Để hiểu rõ về van bướm điều khiển khí nén, việc nắm vững cấu tạo của nó là rất quan trọng. Về cơ bản, một van bướm điều khiển khí nén sẽ bao gồm hai thành phần chính kết hợp lại: van bướm cơ khí và bộ truyền động khí nén. Mỗi thành phần này lại có cấu tạo chi tiết bên trong. Chúng ta sẽ cùng nhau đi sâu vào từng bộ phận.

Van bướm cơ khí

Đây là phần thân van thực hiện chức năng đóng/mở và điều tiết dòng chảy. Nó bao gồm các bộ phận chính sau:

Thân van

Thường có dạng hình trụ tròn hoặc hình dạng đặc biệt tùy theo kiểu kết nối đường ống. Thân van là khung chịu lực chính của van, kết nối các bộ phận khác lại với nhau và đồng thời kết nối van vào hệ thống đường ống. Vật liệu thân van rất đa dạng, được lựa chọn tùy thuộc vào môi chất, nhiệt độ, áp suất và môi trường làm việc. Các vật liệu phổ biến bao gồm:

Gang: Gang xám, gang dẻo (chi phí thấp, chịu lực tốt, phù hợp cho nước sạch, nước thải, nhiệt độ và áp suất không quá cao).
Thép: Thép carbon, thép hợp kim (chịu áp lực và nhiệt độ cao hơn gang, dùng cho nhiều môi chất).
Thép không gỉ (Inox): (chịu ăn mòn hóa chất, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, dùng cho thực phẩm, dược phẩm, hóa chất).
Nhựa: PVC, CPVC, PP, PVDF (chịu ăn mòn hóa chất cực tốt, trọng lượng nhẹ, dùng cho hóa chất, nước thải ăn mòn).

Kiểu kết nối: Thân van được thiết kế với nhiều kiểu kết nối khác nhau để phù hợp với hệ thống đường ống:

Wafer (Kẹp bích/Ép mặt bích): Loại phổ biến nhất, thân van dạng vòng mỏng kẹp giữa hai mặt bích của đường ống bằng bulong. Ưu điểm: nhỏ gọn, nhẹ, chi phí thấp. Nhược điểm: độ kín khít có thể kém hơn loại mặt bích, khó lắp đặt và tháo rời khi đường ống đã cố định.
Lug (Tai bích): Thân van có các “tai” (lug) được khoan lỗ để bắt bulong trực tiếp vào mặt bích đường ống. Ưu điểm: lắp đặt và tháo rời dễ dàng hơn loại Wafer, độ kín khít tốt hơn. Nhược điểm: kích thước và trọng lượng lớn hơn Wafer, chi phí cao hơn.
Flanged (Mặt bích): Thân van có mặt bích liền khối, được kết nối trực tiếp với mặt bích đường ống bằng bulong. Ưu điểm: độ kín khít tốt nhất, chịu áp lực cao, lắp đặt và tháo rời dễ dàng. Nhược điểm: kích thước và trọng lượng lớn nhất, chi phí cao nhất.
Threaded (Ren): Thân van có ren trong hoặc ren ngoài để kết nối với đường ống ren. Thường dùng cho kích thước nhỏ và áp suất thấp.
Butt Weld (Hàn đối đầu): Thân van được hàn trực tiếp vào đường ống bằng phương pháp hàn đối đầu. Cho kết nối chắc chắn và kín khít tuyệt đối, thường dùng cho đường ống áp suất cao và nhiệt độ cao.

Đĩa van / Cánh van

Thường có dạng hình tròn hoặc elip, mỏng dẹt, được đặt bên trong thân van và xoay quanh trục van để đóng/mở dòng chảy. Tương tự như thân van, vật liệu đĩa van cũng rất đa dạng, phụ thuộc vào môi chất. Các vật liệu phổ biến bao gồm: Gang, thép, thép không gỉ, nhựa. Tương tự như vật liệu thân van, được lựa chọn dựa trên các yếu tố môi chất, nhiệt độ, áp suất và môi trường.

Kiểu dáng:

– Centered Disc (Đĩa đồng tâm): Loại phổ biến nhất, trục xoay của đĩa van nằm chính giữa thân van. Đĩa van xoay 90 độ để mở hoặc đóng hoàn toàn. Thiết kế đơn giản, chi phí thấp, nhưng độ kín khít có thể không cao ở áp suất cao.

– Eccentric Disc (Đĩa lệch tâm): Trục xoay của đĩa van được đặt lệch tâm so với tâm thân van và tâm đĩa van. Thiết kế phức tạp hơn, chi phí cao hơn, nhưng cải thiện đáng kể độ kín khít, đặc biệt ở áp suất cao và van kích thước lớn. Có các loại lệch tâm đơn (Single Offset), lệch tâm kép (Double Offset), lệch tâm ba (Triple Offset) với độ kín khít và khả năng chịu áp lực tăng dần.

Trục van

Thường làm bằng thép không gỉ hoặc thép hợp kim có độ bền cao, chịu được lực xoắn và ăn mòn. Trục van là bộ phận trung gian truyền chuyển động xoay từ bộ truyền động khí nén đến đĩa van. Một đầu trục van được kết nối với đĩa van, đầu còn lại được kết nối với bộ truyền động khí nén. Trục van có thể liền khối hoặc chia làm hai đoạn (trên và dưới) để dễ dàng lắp ráp và bảo trì. Thiết kế trục van phải đảm bảo chịu được lực xoắn và không bị rò rỉ môi chất ra bên ngoài.

Gioăng làm kín

Gioăng làm kín đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn rò rỉ môi chất khi van đóng. Vật liệu gioăng làm kín phải tương thích với môi chất, chịu nhiệt độ và áp suất làm việc. Các vật liệu phổ biến:

Cao su (NBR, EPDM, Viton): (Gioăng mềm – Soft Seat): Độ kín khít tốt ở áp suất thấp và trung bình, đàn hồi tốt, giá thành phải chăng. EPDM chịu nước, nước thải tốt, NBR chịu dầu tốt, Viton chịu nhiệt và hóa chất tốt hơn.
PTFE (Teflon): (Gioăng mềm – Soft Seat): Chịu hóa chất và nhiệt độ cao tốt hơn cao su, ma sát thấp.
Kim loại (Metal Seat): (Gioăng kim loại): Thường là thép không gỉ hoặc hợp kim chịu nhiệt, dùng cho van chịu nhiệt độ và áp suất rất cao. Độ kín khít không bằng gioăng mềm ở áp suất thấp, nhưng duy trì độ kín khít tốt ở nhiệt độ và áp suất cao. Thường dùng cho van lệch tâm ba lớp (Triple Offset).

Gioăng làm kín thường được lắp ở thân van, ôm khít lấy đĩa van khi van đóng. Trong một số thiết kế, gioăng có thể được lắp trên đĩa van.

Bộ truyền động khí nén (Pneumatic Actuator)

Đây là bộ phận sử dụng năng lượng khí nén để tự động đóng/mở van bướm. Cấu tạo của bộ truyền động khí nén bao gồm:

1. Xi lanh khí nén

Thường làm bằng hợp kim nhôm hoặc thép, có độ bền và độ kín khít cao. Xi lanh là một ống hình trụ, bên trong có piston hoặc màng ngăn di chuyển được. Xi lanh có các cổng cấp khí nén vào và ra. Khi khí nén được cấp vào xi lanh, nó sẽ tạo áp lực lên piston hoặc màng ngăn, tạo ra lực đẩy. Lực đẩy này được chuyển thành chuyển động xoay thông qua cơ cấu truyền động để xoay trục van.

2. Piston hoặc Màng

Piston: Dạng phổ biến, sử dụng piston di chuyển trong xi lanh. Cho lực đẩy lớn, phù hợp cho van kích thước lớn và áp suất cao.
Màng: Sử dụng màng đàn hồi, ít bộ phận chuyển động hơn piston, đơn giản hơn, phù hợp cho van kích thước nhỏ và vừa, áp suất thấp và trung bình. Độ kín khít tốt, ít rò rỉ khí nén.

3. Lò xo (cho bộ tác động đơn)

Chỉ có ở bộ truyền động khí nén tác động đơn (Single Acting). Lò xo được sử dụng để đưa van về vị trí an toàn (mở hoặc đóng) khi ngừng cấp khí nén. Có hai loại tác động đơn: Tác động đơn thường đóng (Normally Closed – NC), lò xo giữ van ở vị trí đóng khi không có khí nén. Cần cấp khí nén để mở van. Khi ngừng cấp khí, lò xo tự động đóng van lại. Tác động đơn thường mở (Normally Open – NO): Lò xo giữ van ở vị trí mở khi không có khí nén. Cần cấp khí nén để đóng van. Khi ngừng cấp khí, lò xo tự động mở van lại.

Cấu tạo bộ điều khiển khí nén tác động đơn

4. Cơ cấu truyền động

Chuyển đổi chuyển động tuyến tính của piston hoặc màng thành chuyển động xoay của trục van. Các loại cơ cấu phổ biến: Thanh răng – Bánh răng (Rack and Pinion) là Cơ cấu phổ biến nhất, đơn giản, hiệu quả, cho mô-men xoắn ổn định trên toàn hành trình xoay. Cơ cấu Scotch Yoke Cho mô-men xoắn lớn nhất ở vị trí đầu và cuối hành trình, phù hợp cho van kích thước lớn, cần lực đóng/mở mạnh ở vị trí gần đóng và gần mở.

bộ truyền động khí nén kiểu Scotch Yoke.

5. Vỏ bộ truyền động

Thường làm bằng hợp kim nhôm, thép hoặc nhựa kỹ thuật, bảo vệ các bộ phận bên trong bộ truyền động khỏi bụi bẩn, nước và các tác động môi trường. Vỏ bộ truyền động cũng là nơi gắn kết các phụ kiện điều khiển và kết nối bộ truyền động với thân van.

Các phụ kiện điều khiển (Control Accessories – tùy chọn)

Để tăng cường khả năng điều khiển, giám sát và an toàn, van bướm điều khiển khí nén thường được trang bị thêm các phụ kiện:

Van điện từ (Solenoid Valve): Điều khiển việc cấp khí nén vào bộ truyền động để mở/đóng van bằng tín hiệu điện.
Bộ định vị van (Valve Positioner): Đảm bảo van mở hoặc đóng đúng vị trí mong muốn theo tín hiệu điều khiển, tăng độ chính xác điều tiết dòng chảy.
Công tắc hành trình (Limit Switch): Phản hồi tín hiệu về trạng thái đóng/mở của van, giúp giám sát và điều khiển hệ thống.
Bộ lọc khí nén và bộ điều chỉnh áp suất (Filter Regulator): Lọc sạch khí nén và điều chỉnh áp suất khí nén đầu vào, đảm bảo bộ truyền động hoạt động ổn định và bền bỉ.
Đồng hồ áp suất (Pressure Gauge): Hiển thị áp suất khí nén trong hệ thống.
Bộ giảm âm (Silencer): Giảm tiếng ồn khi xả khí nén từ bộ truyền động.

Cấu tạo của van bướm điều khiển khí nén là sự kết hợp của nhiều bộ phận cơ khí và khí nén, mỗi bộ phận đảm nhiệm một chức năng riêng. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa các bộ phận này giúp van hoạt động hiệu quả, tin cậy và đáp ứng được nhiều yêu cầu khác nhau trong các hệ thống đường ống công nghiệp. Việc lựa chọn vật liệu, kiểu kết nối, loại bộ truyền động và phụ kiện điều khiển phù hợp sẽ quyết định đến hiệu suất, tuổi thọ và tính kinh tế của van trong từng ứng dụng cụ thể.

Mời bạn xem thêm bài viết:

Mô tả hoạt động của van bướm điều khiển khí nén

Nguồn: vangiare.vn