Van điều áp khí nén (pressure regulator) là thiết bị hạ áp suất của đường khí cấp xuống một mức cài đặt thấp hơn và giữ mức đó ổn định ở phía đầu ra, dù áp suất đầu vào dao động hoặc lưu lượng tiêu thụ thay đổi. Van điều áp khí nén chỉ làm giảm áp, không bao giờ nâng áp đầu ra cao hơn áp đầu vào. Bài này giải thích cấu tạo, nguyên lý cân bằng lực, các loại, cách chỉnh áp đúng thứ tự, cách chọn và những lỗi thường gặp ngoài xưởng.
Van điều áp khí nén là gì
Máy nén khí thường cấp khí ở khoảng 0,7 đến 0,8 MPa (tùy xưởng), nhưng từng cơ cấu cần áp khác nhau: xi lanh kẹp nhẹ cần 0,3 MPa, súng phun sơn cần mức thấp hơn nữa, máy dập cần cao hơn. Van điều áp khí nén đặt từng nhánh về đúng mức cần dùng, nên đây là phần tử bắt buộc trong các loại van trong hệ thống khí nén thuộc nhóm điều khiển áp suất.
Áp suất quyết định trực tiếp lực đẩy xi lanh. Lực lý thuyết bằng áp suất nhân diện tích piston: xi lanh Ø63 có diện tích khoảng 3.117 mm², ở 0,4 MPa cho lực khoảng 1.250 N, còn ở 0,6 MPa cho khoảng 1.870 N. Chênh 0,2 MPa làm lực đổi khoảng 620 N, tức một phần ba lực ở 0,6 MPa.
Vì sao phải hạ áp thay vì chạy áp cao
Chạy áp cao hơn mức cần thiết gây ba hậu quả. Một là tốn điện: mỗi 1 bar áp suất tăng thêm làm máy nén tiêu thụ thêm khoảng 6 đến 8% điện năng (tham khảo). Hai là tăng rò rỉ, vì lượng khí rò qua cùng một lỗ hở tăng theo áp suất. Ba là xi lanh và đồ gá chịu lực lớn hơn thiết kế, nhanh mòn hoặc gây hỏng phôi.
Cấu tạo và nguyên lý van điều áp khí nén
Về nguyên lý, van điều áp khí nén dựa trên cân bằng lực giữa lò xo chỉnh và áp suất đầu ra tác dụng lên màng. Cách làm việc này giống van giảm áp cho nước và hơi, và nếu muốn so sánh, bạn có thể xem thêm van giảm áp dùng màng và lò xo trong đường ống. Khác biệt là van khí nén chạy ở lưu lượng và áp suất thấp hơn, nên cỡ nhỏ và thân nhẹ. Phần mô tả nguyên lý chung có thể tham khảo tại pressure regulator.
Các bộ phận chính
- Núm chỉnh và vít: xoay để nén hoặc nhả lò xo chỉnh.
- Lò xo chỉnh: tạo lực đẩy xuống màng, tương ứng với áp suất cài đặt.
- Màng hoặc piston: cảm nhận áp suất đầu ra, đẩy ngược lại lò xo chỉnh.
- Van đĩa (poppet) và đế van: mở nhiều hay ít để điều tiết lượng khí vào đầu ra.
- Lò xo hồi: đẩy van đĩa về vị trí đóng khi áp đầu ra đủ.
- Lỗ xả (relieving): cho khí thoát ra ngoài khi áp đầu ra cao hơn giá trị đặt (có ở loại có xả).
Nguyên lý cân bằng lực
Khi vặn núm vào, lò xo ép màng xuống, mở van đĩa và khí đi sang đầu ra. Áp suất đầu ra tăng, tác dụng lên mặt dưới của màng và đẩy màng lên. Khi lực này bằng lực lò xo, van đĩa đóng bớt, chỉ cho lượng khí vừa đủ bù phần tiêu thụ. Lúc lưu lượng tiêu thụ tăng, áp đầu ra tụt, màng bị lò xo ép xuống, van mở thêm. Như vậy van tự bám giá trị đặt mà không cần cấp năng lượng ngoài.
Điều kiện cân bằng: pra × Amàng ≈ Flò xo. Muốn tăng áp ra, phải tăng lực lò xo, tức vặn núm vào.
Do lò xo giãn khi van mở rộng, lực lò xo giảm nhẹ nên áp đầu ra tụt dần khi lưu lượng tăng. Đây là hiện tượng tụt áp theo lưu lượng (droop), thể hiện trên đường đặc tính lưu lượng và áp suất của hãng. Càng chọn van lớn so với nhu cầu, độ tụt càng nhỏ.
Phân loại van điều áp khí nén
Có nhiều cách chia, trong đó cách chia theo cấu tạo và độ chính xác là dễ áp dụng nhất khi mua.
Theo cách xả
- Loại có xả (relieving): khi vặn giảm áp, khí thừa phía sau tự thoát qua lỗ xả. Dùng rộng rãi nhất, vì giảm áp được ngay.
- Loại không xả (non-relieving): không có lỗ xả, giảm áp phải xả khí phía sau bằng cách khác. Dùng cho khí độc, khí cần giữ kín hoặc khi không cho phép thoát khí ra môi trường.
Theo độ chính xác và cách điều khiển
- Điều áp thông thường: dùng cho đa số xi lanh và dụng cụ, độ lệch cho phép vài phần mười bar.
- Điều áp chính xác: cấu tạo nhạy hơn, độ lệch nhỏ, dùng cho thiết bị đo, phun sơn, cân lực.
- Điều áp pilot (điều khiển bằng khí): áp đặt được tạo bởi một van điều áp nhỏ ở xa, rất hợp van cỡ lớn có lưu lượng cao.
- Điều áp điện-khí (proportional): áp đặt thay đổi theo tín hiệu điện, dùng khi cần đặt áp qua PLC theo từng sản phẩm.
Cụm FR và FRL
Trên thực tế, van điều áp khí nén hiếm khi lắp riêng. Nó thường nằm trong cụm xử lý khí gồm bộ lọc khí nén, van điều áp và đôi khi thêm bộ tra dầu. Cụm hai món gọi là FR, ba món là FRL (lọc – điều áp – sương dầu). Thứ tự luôn là lọc trước, điều áp sau, tra dầu cuối, vì khí bẩn và ẩm làm kẹt đĩa van và rách màng.
Với đường ống chính có lưu lượng lớn, cỡ ống thường từ DN25 trở lên, van điều áp cỡ nhỏ trong cụm FRL không đáp ứng được lưu lượng. Khi đó dùng van giảm áp khí nén cỡ lớn lắp thẳng trên đường ống. Hai loại có chung nguyên lý nhưng khác cỡ, kiểu nối và lưu lượng.
Cách chỉnh áp suất trên van điều áp khí nén
Chỉnh đúng thứ tự giúp áp đầu ra chính xác và không bị trôi sau vài phút. Các bước như sau.
- Mở khóa núm: kéo núm lên (loại khóa kiểu kéo – nhấn) để vặn được; loại khóa bằng đai ốc thì nới đai ốc khóa.
- Giảm núm về mức thấp: vặn ngược chiều kim đồng hồ cho tới khi áp đầu ra về thấp hơn giá trị cần.
- Cấp khí và vặn tăng dần: xoay theo chiều kim đồng hồ, tăng áp từ từ cho tới giá trị đặt.
- Đọc áp trên đồng hồ: quan sát đồng hồ đo áp suất khí nén ở đầu ra, tốt nhất đọc khi xi lanh đang chạy chứ không chỉ khi đứng yên.
- Khóa núm: nhấn núm xuống để cố định, tránh người khác vặn nhầm.
Vì sao phải chỉnh từ thấp lên
Màng và lò xo có ma sát và độ trễ (hysteresis). Nếu chỉnh từ áp cao hạ xuống, áp đầu ra thường dừng ở mức cao hơn giá trị đặt vài phần mười bar, vì ma sát giữ màng lại. Chỉnh từ thấp lên thì lò xo luôn tăng lực theo cùng một chiều, nên số đọc sát giá trị thực khi có tải. Nếu lỡ vặn quá mức, hãy giảm áp xuống dưới giá trị cần rồi vặn lên lại.
Cách chọn van điều áp khí nén
Chọn van điều áp khí nén cần bốn thông số: dải áp đầu ra, lưu lượng, cỡ cổng và các phụ kiện đi kèm.
- Dải áp đầu ra: phổ biến 0,05 đến 0,85 MPa (tham khảo). Nên chọn dải sao cho giá trị làm việc nằm ở khoảng giữa dải, ở đó độ chính xác tốt nhất.
- Áp đầu vào tối đa: thường khoảng 1,0 MPa (tham khảo). Áp vào nên cao hơn áp ra ít nhất 1 bar để van không bị “đói”.
- Lưu lượng: xem đường đặc tính lưu lượng và áp suất của hãng, chọn điểm làm việc ở vùng đường cong còn phẳng. Van quá nhỏ so với nhu cầu làm áp đầu ra tụt mạnh.
- Cỡ ren: G1/8, G1/4, G3/8, G1/2 theo ống nối; nên chọn cỡ cổng bằng cỡ ống chính để tránh thắt cổ chai.
- Đồng hồ và vỏ: kiểm tra có sẵn cổng gắn đồng hồ, vật liệu thân (nhôm đúc hoặc nhựa kỹ thuật) và chế độ khóa núm.
Ví dụ: một trạm thao tác bằng tay cho máy dập dùng van đạp chân khí nén để đổi chiều xi lanh. Van điều áp đặt riêng áp cho trạm này, thấp hơn đường chính để lực dập vừa đủ, vừa giữ an toàn cho người vận hành. Chọn van điều áp trước, rồi mới chọn van đảo chiều có áp làm việc phù hợp.
Nếu cần đối chiếu mã cụ thể, bạn có thể xem danh mục mã van điều áp đang bán để chọn đúng cỡ ren và dải áp.
Lỗi thường gặp
Hầu hết sự cố của van điều áp khí nén gắn với chất lượng khí cấp và với việc chọn van nhỏ hơn nhu cầu.
| Hiện tượng | Nguyên nhân thường gặp | Cách xử lý |
|---|---|---|
| Áp ra tụt khi xi lanh chạy | Van nhỏ so với lưu lượng, đường ống nhỏ | Tăng cỡ van hoặc ống; xem đường đặc tính |
| Xì liên tục ở lỗ xả | Màng rách hoặc đĩa van bẩn, đế xước | Vệ sinh, thay bộ màng và đĩa |
| Không tăng được áp | Lọc phía trước tắc, hết áp vào, đĩa kẹt | Kiểm tra áp vào, thay lõi lọc |
| Áp trôi khi không dùng | Đĩa van không kín, áp vào dao động | Thay đĩa; kiểm tra nguồn |
| Kim đồng hồ dao động | Tải xung (xi lanh nhanh, van đổi chiều liên tục) | Đặt bình tích áp nhỏ sau van; chọn van lớn hơn |
Một điểm cần nhớ: xì ngắn ở lỗ xả khi vặn giảm áp không phải là lỗi, mà là cách loại có xả đưa áp đầu ra về giá trị đặt mới. Chỉ khi xì liên tục ở mức đặt bình thường mới cần kiểm tra. Ngoài ra không lắp van điều áp ngược chiều mũi tên trên thân, vì chiều dòng khí quyết định đĩa van đóng đúng chiều.
Viva hỗ trợ tư vấn chọn van điều áp theo áp suất, lưu lượng và cỡ ren của từng khách, kèm báo giá theo thông số cụ thể. Văn phòng Hà Nội: Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội.
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 điều áp khí nén
Van điều áp khí nén có tăng được áp suất không?
Không. Van điều áp khí nén chỉ hạ áp từ đầu vào xuống mức cài đặt và giữ ổn định, nên áp đầu ra luôn thấp hơn hoặc bằng áp đầu vào. Muốn có áp cao hơn phải tăng áp từ nguồn, như đổi áp cắt máy nén hoặc dùng bộ tăng áp.
Vì sao phải chỉnh van điều áp khí nén từ áp thấp lên?
Màng và lò xo có ma sát và độ trễ. Nếu hạ từ áp cao xuống, áp đầu ra thường dừng cao hơn giá trị đặt vài phần mười bar. Chỉnh từ thấp lên thì lò xo tăng lực theo một chiều, nên số đọc sát giá trị làm việc thực. Nếu lỡ vượt, giảm xuống thấp hơn rồi chỉnh lên lại.
Xì khí ở lỗ xả của van điều áp có phải hỏng không?
Xì ngắn khi giảm áp là bình thường ở loại có xả. Nếu xì liên tục ở mức áp đặt, nguyên nhân thường là màng rách, đĩa van bẩn hoặc đế xước. Khi đó tháo ra vệ sinh và thay bộ màng, đĩa van, hoặc thay nguyên van nếu thân đã mòn.
Van điều áp khí nén nên đặt ở đâu trong mạch?
Đặt sau bộ lọc và trước bộ tra dầu (nếu có), gần thiết bị tiêu thụ để đường ống sau van ngắn. Mỗi nhánh cần áp khác nhau nên có van riêng. Lắp đúng chiều mũi tên trên thân, gắn đồng hồ ở đầu ra để đọc áp thực tế.
Chọn dải áp của van điều áp khí nén như thế nào?
Chọn sao cho áp làm việc nằm ở khoảng giữa dải đặt, ví dụ làm việc 0,4 MPa thì chọn dải 0,05 đến 0,85 MPa. Áp đầu vào nên cao hơn áp đặt ít nhất 1 bar. Dải quá lớn so với nhu cầu làm khó chỉnh chính xác ở mức áp thấp.
