Sử dụng van điện: 12 sai lầm khi chọn, lắp, đấu dây và vận hành

Hầu hết hỏng hóc khi sử dụng van điện không đến từ lỗi sản xuất mà từ vài sai lầm lặp lại ở bốn giai đoạn: chọn thông số, lắp đặt, đấu dây và vận hành hằng ngày. Một bộ truyền động thiếu mô-men, một đầu cáp ngửa lên, hai lệnh đóng mở cấp cùng lúc hay vượt chế độ làm việc đều có thể đánh sập cả cụm van chỉ sau vài tuần. Bài này đi qua từng sai lầm theo thứ tự đó, giải thích cơ chế gây hỏng và cách tránh để bạn sử dụng van điện ổn định, ít phải dừng máy.

Phạm vi bài là các cụm van quay một phần tư vòng có bộ truyền động điện, chủ yếu van bi và van bướm. Nếu bạn còn đang phân vân giữa các dòng, hãy bắt đầu từ khái niệm van điều khiển điện, sau đó quay lại đây để kiểm tra từng bước trước khi đặt hàng hoặc đưa vào vận hành.

Sai lầm khi chọn: sử dụng van điện không đúng thông số

Gần như mọi sự cố lặp lại khi sử dụng van điện đều bắt nguồn từ khâu chọn. Cùng một bộ điện nhưng dùng sai mô-men, sai điện áp hay sai vật liệu gioăng thì hậu quả xuất hiện vài tuần đến vài tháng sau, nên rất khó quy lại đúng nguyên nhân. Khi phải chọn mới, tham khảo cách chọn van bướm điều khiển điện và phần phân loại van bi điều khiển điện để biết các thông số cần ghi vào yêu cầu mua.

Sử dụng van điện với bộ truyền động thiếu mô-men

Mô-men cản của van không cố định. Van bướm cần mô-men lớn nhất ở thời điểm bắt đầu mở và lúc đĩa ép vào gioăng khi đóng; van bi tăng mô-men khi bi bám cặn hoặc khi van đứng yên lâu ngày. Khi sử dụng van điện, chọn bộ điện sát mô-men danh nghĩa trong catalogue nghĩa là bộ làm việc ngay giới hạn, và chỉ cần gioăng khô hay cặn nhẹ là bộ dừng giữa hành trình hoặc đóng không tới độ ép cần thiết nên van rò.

Cách tránh: lấy mô-men mở lớn nhất của van trong điều kiện thực tế (áp suất, môi chất, tần suất thao tác) nhân hệ số an toàn từ 1,3 đến 1,5 (tham khảo), rồi chọn bộ có mô-men định mức bằng hoặc lớn hơn. Cách tính và các yếu tố làm tăng mô-men được trình bày ở bài mô-men xoắn của van bi.

Sử dụng van điện sai điện áp và dạng nguồn

Các bộ truyền động điện phổ biến có 24 VDC hoặc 24 VAC, 220 VAC một pha, và 380 VAC ba pha cho bộ mô-men lớn. Lỗi hay gặp nhất là cấp 220 VAC vào bộ 24 V (cháy ngay mạch nguồn) hoặc nhầm 24 VAC với 24 VDC, vì hai loại nhìn giống nhau trên nhãn. Ở chiều ngược lại, cấp điện áp thấp hơn định mức làm motor yếu: mô-men của motor cảm ứng tỷ lệ gần với bình phương điện áp, nên sụt 10 % chỉ còn khoảng 81 % mô-men. Cáp 24 V quá dài, tiết diện nhỏ thường gây tình trạng này.

Để sử dụng van điện đúng nguồn, hãy đọc nhãn bộ điện ngay khi nhận hàng, ghi điện áp, dạng dòng (AC hay DC), tần số và công suất lên bản vẽ. Đo điện áp tại cọc đấu dây khi bộ đang chạy, không đo ở đầu nguồn.

Sử dụng van điện với gioăng sai vật liệu

Gioăng hỏng âm thầm vì van vẫn đóng mở bình thường cho đến khi rò. Cơ chế là hóa học: cao su trương nở khi phân tử môi chất xen được vào giữa các mạch polymer cùng tính chất. EPDM không phân cực, trong khi dầu khoáng là hydrocarbon không phân cực nên thấm vào EPDM, làm gioăng trương nở, mềm và mất kích thước; đây là lý do EPDM chỉ dùng cho nước, nước nóng (khoảng −20 đến +120 °C, tham khảo) và không dùng cho dầu.

NBR có nhóm nitrile phân cực nên chịu dầu và nhiên liệu tốt (khoảng −10 đến +80 °C) nhưng lại không phù hợp với nước nóng cao hơn ngưỡng.

PTFE trơ với hầu hết hóa chất nhờ liên kết C–F rất bền, lớp nguyên tử flo bao kín mạch carbon; khoảng nhiệt thông thường −20 đến +180 °C, riêng van bướm lót PTFE thường giới hạn thấp hơn, xem catalogue. FKM (Viton) dùng cho axit và dầu nóng đến khoảng 200 °C (tham khảo).

Gioăng sai vật liệu làm mô-men tăng (do trương nở bóp chặt đĩa hoặc bi) và dẫn tới cả hai hậu quả cùng lúc: bộ điện quá tải và van rò. Trước khi sử dụng van điện với môi chất mới, luôn đối chiếu môi chất, nồng độ và nhiệt độ với bảng tương thích của hãng.

Sử dụng van điện On/Off để điều tiết lưu lượng

Bộ truyền động On/Off thường theo chế độ S2 (làm việc ngắn hạn) và chỉ có hai vị trí đóng, mở. Sử dụng van điện loại này đóng cắt liên tục để giữ lưu lượng làm motor khởi động nhiều lần mỗi giờ, nóng lên và bị rơ-le nhiệt ngắt.

Van cũng không ổn định ở góc mở nhỏ: dòng chảy xiết qua khe hẹp cắt mòn gioăng, làm đĩa rung. Để điều tiết cần bộ có tín hiệu tuyến tính 4–20 mA hoặc 0–10 V (2–10 V) và chế độ S4, kèm phản hồi vị trí 4–20 mA; xem van bi điều khiển điện hoặc van bướm điều khiển điện loại tuyến tính.

Một nhầm lẫn khác là xem van điện từ (solenoid) và van bi điện là một. Van điện từ phản ứng nhanh nhưng chủ yếu cho đường ống nhỏ và áp lực thấp, còn van bi điện đóng mở chậm hơn và dùng cho đường kính lớn hơn; sự khác biệt này nằm ở bài van bi điện và van điện từ.

Sử dụng van điện ở vị trí cần fail-safe

Khi mất điện, bộ truyền động điện thông thường giữ nguyên vị trí (fail-in-place) vì hộp số trục vít – bánh vít có góc xoắn nhỏ và tự hãm. Đặc tính này có lợi khi cần giữ trạng thái, nhưng là mối nguy nếu quy trình đòi hỏi van tự đóng hoặc tự mở. Muốn tự về vị trí an toàn thì cần bộ có pin hoặc siêu tụ dự phòng, kiểu lò xo hồi (mô-men nhỏ, chủ yếu HVAC), hoặc chuyển sang van khí nén tác động đơn dùng lò xo. Hãy so sánh trước tại bài van bướm khí nén và van bướm điện.

Sử dụng van điện sai cấp bảo vệ IP và nhiệt độ môi trường

IP67 là mức phổ biến cho bộ truyền động: kín bụi và chịu ngâm tạm thời ở độ sâu 1 m trong 30 phút theo IEC 60529. Mức đó không có nghĩa là bộ chịu được ngâm lâu hay phun áp lực. Vị trí hố van, tầng hầm hoặc nơi có thể ngập kéo dài cần IP68 với điều kiện do nhà sản xuất công bố, và khu vực có khí cháy nổ cần vỏ chống cháy nổ Ex d (ATEX/IECEx). Ý nghĩa từng mã được giải thích ở bài cấp bảo vệ IP.

Nhiệt độ môi trường cũng ảnh hưởng đến việc sử dụng van điện. Bộ truyền động đặt gần ống hơi, lò hay dưới nắng trực tiếp sẽ tích nhiệt; nhiệt độ cao làm giảm tuổi thọ cách điện cuộn dây, khô mỡ bánh răng và tăng nguy cơ ngắt nhiệt. Khi chọn vị trí, ưu tiên nơi thoáng, che nắng, xa nguồn nhiệt và đối chiếu giới hạn nhiệt độ làm việc trên catalogue.

Sử dụng van điện sai kích cỡ: chọn theo đường ống thay vì theo lưu lượng

Van chọn quá lớn chạy ở độ mở rất nhỏ, ngay vùng mà lưu lượng thay đổi rất nhạy theo góc mở nên bộ điều khiển dễ dao động. Dùng hệ số lưu lượng Cv (hoặc Kv, với Kv = 0,865 × Cv) cùng chênh áp cho phép để chọn cỡ van, không chỉ lấy theo đường kính ống. Tham khảo thêm hệ số Cv để biết cách đọc bảng lưu lượng.

Sai lầm khi lắp đặt trước khi sử dụng van điện

Van chọn đúng vẫn hỏng nếu lắp sai, dù cách sử dụng van điện sau đó đúng quy trình. Bốn lỗi dưới đây chiếm phần lớn hỏng hóc do thi công và đều có thể tránh bằng vài phút kiểm tra trước khi cấp điện.

Lắp bộ điện chúc ngược và đầu cáp ngửa lên

Hộp bộ điện không kín tuyệt đối với không khí. Khi ban ngày nóng, ban đêm nguội, áp suất trong hộp thay đổi và hút không khí ẩm vào; hơi nước ngưng thành giọt khi nhiệt độ trong hộp xuống dưới điểm sương. Điện trở sấy (heater) có nhiệm vụ giữ nhiệt độ trong hộp cao hơn môi trường để tránh hiện tượng này, nhưng chỉ hiệu quả nếu nước không có đường chảy vào. Đầu cáp hướng lên trên khiến nước mưa chảy dọc dây vào thẳng hộp; bộ điện lắp chúc ngược, nắp quay xuống hoặc nghiêng làm nước đọng ở gioăng nắp.

Để sử dụng van điện bền, hãy lắp bộ điện nằm ngang hoặc thẳng đứng theo hướng dẫn hãng, đầu cáp hướng xuống, tạo vòng võng nhỏ ở cáp trước khi vào đầu cáp (drip loop), siết đầu cáp đúng cỡ dây. Tại vị trí gần nước, nâng bộ cao hơn mặt sàn bằng giá đỡ, thay vì để sát đất.

Kẹp gioăng khi lắp wafer

Với van bướm kiểu wafer, gioăng cao su thường kiêm luôn làm kín mặt bích. Nếu ống không đồng tâm hoặc siết bulông lệch, mép gioăng bị kẹp, cắt hoặc ép lệch; mặt bích hai bên cũng tạo áp lực không đều lên đĩa. Hậu quả là rò ở chỗ kẹp và mô-men tăng vì đĩa cọ vào thân. Hãy mở đĩa nhẹ (khoảng 10–15°, tham khảo) trước khi siết (để đĩa không chạm mặt bích), siết bulông chéo từng nấc, không dùng gioăng mặt bích kèm nếu hãng không cho phép.

Không đỡ ống và để van gánh tải

Cụm van bướm điện có khối lượng lớn nên nếu không đỡ ống hai bên, trọng lượng và lực giãn nở nhiệt kéo trực tiếp vào mặt bích van. Thân van biến dạng nhẹ là đủ để đĩa cọ vào thân, mô-men tăng và gioăng hỏng không đều. Muốn sử dụng van điện không bị gánh tải, hãy làm giá đỡ cho đoạn ống và cho cả bộ truyền động nếu bộ nặng, để van không phải gánh. Cách kiểm tra lại cụm van sau lắp và lịch bảo trì định kỳ nằm ở bài bảo trì và sửa chữa van bướm điện.

Sai lầm khi đấu dây cho cụm sử dụng van điện

Đấu dây sai làm cụm van hỏng rất nhanh, nhiều khi ngay lần cấp điện đầu tiên. Nguyên tắc chung là luôn dùng đúng sơ đồ trên nắp hoặc trong catalogue của model đó, không suy luận từ bộ khác; hướng dẫn chi tiết ở bài đấu dây van điện đúng sơ đồ.

Cấp đồng thời hai chiều đóng và mở

Ở bộ một pha, motor có hai cuộn dây và một tụ mắc giữa chúng: lệnh nào có điện thì cuộn đó nhận điện trực tiếp, cuộn kia nhận qua tụ, tạo từ trường quay theo chiều tương ứng. Nếu hai lệnh có điện cùng lúc, cả hai cuộn nhận điện trực tiếp, cùng pha, tụ bị nối tắt nên không còn từ trường quay; motor ù, dòng tăng như khi kẹt rôto và nóng rất nhanh.

Với bộ ba pha, hai contactor đảo chiều đóng cùng lúc gây ngắn mạch giữa các pha. Cách tránh là liên động bằng phần mềm lẫn phần cứng (tiếp điểm thường đóng của contactor kia hoặc rơ-le trung gian có khóa chéo), và thêm thời gian trễ vài trăm mili-giây khi đảo chiều.

Đấu song song nhiều bộ trên một đầu ra

Một rơ-le hoặc đầu ra PLC không nên điều khiển nhiều bộ truyền động nếu tổng dòng chưa được tính. Dòng đề của nhiều motor cộng lại dễ vượt khả năng chịu của tiếp điểm, gây dính tiếp điểm. Thời gian hành trình mỗi bộ cũng khác nhau, nên bộ này dừng thì bộ kia còn chạy, và tín hiệu phản hồi 4–20 mA của các bộ không được nối chung với nhau.

Với bộ một pha dùng motor tụ còn một lý do quan trọng hơn: cực chưa được cấp lệnh của một bộ vẫn mang điện áp qua tụ, khi nối chung sẽ cấp ngược sang bộ khác làm bộ đó chạy sai chiều hoặc nóng. Hãy dùng rơ-le trung gian riêng cho từng bộ hoặc đầu ra riêng.

Không tiếp địa

Vỏ bộ truyền động thường làm bằng nhôm và chỉ được ngăn với cuộn dây bằng lớp cách điện. Khi cách điện suy giảm do ẩm, vỏ có thể mang điện áp nguy hiểm; không có dây tiếp địa thì chạm vào là giật. Ngoài ra bộ lọc nhiễu bên trong cũng cần xả dòng rò xuống đất. Trước khi sử dụng van điện, nối dây tiếp địa PE vào cọc tiếp địa trên bộ điện theo tiêu chuẩn điện của nhà máy, kiểm tra điện trở nối đất định kỳ.

Đi chung dây tín hiệu với dây động lực

Tín hiệu 4–20 mA có biên độ nhỏ, dễ bị cảm ứng khi chạy song song một đoạn dài với cáp motor hoặc biến tần. Nhiễu làm vị trí lệnh dao động và van tuyến tính “săn” qua lại. Hãy đi dây tín hiệu trong máng riêng hoặc cách dây động lực ít nhất vài chục centimet, dùng cáp xoắn có bọc chống nhiễu, nối đất lớp bọc ở một đầu và chỉ giao nhau với cáp động lực theo góc vuông. Tín hiệu dòng ít bị ảnh hưởng của điện trở dây hơn tín hiệu áp, nhưng không miễn nhiễm với cảm ứng.

Sai lầm khi vận hành và sử dụng van điện hằng ngày

Giai đoạn sử dụng van điện hằng ngày nghe có vẻ ít kỹ thuật nhất nhưng gây ra nhiều lần dừng máy nhất, vì người vận hành thường chỉ biết nút bấm, không biết giới hạn của thiết bị.

Sử dụng van điện vượt chế độ làm việc

Bộ On/Off thường theo chế độ S2, bộ tuyến tính theo S4 (tính theo IEC 60034-1), tức là mỗi giờ chỉ được khởi động và chạy trong giới hạn nhất định, phần thời gian còn lại để motor nguội. Khi tần suất đóng cắt vượt giới hạn, nhiệt sinh ra tích dần trong cuộn dây cho tới ngưỡng cảm biến nhiệt: rơ-le nhiệt ngắt và van đứng yên đúng lúc cần. Nhiều nơi xử lý bằng cách đấu tắt bảo vệ, kết quả là cuộn dây cháy. Cách đúng là giảm tần suất, tăng thời gian chờ giữa hai lệnh, hoặc chọn bộ có chế độ làm việc cao hơn.

Dùng tay quay khi đang có điện

Tay quay là cơ cấu dự phòng khi mất điện hoặc khi chỉnh lúc lắp đặt. Quay tay khi motor vẫn có điện và chưa nhả ly hợp (nếu bộ có) có thể làm hai nguồn lực chống nhau, gây gãy răng hộp số, hoặc motor bất ngờ chạy kéo theo tay quay gây chấn thương. Khi sử dụng van điện bằng tay quay, quy trình đúng là cắt nguồn, khóa treo thẻ, sau đó mới quay tay theo hướng dẫn hãng, và khôi phục chế độ tự động khi xong.

Không chạy định kỳ khi sử dụng van điện ít thao tác

Van đóng hoặc mở hàng tháng liền sẽ bị dính gioăng vào đĩa hoặc bi, cặn khoáng kết tinh ở mép và mô-men để bắt đầu quay tăng đáng kể. Bộ điện chọn theo mô-men chạy bình thường có thể dừng ngay lần đầu thao tác. Nếu sử dụng van điện ít thao tác, hãy chạy thử trọn hành trình định kỳ (tham khảo: mỗi tháng một lần) và ghi lại thời gian hành trình, dòng điện.

Chỉnh cam hành trình sai

Khi sử dụng van điện, cam đóng đặt quá sớm làm đĩa chưa kịp ép gioăng nên van rò; đặt quá muộn khiến đĩa ép chặt hơn mức cần, mô-men tăng, gioăng nhanh hỏng. Cam mở đặt sai cho góc mở không đủ và làm giảm lưu lượng. Với tín hiệu phản hồi, cam lệch làm đèn báo nói khác vị trí thật. Khi chỉnh, đưa van về vị trí đóng bằng tay, khóa cam đóng đúng thời điểm chạm hết hành trình, làm tương tự cho vị trí mở, rồi chạy thử bằng điện vài chu kỳ.

Bảng tổng hợp sai lầm khi sử dụng van điện, hậu quả và cách tránh

Bảng dưới đây gom các sai lầm phổ biến khi sử dụng van điện thành danh sách kiểm tra nhanh, có thể in kèm biên bản nghiệm thu. Dùng nó để rà soát trước khi nghiệm thu và sử dụng van điện chính thức.

Kết luận

Sử dụng van điện đúng cách là chuỗi kiểm tra ngắn nhưng đủ: mô-men có dư theo hệ số an toàn từ 1,3 đến 1,5, điện áp khớp nhãn, gioăng hợp môi chất, đầu cáp hướng xuống, hai chiều lệnh có liên động, và đóng cắt nằm trong chế độ S2 hoặc S4 của bộ. Khi mỗi giai đoạn được kiểm tra riêng, phần lớn sự cố sẽ được loại bỏ trước khi hệ thống chạy. Khi sử dụng van điện ở những vị trí khó như cần fail-safe, ngập nước hay khu vực nguy hiểm, nên hỏi thêm hãng hoặc nhà cung cấp trước khi đặt hàng.

Nếu bạn cần rà soát lại thông số trước khi sử dụng van điện hoặc cần tư vấn thay bộ truyền động đang hỏng, hãy để lại thông tin dưới đây kèm điều kiện làm việc thực tế để được trao đổi cụ thể.

Câu hỏi thường gặp về sử dụng van điện