Ưu nhược điểm van cầu quy về một cặp: van cầu điều tiết ổn định và đóng kín tốt, nhưng gây tổn thất áp suất lớn và cần lực đóng cao. Cả hai đặc tính đến từ cùng một nguyên nhân là đĩa van ép vuông góc lên bệ và dòng chảy bị bẻ hướng hai lần trong thân.
Ưu điểm của van cầu và cơ chế đứng sau
Điều tiết ổn định ở vùng đầu hành trình
Đĩa van di chuyển tịnh tiến theo ty, nên khe hở giữa đĩa và bệ thay đổi liên tục theo độ nâng. Ở vùng đầu hành trình, lưu lượng gần như tỷ lệ với độ nâng đĩa, nên người vận hành chỉnh được lưu lượng từng chút một. Đặc tính cụ thể còn phụ thuộc thiết kế thân và đĩa: đĩa dạng nút (plug) hoặc côn cho đặc tính điều tiết mịn hơn đĩa phẳng.
Đóng kín tốt, ít mài mòn bề mặt làm kín
Khi đóng, đĩa hạ thẳng xuống bệ và lực của ty ép trực tiếp lên vòng tiếp xúc. Đĩa không trượt ngang trên bệ như cánh (cổng) của van cổng trượt giữa hai mặt bệ, nên bề mặt làm kín ít bị cào xước. Nhờ vậy van cầu dùng được cho hơi nước, nước nóng và nhiều chất lỏng cần cắt dòng dứt khoát.
Hành trình ngắn
Đĩa chỉ cần nâng lên khoảng một phần tư đường kính cửa là dòng đã thông gần hết tiết diện. Van cổng phải nâng cả cổng lên bằng khoảng một lần đường kính. Hành trình ngắn nghĩa là số vòng tay quay ít hơn, thời gian đóng mở của bộ truyền động ngắn hơn và ty van gọn hơn.
Bảo trì ngay trên đường ống
Cấu tạo gồm thân, nắp capo, đĩa, bệ và ty, ít chi tiết chuyển động. Thân van nằm yên trên đường ống: chỉ cần tháo nắp capo là lấy được cụm ty và đĩa ra để rà đĩa với bệ hoặc thay tết chèn. Với van loại bệ có thể tháo, bệ cũng thay được tại chỗ. Cấu trúc này cũng đơn giản để gia công và sửa chữa.
Dễ gắn bộ truyền động tuyến tính
Ty van chuyển động thẳng lên xuống nên bộ truyền động điện hoặc khí nén kiểu tuyến tính nối trực tiếp lên ty qua giá đỡ. Với tay quay thì chuyển động quay của tay quay được ren ty đổi thành tịnh tiến. Cùng một thân van có thể chạy tay, chạy điện hoặc chạy khí nén tùy bài toán.
Hợp hơi nóng và áp cao
Vì lực ép đĩa lên bệ có thể chỉnh bằng ty, van cầu giữ kín tốt ngay cả khi áp và nhiệt độ cao. Thân van có thể làm bằng gang dẻo (tới khoảng 350 °C), thép carbon WCB (khoảng -29 đến 425 °C) hoặc inox CF8/CF8M, kết hợp tết chèn graphite cho hơi nóng; các giá trị này chỉ để tham khảo, đối chiếu catalogue hãng. Áp suất định mức giảm khi nhiệt độ tăng, nên cần tra đường cong P–T của vật liệu thân.
Nhiều kiểu thân cho từng vị trí lắp
Thân chữ Z là loại phổ biến nhất. Thân chữ Y có ty nghiêng khoảng 45–60°, dòng ít đổi hướng hơn nên tổn thất thấp hơn và hợp hơi hoặc áp cao. Thân góc 90° thay được một cút và một van, tiết kiệm chỗ lắp ở các điểm rẽ nhánh.
Nhược điểm của van cầu và nguyên nhân
Tổn thất áp suất cao
Dòng chảy qua van cầu thân Z đổi hướng hai lần, đi qua khe hẹp giữa đĩa và bệ, nên hệ số trở lực K khi mở hoàn toàn khoảng 4–10 (tham khảo). Thân chữ Y chỉ khoảng 2–3, trong khi van cổng khoảng 0,1–0,2 và van bi full bore khoảng 0,05.
Ví dụ nước chạy 1,5 m/s qua van cầu thân Z có K = 6: ΔP = K·ρ·v²/2 = 6 × 1000 × 1,5² / 2 = 6.750 Pa, tức khoảng 0,07 bar. Cùng điều kiện với van cổng K = 0,15 thì chỉ khoảng 170 Pa. Với một van thì mức này nhỏ, nhưng nhiều van nối tiếp trên đường bơm dài sẽ tốn thêm điện bơm. Cách tính tổn thất áp suất theo Kv hoặc K được trình bày riêng.
Cần lực đóng lớn, nhất là van cỡ lớn
Áp suất của môi chất tác dụng lên diện tích đĩa, và đĩa lại di chuyển vuông góc với dòng. Ví dụ với DN100, bệ có đường kính gần bằng DN, áp chênh 16 bar tạo lực khoảng 12,6 kN (gần 1,3 tấn lực) lên đĩa. Tay quay phải thắng lực này cộng với ma sát tết chèn, nên van lớn thường cần bánh răng giảm tốc hoặc bộ truyền động công suất lớn.
Lực này phụ thuộc vào hướng dòng chảy. Dòng vào dưới đĩa giúp mở nhẹ hơn và tết chèn ít chịu áp khi van đóng. Dòng vào trên đĩa giúp đĩa kín hơn nhưng phải tốn thêm lực khi mở. Luôn lắp theo mũi tên trên thân van.
Nặng, dài và đắt hơn van cổng cùng DN
Thân phải có khoang cong để dòng đổi hướng, vách dày hơn để chịu áp ở khoang đĩa, nên khối lượng và chiều dài lắp đặt thường lớn hơn van cổng cùng DN. Nguyên vật liệu và gia công nhiều hơn nên giá thường cao hơn van cổng cùng cỡ, cùng vật liệu.
Không hợp môi chất có hạt rắn, sợi hoặc độ nhớt cao
Khe giữa đĩa và bệ nhỏ, đường dòng cong. Hạt rắn hoặc sợi kẹt giữa đĩa và bệ làm van đóng không kín và xước bệ. Chất nhớt tích đọng ở các góc trong thân và chảy qua khe hẹp rất khó khăn.
Ồn và rung khi mở nhỏ
Ở độ mở rất nhỏ (dưới khoảng 10–15% hành trình), vận tốc qua khe hẹp lớn gây xói mòn đĩa và bệ (wire drawing), rung và ồn. Với nước nóng có thể xuất hiện xâm thực. Nếu phải điều tiết lâu dài ở vùng này, nên chọn van cầu điều khiển có đĩa dạng nút chuyên dụng hoặc chọn kích cỡ van nhỏ hơn.
Khi nào nên và không nên dùng van cầu
Bảng dưới tra nhanh theo tình huống. Chi tiết từng cặp loại van có trong bài so sánh van cầu với các loại van khác.
| Tình huống | Nên dùng | Lý do |
|---|---|---|
| Điều tiết lưu lượng, đóng mở thường xuyên | Van cầu | Lưu lượng thay đổi đều theo độ nâng đĩa, hành trình ngắn |
| Hơi nóng, nước nóng, cần cắt kín | Van cầu thân Y hoặc Z, tết chèn graphite | Đĩa ép trực tiếp lên bệ, thân thép hoặc gang dẻo chịu nhiệt |
| Đường ống dài, cần giảm tổn thất áp | Van cổng hoặc van bi | Mở hoàn toàn thì dòng đi thẳng, K rất nhỏ |
| Cần đóng mở nhanh, ít lực | Van bi hoặc van bướm | Chỉ quay 90°, mô-men nhỏ hơn nhiều |
| Nước thải, bùn, môi chất có hạt hoặc sợi | Van cổng ty chìm, van bi hoặc van bướm | Cửa thông thẳng, không có khe hẹp để kẹt cặn |
| Chỉ cần đóng mở hoàn toàn, DN lớn | Van cổng | Nhẹ hơn, rẻ hơn, lực vận hành thấp ở trạng thái mở |
Với đường ống chỉ cần đóng hoặc mở hẳn, van cổng thường kinh tế hơn vì tổn thất gần bằng không khi mở. Với dòng khí hoặc lỏng sạch cần đóng nhanh, van bi chỉ quay một phần tư vòng và có lỗ thông suốt. Khi cần quyết định giữa van cầu và van cổng theo DN, áp suất và tần suất vận hành, tham khảo bài so sánh van cổng và van cầu.
Chọn van cầu theo điều kiện làm việc
Gửi cho Viva môi chất, nhiệt độ, áp suất, DN, kiểu vận hành và yêu cầu điều tiết hay chỉ đóng mở, kỹ sư sẽ đối chiếu vật liệu thân, kiểu thân Z hoặc Y và hướng dòng. Nguyên tắc cách lựa chọn van cầu được tổng hợp riêng, còn các mẫu đang có xem tại van cầu tại Viva.
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 ưu nhược điểm van cầu
Van cầu có dùng làm van chặn đóng mở thông thường được không?
Được. Van cầu đóng kín tốt và hành trình ngắn nên dùng được cho đóng mở. Tuy nhiên nếu chỉ cần đóng mở hoàn toàn trên đường ống lớn thì van cổng hoặc van bi thường kinh tế hơn do tổn thất áp suất thấp.
Vì sao van cầu gây tổn thất áp suất lớn hơn van cổng?
Dòng chảy qua van cầu đổi hướng hai lần và đi qua khe hẹp giữa đĩa và bệ, nên hệ số trở lực K khoảng 4–10 với thân Z. Van cổng mở hoàn toàn cho dòng đi thẳng, K chỉ khoảng 0,1–0,2.
Có nên để van cầu mở rất nhỏ để điều tiết lâu dài không?
Không nên. Dưới khoảng 10–15% hành trình, vận tốc qua khe hẹp lớn gây xói mòn đĩa và bệ, rung và ồn. Nên chọn van có cỡ phù hợp hơn hoặc van điều khiển có đĩa dạng nút.
Van cầu thân chữ Y khác thân chữ Z ở điểm nào?
Thân chữ Y có ty nghiêng khoảng 45–60° nên dòng ít đổi hướng hơn, tổn thất áp thấp hơn và hợp hơi hoặc áp cao. Thân chữ Z đơn giản, phổ biến hơn nhưng trở lực lớn hơn.
Van cầu lắp ngược chiều mũi tên có sao không?
Có. Lắp ngược làm đổi chế độ dòng vào dưới đĩa thành trên đĩa, lực mở thay đổi, tết chèn chịu áp khi van đóng và có thể gây khó vận hành hoặc rò rỉ. Cần lắp theo mũi tên và hướng dẫn của hãng.
Ưu điểm và nhược điểm của van cầu