Lắp đặt van điều khiển khí nén: chuẩn bị khí, lắp van, chạy thử

Lắp đặt van điều khiển khí nén gồm 7 bước theo thứ tự: kiểm tra van, chuẩn bị khí cấp, lắp thân van, định hướng bộ truyền động, đi đường khí và van điện từ, đấu điện, rồi chỉnh hành trình và chạy thử. Phần lớn sự cố sau khi lắp đặt van điều khiển khí nén đến từ khí cấp bẩn, áp thấp hoặc chỉnh hành trình sai ngay lúc lắp, không phải từ bản thân van.

Phạm vi bài lắp đặt van điều khiển khí nén này: van điều khiển khí nén gồm thân van (bướm, bi), bộ truyền động khí nén, van điện từ và công tắc hành trình. Ví dụ minh họa chủ yếu là van bướm vì phổ biến nhất ở nhà máy nước, thực phẩm, hóa chất, nhưng trình tự với van bi quay 90° gần như giống nhau.

An toàn lao động trước khi lắp đặt van điều khiển khí nén

Trước mọi thao tác lắp đặt van điều khiển khí nén trên đường ống và bộ truyền động, cần đảm bảo bốn điều sau. Khí nén tích trong bình và đường ống vẫn đủ lực làm piston chuyển động bất ngờ, và lò xo trong actuator tác động đơn luôn mang năng lượng.

• Cô lập và xả hết áp đường khí cấp, khóa van chặn đầu nguồn bằng khóa treo thẻ (lockout/tagout), kiểm tra đồng hồ về 0 bar.
• Ngắt và khóa nguồn điện cấp cho van điện từ, công tắc hành trình, bộ định vị.
• Xả áp và làm sạch đường ống chứa môi chất trước khi tháo hoặc lắp van vào đường ống.
• Không tháo nắp đầu của actuator tác động đơn (có lò xo) khi chưa nhả lò xo đúng quy trình của hãng. Lò xo bị nén có thể bắn nắp ra ngoài.

Bước 1: Kiểm tra van trước khi lắp đặt van điều khiển khí nén

Đọc nhãn thân van và nhãn actuator, đối chiếu với bản vẽ hoặc đơn hàng trước khi cầu lên vị trí. Nếu lắp đặt van điều khiển khí nén xong mới phát hiện sai thông số thì phải tháo cả đoạn ống, tốn công hơn nhiều so với 10 phút đối chiếu.

• Thân van: kích thước DN, áp suất danh định PN, vật liệu thân, đĩa và gioăng có hợp với môi chất, nhiệt độ hay không.
• Actuator: kiểu tác động đơn hay kép, vị trí an toàn thường đóng (FC) hay thường mở (FO), áp khí tối đa cho phép.
• Van điện từ: điện áp coil (ví dụ 24 VDC hay 220 VAC) khớp với nguồn tại tủ điện.
• Ngoại quan: trục không cong, mặt gioăng không rách, mặt bích sạch, không có vật lạ trong lòng van.

Nếu chưa rõ khác nhau giữa hai kiểu actuator và cách chọn vị trí an toàn, xem bài tác động đơn/kép trước khi lắp. Nếu nghi ngờ actuator đang quá nhỏ so với mô-men van thì xem bài chọn bộ truyền động.

Sau đó chạy thử khô trên bàn. Cấp khí qua van điện từ, cho van đóng mở 3–5 chu kỳ, quan sát chiều quay, độ trơn và tiếng xả khí. Lỗi như actuator lắp ngược chiều hay lò xo kẹt phát hiện được ngay ở bước này, khi chưa có đường ống cản trở.

Bước 2: Chuẩn bị khí cấp cho van điều khiển khí nén

Chất lượng khí cấp quyết định tuổi thọ actuator trong mọi dự án lắp đặt van điều khiển khí nén. Khí ra khỏi máy nén luôn mang hơi nước, hạt bụi và có thể có dầu. Khi nguội đi trong đường ống, hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng. Nước rửa trôi mỡ bôi trơn trong xi lanh, làm gỉ lò xo và thành xi lanh, làm gioăng nhanh mòn. Bụi trộn với mỡ thành hỗn hợp mài mòn piston.

Chuỗi xử lý khí tối thiểu trước khi lắp đặt van điều khiển khí nén thường gồm các phần tử sau, đặt theo thứ tự từ đầu nguồn:

1. Tách nước và sấy khí: dùng máy sấy khí nén để hạ điểm sương. Điểm sương áp suất nên thấp hơn nhiệt độ môi trường thấp nhất tại nơi đặt van (thường chọn thấp hơn khoảng 10 °C, tham khảo; có thể quy định theo cấp chất lượng khí ISO 8573-1), nếu không hơi nước vẫn ngưng và đóng băng trong van điện từ khi trời lạnh.
2. Lọc: dùng bộ lọc khí nén cấp thô khoảng 40 µm rồi cấp mịn khoảng 5 µm (tham khảo), có cốc xả nước. Lọc mịn đặt sau lọc thô để không bị bít sớm.
3. Điều áp: đặt áp cấp qua bộ điều áp có đồng hồ, không vượt áp tối đa ghi trên actuator (nhiều loại là 8 bar). Áp quá cao làm piston va mạnh vào cuối hành trình, hỏng gioăng và tăng mô-men tác dụng lên trục van.
4. Tra dầu: không cần nếu actuator đã bôi trơn mỡ sẵn tại nhà máy và chưa từng dùng khí có dầu; đây là khuyến cáo phổ biến của các hãng. Khí có dầu rửa trôi dần lớp mỡ gốc, nên một khi đã cấp dầu thì nên duy trì cấp dầu liên tục.

Nguyên lý sấy khí và các kiểu máy sấy được mô tả trong tài liệu về máy sấy khí nén. Trước khi đấu vào van, xả khí ra ngoài vài giây qua đầu ống chờ để thổi sạch rỉ sét và cặn hàn còn trong đường ống mới.

Bước 3: Lắp thân van vào đường ống khi lắp đặt van điều khiển khí nén

Khi lắp đặt van điều khiển khí nén, thân van lắp trước, actuator được giữ nguyên trạng thái đã chạy thử. Với van bướm, chi tiết quan trọng nhất là canh tâm và mô-men siết bu lông. Hướng dẫn đầy đủ nằm trong bài lắp đặt van bướm (phần thân van), còn các kiểu kết nối được giải thích ở bài kết nối wafer, lug, mặt bích. Dưới đây là những điểm quyết định với van khí nén.

• Van bướm wafer: đặt van giữa hai mặt bích, xỏ bu lông dưới trước để van tự gác lên, rồi canh tâm theo bu lông. Lệch tâm làm đĩa cọ vào ống, tăng mô-men đóng so với tính toán.
• Mở hé đĩa van trước khi siết, vừa đủ để đĩa không chạm mặt bích hai bên. Đóng kín thì gioăng bị ép kẹt, mở hết thì mép đĩa có thể nhô ra khỏi thân và va vào bích hoặc ống.
• Không thêm gioăng phẳng ngoài nếu gioăng đã liền với thân van. Gioăng thừa làm lệch mặt tiếp xúc và rò rỉ.
• Siết bu lông theo thứ tự chéo, nhiều lượt, tăng dần lực. Siết một phía đến cùng trước làm bích vênh, gioăng chịu nén không đều.
• Kiểm tra đĩa quay tự do sau khi siết bằng cách cấp khí thử một chu kỳ. Nếu đĩa kẹt, nới bu lông và canh lại thay vì tăng áp khí.

Bước 4: Hướng lắp bộ truyền động trong lắp đặt van điều khiển khí nén

Khi lắp đặt van điều khiển khí nén cho môi chất có cặn, bùn hoặc chất rắn lơ lửng, nên lắp sao cho trục van nằm ngang. Khi đó cặn lắng xuống đáy ống không đọng trong lỗ trục và không bám lên một phía gioăng đĩa. Với trục đứng, cặn dồn xuống ổ đỡ dưới, lâu ngày làm kẹt và tăng mô-men.

Bộ truyền động nên nằm trên hoặc ngang thân van, tránh để chúc xuống dưới. Nếu gioăng trục rỉ môi chất, nước hay hóa chất sẽ chảy thẳng vào cơ cấu truyền động khi actuator ở thấp hơn. Ngoài ra cần lưu ý:

• Chừa khoảng trống đủ để tháo nắp, thay lò xo, điều chỉnh vít chặn và tháo coil van điện từ mà không phải cắt ống.
• Actuator lớn cộng với van điện từ và bộ định vị nặng, tạo mô-men uốn lên trục van. Dùng giá đỡ hoặc gối đỡ riêng cho actuator lớn, không để toàn bộ trọng lượng dồn lên mặt bích van.
• Đặt chỉ báo vị trí ở phía người vận hành nhìn thấy được, và không chắn lối xả khí của actuator.

Bước 5: Lắp đường khí và van điện từ khi lắp đặt van điều khiển khí nén

Trong lắp đặt van điều khiển khí nén, van điện từ được gắn trực tiếp lên actuator theo chuẩn NAMUR (VDI/VDE 3845), cổng khí ren thường là G1/4. Gắn trực tiếp ngắn đường khí, giảm thể tích chết nên van chạy nhanh hơn và ít tốn khí hơn so với đặt xa rồi đi ống dài. Chi tiết loại van điện từ và nguyên lý 3/2, 5/2 có trong bài van điện từ khí nén.

• Tác động đơn dùng van 3/2, tác động kép dùng van 5/2. Nhầm hai loại này là lỗi lắp thường gặp: actuator đơn nối van 5/2 vẫn chạy được nếu bịt cổng ra thừa hoặc đấu theo hướng dẫn của hãng, còn actuator kép nối van 3/2 chỉ chạy được một chiều.
• Ống nối dùng loại polyurethane hoặc nylon đường kính ngoài 6 hoặc 8 mm, chọn theo cỡ cổng và lưu lượng. Cắt ống vuông góc, đẩy vào đầu nối nhanh đến hết để không rò. Tham khảo thêm ở bài dây hơi khí nén.
• Lắp tiêu âm ở cổng xả. Tiêu âm giảm tiếng ồn, đồng thời chặn bụi vào cổng xả. Tiêu âm bị bít thì khí xả ra chậm, van trả về chậm dù lò xo vẫn khỏe.
• Lắp van tiết lưu một chiều ở cổng xả để chỉnh tốc độ (xem Bước 7).
• Đường khí chính nên có độ dốc nhẹ về phía điểm xả nước, nhánh rẽ lấy từ phía trên đường chính để nước ngưng không chảy vào nhánh. Mỗi điểm thấp phải có van xả nước.

Các phụ kiện đi kèm như bộ định vị, hộp công tắc hành trình, tay quay dự phòng được tổng hợp trong bài phụ kiện van khí nén.

Bước 6: Đấu điện cho coil và công tắc hành trình

Phần điện của lắp đặt van điều khiển khí nén khá ngắn nhưng sai là hỏng thiết bị. Kiểm tra điện áp trên nhãn coil khớp với nguồn trước khi cấp điện. Coil 24 VDC cấp nhầm 220 VAC cháy ngay, ngược lại coil 220 VAC cấp 24 V không hút được lõi. Coil nóng bất thường sau khi chạy thường do sai điện áp, kẹt lõi hoặc coil không phải loại chịu cấp điện liên tục (100% ED) nhưng bị cấp điện liên tục.

• Dùng ốc siết cáp (cable gland) đúng cỡ cáp để giữ cấp bảo vệ IP của đầu nối, thường IP65 trở lên (tham khảo). Cáp chùng ở phía dưới để nước chảy xuống không theo cáp vào hộp đấu dây.
• Nối đất vỏ hộp và vỏ coil theo quy định của nhà máy.
• Đấu công tắc hành trình theo sơ đồ: tiếp điểm mở và tiếp điểm đóng đúng với tín hiệu PLC mong đợi. Đấu đảo hai tiếp điểm làm PLC hiểu ngược trạng thái van.
• Khu vực nguy hiểm cháy nổ phải dùng thiết bị có chứng nhận Ex phù hợp phân vùng, và việc đấu nối do thợ có chứng chỉ thực hiện.

Bước 7: Chỉnh hành trình, tốc độ và chạy thử

Khâu cuối của lắp đặt van điều khiển khí nén là chỉnh theo thứ tự: vít chặn, cam công tắc hành trình, rồi tốc độ. Làm đảo thứ tự sẽ phải chỉnh lại nhiều lần.

Vít chặn hành trình hai đầu

Vít chặn ở hai đầu actuator quyết định góc quay thực. Với van bướm, cần đĩa dừng đúng vị trí đóng kín (vuông góc với dòng) và mở hết (song song). Vặn vít quá sâu làm đĩa dừng non, van đóng không kín dù actuator đã chạy hết hành trình. Vặn nới quá thì đĩa ép thêm vào gioăng ở đóng, gây mòn sớm và tăng mô-men. Cấp khí, quan sát vị trí đĩa bằng chỉ báo, chỉnh từng 1/4 vòng rồi thử lại.

Cam công tắc hành trình

Sau khi vít chặn xong mới chỉnh cam. Cam được đặt sao cho công tắc báo vị trí đúng lúc đĩa đã tới điểm cuối, không phải lúc đang đi qua. Kiểm tra bằng tín hiệu thật tại PLC, đừng chỉ dựa vào đèn trên hộp.

Tốc độ đóng mở và búa nước

Van tiết lưu đặt ở cổng xả để chỉnh tốc độ: siết lại thì khí xả ra chậm, piston di chuyển chậm lại. Với đường nước, đóng quá nhanh làm dòng chảy dừng đột ngột, áp suất tăng vọt thành búa nước. Làm chậm hành trình đóng là cách chống búa nước đơn giản nhất ở van tự động. Bắt đầu từ tốc độ chậm rồi nới dần, thay vì để mặc định.

Nghiệm thu: checklist chạy thử sau lắp đặt van điều khiển khí nén

Hoàn tất lắp đặt van điều khiển khí nén bằng cách chạy thử với áp thật. Kiểm tra ở áp khí thấp nhất mà hệ thống có thể gặp (ví dụ khi nhiều thiết bị cùng dùng khí), không phải ở áp lúc đo buổi sáng, vì mô-men actuator giảm theo áp.

Biên bản lắp đặt van điều khiển khí nén nên ghi lại thời gian hành trình và áp khí cấp lúc nghiệm thu. Đây là số gốc để so sánh khi van chạy chậm đi sau vài tháng. Khi gặp lỗi lúc chạy thử hoặc sau này, đối chiếu với bảng chẩn đoán ở bài lỗi thường gặp.

Khi cần tư vấn chọn thiết bị hoặc hỗ trợ kỹ thuật cho dự án lắp đặt van điều khiển khí nén, liên hệ bộ phận kinh doanh của Viva:

Câu hỏi thường gặp về lắp đặt van điều khiển khí nén