Van cổng là gì? Tìm hiểu khái niệm và đặc điểm chi tiết

Van cổng là một trong những loại van công nghiệp được ứng dụng phổ biến trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp hiện nay. Trong bài viết này, Cao Phong xin mời quý khách cùng tìm hiểu chi tiết về van cổng là gì để có thêm kiến thức hữu ích khi lựa chọn sản phẩm phù hợp.

Van cổng là gì?

Van cổng, hay còn gọi là van cửa hoặc van chặn (tên tiếng Anh: Gate Valve), Đây là một trong những dòng van thường thấy trong hệ thống đường ống hiện nay. có chức năng chính là đóng hoặc mở hoàn toàn dòng chảy của môi chất. Loại van này không được thiết kế để điều tiết lưu lượng.

Cơ chế hoạt động của van cổng dựa trên chuyển động lên xuống của đĩa van – hoạt động như một cánh cửa đóng/mở thông qua tay vận hành hoặc bộ điều khiển, từ đó hình thành nên tên gọi “van cổng”.

Van cửa được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ hệ thống cấp thoát nước trong các tòa nhà, khu thương mại cho đến các hệ thống đường ống dẫn nước, nhiên liệu và nguyên liệu tại các nhà máy, khu công nghiệp,…

Do cấu trúc đặc trưng, van cổng thường được lắp đặt để thực hiện chức năng cách ly dòng chảy (hoàn toàn đóng hoặc mở) và không phù hợp để sử dụng như một thiết bị điều tiết lưu lượng.

Tóm tắt lịch sử phát triển của van cổng

Vào năm 1839, Charley W. Peckham đã được cấp bằng sáng chế đầu tiên tại Hoa Kỳ liên quan đến van, cụ thể là một loại van cửa cống. Mặc dù thiết kế này không phải là van cổng như chúng ta biết hiện nay, nhưng nó đã đặt nền móng cho sự ra đời của van cổng hiện đại. Đến năm 1840, chiếc van cổng đầu tiên đúng nghĩa mới được cấp bằng sáng chế cho Theodore Scowden, đến từ Cincinnati, bang Ohio.

Trong giai đoạn từ năm 1850 đến đầu thế kỷ 20, ngành công nghiệp van tại Mỹ chứng kiến sự phát triển sôi động với hàng loạt sáng chế mới. Nhiều nhà phát minh nổi bật như William Teller Crane (Crane), Edmund H. Lunken (Lunkenheimer), William Powell (Powell), H. G. Ludlow (Ludlow), Rufus B. Chapman (Chapman), Charles Jenkins (Jenkins), Daniel Kennedy (Kennedy), và Rufus Pratt (Pratt & Cady) đã tạo ra những thiết kế van độc đáo và sau đó sáng lập nên các thương hiệu nổi tiếng trong ngành van công nghiệp.

Trong khoảng thời gian này, nhiều cải tiến được tập trung vào cấu tạo đĩa và mặt ghế van. Đến năm 1896, kỹ sư William Jennings của Công ty Pratt & Cady đã được cấp bằng sáng chế cho thiết kế vòng đệm bắt vít, một thiết kế được xem là tiêu chuẩn trong gần 75 năm cho đến khi công nghệ hàn phát triển và dần thay thế phương pháp bắt vít truyền thống.

Khi ngành công nghiệp năng lượng hơi nước mở rộng, kéo theo yêu cầu ngày càng cao về nhiệt độ và áp suất nồi hơi, các nhà thiết kế buộc phải cải tiến van để đáp ứng điều kiện làm việc khắt khe hơn. Trong một số trường hợp, do thị trường không có sẵn loại van phù hợp, các nhà sản xuất nồi hơi đã phải tự phát triển và sản xuất van cho riêng mình.

Chỉ đến những thập niên đầu của thế kỷ 20, áp suất trong các hệ thống hơi nước mới bắt đầu vượt mốc 150 – 200 psi (tương đương khoảng 10 – 14 bar). Trước đó, các van bằng đồng hoặc gang vẫn đảm bảo vận hành ổn định trong môi trường áp suất thấp và nhiệt độ khoảng 350 – 400°C, khi các hệ thống tuabin và thiết bị gia nhiệt chưa phổ biến.

Từ khoảng năm 1915 đến 1925, ngành điện lực phát triển đã kéo theo nhu cầu gia tăng đáng kể về nhiệt độ và áp suất làm việc. Điều này thúc đẩy việc nghiên cứu và ứng dụng thép như một vật liệu chế tạo van ưu việt, có thể chịu được điều kiện khắc nghiệt của hệ thống ống dẫn trong nhà máy điện. Trong giai đoạn này, van cổng bằng thép được hoàn thiện cả về thiết kế và cấu trúc, gần như giữ nguyên đến hiện nay. Cùng với đó, các loại hợp kim như chrome/molybdenum bắt đầu được đưa vào sử dụng để gia tăng độ bền cho van.

Khi các ngành công nghiệp hóa chất và lọc hóa dầu phát triển mạnh, yêu cầu về khả năng chống ăn mòn trở thành một thách thức lớn. Điều này thúc đẩy sự xuất hiện của nhiều hợp kim đặc biệt như Hastelloy, Inconel và Hợp kim 20 để sản xuất van thích ứng với môi trường hóa học khắc nghiệt.

Đến đầu thập niên 1940, với sự ra đời của thiết kế nắp van làm kín bằng áp suất (pressure-seal bonnet), sự đổi mới trong thiết kế van cổng bắt đầu chững lại, và các nhà sản xuất chuyển hướng tập trung nghiên cứu vào những dòng van khác như van bi và van bướm.

Cấu tạo của van cổng

Tương tự như các loại van công nghiệp khác như van bi, van cầu hay van bướm, van cổng được cấu tạo từ nhiều bộ phận cơ khí khác nhau. Dưới đây là các thành phần chính cấu thành nên van cổng:

Thân van (Body)

Là bộ phận chủ lực tạo nên khung sườn của van, có nhiệm vụ liên kết và giữ cố định các chi tiết bên trong. Thân van thường được chế tạo từ các vật liệu như đồng, gang, thép hoặc inox, đảm nhiệm vai trò chịu áp lực từ môi trường, bảo vệ phần lõi bên trong và ngăn chất lỏng hoặc khí rò rỉ ra ngoài.

Trục van (Stem)

Còn gọi là ty van, đây là chi tiết kết nối giữa tay quay và đĩa van. Khi tay quay được vận hành, trục van sẽ truyền chuyển động xoay thành chuyển động lên xuống, làm cho đĩa van đóng hoặc mở theo yêu cầu. Bộ phận này thường được sản xuất từ kim loại cứng có khả năng chịu lực tốt và chống mài mòn cao.

Đĩa van (Disc)

Hay còn gọi là cửa van, có hình dạng như một cánh cổng. Đĩa van là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với môi chất, nên thường được làm từ vật liệu chống ăn mòn và có độ bền cao. Nó được gắn cố định với trục van và di chuyển lên hoặc xuống để kiểm soát dòng chảy.

Gioăng làm kín (Gasket & Seal)

Được bố trí ở các vị trí tiếp giáp giữa các bộ phận như thân – nắp van, thân – trục van,… nhằm ngăn chặn tình trạng rò rỉ. Những gioăng này thường làm từ cao su tổng hợp, Teflon hoặc các chất liệu có khả năng đàn hồi, chịu nhiệt và chịu ăn mòn tốt.

Nắp van (Bonnet)

Là phần bao bọc bên ngoài trục van, nối liền với thân van và giúp tăng khả năng làm kín cũng như bảo vệ trục van khỏi tác động từ bên ngoài.

Tay quay (Handwheel)

Đây là bộ phận vận hành chính mà người dùng tác động lực để đóng hoặc mở van. Tay quay của van cổng thường có dạng vô lăng, xoay theo hoặc ngược chiều kim đồng hồ để điều khiển chuyển động của đĩa van.

Kết nối cơ khí 

Là phần giúp liên kết van với hệ thống đường ống. Tùy vào ứng dụng và yêu cầu kỹ thuật, van cổng có thể sử dụng các kiểu kết nối như mặt bích, ren hoặc hàn. Trong thực tế, van thường được lắp đặt qua đường ống thay vì kết nối trực tiếp với thiết bị như máy bơm hay máy nén.

Nguyên lý hoạt động của van cổng

Van cổng hoạt động dựa trên chuyển động tịnh tiến của trục van để điều khiển đĩa van lên hoặc xuống, tương tự như cơ chế đóng/mở của một cánh cổng.

Khi người vận hành xoay tay quay (thường là vô lăng) theo chiều kim đồng hồ, trục van sẽ từ từ hạ xuống, kéo theo đĩa van đi xuống vị trí thấp nhất, sát đáy van dẫn đến trạng thái đóng hoàn toàn, ngăn chặn dòng chảy đi qua.

Ngược lại, khi tay quay được xoay ngược chiều kim đồng hồ, trục van nâng lên, kéo đĩa van lên cao, cổng van sẽ mở hoàn toàn, cho phép dòng lưu chất đi qua một cách dễ dàng.

Tác dụng chính của van cổng khi lắp đặt trong đường ống.

Do đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động, van cổng thường chỉ phù hợp lắp đặt tại các vị trí yêu cầu đóng/mở hoàn toàn. Khi van chỉ mở một phần, đĩa van có thể bị rung do tác động của dòng chảy, dẫn đến nguy cơ bị mài mòn hoặc hư hỏng nhanh chóng.

Phân loại các dòng van cổng phổ biến hiện tại

Tương tự như các dòng van công nghiệp khác như van bi, van bướm hay van cầu, van cổng cũng được phân chia theo nhiều tiêu chí khác nhau. Trong phạm vi bài viết này, chúng tôi xin chia sẻ một số cách phân loại van cổng thường gặp trong thực tế. Nếu còn thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ Quý khách hàng.

Phân loại theo kiểu kết nối

Van cổng kiểu kết nối ren (Gate valve dạng ren)

Dòng van này sử dụng kết nối dạng ren, thích hợp với đường ống ren – thường áp dụng cho kích thước nhỏ hơn 2 inch. Các chuẩn ren phổ biến có thể kể đến như G, NPT, BSP… Van nối ren có ưu điểm dễ lắp đặt và tháo lắp, phù hợp cho hệ thống có tần suất bảo trì cao.

Van cổng kiểu kết nối mặt bích (Flanged Gate Valve)

Loại van này sử dụng kết nối thông qua mặt bích, được siết chặt bằng bu lông và làm kín bằng gioăng (gasket). Các tiêu chuẩn mặt bích thường gặp gồm ANSI, JIS, DIN, BS… Van mặt bích thường được dùng cho hệ thống có kích thước lớn, áp lực cao. Tuy nhiên, một số hệ thống yêu cầu kết nối mặt bích cho van nhỏ vì lý do kỹ thuật hoặc tiêu chuẩn đồng bộ.

Van cổng kiểu kết nối hàn (Welded Gate Valve)

Là loại van được hàn trực tiếp vào hệ thống đường ống, đảm bảo độ kín cao và giảm thiểu rò rỉ. Dựa theo kiểu hàn có thể chia thành van cổng hàn lồng (Socket Weld) và van cổng hàn đối đầu (Butt Weld). Van dạng này phù hợp với vị trí cố định, ít tháo lắp hoặc các hệ thống yêu cầu độ bền cao, hạn chế rò rỉ tối đa.

Phân loại theo thiết kế trục van (ty van)

Van cổng dạng ty chìm (Non-rising Stem Gate Valve)

Ở dòng van này, phần ty không nhô ra ngoài khi vận hành, giúp giữ nguyên kích thước tổng thể của van trong suốt quá trình sử dụng. Đây là lựa chọn lý tưởng cho các khu vực chật hẹp, hệ thống ngầm hoặc những vị trí hạn chế chiều cao lắp đặt. Van ty chìm thường có hai dạng: có nắp chụp hoặc điều khiển bằng vô lăng.

Van cổng dạng ty nổi (Rising Stem Gate Valve)

Trái ngược với loại ty chìm, van ty nổi có phần trục (ty) dịch chuyển lên xuống theo trạng thái đóng/mở của van. Thiết kế này giúp người vận hành dễ dàng quan sát trạng thái hoạt động của van từ xa. Loại van này thích hợp cho môi trường làm việc yêu cầu độ chính xác cao trong kiểm soát lưu lượng.

Phân loại theo cơ chế vận hành

Van cổng vận hành điều khiển bằng tay (Manual Gate Valve)

Là dạng điều khiển thủ công thông qua tay quay (vô lăng). Khi quay tay, trục van sẽ di chuyển đĩa van để đóng/mở dòng chảy. Đây là loại phổ biến và kinh tế nhất, phù hợp với hệ thống có kích thước nhỏ hoặc áp suất không quá lớn. Với hệ thống lớn hơn, người dùng có thể kết hợp thêm hộp số trợ lực để dễ thao tác.

Van cổng kiểu điều khiển điện (Electric Actuated Gate Valve)

Dòng van này kết hợp với bộ truyền động điện để thực hiện thao tác đóng/mở tự động. Phù hợp cho hệ thống cần điều khiển từ xa, khu vực khó tiếp cận hoặc môi trường làm việc độc hại. Van cổng điện giúp giảm sức người, tăng hiệu quả và đảm bảo an toàn khi vận hành.

Van cổng dạng điều khiển khí nén (Pneumatic Actuated Gate Valve)

Sử dụng bộ điều khiển khí nén thay cho tay quay thủ công. Dòng van này thường xuất hiện trong các hệ thống tự động hóa, nơi yêu cầu đóng mở nhanh hoặc trong môi trường độc hại, dễ cháy nổ – nơi con người khó trực tiếp vận hành.

Phân tích ưu và nhược điểm của dòng van cổng

Ưu điểm:

• Van cổng có tuổi thọ cao và không cần bảo trì thường xuyên.
• So với van cầu, quá trình đóng/mở của van cổng nhẹ hơn, nhanh hơn và yêu cầu ít lực thao tác hơn.
• Nhờ cơ chế đóng mở từ từ, van cổng hạn chế tối đa hiện tượng sốc áp gây rung lắc hệ thống ống dẫn.
• Phù hợp với nhiều loại môi trường làm việc như chất lỏng, khí và thậm chí cả chất rắn.
• Lưu lượng và tốc độ dòng chảy khi đi qua van gần như không thay đổi, giúp hệ thống vận hành ổn định.
• Việc vận hành van khá đơn giản và không yêu cầu kỹ thuật cao.
• Thiết kế thân van gọn, không chiếm nhiều không gian, thuận tiện khi lắp đặt ở các vị trí chật hẹp.

Nhược điểm:

• Do cấu tạo và cơ chế hoạt động, van cổng không thích hợp cho mục đích điều tiết lưu lượng.
• Thời gian đóng mở tương đối lâu, nên không phù hợp với các ứng dụng cần thao tác nhanh.
• Nếu không được đóng kín hoàn toàn, van có thể phát ra tiếng ồn trong quá trình vận hành.
• Cấu trúc van khá phức tạp khiến chi phí sửa chữa, bảo dưỡng cao. Trong nhiều trường hợp, người dùng thường chọn thay mới thay vì sửa chữa khi gặp sự cố.

So sánh van bi, van cổng và van cầu, những điểm khác biệt cần biết

Van bi, van cổng và van cầu là ba loại van thông dụng nhất trong các hệ thống đường ống công nghiệp. Mỗi loại van lại có cấu tạo và chức năng vận hành riêng biệt. Để lựa chọn loại van phù hợp với nhu cầu sử dụng, người dùng cần hiểu rõ những điểm khác nhau giữa chúng. Dưới đây là so sánh chi tiết:

Van bi (Ball Valve)

Van bi là loại van có thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả, được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống ống nhờ khả năng đóng/mở nhanh và kín, hoạt động ổn định trong thời gian dài. Phần thân van chứa một viên bi rỗng được gắn liền với trục điều khiển. Khi xoay tay gạt một góc 90 độ, viên bi sẽ quay theo – từ đó thay đổi trạng thái đóng hoặc mở của van.

Khi tay gạt nằm song song với ống, van đang mở hoàn toàn; khi tay gạt vuông góc với đường ống, van ở trạng thái đóng. Van bi có nhiều loại vật liệu và cơ cấu điều khiển khác nhau, phù hợp với nhiều điều kiện làm việc khác nhau.

Van cổng (Gate Valve)

Van cổng, hay còn được gọi là van cửa, hoạt động dựa trên nguyên lý nâng/hạ một cánh van giống như cửa cổng để kiểm soát dòng chảy. Phần cửa van di chuyển theo phương thẳng đứng, đóng kín khi hạ xuống đáy thân van và mở hoàn toàn khi được nâng lên hết hành trình.

Loại van này thường chỉ nên sử dụng cho các ứng dụng cần đóng hoặc mở hoàn toàn, tránh sử dụng cho mục đích điều tiết vì dễ gây hư hỏng do rung lắc khi mở một phần. Ngoài ra, van cổng có thể bị ăn mòn theo thời gian nếu vận hành trong môi trường có dòng chảy mạnh hoặc chứa tạp chất.

Van cầu (Globe Valve)

Van cầu, còn gọi là van chữ ngã hoặc van yên ngựa, có cấu tạo đặc biệt với phần đĩa van nằm ngang và dòng chảy đi theo hình chữ Z. Nhờ thiết kế này, dòng môi chất chỉ lưu thông theo một hướng nhất định, giúp van hoạt động ổn định và hiệu quả trong việc kiểm soát lưu lượng.

Khác với van bi và van cổng – vốn thiên về chức năng đóng/mở nhanh, van cầu còn cho phép điều tiết dòng chảy một cách chính xác. Điều này giúp van cầu trở thành lựa chọn ưu tiên trong những hệ thống cần điều chỉnh lưu lượng thường xuyên.

Những lĩnh vực ứng dụng phổ biến của van cổng

Gate valve (Van cổng) là một trong những loại van công nghiệp được ứng dụng rộng rãi và biến nhất hiện nay nhờ vào thiết kế đa dạng, vật liệu phong phú cùng khả năng vận hành hiệu quả trong nhiều điều kiện khác nhau. Một số ứng dụng nổi bật của loại van này bao gồm:

• Van cổng có thể hoạt động tốt với hầu hết các loại môi chất như chất lỏng, khí, hơi, bùn keo và cả các vật chất dạng rắn.
• Được lắp đặt trong hệ thống dẫn khí, đường ống vận chuyển nhiên liệu tại các nhà máy lọc hóa dầu, nhà máy hóa chất, v.v.
• Ứng dụng trong hệ thống cấp và thoát nước tại các công trình thủy điện, khu công nghiệp, tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại,…
• Sử dụng trong hệ thống PCCC (phòng cháy chữa cháy), xử lý nước sạch và nước thải tại các nhà máy và cơ sở hạ tầng đô thị.

Hướng dẫn lựa chọn van cổng

Khi lựa chọn van cổng, người dùng cần lưu ý một số tiêu chí quan trọng để tránh những sai sót không mong muốn.

Xác định môi chất 

Việc xác định chính xác loại môi chất là vô cùng cần thiết, bởi nó quyết định đến việc chọn vật liệu phù hợp cho van, đảm bảo an toàn cũng như kéo dài tuổi thọ thiết bị. Nếu chọn sai vật liệu, van có thể nhanh hỏng hoặc gây mất an toàn khi sử dụng. Chẳng hạn, trong môi trường hóa chất có tính ăn mòn cao, việc dùng thép thường sẽ khiến van bị ăn mòn, dẫn đến hư hỏng hoặc rò rỉ.

Áp suất làm việc 

Người dùng cần xác định áp suất thực tế của đường ống để chọn van có áp suất thiết kế cao hơn, kèm theo hệ số an toàn phù hợp. Nếu chọn van có áp suất thiết kế thấp hơn áp suất thực tế, nguy cơ phá vỡ kết cấu van và gây ra tai nạn là rất lớn.

Tiêu chuẩn kết nối

Việc biết rõ tiêu chuẩn kết nối của đường ống giúp bạn lựa chọn loại kết nối van phù hợp nhất. Các kiểu kết nối phổ biến gồm kết nối mặt bích (theo các tiêu chuẩn ANSI, JIS, DIN…), Đặc điểm kết nối dạng ren, điển hình là NPT, BSP và kết nối hàn (bao gồm hàn socketweld – hàn lồng, butt weld end – hàn đối đầu…).

Loại van

Để chọn được van cổng thích hợp, bạn nên tham khảo các loại van được phân loại trước đó nhằm tìm ra sản phẩm phù hợp nhất với yêu cầu sử dụng.

Những điều cần lưu ý khi sử dụng và lắp đặt van cổng

Lưu ý khi lắp đặt

Để đảm bảo van chặn hoạt động hiệu quả và đạt hiệu suất tối đa, người sử dụng cần lưu ý những điểm quan trọng sau trong quá trình lắp đặt:

• Van chặn có thể được lắp theo nhiều hướng khác nhau, nhưng để thuận tiện cho việc vận hành, đặc biệt với các van kích thước lớn, nên ưu tiên lắp đặt theo phương thẳng đứng.
• Trước khi lắp đặt, cần kiểm tra kỹ van để đảm bảo phù hợp với yêu cầu sử dụng. Đặc biệt, van chặn không được dùng cho việc điều chỉnh lưu lượng dòng chảy mà chỉ dùng để đóng mở hoàn toàn.
• Ngoài việc kiểm tra cấu trúc của van, nên tiến hành thử áp suất để chắc chắn van không bị rò rỉ khi đưa vào vận hành.
• Trước khi lắp đặt, đường ống cần được làm sạch hoàn toàn, loại bỏ các mạt sắt, mảnh vụn hàn hoặc các chất thải, rỉ sét còn sót lại để tránh ảnh hưởng tới tuổi thọ của van.
• Van phải được đặt ở trạng thái đóng hoàn toàn trong quá trình lắp.
• Với van kết nối bằng mặt bích, cần kiểm tra cẩn thận gioăng làm kín (gasket) trước khi siết bulong. Khi siết, hãy thực hiện đều tay và đúng quy trình, tốt nhất là dùng cần siết lực chuyên dụng để đảm bảo độ kín khít.
• Sau khi lắp đặt xong, cần xả áp chậm rãi và thực hiện thao tác vận hành thử nhiều lần nhằm đảm bảo van hoạt động ổn định trước khi chính thức đưa vào sử dụng.

Lưu ý khi sử dụng

• Tuyệt đối không vận hành van ở mức áp suất vượt quá giới hạn thiết kế của van.
• Việc điều tiết lưu lượng dòng chảy không nên thực hiện bằng van cổng. Khi van không được đóng hoặc mở hoàn toàn, dòng chảy tác động mạnh có thể làm giảm tuổi thọ của van, gây mòn đĩa van và các bộ phận khác.
• Cần tiến hành kiểm tra định kỳ để phát hiện sớm các vấn đề, từ đó lên kế hoạch bảo trì, sửa chữa hoặc thay thế nhằm đảm bảo hệ thống luôn hoạt động ổn định.

Cao Phong là nhà cung cấp van cổng chất lượng cao

Công Ty TNHH TM TBCN Cao Phong với nhiều năm kinh nghiệm hoạt động và đội ngũ nhân sự am hiểu sâu sắc, tự hào là một trong những nhà cung cấp van hàng đầu trên thị trường, đặc biệt là van cổng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như dầu khí, hóa chất, phân bón và năng lượng.

Nhờ sự tận tâm và chuyên môn cao của đội ngũ nhân viên, chúng tôi luôn sẵn sàng tư vấn giúp khách hàng lựa chọn loại van cổng phù hợp nhất với nhu cầu và mục đích sử dụng, đồng thời đảm bảo chi phí hợp lý và tối ưu.

Để bảo đảm an toàn cho hệ thống của khách hàng và vì tính chất quan trọng của sản phẩm, Cao Phong chúng tôi chỉ cung cấp các loại van có nguồn gốc xuất xứ từ các khu vực kinh tế EU, G7 và Hàn Quốc. Hiện tại, chúng tôi là nhà phân phối chính thức của nhiều thương hiệu van uy tín đến từ các khu vực này. 

Cao Phong rất vui được đáp ứng mọi yêu cầu của khách hàng qua các thông tin chi tiết sau:

• 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