Van cầu là gì? Cấu tạo van cầu và nguyên lý hoạt động

Khi nói đến các thiết bị điều tiết dòng chảy trong hệ thống đường ống công nghiệp, dân dụng hay các nhà máy xử lý nước, van cầu là một trong những lựa chọn được nhắc đến nhiều nhất. Vậy van cầu là gì và tại sao nó lại được tin dùng trong nhiều ứng dụng như vậy? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.

Van cầu là gì?

Van cầu, còn được biết đến với tên gọi khác như van chữ ngã hoặc van yên ngựa, có tên tiếng Anh là Globe Valve. Loại van này được sử dụng để đóng/mở hoặc điều tiết lưu lượng dòng chảy của môi chất trong hệ thống.

Cấu tạo đặc trưng của van là phần đĩa van có hình dạng giống yên ngựa (hoặc dạng chữ ngã), chuyển động lên xuống nhờ tay điều khiển. Khi hoạt động, lưu chất sẽ di chuyển theo đường hình chữ “Z” bên trong thân van và chỉ cho phép dòng chảy theo một chiều duy nhất.

Tên gọi “van cầu” xuất phát từ thiết kế phần thân van – thường được đúc thành hai nửa hình cầu, được phân tách bởi một vách ngăn (gọi là baffle) bộ phận đảm nhiệm vai trò kiểm soát dòng lưu chất bên trong van.

Cấu tạo van cầu & nguyên lý hoạt động 

Cấu tạo van cầu

Tương tự như các loại van công nghiệp khác như van bi, van cổng hay van bướm, van cầu cũng được cấu thành từ nhiều bộ phận riêng biệt. Trong phạm vi bài viết này, chúng tôi xin được tập trung vào những thành phần chính cấu tạo nên van:

Thân van (Body)

Đây là phần bao ngoài, thường được chế tạo từ các vật liệu như đồng, gang, thép carbon hoặc thép không gỉ. Thân van có vai trò định hình kết cấu tổng thể của van, liên kết các bộ phận lại thành một khối thống nhất, bảo vệ các chi tiết bên trong khỏi tác động cơ học và môi trường, đồng thời đảm bảo môi chất lưu thông bên trong mà không bị rò rỉ.

Trục van (Stem)

Là bộ phận truyền lực chính giúp kết nối tay điều khiển với đĩa van. Khi người dùng thao tác tay quay hoặc tay vặn, mô-men xoắn sẽ được truyền từ tay điều khiển qua trục van để nâng/hạ đĩa van, qua đó thực hiện đóng hoặc mở. Tùy thuộc vào điều kiện vận hành mà vật liệu trục van sẽ được chọn sao cho phù hợp với độ bền và khả năng chịu lực.

Đĩa van (Disc)

Bộ phận chính tiếp xúc với dòng lưu chất, có chức năng đóng/mở dòng chảy. Đĩa thường có hình dạng côn hoặc nút chai và được làm từ các vật liệu có độ cứng cao, chống mài mòn và ăn mòn tốt. Đĩa van được gắn trực tiếp với trục và chịu tác động điều khiển từ tay quay hoặc bộ truyền động.

Gioăng làm kín (Seal)

Gioăng được lắp giữa thân và trục van nhằm ngăn ngừa rò rỉ lưu chất ra bên ngoài. Vật liệu làm gioăng thường là cao su, teflon hoặc các hợp chất chuyên dụng, tùy thuộc vào áp suất, nhiệt độ và tính chất của môi chất. Gioăng có thể được tháo ra và thay thế định kỳ để duy trì hiệu quả làm kín.

Nắp van (Bonnet)

Đây là phần bao phủ bên ngoài trục van và nằm giữa tay điều khiển với thân van. Nắp van có chức năng bảo vệ trục, hỗ trợ làm kín và giữ cố định các bộ phận liên quan trong quá trình vận hành.

Bộ truyền động (Operating Mechanism)

Tùy theo thiết kế, van cầu có thể được vận hành theo hai cách:

• Thủ công: Sử dụng tay quay (handwheel) để điều khiển – thường áp dụng cho các loại van có kích thước nhỏ hoặc khi không cần tự động hóa.
• Tự động: Sử dụng bộ truyền động như actuator điện (electric actuator) hoặc khí nén (pneumatic actuator) để điều chỉnh góc quay của trục van, từ đó kiểm soát đóng/mở hoặc điều tiết dòng chảy một cách chính xác.

Nguyên lý hoạt động

Van cầu vận hành dựa trên nguyên lý khi người dùng thao tác bằng tay vặn hoặc thông qua bộ truyền động (đối với loại van điều khiển), trục van sẽ xoay và đồng thời tạo ra chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng. Chuyển động này khiến đĩa van di chuyển lên hoặc xuống, theo hướng vuông góc với vòng đệm.

Khi van ở trạng thái đóng hoàn toàn, bề mặt của đĩa van ép chặt vào vòng đệm, tạo nên độ kín tối đa và ngăn không cho lưu chất đi qua.

Ngược lại, khi van mở, đĩa van tách khỏi vòng đệm, cho phép lưu chất chảy qua. Mức độ mở/đóng của van (và do đó lưu lượng dòng chảy) có thể được điều chỉnh linh hoạt bằng cách thay đổi khoảng cách giữa hai bề mặt này.

Mục đích sử dụng van cầu

Khác với van bi và van cổng – vốn chủ yếu được sử dụng để đóng hoặc mở hoàn toàn dòng chảy, van cầu không chỉ đảm nhiệm chức năng này mà còn đặc biệt phù hợp cho việc điều tiết lưu lượng (tức đóng/mở một phần). Cấu tạo đĩa van dạng hình yên ngựa hoặc hình chữ ngã khiến dòng chảy đi theo hướng gấp khúc hình chữ Z, từ đó kiểm soát dòng môi chất theo một chiều nhất định.

Phân loại van cầu

Van cầu có thể được chia thành nhiều loại khác nhau dựa trên các tiêu chí cụ thể. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân loại theo một số tiêu chí phổ biến nhất. Nếu còn thiếu sót, rất mong nhận được đóng góp từ Quý khách hàng.

Phân loại theo kiểu kết nối

Van cầu kết nối ren

Van cầu kết nối ren, hay còn gọi là Thread Globe Valve trong tiếng Anh, là loại van có phần kết nối bằng ren, phù hợp cho các đường ống dạng ren. Loại van này thường áp dụng cho các kích thước nhỏ, dưới 2 inch. Tiêu chuẩn ren kết nối phổ biến gồm có ren G, ren NPT, ren BSP,…

Van cầu kết nối mặt bích

Van cầu kết nối mặt bích (Flanged Globe Valve) là loại van có phần kết nối bằng mặt bích, với nhiều tiêu chuẩn như ANSI, JIS, BS, DIN,… Van này được gắn vào đường ống qua mặt bích và kín bằng gioăng (gasket). Thông thường, van cầu mặt bích được sử dụng cho các kích thước lớn, tuy nhiên cũng có trường hợp nhỏ dùng mặt bích do yêu cầu riêng biệt.

Van cầu kết nối hàn

Van cầu có thể kết nối hàn với đường ống, gọi chung là Welded Globe Valve, với các kiểu hàn như Socket Weld hoặc Butt Weld. Loại van này thường được thiết kế để hàn cố định vào đường ống, thường dùng ở những vị trí không cần tháo lắp thường xuyên và giảm thiểu tối đa nguy cơ rò rỉ.

Phân loại theo hình dạng cấu trúc và phương hướng dòng chảy.

Van cầu kiểu thân chữ Z (Z shaped body – Straight Flow)

Đây là dạng van cầu phổ biến nhất hiện nay, thích hợp cho dòng chảy thông thường. Đĩa van hình yên ngựa hoặc hình chữ ngã sẽ di chuyển lên xuống theo trục kết nối với tay điều khiển, giúp dòng chảy theo dạng chữ “Z” và chỉ cho phép lưu chất đi theo một chiều.

Van cầu kiểu thân chữ R (Van cầu góc – R shaped body – Angle Flow)

Loại van này dùng để đổi hướng dòng chảy, với cửa vào và cửa ra tạo góc vuông 90 độ. Do sự đổi hướng này, áp lực và tốc độ dòng chảy sẽ giảm nhiều hơn so với van chữ Z.

Van cầu kiểu ba ngả (T shaped body – Cross Flow)

Van có ba cửa theo hình chữ T, dùng để điều chỉnh hoặc trộn lẫn các dòng lưu chất. Loại van này thường được sử dụng rộng rãi trong ngành hóa chất.

Van cầu kiểu thân chữ Y (Y shaped body – Y Flow)

Còn gọi là van cầu xiên, van chữ Y có ưu điểm ma sát thấp khi vận hành, độ bền cao, chiều cao mở thấp, dễ dàng vận hành và bảo trì. Thiết kế này cũng giúp chống hiện tượng búa nước hiệu quả. Thân và ghế van đặt nghiêng khoảng 45° so với trục ống, thích hợp dùng trong các hệ thống áp suất cao và khi cần giảm áp.

Phân loại dựa trên cách thức hoạt động

Van cầu vận hành bằng tay (Operation manual globe valves)

Đây là loại van được điều khiển thủ công bằng tay quay, phổ biến nhất hiện nay. Người vận hành tác động lực vào tay quay, làm đĩa van nâng lên hoặc hạ xuống thông qua trục van để đóng, mở hoặc điều tiết dòng chảy. Khi lắp đặt, cần chú ý có đủ không gian cho người vận hành thao tác.

Van cầu dạng điều khiển điện (Electric control globe valves)

Hay còn gọi là van cầu điện, loại van này tích hợp bộ truyền động điện để điều khiển đóng mở tự động hoặc bán tự động. Bộ truyền động điện làm quay trục van, từ đó làm dịch chuyển đĩa van tương tự như thao tác bằng tay. Van này phù hợp với các vị trí khó thao tác thủ công hoặc nơi yêu cầu đóng mở nhanh. Tuy nhiên, van cầu điện cần nguồn điện ổn định và phải đảm bảo an toàn điện. Do vậy, bộ điều khiển điện thường ít được sử dụng tại những khu vực có nguy cơ cháy nổ cao như trong các hệ thống xăng dầu, hóa chất, hơi nóng, trừ khi dùng bộ truyền động đạt chuẩn chống cháy nổ.

Ưu điểm và hạn chế trong việc sử dụng van cầu

Ưu điểm của van cầu

• Việc lắp đặt van rất đơn giản và dễ dàng trong quá trình vận hành.
• Van có khả năng điều chỉnh lưu lượng dòng chảy hiệu quả, đồng thời việc đóng mở cũng thuận tiện và nhẹ nhàng.
• Khi van hoạt động liên tục, độ bền của van rất cao, đặc biệt phần đĩa van ít bị hư hỏng hay ăn mòn.
• Van cầu thường được vận hành bằng tay quay (handwheel), cơ cấu ép từ tay quay tác động trực diện lên đĩa van. Nhờ đó, khi van đóng kín hoàn toàn, khả năng rò rỉ lưu chất thấp hơn nhiều so với các loại van khác.
• Van có đa dạng kiểu thiết kế, thích hợp cho nhiều ứng dụng và vị trí lắp đặt khác nhau, đồng thời dễ dàng tích hợp với hệ thống điều khiển tự động.

Hạn chế của van cầu

• So với các loại van khác, van cầu thường có giá thành cao hơn.
• Áp suất của dòng chảy khi đi qua van bị giảm do dòng chảy phải chuyển hướng bên trong thân van.
• Các van cầu có kích thước lớn cần lực mở mạnh hơn so với các loại van khác cùng kích cỡ.
• Trọng lượng và kích thước của van cầu thường lớn hơn so với các loại van khác có cùng kích thước.
• Bề mặt ghế van cùng mặt dưới của đĩa van thường chịu tác động trực tiếp từ dòng chảy, điều này có thể dẫn đến hiện tượng tạo bọt khí và gây ra hiện tượng ăn mòn xâm thực (cavitation) trên ghế van. Khi dòng chảy đi ngược chiều, xâm thực cũng có thể xảy ra ở góc tiếp xúc giữa đĩa van và trục van.

Liên hệ Cao Phong để sở hữu van cầu chính hãng với chất lượng và dịch vụ tốt nhất

Cao Phong tự hào là đơn vị cung cấp van cầu uy tín hàng đầu tại Việt Nam với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực van công nghiệp. Chúng tôi cam kết mang đến sản phẩm van cầu chất lượng cao đầy đủ giấy tờ chứng nhận và chế độ bảo hành rõ ràng. Đội ngũ kỹ thuật chuyên nghiệp luôn sẵn sàng tư vấn giúp bạn lựa chọn van cầu phù hợp nhất cho hệ thống của mình.

• Website: https://caophong.com.vn
• Hotline: 028 6270 3525
• Email: contact@caophong.com.vn
• Địa chỉ: 331/41 Phan Huy Ích, Phường An Hội Tây, Thành Phố Hồ Chí Minh, Việt Nam