Cấu tạo của van giảm áp: bộ phận, vật liệu và cách phối hợp

Cấu tạo của van giảm áp khác nhau rõ rệt giữa hai kiểu: van tác động trực tiếp gồm một thân với lò xo, màng, ty và đĩa van; van tác động gián tiếp gồm van chính dạng màng thủy lực kèm một van phụ (pilot), ống tín hiệu và các phụ kiện đo. Nắm rõ cấu tạo của van giảm áp giúp chọn đúng vật liệu, đọc được sự cố và biết bộ phận nào cần thay khi bảo trì. Khái niệm chung về thiết bị này nằm trong bài van giảm áp là gì; bài này đi vào từng bộ phận.

Trong cả hai kiểu, ký hiệu P1 là áp suất trước van và P2 là áp suất sau van (áp được điều chỉnh). Mọi bộ phận đều phục vụ một mục đích: làm cho khe hở giữa đĩa và bệ tự thay đổi theo P2 để giữ P2 gần giá trị đặt.

Cấu tạo của van giảm áp tác động trực tiếp

Cấu tạo của van giảm áp trực tiếp đơn giản và gọn, thường nối ren DN15–DN50. Lực điều khiển do lò xo đặt và áp suất P2 tác dụng lên màng tạo ra, không cần mạch phụ.

Thân van

Thân là phần lớn nhất trong cấu tạo của van giảm áp, chứa dòng chảy, tạo cửa vào, cửa ra và buồng chứa cụm đĩa – bệ. Thân thường đúc hoặc rèn, có thêm cổng đo áp để lắp đồng hồ P2. Vật liệu phổ biến là đồng thau hoặc đồng DZR cho nước sạch và khí nén, gang cầu cho nước cỡ lớn hơn, inox cho môi trường ăn mòn hoặc vệ sinh. Đồng thau trong nước mềm hoặc nhiều clorua bị khử kẽm nên thân xốp dần, vì vậy nước có tính xâm thực nên dùng DZR hoặc inox.

Dòng van giảm áp inox chọn thép 304 hoặc 316; 316 có molypden khoảng 2–3%, chống ăn mòn rỗ do clorua tốt hơn. Kiểu nối đầu thân (ren hay bích) được phân tích riêng ở bài hình thức nối trên van giảm áp.

Nắp van và lò xo đặt

Trong cấu tạo của van giảm áp, nắp (còn gọi nắp lò xo, bonnet) đóng kín buồng màng và giữ lò xo. Nắp có lỗ thông khí để màng chuyển động tự do, hoặc có ống dẫn hơi thoát nếu hãng thiết kế kín. Lò xo đặt (set spring) là thép lò xo, đôi khi mạ hoặc phủ chống gỉ; nó đẩy đĩa van về phía mở và tạo ra lực chuẩn để so với lực của P2. Trong cấu tạo của van giảm áp, mỗi lò xo có một dải chỉnh nhất định, ví dụ 0,5–5 bar hoặc 1,5–8 bar, nên khi cần áp ngoài dải phải đổi lò xo, không vặn quá giới hạn.

Vít chỉnh và ốc hãm

Vít chỉnh nằm trên đỉnh nắp, đè lên đĩa chặn lò xo. Vặn theo chiều kim đồng hồ là nén lò xo, áp đặt P2 tăng; ngược chiều là giảm. Ốc hãm (đai ốc khóa) giữ vít không tự xoay do rung, nên chỉnh xong phải siết lại. Nhiều van có nắp chụp hoặc chốt niêm phong để tránh bị chỉnh nhầm. Quy trình chỉnh và các lưu ý về áp tĩnh, áp động nằm ở bài cách chỉnh áp suất đầu ra cho van giảm áp.

Màng hoặc piston

Trong cấu tạo của van giảm áp, màng là bộ phận cảm nhận P2. Một mặt màng chịu áp P2, mặt kia chịu lò xo, nên màng chính là chỗ so sánh hai lực. Diện tích màng càng lớn thì cùng một thay đổi áp suất sinh ra lực càng lớn, van nhạy và độ lệch áp càng nhỏ. Về nguyên tắc cơ học, đây là loại màng ngăn (diaphragm) dạng tấm đàn hồi, ngăn cách hai khoang và truyền lực qua ty. Cấu tạo piston thay màng khi áp cao hoặc nhiệt cao: piston chịu được áp lớn hơn nhưng có ma sát ở vòng đệm nên phản ứng kém nhạy hơn.

Vật liệu màng cần khớp với môi chất. EPDM hợp với nước, kể cả nước nóng tới khoảng 110–120 °C (tham khảo) nhưng phồng và hỏng khi gặp dầu. NBR dùng cho khí nén có dầu và nước lạnh, đến khoảng 80 °C. FKM (Viton) chịu dầu, hóa chất và nhiệt cao hơn. Với hơi, cao su không chịu nổi trên 150–200 °C, nên dùng màng thép không gỉ hoặc ống xếp (bellows).

Ty van, đĩa van và bệ van

Ty van nối màng với đĩa trong cấu tạo của van giảm áp, truyền chuyển động thẳng đứng và định tâm đĩa. Ty thường làm bằng inox để không gỉ, bề mặt gia công mịn để giảm ma sát qua vòng đệm. Nếu ty cong hoặc kẹt, đĩa không về đúng vị trí và van rò.

Đĩa và bệ là cặp tạo khe hở điều tiết, phần quyết định chất lượng điều áp trong cấu tạo của van giảm áp. Đĩa thường có mặt đệm đàn hồi (EPDM, NBR, PTFE) để đóng kín, còn với hơi thì dùng mặt kim loại, inox cứng hoặc phủ stellite chống mài mòn do vận tốc hơi cao. Đĩa nhỏ so với van đóng mở thông thường vì hành trình chỉ vài milimét. Đây là cặp chi tiết mòn nhiều nhất: cặn cứng, hạt hàn hoặc xâm thực làm xước bệ, khiến P2 tăng dần khi không dùng.

Lưới lọc tích hợp (nếu có)

Ở cấu tạo của van giảm áp trực tiếp cỡ nhỏ, một số hãng đặt sẵn lưới lọc inox ở cửa vào, mắt lưới khoảng 40–100 mesh tùy môi chất. Lưới lọc giữ cặn không lọt vào khe đĩa – bệ.

Lưới này nhỏ nên nhanh tắc; không thay cho lọc Y bên ngoài ở công trình mới hoặc nước nhiều cặn.

Cấu tạo của van giảm áp tác động gián tiếp

Cấu tạo của van giảm áp gián tiếp thường gặp ở cỡ DN50 trở lên, nối bích. Nó gồm hai phần: van chính chịu lưu lượng, và mạch pilot điều khiển van chính. Cách đặt hai phần này cho phép độ lệch áp nhỏ và lưu lượng lớn.

Van chính dạng màng thủy lực

Van chính (main valve) kiểu màng thủy lực có thân gang cầu, thép đúc hoặc inox, phủ sơn epoxy bên trong và ngoài đối với thân gang để chống gỉ khi tiếp xúc nước. Bên trong là cụm đĩa – bệ, màng có lõi cứng hoặc đĩa trượt, và nắp tạo thành buồng điều khiển phía trên màng. Lò xo trong van chính chỉ có nhiệm vụ đóng khi mất áp điều khiển và giữ van đóng kín, không quyết định áp đặt. Khi áp trong buồng điều khiển thay đổi, màng đi lên hoặc đi xuống, kéo đĩa theo.

Buồng điều khiển

Buồng điều khiển là khoang kín giữa màng và nắp van chính. Áp suất trong buồng này (từ P1 đưa vào qua van kim, được pilot xả bớt về phía P2) so với áp dưới màng quyết định hướng chuyển động. Buồng điều khiển nhỏ giúp van phản ứng nhanh; thể tích lớn thì phản ứng chậm hơn, dễ dao động.

Van pilot

Trong cấu tạo của van giảm áp gián tiếp, pilot là một van giảm áp trực tiếp cỡ nhỏ, có lò xo, màng nhỏ và vít chỉnh riêng. Vít chỉnh của pilot mới là nơi đặt áp suất P2 cho cả cụm. Pilot cảm nhận P2 qua ống tín hiệu, và điều tiết lượng môi chất xả khỏi buồng điều khiển. Khe pilot rất nhỏ nên nhạy với cặn bẩn.

Ống tín hiệu

Với cấu tạo của van giảm áp gián tiếp, ống tín hiệu (sensing line) dẫn P2 từ đường ống sau van về pilot. Ống thường bằng đồng hoặc inox đường kính nhỏ, nối bằng đầu nối ép. Điểm lấy tín hiệu đặt ở đoạn ống thẳng sau van, tham khảo cách van ≥ 10D, tránh khuỷu và tê vì dòng xoáy làm đọc P2 sai và gây dao động. Ống bị tắc hoặc rò khiến pilot nhận áp sai, van mở hoặc đóng hết.

Lọc Y mini, van kim và van bi cô lập

• Lọc Y mini: đặt ở đường cấp vào mạch pilot, giữ cặn khỏi khe pilot và van kim. Cần vệ sinh theo định kỳ.
• Van kim (van tiết lưu): chỉnh tốc độ nạp và xả buồng điều khiển, tức là tốc độ phản ứng của van chính. Mở quá rộng thì van dao động, quá hẹp thì van phản ứng chậm.
• Van bi cô lập: cho phép tách mạch pilot ra khỏi đường chính để vệ sinh mà không phải dừng hệ thống.

Đồng hồ P1 và P2

Hai đồng hồ, phụ kiện cuối của cấu tạo của van giảm áp gián tiếp, gắn ở cổng đo trước và sau van chính. Đây là phụ kiện bắt buộc khi chỉnh áp và theo dõi, vì chênh áp P1 – P2 cho biết van đang làm việc trong dải nào. Nếu chênh áp quá nhỏ (dưới khoảng 0,5–1 bar, theo hãng), van chính không mở hết và P2 tụt khi dùng nhiều nước.

Bảng tổng hợp cấu tạo của van giảm áp: chức năng, vật liệu, hỏng hóc

Các bộ phận trong cấu tạo của van giảm áp phối hợp vận hành thế nào

Van trực tiếp. Theo cấu tạo của van giảm áp trực tiếp, khi nhu cầu giảm, P2 tăng, màng đi lên nén lò xo và kéo đĩa về bệ nên khe hẹp lại; khi nhu cầu tăng, P2 giảm, lò xo giãn đẩy đĩa mở rộng. Một chu trình cảm biến – so sánh – chấp hành thực hiện chỉ bằng ba chi tiết: màng, lò xo, đĩa. Vì lò xo giãn thêm khi lưu lượng lớn nên P2 tụt nhẹ (droop).

Van gián tiếp. Theo cấu tạo của van giảm áp gián tiếp, P2 đi theo ống tín hiệu đến pilot. Nếu P2 thấp hơn giá trị đặt, pilot mở, xả bớt áp buồng điều khiển nên van chính mở rộng. Nếu P2 cao hơn, pilot khép, áp từ P1 đưa vào qua van kim làm đầy buồng điều khiển và ép van chính đóng bớt. Van kim điều chỉnh tốc độ này. Vì pilot chỉ xử lý lượng nhỏ môi chất, cả cụm vừa nhạy vừa chịu được lưu lượng lớn.

Khác biệt hiệu năng giữa hai kiểu và khi nào chọn kiểu nào được so sánh đầy đủ ở bài so sánh van giảm áp trực tiếp và gián tiếp. Khi gặp sự cố, mỗi bộ phận trong cấu tạo của van giảm áp đều có triệu chứng riêng, được liệt kê ở biểu đồ khắc phục sự cố van giảm áp, còn việc kiểm tra màng, bệ và lưới lọc theo chu kỳ nằm ở bài bảo trì, kiểm tra định kỳ van giảm áp. Muốn xem các model có sẵn theo từng kiểu cấu tạo của van giảm áp, vào danh mục van giảm áp.

Câu hỏi thường gặp về cấu tạo của van giảm áp