót bẻ ôm lên cổ trục đóng luôn vai trò làm kín trục. Bạc lót mòn làm đĩa rung khi mở hé, nhận biết bằng tiếng gõ nhẹ khi điều tiết.
Kiểu đĩa cũng là một phần cấu tạo của van bướm điều khiển điện: trục đồng tâm cho gioăng cao su ép toàn chu vi, phù hợp áp thấp và nhiệt độ vừa; trục lệch tâm kép và lệch tâm ba giúp đĩa rời khỏi gioăng ngay khi bắt đầu mở, giảm mài mòn và cho phép làm kín bằng kim loại chịu nhiệt, áp cao hơn. Phần so sánh từng kiểu nằm trong bài van bướm đồng tâm, lệch tâm kép, lệch tâm ba.
Bảng tổng hợp cấu tạo của van bướm điều khiển điện: vật liệu, lý do chọn, dấu hiệu hư hỏng
| Bộ phận | Vật liệu thường gặp | Lý do chọn | Dấu hiệu hư hỏng |
|---|---|---|---|
| Vỏ bộ truyền động | Nhôm đúc sơn tĩnh điện | Nhẹ, tản nhiệt, chống ăn mòn khí quyển | Gioăng nắp chai, nước đọng trong vỏ |
| Motor | Đồng, thép silic, cách điện cấp F hoặc B | Mô-men khởi động và điện áp phù hợp lưới | Nóng, ngắt nhiệt, ù không quay |
| Hộp số | Trục vít thép, bánh vít đồng thanh | Giảm tốc lớn, tự hãm | Tiếng lạch cạch, rơ hành trình |
| Cam, công tắc hành trình | Nhựa kỹ thuật, tiếp điểm bạc | Dừng đúng góc, báo vị trí | Van không dừng, mất tín hiệu mở/đóng |
| Thân van | Gang dẻo, inox 304/316, UPVC | Chịu áp, kháng môi chất | Rỉ, rỗ, nứt chân bích |
| Đĩa van | Gang mạ, inox, phủ PTFE | Chống ăn mòn, giảm bám bẩn | Xước, rỗ, đóng không kín |
| Trục | Inox 410/304/316 | Chịu xoắn, chống ăn mòn | Mòn bạc, đĩa lệch tâm |
| Gioăng, lớp lót | EPDM, NBR, PTFE, FKM | Kín và kháng hóa chất | Trương nở, chai nứt, rò khi đóng |
Cấu tạo ảnh hưởng thế nào đến việc chọn và bảo trì
Cấu tạo của van bướm điều khiển điện quyết định ba việc ngoài hiện trường, và cả ba đều dẫn về thông số trong bảng ở trên. Thứ nhất là chọn mô-men: mô-men định mức của bộ truyền động nên bằng mô-men mở cần thiết của van nhân hệ số an toàn 1,3–1,5 (tham khảo, tra bảng mô-men của hãng van).
Ví dụ minh họa: van DN200 có mô-men mở tra theo bảng là 80 N·m thì chọn bộ từ 80 × 1,4 = 112 N·m trở lên, tức cấp mô-men gần nhất phía trên trong dãy của hãng (ví dụ 125 hoặc 150 N·m), chứ không chọn bộ 100 N·m vì dư địa chỉ 25 %.
Thứ hai là chọn vật liệu theo môi chất: gioăng, đĩa và thân phải cùng chịu được môi chất và nhiệt độ. Khi đọc cấu tạo của van bướm điều khiển điện trong bản vẽ, hãy đối chiếu cả cặp vật liệu thân – đĩa. Chọn thân gang không lót kín với đĩa inox mà môi chất là nước biển, chẳng hạn, thì phần gang tiếp xúc nước bị ăn mòn điện hóa vì hai kim loại khác nhau tiếp xúc trong chất điện ly. Thứ ba là lịch bảo trì, với trình tự gợi ý trong bài bảo trì bộ truyền động điện:
- Ngắt nguồn, treo biển cảnh báo, giảm áp đường ống nếu cần tháo van.
- Mở nắp, kiểm tra gioăng nắp, cặn ẩm, điện trở sấy và siết lại đầu cáp.
- Kiểm tra mỡ hộp số và độ rơ khi quay tay.
- Đo lại mô-men hoặc dòng motor; tăng bất thường báo hiệu gioăng, bạc hoặc hộp số đang xuống cấp.
- Chạy thử mở – đóng, đối chiếu tín hiệu phản hồi 4–20 mA với vị trí thực.
Hãy ghi lại các chỉ số này ngay sau khi lắp, để so sánh về sau thay vì dựa vào cảm giác. Người nắm rõ cấu tạo của van bướm điều khiển điện sẽ biết nên đo ở bộ phận nào, thay vì thay cả bộ truyền động khi chỉ một gioăng nắp bị chai.
Kết luận về cấu tạo của van bướm điều khiển điện
Nắm được cấu tạo của van bướm điều khiển điện nghĩa là biết mỗi bộ phận làm gì, bằng vật liệu nào, vì sao và khi hỏng thì nhìn vào đâu: nhôm đúc cho vỏ, hộp số trục vít giữ vị trí khi mất điện, cam hành trình quyết định độ kín, và gioăng EPDM, NBR, PTFE hay FKM quyết định van sống được với môi chất nào. Khi cần chọn thiết bị cụ thể, hãy xem các van bướm điều khiển điện tại Viva kèm thông số mô-men, điện áp và cấp bảo vệ để đối chiếu với bảng ở trên.
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 cấu tạo của van bướm điều khiển điện
Cấu tạo của van bướm điều khiển điện gồm những bộ phận nào?
Cấu tạo của van bướm điều khiển điện gồm hai khối. Bộ truyền động có vỏ nhôm, motor, hộp số trục vít – bánh vít, cam và công tắc hành trình, bo mạch, chỉ báo vị trí, tay quay khẩn cấp. Thân van bướm có thân, đĩa, trục, gioăng hoặc lớp lót và bạc lót. Hai khối ghép với nhau qua mặt bích ISO 5211.
Vì sao hộp số của bộ truyền động dùng trục vít – bánh vít?
Cặp trục vít – bánh vít cho tỉ số giảm tốc lớn trong không gian nhỏ và có tính tự hãm khi góc xoắn ren nhỏ hơn góc ma sát. Nhờ đó khi mất điện hoặc bị dòng chảy đẩy, đĩa van vẫn giữ nguyên vị trí. Đổi lại hiệu suất truyền động thấp, nên mô-men motor phải dư để bù tổn hao.
Gioăng EPDM và NBR khác nhau thế nào trong cấu tạo của van bướm điều khiển điện?
EPDM có mạch không phân cực, bền nước và nước nóng đến khoảng 120 °C nhưng trương nở trong dầu khoáng. NBR có nhóm nitrile phân cực nên chịu dầu và nhiên liệu, dùng trong khoảng −10…+80 °C, kém chịu ozon và nhiệt cao. Chọn theo môi chất: nước dùng EPDM, dầu dùng NBR (nhiệt độ mang tính tham khảo).
Công tắc hành trình trong bộ truyền động có tác dụng gì?
Công tắc hành trình do cam trên trục đầu ra kích hoạt, cắt nguồn motor khi đĩa van tới góc mở hoặc đóng đã cài, đồng thời gửi tín hiệu trạng thái về PLC. Cài sai vài độ có thể khiến van đóng không kín hoặc ép quá mức làm mòn gioăng, nên phải chỉnh cam khi lắp và sau mỗi lần thay gioăng.
Có thể tự thay thế từng bộ phận trong cấu tạo của van bướm điều khiển điện không?
Gioăng nắp, đầu cáp, điện trở sấy, mỡ hộp số và tụ motor thường thay tại hiện trường nếu có phụ tùng đúng mã và ngắt điện an toàn. Hộp số, bo mạch và thay lớp lót của van lớn nên giao cho kỹ thuật viên hoặc nhà cung cấp, vì chỉnh sai cam và mô-men dễ gây rò rỉ hoặc hỏng bộ truyền động.
