Hệ số lưu lượng (Cv) của van bướm

Hệ số lưu lượng (Cv) của van bướm được hiểu là khả năng cho phép dòng chảy lưu thông qua van của van bướm, thông số này vô cùng quan trọng cần phải quan tâm trong quá trình lựa chọn van, đặc biệt là tại các hệ thống mà lưu lượng qua van là mối quan tâm lớn. Bài viết dưới đây giải thích về hệ số lưu lượng (Cv) của van bướm, các yếu tố ảnh hưởng, đặc trưng hệ số lưu lượng của từng loại van bướm khác nhau và cách tính Cv cụ thể.

Hệ số lưu lượng (Cv) của van bướm là gì?

Cv còn được gọi là hệ số lưu lượng qua van, viết tắt của “Valve Coefficient”. Hệ số lưu lượng qua van thể hiện hiệu quả của van, khả năng cho phép dòng chảy lưu chất lưu thông qua van. Cv cũng thể hiện mối quan hệ giữa sự sụt giảm áp suất và tốc độ dòng chảy tương ứng.

Hiểu đơn giản, hệ số lưu lượng Cv là thể tích dòng chảy của lưu chất được tính bằng đơn vị gallon ở điều kiện nhiệt độ nhất định (60 độ F) với mức giảm áp suất nhất định (1psi) có thể chảy qua van trong mỗi phút. Đơn vị tính của Cv là gal/phút, lbf/in2.

Công thức hệ số lưu lượng Cv theo toán học:

Trong đó:

• Q là tốc độ dòng chảy (được tính bằng gal/phút)
• SG là trọng lượng riêng của lưu chất (với lưu chất nước =1).
• ΔP là sự sụt giảm áp suất qua van.

Hệ số lưu lượng Cv và hệ số lưu lượng Kv khác nhau như nào:

Trên thực tế, Cv và Kv đều được sử dụng để chỉ hệ số lưu lượng qua van, điểm khác biệt của chúng là đơn vị tính:

• Hệ số lưu lượng Cv được tính bằng gal/phút, lbf/in2.
• Hệ số lưu lượng Kv được tính bằng lít/phút, m3/h.
• Có thể quy đổi hệ số lưu lượng Cv sang Kv với công thức: Cv= 1,156 x Kv.

Tầm quan trọng của hiểu hệ số lưu lượng qua van (Cv)

Hệ số lưu lượng Cv là một thông số cần quan tâm trong quá trình lựa chọn van. Hệ số Cv ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động của van với hệ thống:

• Xác định được hệ số lưu lượng Cv cho phép xác định kích thước van chính xác, phù hợp với hệ thống.
• Việc Cv cao hơn so với yêu cầu có thể dẫn đến việc lựa chọn các van quá khổ, việc kích thước van lớn hơn so với yêu cầu sẽ dẫn đến tăng chi phí, yêu cầu thêm không gian, trọng lượng lớn hơn và việc lắp đặt van trở nên khó khăn hơn.
• Việc Cv thấp hơn so với yêu cầu sẽ dẫn đến việc lựa chọn van quá nhỏ, kích thước van nhỏ hơn so với yêu cầu hệ thống gây ra tình trạng kiểm soát lưu lượng không chính xác, lưu lượng qua van ít hơn, tăng áp suất ngược, khiến các thiết bị thượng nguồn bị hỏng, sự sụt giảm áp suất cao hơn, dẫn đến vận tốc áp suất cao hơn, có thể gây ra tình trạng xâm thực, ăn mòn, xói mòn.
• Có thể thông qua giá trị hệ số lưu lượng Cv để biết về ảnh hưởng của áp lực lên hệ thống.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số lưu lượng (Cv) của van bướm

Lưu lượng Cv có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, dựa trên phương trình toán học tính toán lưu lượng Cv, có thể thấy được, lưu lượng Cv quyết định bởi một số yếu tố như tốc độ dòng chảy, trọng lượng riêng của lưu chất, tổn thất áp suất. Vì vậy, có thể thấy, một số yếu tố chính ảnh hưởng đến lưu lượng Cv đó là:

• Thiết kế của van: Thiết kế của van là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến hệ số lưu lượng Cv.. Thiết kế van, cấu trúc van ảnh hưởng đến đường dẫn dòng chảy, do đó sự sụt giảm áp suất và tốc độ dòng chảy của các van có sự khác biệt, vì vậy thiết kế của van ảnh hưởng đến Cv. Một số van có thiết kế cho phép lưu lượng qua van tốt hơn như các thiết kế không gioăng, đĩa lệch…
• Vật liệu cấu trúc van: Vật liệu cấu trúc van cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến sự tổn thất áp suất và tốc độ dòng chảy. Các vật liệu khác nhau, đặc trưng về độ ma sát khác nhau, do đó, thông số tổn thất áp suất, tốc độ dòng chảy cũng sẽ có sự khác biệt. Đó là lý do, vật liệu cấu trúc van cũng có thể ảnh hưởng đến lưu lượng Cv.
• Loại lưu chất xử lý: Trọng lượng riêng của từng loại lưu chất có sự khác biệt, ví dụ lưu chất nước và lưu chất khí sẽ có sự chênh lệch. Bên cạnh đó, các đặc tính như mật độ, độ nhớt sẽ gây ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy, các lưu chất đặc hơn sẽ có tốc độ dòng chảy chậm hơn, vì vậy hệ số lưu lượng Cv qua van sẽ có sự khác biệt giữa các chất.
• Kích thước van, vị trí điều khiển của van: Kích thước van càng lớn, lưu lượng qua van càng cao. Vị trí điều khiển của đĩa van từ 0 độ đến 90 độ, vị trí điều khiển càng lớn thì tốc độ dòng chảy qua van càng cao. Vì vậy, kích thước và và vị trí điều khiển của van sẽ ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy và ảnh hưởng đến hệ số lưu lượng Cv.
• Bảo trì, bảo dưỡng: Quy trình bảo trì, bảo dưỡng đảm bảo duy trì hiệu suất Cv. Bảo trì, bảo dưỡng cho phép phát hiện các vấn đề như hao mòn, mài mòn, cài đặt không chính xác là các vấn đề ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống và ảnh hưởng đến hệ số lưu lượng qua van.

Hệ số lưu lượng (Cv) của từng loại van bướm

Thiết kế của van bướm sẽ ảnh hưởng đến giá trị Cv của van. Sự khác biệt cơ bản về lưu lượng Cv của một số loại van bướm đó là:

Van bướm đồng tâm

• Thiết kế van bướm đồng tâm thông dụng và được sử dụng phổ biến nhất. Cấu trúc của các van này đơn giản với trục nằm trung tâm đĩa và trung tâm đường dẫn dòng chảy. Thiết kế đơn giản, thông dụng, giá thành rẻ khiến chúng rất được ưa chuộng lựa chọn trong kiểm soát dòng chảy.
• Tuy nhiên, xét vệ hệ số lưu lượng qua van (Cv), thiết kế của loại van bướm đồng tâm này thường có giá trị Cv thấp hơn so với một số loại van khác. Có nghĩa là khi lựa chọn cùng một kích thước van, nhưng Cv của mã van bướm này sẽ thấp hơn so với van khác.

Van bướm lệch tâm

• Thiết kế của van bướm lệch tâm cải tiến hơn so với dạng đồng tâm. Có hai dạng chính đó là lệch tâm đôi và lệch tâm ba. Thiết kế trục lệch tâm đĩa và lệch tâm dòng chảy, đệm dạng nón (đối với loại lệch tâm ba). Cải tiến này cho phép đường dẫn dòng chảy qua van tốt hơn, hạn chế hao mòn… nhờ vậy hệ số lưu lượng qua van (Cv) của các van này sẽ tốt hơn so với loại đồng tâm.

Van bướm hiệu suất cao

• Van bướm hiệu suất cao được thiết kế để sử dụng với các ứng dụng có điều kiện khắc nghiệt như nhiệt cao, áp cao, thiết kế tối ưu, tính năng mạnh mẽ nên hệ số lưu lượng Cv của các van này cao hơn.

Hệ số lưu lượng (Cv) của van bướm so với các van khác

Như đã nhắc đến ở trên, hệ số lưu lượng qua van (Cv) ảnh hưởng bởi một số yếu tố tốc độ dòng chảy, sụt giảm áp suất, trọng lượng riêng của lưu chất. Dựa vào đó, có thể so sánh lưu lượng qua van (Cv) của van bướm với một số van khác nhau:

• Hệ số lưu lượng Cv của van bướm thấp hơn một số dòng van điều khiển khác như van bi, van cổng.
• Thiết kế của van bướm với đĩa van nằm giữa đường dẫn, gây cản trở đường dẫn và sụt giảm áp suất. Khác biệt so với van bi và van cổng, khi mở hoàn toàn, đường dẫn tối đa nên sự sụt giảm áp suất thấp hơn.
• Cấu trúc van bướm có gioăng cũng gây sụt giảm áp suất, trong khi cấu trúc gioăng van bi và van cổng không gây sụt giảm áp suất nhiều.
• Khi lựa chọn cùng kích thước, hệ số lưu lượng Cv của van bướm thấp hơn so với van bi và van cổng.

Kết luận: Hệ số lưu lượng (Cv) của van bướm là thông số quan trọng cần quan tâm trong quá trình lựa chọn van, chúng cho phép lựa chọn kích thước chính xác, phù hợp, đảm bảo lưu lượng qua van đáp ứng yêu cầu hệ thống.

Cv của van bướm thấp hơn so với một số dòng van phổ biến khác như van bi, van cổng… từng loại van bướm khác nhau cũng có hệ số Cv khác nhau, van bướm đồng tâm hạn chế lưu lượng nhất, van bướm lệch tâm cho phép lưu lượng qua van tốt hơn. Để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống, bạn hãy cân nhắc yêu cầu của hệ thống ống để xác định hệ số lưu lượng (Cv) của van bướm phù hợp khi đưa ra quyết định lựa chọn.

Xem thêm: So sánh van bướm đồng tâm, lệch tâm kép, lệch tâm ba