So sánh van cầu với các loại van khác thường quy về hai câu hỏi: đường ống có cần điều tiết lưu lượng không, và hệ thống chấp nhận mất bao nhiêu áp suất qua van. Van cầu trả lời tốt câu thứ nhất (vừa chặn vừa điều tiết được) nhưng trả giá ở câu thứ hai vì dòng chảy đổi hướng hai lần trong thân.
Bảng so sánh van cầu với van cổng, van bi và van bướm
Bảng dưới là giá trị tham khảo cho van mở hoàn toàn, cùng DN, dùng với nước hoặc hơi. Hệ số trở lực K thay đổi theo DN, kiểu thân và hãng, cần đối chiếu catalogue khi tính toán.
| Tiêu chí | Van cầu | Van cổng | Van bi | Van bướm |
|---|---|---|---|---|
| Chuyển động | Tịnh tiến (đĩa nâng/hạ theo ty) | Tịnh tiến (cổng trượt vuông góc dòng) | Quay 90° | Quay 90° |
| Điều tiết | Tốt, đặc tính ổn định | Không nên dùng | Kém với bi tiêu chuẩn; được với bi V-port | Điều tiết thô, khoảng 20–70% góc mở |
| K khi mở hết | Thân Z ≈ 4–10; thân Y ≈ 2–3; thân góc ≈ 2–5 | ≈ 0,1–0,2 | Full bore ≈ 0,05 | ≈ 0,3–1 (tùy DN) |
| Độ kín | Rất tốt, đĩa ép xuống bệ | Tốt khi bệ sạch, dễ mòn nếu hay mở nửa chừng | Rất tốt với bệ PTFE/RPTFE | Tốt với đệm đàn hồi; đệm kim loại kín kém hơn |
| Thời gian đóng mở | Trung bình, hành trình ngắn | Chậm, nhiều vòng quay | Nhanh, 1/4 vòng | Nhanh, 1/4 vòng |
| Kích thước, trọng lượng | Thân cao, nặng | Cao theo chiều ty, nặng ở DN lớn | Gọn ở DN nhỏ–vừa | Gọn và nhẹ nhất, nhất là DN lớn |
| Giá tương đối | Cao hơn van cổng cùng DN | Trung bình | Thấp–trung bình ở DN nhỏ | Thấp nhất ở DN lớn |
| Ứng dụng điển hình | Hơi, nước nóng, dầu, đường điều tiết, bypass | Cấp thoát nước, đường ống chính, ít thao tác | Đóng cắt nhanh, khí, nước, hóa chất | HVAC, cấp nước DN lớn, xử lý nước |
Để thấy khác biệt thực tế: nước chảy 2 m/s, khi đó ρ·v²/2 = 1000 × 2² / 2 = 2000 Pa = 0,02 bar. Van cầu thân Z có K = 8 gây ΔP = 8 × 0,02 = 0,16 bar, còn van cổng K = 0,15 chỉ mất khoảng 0,003 bar. Cách quy đổi sang Kv và hệ số lưu lượng được trình bày trong bài về tổn thất áp suất qua van cầu. Với đường ống dài, bơm công suất sát giới hạn hoặc cột áp thấp, chênh lệch này đủ để đổi loại van.
Van cầu và van cổng: cùng tịnh tiến nhưng khác mục đích
Cả hai đều dùng ty ren biến chuyển động quay của tay quay thành tịnh tiến. Khác biệt nằm ở hướng chuyển động so với dòng chảy. Van cổng có thân thẳng, cổng (wedge) trượt vuông góc với dòng; khi mở hết cổng rút hẳn lên nắp capo, tiết diện thông suốt nên tổn thất rất nhỏ. Van cầu có thân chia hai khoang, dòng đi vào dưới đĩa, qua bệ rồi đổi hướng ra cửa ra, nên tổn thất lớn hơn nhiều.
Hành trình cũng khác. Cổng van cổng phải nâng bằng khoảng một DN mới rời hết dòng, nên đóng mở mất nhiều vòng tay quay. Đĩa van cầu chỉ cần nâng khoảng 1/4 DN để tiết diện khe hở bằng tiết diện ống, do đó đóng mở nhanh hơn và mòn ít hơn.
Về điều tiết, khi cổng van cổng mở dở, dòng chảy ép qua khe hẹp làm cổng rung và mòn mép bệ, đồng thời diện tích khe không tỉ lệ đều với hành trình. Đó là lý do van cổng không dùng để điều tiết lưu lượng. Đĩa van cầu nâng hạ dọc trục bệ nên khe hở thay đổi đều theo hành trình, đĩa lại ép xuống bệ theo phương vuông góc nên kín tốt hơn. Muốn đối chiếu thêm về cấu tạo và vật liệu, xem bài so sánh chi tiết van cổng và van cầu.
Về lưu chất, van cổng chịu được nước có cặn, hạt mịn vì khi mở hết không có vật cản trong dòng, nhưng cặn lắng ở rãnh đáy có thể làm van cổng đóng không kín. Van cầu dễ kẹt cặn trong khoang và ở bệ nên hợp với lưu chất sạch như hơi, nước nóng, dầu, nhiên liệu.
Van cầu và van bi: tổn thất nhỏ hay điều tiết ổn định
Van bi dùng quả bi có lỗ xuyên tâm, quay 1/4 vòng để mở hoặc đóng. Loại full bore có lỗ bi bằng đường kính trong ống nên K chỉ khoảng 0,05, thấp hơn van cầu khoảng 100 lần trở lên; loại reduced bore có lỗ nhỏ hơn một cấp DN nên tổn thất lớn hơn. Đóng nhanh bằng một thao tác tay gạt, dễ gắn bộ truyền động khí nén hoặc điện quay phần tư vòng.
Điểm cần tránh là coi van bi như van điều tiết. Khi bi chỉ mở một phần, dòng tốc độ cao chảy qua khe hẹp giữa mép lỗ bi và bệ, làm mòn bệ PTFE và mép bi cắt vào gioăng, sau một thời gian van bắt đầu rò. Van bi tiêu chuẩn vì vậy chỉ nên ở vị trí mở hết hoặc đóng hết. Nếu cần điều tiết bằng cơ cấu quay, chọn van bi V-port, có khe hình chữ V cho đặc tính lưu lượng gần tỉ lệ với góc mở.
Vì vậy, van bi hợp đường ống cần đóng cắt nhanh, tổn thất thấp, lưu chất sạch hoặc có hạt mịn; van cầu hợp vị trí cần giữ lưu lượng ổn định lâu dài, nhất là hơi và nước nóng, nơi bệ kim loại chịu nhiệt tốt hơn bệ PTFE. Với hơi, bi có bệ PTFE thường bị giới hạn ở khoảng 180–200 °C (tham khảo, đối chiếu catalogue hãng).
Van cầu và van bướm: gọn nhẹ ở DN lớn, điều tiết thô
Van bướm có đĩa dẹt gắn trên trục, đặt ngay giữa thân và xoay 90° để đóng mở. Đĩa luôn nằm trong dòng, kể cả khi mở hết, nên K thường vào khoảng 0,3–1 tùy DN và kiểu đĩa. Con số này vẫn thấp hơn nhiều so với van cầu, và thân van chỉ dày vài centimet kiểu wafer hoặc lug, nên rất tiết kiệm không gian và trọng lượng khi DN từ 150 trở lên. Ở DN lớn, giá van bướm thấp hơn nhiều so với van cầu hay van cổng cùng cỡ.
Van bướm điều tiết được ở mức thô, trong khoảng 20–70% góc mở. Dưới 20%, khe quá hẹp, đĩa chịu mô-men không ổn định; trên 70%, lưu lượng gần như không đổi dù góc tăng thêm. Độ chính xác điều tiết và độ kín khít thấp hơn van cầu, đặc biệt với hơi nóng và nhiệt độ cao vì đệm đàn hồi (EPDM, NBR) có giới hạn nhiệt thấp. Van bướm hai hoặc ba tâm lệch với đệm kim loại mở rộng được dải nhiệt độ, nhưng giá cao hơn van đồng tâm cùng cỡ.
Van cầu và van một chiều: chủ động chặn, tự động chặn ngược
Hai loại này thường bị nhầm vì có hình dáng thân giống nhau. Van cầu là van chặn, có ty và tay quay, người vận hành quyết định mở, đóng hay đặt độ mở trung gian. Van một chiều nâng (lift check) có thân và đĩa như van cầu nhưng không có ty; đĩa tự nâng khi dòng chảy theo chiều thuận và tự hạ xuống bệ khi dòng đảo chiều hoặc dừng, nhờ trọng lực hoặc lò xo.
Có một kiểu lai là van cầu chặn một chiều (stop check). Ty van cầu không gắn cứng với đĩa, nên đóng ty xuống thì đĩa bị ép đóng như van cầu thường, còn khi nhả ty lên thì đĩa hoạt động như van một chiều. Kiểu này dùng nhiều ở cửa ra nồi hơi và đường hơi cấp chung, vừa chống hơi chảy ngược từ nồi khác vừa cho phép cách ly nồi để bảo trì. Phân biệt chi tiết hai loại ở đường hơi có trong bài van một chiều hơi và van cầu.
Chọn loại nào cho hệ thống của bạn
Theo từng tình huống, có thể chọn như sau:
- Cần điều tiết lưu lượng hoặc áp suất lâu dài, lưu chất sạch (hơi, nước nóng, dầu, nhiên liệu): van cầu, ưu tiên thân Y nếu áp cao hoặc tổn thất quan trọng.
- Chỉ đóng mở thỉnh thoảng trên đường ống chính, cần tổn thất thấp, nước có cặn: van cổng.
- Cần đóng cắt nhanh, tổn thất rất thấp, kín bọt khí (bubble-tight) với bệ PTFE, DN nhỏ–vừa: van bi full bore.
- DN lớn, không gian hạn chế, điều tiết thô hoặc chỉ đóng cắt: van bướm.
- Điều tiết bằng cơ cấu quay 1/4 vòng: van bi V-port hoặc van bướm đĩa lệch tâm, không dùng van bi tiêu chuẩn.
- Ngăn dòng chảy ngược tự động: van một chiều; cần thêm khả năng cách ly bằng tay: van cầu chặn một chiều.
Khi đã nghiêng về van cầu, cần cân nhắc ưu điểm và nhược điểm của van cầu: kín tốt, điều tiết ổn định, nhưng tổn thất cao, nặng, dễ kẹt với lưu chất có hạt. Bước tiếp theo là chọn van cầu theo vật liệu thân, cấp áp PN, kiểu kết nối và hướng dòng. Lưu ý áp suất định mức của van giảm khi nhiệt độ tăng, nên kiểm tra đường cong P–T thay vì chỉ nhìn nhãn PN.
Tư vấn chọn van theo điều kiện làm việc
Khi còn phân vân giữa van cầu và loại van khác, gửi cho Viva lưu chất, nhiệt độ, áp suất làm việc, DN và yêu cầu điều tiết hay đóng cắt để được đối chiếu thông số. Có thể xem trước các dòng van cầu tại Viva theo vật liệu và kiểu kết nối.
Địa chỉ: Số 20 ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội
Phụ trách kinh doanh: Miss Hoa
Câu hỏi thường gặp về so sánh van cầu với các loại van khác
Van cầu và van cổng khác nhau cơ bản ở điểm nào?
Cả hai đều chuyển động tịnh tiến nhưng van cầu có thân hai khoang, dòng đổi hướng nên tổn thất lớn và điều tiết được. Van cổng có dòng thẳng, tổn thất rất nhỏ khi mở hết nhưng chỉ nên dùng đóng cắt.
Van bi có dùng để điều tiết lưu lượng được không?
Van bi tiêu chuẩn không nên mở dở lâu dài vì dòng tốc độ cao làm mòn bệ và mép bi cắt gioăng. Muốn điều tiết bằng van bi, dùng loại V-port.
Van bướm có thay được van cầu không?
Được ở đường ống DN lớn chỉ cần đóng cắt hoặc điều tiết thô khoảng 20–70% góc mở. Với hơi, nhiệt độ cao hoặc cần điều tiết chính xác, van cầu phù hợp hơn.
Van cầu có phải van một chiều không?
Không. Van cầu là van chặn và điều tiết do người vận hành điều khiển bằng tay quay hoặc bộ truyền động. Van một chiều tự đóng khi dòng chảy ngược, còn van cầu chặn một chiều là loại kết hợp cả hai chức năng.
Vì sao van cầu gây tổn thất áp suất lớn hơn van cổng và van bi?
Dòng chảy trong van cầu đổi hướng hai lần qua bệ và khoang thân, trong khi van cổng và van bi full bore có lòng thông thẳng. Hệ số K của van cầu thân Z khoảng 4–10, van cổng khoảng 0,1–0,2.
