Van bướm điều khiển khí nén là van bướm được gắn bộ truyền động khí nén (actuator) để xoay đĩa van 90° bằng khí nén cấp 4–7 bar, thay cho tay gạt hoặc vô lăng. Tín hiệu từ PLC đi qua van điện từ, khí nén vào buồng piston và van đóng hoặc mở trong khoảng vài giây, không cần người đứng cạnh van.
Bài này là bài tổng quan của cụm tài liệu về van bướm khí nén: cần đọc những thông số nào trên nhãn, van hoạt động ra sao, khi nào nên và không nên dùng, rồi dẫn sang bài chuyên sâu cho từng phần. Nếu cần nhìn rộng hơn cả nhóm van dùng khí nén, xem thêm bài các dòng van điều khiển khí nén.
Van bướm điều khiển khí nén gồm những gì
Một bộ hoàn chỉnh có ba khối ghép lại. Thân van bướm gồm thân, đĩa, trục và gioăng, trực tiếp tiếp xúc với môi chất. Bộ truyền động khí nén chuyển lực đẩy của khí thành mô-men xoắn quay trục van. Phụ kiện điều khiển gồm van điện từ, công tắc hành trình, bộ định vị và bộ lọc khí.
Hai khối đầu ghép với nhau qua mặt bích theo chuẩn ISO 5211 và đầu trục vuông hoặc dẹt, nên có thể thay bộ truyền động khác hãng nếu cùng kích thước bích và trục. Phụ kiện gắn lên bộ truyền động qua mặt chuẩn NAMUR (VDI/VDE 3845), vì vậy đổi hãng van điện từ hay công tắc hành trình không cần gia công thêm. Chi tiết từng bộ phận nằm trong bài cấu tạo và nguyên lý chi tiết.
Nếu bạn mới làm quen với bản thân van, bài van bướm là gì giải thích riêng phần thân van, chưa tính bộ truyền động.
Thông số kỹ thuật của van bướm điều khiển khí nén cần đọc trên nhãn
Bảng dưới liệt kê 9 thông số của van bướm điều khiển khí nén cần đọc trên nhãn hoặc catalogue. Cột “lưu ý” ghi lỗi chọn sai hay gặp.
| Thông số | Ý nghĩa | Lưu ý khi đọc |
|---|---|---|
| DN (đường kính danh nghĩa) | Cỡ ống van lắp vào, tính bằng mm | DN quyết định lưu lượng qua van và mô-men cần để xoay đĩa. Cỡ càng lớn mô-men càng cao |
| PN (áp danh nghĩa) | Áp làm việc tối đa của thân van, ví dụ PN10, PN16 | Áp này là của đường ống, khác với áp khí cấp cho bộ truyền động. Đừng nhầm hai giá trị |
| Vật liệu thân và đĩa | Gang, thép carbon, inox 304/316, nhựa | Chọn theo môi chất. Đĩa gang tiếp xúc nước biển hay nước có clorua cao sẽ rỗ nhanh |
| Vật liệu gioăng | EPDM, NBR, PTFE, FKM (Viton) | Quyết định dải nhiệt độ và môi chất cho phép. EPDM không dùng cho dầu khoáng |
| Kiểu nối | Wafer, lug, mặt bích, clamp vi sinh | Lug (có tai ren) cho phép tháo ống một phía trong khi van vẫn chặn phía còn lại, với áp cho phép theo catalogue hãng |
| Áp khí cấp | Thường 4–7 bar, tối đa thường 8 bar | Bảng mô-men của hãng tính theo từng mức áp. Phải lấy áp thấp nhất thực tế tại van |
| Kiểu tác động | Tác động kép (DA) hoặc tác động đơn hồi lò xo (SR) | Quyết định van làm gì khi mất khí hoặc mất điện |
| Điện áp coil van điện từ | 24 VDC, 220 VAC | Phải khớp với nguồn tủ điều khiển. Coil sai điện áp cháy hoặc không hút |
| Thời gian đóng mở | Thường khoảng 1–5 giây với van cỡ nhỏ và trung bình (tham khảo) | Phụ thuộc thể tích buồng khí, đường kính ống khí và cỡ van điện từ. Cần chỉnh chậm lại nếu đường ống dễ bị búa nước |
Mô-men của bộ truyền động không nằm trên nhãn thân van nhưng là thông số hay bị bỏ qua. Mô-men này phải lớn hơn mô-men cần để xoay đĩa nhân hệ số an toàn, tính ở áp khí thấp nhất mà hệ thống có thể gặp, không phải áp danh định của máy nén. Cách tính nằm trong bài hướng dẫn lựa chọn ở cuối trang.
Cách hoạt động của van bướm điều khiển khí nén
Nguyên lý gồm bốn bước. Van điện từ nhận tín hiệu và đổi hướng dòng khí. Khí nén đẩy hai piston trong bộ truyền động chạy ngược chiều nhau. Thanh răng trên piston làm bánh răng ở giữa quay 90°. Bánh răng nối với trục van nên đĩa quay theo, từ vị trí vuông góc với dòng chảy (đóng) sang song song với dòng chảy (mở).
Khi dừng cấp khí hoặc đổi hướng khí, quá trình đi ngược lại. Với bộ truyền động có bộ định vị, tín hiệu 4–20 mA được so với vị trí thực của trục, và bộ định vị tự cấp hoặc xả khí cho đến khi đĩa dừng đúng góc yêu cầu. Từng giai đoạn mở, đóng, điều tiết được tách riêng ở bài cấu tạo nên bài này không lặp lại.
Tác động đơn và tác động kép
Bộ truyền động tác động kép dùng khí nén cho cả hai chiều. Theo quy ước phổ biến, khí vào cổng A (buồng giữa) đẩy piston ra hai đầu để mở, khí vào cổng B (hai buồng đầu) để đóng; cần kiểm tra lại theo tài liệu hãng.
Khi mất khí, van đứng yên ở vị trí hiện tại, nên hợp với đường ống không cần vị trí an toàn. Bộ tác động đơn có thêm bộ lò xo, khí chỉ đẩy một chiều, lò xo đưa van về vị trí thường đóng hoặc thường mở khi mất khí hay mất điện.
Lò xo chiếm chỗ nên bộ tác động đơn thường to hơn một cỡ so với bộ tác động kép ở cùng mô-men, và giá cũng cao hơn. Bù lại, đây là lựa chọn thông dụng cho van ngắt khẩn cấp; phương án khác là tác động kép kèm bình tích khí dự phòng. Bài tác động đơn và tác động kép so sánh chín tiêu chí và cách kiểm tra mô-men lò xo cuối hành trình.
Các dòng van bướm điều khiển khí nén theo chức năng và vật liệu
Theo chức năng, van bướm điều khiển khí nén chia thành ON/OFF và tuyến tính. Dòng ON/OFF chỉ cần van điện từ và công tắc hành trình, đĩa nằm ở hai vị trí đóng hoặc mở hoàn toàn. Dòng tuyến tính thêm bộ định vị nhận 4–20 mA để giữ đĩa ở góc trung gian. Xem mẫu thực tế ở nhóm van bướm khí nén ON/OFF và van bướm khí nén tuyến tính.
Theo vật liệu, thân gang cho nước sạch, thân inox cho thực phẩm và hóa chất nhẹ, thân nhựa cho môi chất ăn mòn mạnh ở nhiệt độ và áp thấp. Theo kiểu đĩa còn có đồng tâm, lệch tâm kép và lệch tâm ba cho áp và nhiệt cao hơn. Toàn bộ 7 tiêu chí được phân tích riêng trong bài phân loại van bướm khí nén. Với dòng nhập từ Đài Loan, tham khảo van bướm khí nén EM-Flow, Viva là đại lý ủy quyền của hãng.
Phụ kiện đi kèm van bướm điều khiển khí nén
Bộ phụ kiện thông dụng cho một van bướm điều khiển khí nén ON/OFF nối PLC gồm bốn món. Van điện từ 5/2 cho tác động kép hoặc 3/2 cho tác động đơn. Hộp công tắc hành trình báo trạng thái đóng, mở về PLC. Bộ lọc điều áp đứng trước van điện từ để giữ khí sạch và áp ổn định. Dây hơi và cút nối nhanh nối các thiết bị.
Khi cần điều tiết, thay hộp công tắc bằng bộ định vị. Khi lắp ở vùng dễ cháy nổ, van điện từ và công tắc phải có chứng nhận phù hợp. Thông số cần chọn và lỗi hay gặp của từng loại nằm trong bài phụ kiện van khí nén.
Khi nào nên dùng và không nên dùng
Van bướm điều khiển khí nén nên dùng khi van đóng mở thường xuyên, khi cần thao tác từ xa, khi van đặt ở vị trí khó tiếp cận hoặc kích thước lớn mà sức người khó xoay, và khi nhà máy đã có khí nén sẵn. Bộ truyền động khí nén không phát tia lửa nên hợp với khu vực dễ cháy. Tác động đơn cho phép van tự về vị trí an toàn khi mất nguồn.
Không nên dùng khi nhà máy không có khí nén sạch và việc xây mới hạ tầng khí không đáng so với số van cần điều khiển. Cũng không nên chọn khi đường ống nhạy với búa nước mà không có biện pháp chỉnh tốc độ đóng, hoặc khi cần độ kín cao với khí áp lớn, lúc đó van bi hay van lệch tâm ba phù hợp hơn. Đối chiếu đầy đủ trong bài ưu điểm, hạn chế và ứng dụng.
Hai so sánh thường gặp nhất: với van chỉ có tay gạt hay tay quay, hãy đọc so với van bướm tay gạt, tay quay; với bộ truyền động điện, xem so với van bướm điện. Điểm khác biệt chính: khí nén nhanh hơn và có fail-safe bằng lò xo, điện không cần hạ tầng khí nhưng chạy chậm hơn.
Quá trình phát triển của van bướm điều khiển khí nén
Van bướm xuất hiện trước khi có bộ truyền động tự động. Ban đầu van chỉ có tay gạt hoặc tay quay, đĩa mỏng, gioăng cao su, dùng cho ống nước cỡ lớn vì thân van ngắn và nhẹ hơn nhiều so với van cổng cùng cỡ. Khi quy trình sản xuất cần đóng mở từ xa, người ta ghép van với xi lanh khí nén qua tay đòn và thanh truyền.
Bước tiến kế tiếp là bộ truyền động dạng thanh răng – bánh răng với hai piston đối nhau. Cơ cấu này gọn, mô-men đều trên toàn hành trình 90°, và dễ chế tạo thành dãy kích cỡ. Với van lớn cần mô-men cao ở đầu và cuối hành trình, cơ cấu scotch yoke được dùng vì cánh tay đòn tăng dần khi gần hai đầu, đúng chỗ van cần lực để tách đĩa khỏi gioăng lúc mở và ép kín lúc đóng.
Giai đoạn tiếp theo là chuẩn hóa giao diện. Mặt bích ISO 5211 cho phép ghép bộ truyền động khác hãng lên cùng thân van, còn NAMUR quy định cách gắn van điện từ và công tắc hành trình. Nhờ hai chuẩn này người dùng thay từng bộ phận khi hỏng thay vì thay cả bộ.
Giai đoạn gần đây là bộ định vị số và giám sát tình trạng: đo góc quay, thời gian hành trình và áp khí trong buồng, rồi báo về hệ thống điều khiển để phát hiện van chậm, gioăng mòn hoặc rò khí trước khi van hỏng. Tính năng này đòi hỏi bộ định vị đúng chuẩn giao tiếp và thường chỉ đáng đầu tư cho van quan trọng.
Chọn và mua van bướm điều khiển khí nén
Trình tự chọn hợp lý là xác định môi chất, nhiệt độ, áp suất, DN, rồi mới chọn vật liệu, kiểu tác động và cỡ bộ truyền động. Làm ngược lại, chọn bộ truyền động theo thói quen, là nguyên nhân hay gặp khiến van không đóng kín hoặc gãy trục. Quy trình từng bước có trong hướng dẫn lựa chọn.
Khi đã có thông số, xem kho hàng có sẵn để biết dòng nào đang có, tra bảng giá van bướm khí nén và duyệt toàn bộ mẫu ở danh mục sản phẩm van bướm khí nén. Gửi kèm môi chất, nhiệt độ, áp, DN, kiểu nối, áp khí cấp và điện áp coil để nhận báo giá đúng cấu hình ngay lần đầu.
Khi nhận hàng, đối chiếu nhãn với báo giá (DN, PN, vật liệu gioăng, kiểu tác động) và chạy thử van bằng khí trên bàn trước khi lắp lên đường ống. Với van bướm điều khiển khí nén mới, cách này phát hiện sớm bộ truyền động lắp ngược chiều hoặc rò khí.
Wikipedia có bài tổng quan về butterfly valve nếu bạn cần tra thêm thuật ngữ gốc.
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 van bướm điều khiển khí nén
Van bướm điều khiển khí nén dùng áp khí bao nhiêu?
Phần lớn bộ truyền động khí nén làm việc ở 4–7 bar, giới hạn tối đa thường là 8 bar nhưng cần xem nhãn hãng. Bảng mô-men của bộ truyền động được tính theo từng mức áp, nên cần chọn cỡ theo áp khí thấp nhất thực tế tại van chứ không theo áp danh định của máy nén. Áp thấp hơn mức tính thì mô-men giảm gần tỷ lệ thuận và van có thể không đóng kín.
Van bướm điều khiển khí nén đóng mở mất bao lâu?
Với van cỡ nhỏ và trung bình, thời gian đóng mở thường khoảng 1–5 giây (tham khảo). Con số thực phụ thuộc thể tích buồng khí của bộ truyền động, đường kính ống khí, cỡ van điện từ và áp cấp. Có thể làm chậm hơn bằng van tiết lưu trên cổng xả khí khi đường ống nhạy với búa nước.
Mất khí nén thì van bướm điều khiển khí nén ra sao?
Bộ tác động kép đứng yên ở vị trí hiện tại, hoặc có thể trôi nhẹ nếu dòng chảy tác động lên đĩa. Bộ tác động đơn có lò xo nên tự về vị trí đã định, thường đóng hoặc thường mở. Vì vậy van ngắt khẩn cấp, van cấp hơi hay van trên đường nguy hiểm thường chọn tác động đơn để có vị trí an toàn khi mất nguồn.
Van bướm điều khiển khí nén có điều tiết lưu lượng được không?
Có, khi lắp thêm bộ định vị nhận tín hiệu 4–20 mA để giữ đĩa ở góc trung gian. Vùng điều tiết tốt thường nằm trong khoảng góc mở 20–70° (tham khảo), vì dưới khoảng 20° khe hở hẹp gây vận tốc cao, rung và mòn gioăng, còn trên khoảng 70° lưu lượng gần như không tăng thêm. Dòng ON/OFF không có bộ định vị nên chỉ đóng hoặc mở hoàn toàn.
Cần cung cấp thông tin gì để báo giá van bướm điều khiển khí nén?
Cần môi chất, nhiệt độ, áp làm việc, DN, kiểu nối (wafer, lug, mặt bích), vật liệu thân đĩa và gioăng, kiểu tác động đơn hay kép, vị trí an toàn, áp khí cấp thấp nhất, điện áp coil và cấp bảo vệ IP hoặc Ex. Đủ các dữ liệu này, bộ truyền động được chọn đúng mô-men ngay từ đầu, tránh phải đổi cỡ sau khi lắp.
