Hướng dòng chảy của van cầu: dòng dưới đĩa và dòng trên đĩa

Hướng dòng chảy van cầu được quy định cố định vì đĩa và bệ chia thân van thành hai khoang, và áp lực lưu chất chỉ tác dụng lên một mặt của đĩa tùy theo chiều dòng. Với đa số van cầu vận hành bằng tay quay, quy ước là dòng vào dưới đĩa (flow-under), theo mũi tên đúc trên thân van. Dòng vào trên đĩa (flow-over) là cấu hình dành riêng cho một số ứng dụng áp cao, hơi nóng hoặc van điều khiển.

Vì sao van cầu có hướng dòng chảy

Khoang trong của van cầu có dạng thân chữ Z: dòng đi vào, đổi hướng lên qua bệ van, rồi đổi hướng lần nữa để đi ra. Bệ van nằm ngang ở giữa, đĩa van tịnh tiến lên xuống vuông góc với bệ nên van được chia làm hai khoang: khoang cửa vào và khoang phía nắp capo.

Khi van đóng, một khoang thông với đầu vào, khoang kia thông với đầu ra hoặc bị cô lập. Khoang nào nhận áp đầu vào sẽ quyết định lực đó đẩy đĩa lên (hỗ trợ mở) hay ép đĩa xuống (hỗ trợ đóng). Vì vậy cùng một van, lắp xuôi hay ngược chiều mũi tên sẽ cho lực vận hành, độ kín và tuổi thọ tết chèn khác nhau. Van cầu khác van cổng hoặc van bướm ở chỗ này: các loại đó gần như không phân biệt chiều dòng, còn van cầu thì có.

Dòng chảy dưới đĩa (flow-under, dòng để mở)

Ở cấu hình này lưu chất đi vào khoang phía dưới đĩa, qua bệ rồi sang cửa ra. Khi van đóng, áp đầu vào tác dụng lên mặt dưới đĩa, tức là đẩy đĩa theo chiều mở. Lực này bằng áp suất nhân với diện tích bệ, nên van cỡ lớn hoặc áp cao chịu lực nâng tới hàng kN (DN100 ở 16 bar khoảng 12,6 kN).

Ưu điểm:

• Mở van nhẹ hơn vì áp lực hỗ trợ nâng đĩa, ty ít bị kẹt khi mở.
• Khi van đóng, khoang phía trên đĩa (nắp capo, tết chèn) ít chịu áp đầu vào, nên tết chèn ít bị ép rò và van mở nhẹ hơn; muốn thay tết vẫn phải cô lập bằng van khác và xả áp.
• Dòng đi qua khe bệ theo chiều từ dưới lên, ít bị đĩa cản trực tiếp hơn nên tổn thất thấp hơn một chút so với dòng ngược.

Nhược điểm: phải thắng lực đẩy của áp đầu vào khi đóng nên cần lực siết lớn hơn, và độ kín bệ phụ thuộc hoàn toàn vào lực ép của ty. Ở áp cao hoặc DN lớn, nếu ren ty mòn hoặc lực đóng không đủ, áp lực nâng đĩa dễ gây rò qua bệ.

Dòng chảy trên đĩa (flow-over, dòng để đóng)

Ở cấu hình ngược lại, lưu chất vào khoang phía trên đĩa. Khi đóng, áp đầu vào đè đĩa xuống bệ nên van tự kín thêm theo áp suất: áp càng cao, đĩa càng được ép chặt. Đây là lý do cấu hình này được dùng cho DN lớn và áp cao, nơi lực ty đơn thuần khó giữ kín.

Với hơi nhiệt độ cao còn có lý do thứ hai. Khi nguội, ty và thân co không đều; tùy kết cấu, đĩa có thể bị kẹt chặt trong bệ hoặc nhấc nhẹ gây rò, nhất là ở dòng dưới đĩa. Ở dòng trên đĩa, áp lực vẫn giữ đĩa ép xuống bệ nên hiện tượng này ít xảy ra. Van điều khiển cần chế độ fail-close (mất khí hoặc mất điện thì đóng) cũng thường dùng chiều này, vì lò xo và áp lưu chất cùng hướng về vị trí đóng. Khi chọn van điều khiển khí nén, cần tính bộ truyền động theo đúng hướng dòng đã định vì lực mở và lực đóng đổi chỗ so với dòng dưới đĩa.

Nhược điểm: áp đầu vào đè đĩa nên mở van cần lực lớn hơn, ở áp chênh cao có thể phải dùng tay quay có bánh răng hoặc bộ truyền động công suất lớn. Tết chèn và nắp capo luôn chịu áp đầu vào, kể cả khi van đóng, nên không thay được tết khi đường ống còn áp. Với van cỡ lớn nên có đường by-pass nhỏ để cân bằng áp hai phía trước khi mở, giảm lực mở và tránh va đập.

So sánh hai hướng dòng chảy

Về tổn thất áp suất, chênh lệch giữa hai hướng không lớn như chênh lệch giữa các kiểu thân (chữ Z, chữ Y, góc), nhưng hệ số lưu lượng Kv trong catalogue chỉ đúng với chiều dòng hãng quy định. Khi đổi hướng, cần hỏi hãng về Kv và đường đặc tính lưu lượng ở chiều mới, nhất là với van điều tiết.

Đọc mũi tên và định hướng khi lắp

Mũi tên đúc hoặc khắc trên thân van chỉ chiều dòng mà hãng thiết kế. Với van tay quay thông thường, mũi tên trùng với dòng dưới đĩa, nên chỉ cần lắp để dòng trong ống đi cùng chiều mũi tên. Muốn dùng dòng trên đĩa, phải kiểm tra hãng có cho phép không, vì một số kiểu đĩa và tết chèn chỉ thiết kế cho một chiều.

1. Xác định chiều dòng thực tế trên đường ống (từ nguồn đến tải) trước khi cầm van.
2. Đọc mũi tên trên thân và đối chiếu catalogue hoặc bản vẽ để biết mũi tên ứng với dòng dưới đĩa hay trên đĩa.
3. Nếu cần dòng trên đĩa, xác nhận bằng văn bản với nhà sản xuất và lắp ngược mũi tên có chủ đích, đánh dấu rõ trên van hoặc bản vẽ.
4. Với van điều khiển có mũi tên và ký hiệu hướng tác động, kiểm tra thêm hướng tác động của bộ truyền động (fail-open hay fail-close).

Hướng lắp van cầu trên đường ống ngang, đứng và nghiêng

Khi lắp đặt van cầu, vị trí ưu tiên là đường ống ngang với ty van thẳng đứng, tay quay hướng lên. Tư thế này giúp cặn và nước đọng không tích tụ quanh ty, giảm kẹt ty và rò qua tết chèn, đồng thời trọng lượng của đĩa và ty không lệch về một phía gây mòn dẫn hướng. Với van lớn có bộ truyền động nặng, tư thế đứng còn tránh tạo mô men uốn lên nắp capo.

• Ống ngang: ty đứng, tay quay hướng lên. Cho phép nghiêng ty một góc nhỏ nếu thiếu không gian, nhưng nên tránh lật ty xuống dưới vì cặn và nước đọng ở nắp capo, hại tết chèn.
• Ống đứng: ty van nằm ngang. Vẫn vận hành được nhưng đĩa và ty chịu tải lệch, dễ mòn một phía; cặn lắng tập trung ở khoang thấp. Chọn chiều dòng đi lên hoặc đi xuống theo đúng mũi tên, đồng thời đảm bảo tay quay vào được và không vướng người vận hành.
• Ống nghiêng: chấp nhận được, nhưng giữ ty càng gần phương thẳng đứng càng tốt. Với hơi, tránh để ty nằm thấp hơn thân vì nước ngưng đọng quanh tết chèn.

Khi tay quay hướng lên, vị trí ty và tay quay cũng thuận tiện để quan sát hành trình. Cách nhận biết van đang mở hay đóng dựa vào độ nhô của ty ở van ty nổi, nên cần chừa chỗ cho ty nâng lên hết hành trình.

Lắp ngược chiều gây hậu quả gì

Lắp ngược mũi tên mà không tính toán lại gây rò tết chèn, rò bệ và rung, thuộc nhóm lỗi do lắp ngược chiều thường gặp ở hiện trường. Hậu quả phụ thuộc áp, nhiệt độ và cỡ van:

• Tết chèn chịu áp liên tục: áp đầu vào nằm ở khoang nắp capo kể cả khi đóng, tết chèn nhanh chai cứng, rò qua ty và không thay được khi đường ống còn áp.
• Khó mở hoặc khó đóng: lực vận hành đổi chiều so với tính toán. Bộ truyền động chọn cho dòng dưới đĩa có thể không đủ lực mở khi dòng trên đĩa.
• Rò qua bệ: ở van thiết kế cho dòng trên đĩa, lắp ngược khiến áp nâng đĩa và gây rò khi đóng, nhất là khi hơi nguội, ty và thân co không đều.
• Rung, ồn, xói mòn: khi điều tiết ở độ mở nhỏ, dòng qua khe hẹp tốc độ cao; ở chiều không đúng thiết kế, dòng rối hơn và làm mòn nhanh đĩa và bệ, nhất là dưới khoảng 10–15% hành trình.
• Sai đặc tính điều tiết: Kv và đường đặc tính trong catalogue không còn đúng, van điều khiển dao động hoặc không đạt lưu lượng yêu cầu.

Phát hiện lắp ngược sớm bằng cách đối chiếu mũi tên với chiều dòng ngay khi nghiệm thu, trước khi thử áp. Sửa lại chỉ cần tháo van quay đầu, nhưng sau khi đã vận hành ngược chiều lâu ngày thường phải thay tết chèn và kiểm tra bề mặt đĩa, bệ.

Tư vấn chọn hướng dòng và kiểm tra van tại Viva

Nếu cần xác định hướng dòng cho van cầu hơi, nước nóng hoặc van điều khiển, gửi cho Viva lưu chất, áp suất, nhiệt độ, DN và kiểu vận hành để được kiểm tra thiết kế và lực bộ truyền động. Bạn cũng có thể xem các mẫu thân Z, Y, góc và vật liệu trong mục các dòng van cầu tại Viva.

Câu hỏi thường gặp về hướng dòng chảy van cầu