Phần 02. Cấu tạo và thiết kế của van cánh bướm

Hiện nay, theo thống kê trên thị trường van bướm là một trong những loại van công nghiệp thông dụng, phổ biến được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: công nghiệp, nông nghiệp, PCCC…Với chức năng đóng mở hoàn toàn và điều tiết, kiểm soát lưu lượng dòng chảy lưu chất bên trong đường ống.Đặc biệt, so với các dòng van khác thì van bướm còn có cấu tạo và thiết kế khá đơn giản.

Ở bài trước, chúng tôi đã giới thiệu chung về lịch sử phát triển của van bướm, bài viết hôm nay chúng tôi sẽ chia sẻ về cấu tạo và thiết kế của van bướm để các bạn hiểu rõ hơn về sản phẩm mình đã và đang sử dụng nhé!

Cấu tạo chung của van bướm

Như chúng ta đã biết, van bướm là dạng van chuyển động quay một phần tư vòng, được sử dụng để đóng/mở và điều chỉnh dòng chảy lưu chất. Nhìn bên ngoài, van bướm được cấu tạo khá giống hình dạng một con bướm. Toàn bộ van có thân hình tròn ngắn, đĩa van là 2 nửa hình bán nguyệt, trên và dưới van có các ổ trục và bộ phận điều khiển.

Nhìn chung, tất cả các loại van bướm đều có cấu tạo chung giống nhau, cụ thể gồm các thành phần chính dưới đây:

Cấu tạo van bướm

Cấu tạo van bướm

Thân van (Body)

Là phần có hình dạng khung tròn được đúc liền khối bằng chất liệu kim loại, inox, gang, hoặc nhựa tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng. Trên thân van có các lỗ xung quanh là dùng để định vị van vào đường ống bằng bulong và đai ốc. Thân van kết nối với đường ống bằng 4 kiểu kết nối với thiết kế khác nhau, cụ thể

  • Kết nối Wafer: sử dụng bu lông hai đầu để kết nối van giữa hai mặt bích đường ống ( hay còn gọi là tai bích) để giúp lắp đặt, Thân wafer không có vấu nhô ra. Van wafer được kẹp giữa các mặt bích của đường ống và các bu lông mặt bích bao quanh thân. Kiểu wafer rẻ, nhẹ hơn và không chuyển trọng lượng của hệ thống đường ống trực tiếp qua thân van.
  • Kết nối Lug: Có lỗ bắt bu lông để kết nối với mặt bích ống, kết nối này đảm bảo an toàn vì có nhiều lỗ để bắt bu lông. Và có thể được sử dụng như một đầu ống hoặc như một dịch vụ cuối tuyến. Tuy nhiên so với kết nối wafer thì có xếp hạng momen xoắn bu lông thấp hơn.
  • Kết nối Flanged: hay còn gọi là kết nối mặt bích, được thiết kế có mặt bích ở cả hai mặt của van và được dùng phổ biến trong hệ thống đường ống có kích thước rất lớn.
  • Kết nối Welded: hay còn gọi là kết nối hàn được sử dụng cho các ứng dụng áp suất rất cao. Bởi vì hầu hết các van lót nhựa được giới hạn ở mặt bích PN10/16 (150 #) và loại này hiếm khi được nhìn thấy với van lót nhựa.

Đĩa van (Disc)

Đây là một trong những bộ phận quan trọng của van bướm, nó có hình dạng cánh bướm, cụ thể là 2 nửa hình bán nguyệt. Đĩa van được gắn với trục van và được lắp đặt theo hướng đường kính của đường ống. Đĩa van có khả năng quay 1 góc 90 độ để điều khiển dòng chảy (đóng/mở) thông qua các bộ phận điều khiển tự động điện, khí nén hoặc tay gạt/ tay quay. Đĩa van thông thường được cấu tạo bởi gang, thép, inox 201, inox 304, ptfe….

Gioăng làm kín (seat ring)

Như tên gọi của nó, seat ring là phần làm kín của đĩa van với phần thân và phần thân van với đường ống lại với nhau. Mục đích chống rò rỉ lưu chất ra bên ngoài, hạn chế đĩa van bị ăn mòn và nhất là làm giảm âm trong quá trình van hoạt động. Thông thường seat được làm bằng cao su EPDM, PTFE, Hi EPDM…

Trục van (Stem valve)

Trục van được chế tạo từ hợp kim như inox, đồng có khả năng chịu lực tốt, có độ cứng cao, ít bị ăn mòn. Đây là bộ phận quan trọng nằm ở vị trí trung tâm của van có nhiệm vụ truyền momen xoắn từ các thiết bị truyền động đến cánh van để đóng mở van. Phần trên cùng của trục được kết nối với các thiết bị truyền động, phần còn loại được kết nối với đĩa van.

Bộ phận điều khiển (Operator)

  • Tay gạt: có phần thanh cố định nằm phía trên, phần thanh chuyển động nằm ở phía dưới. Khi vận hành chỉ cần gạt sang một góc 90 độ là có thể đóng/ mở hoặc điều chỉnh dòng chảy qua đường ống
  • Tay quay vo lăng: phần truyền động được thay bằng tay quay vô lăng kèm hộp số trợ lực. Để đóng, mở van chỉ cần xoay vô lăng cùng hoặc ngược chiều kim đồng hồ. Khi đó lực tác động từ tay quay sẽ được truyền xuống trục van nhờ hộp số trợ lực và kéo đĩa van dịch chuyển cho phép hoặc ngăn chặn dòng chảy lưu chất.
  • Bộ truyền động bằng điện: Nguồn điện áp thông dụng là 24V, 220V, 380V, cơ chế hoạt động đóng mở bằng hai cánh van, điều khiển đóng mở thông qua trục van.
  • Bộ truyền động bằng khí nén: sử dụng áp suất của khí nén được cấp vào và tạo ra lực mô men xoắn để đóng mở van.

Các thiết kế van bướm

Thiết kế van cánh bướm

Thiết kế van cánh bướm

Van bướm được thiết kế có hai kiểu dáng, đồng tâm và lệch tâm, thiết kế leehcj tâm có thể là lệch tâm đơn, kép hoặc ba. Sự khác biệt duy nhất giữa hai thiết kế này là ở tâm van bướm đồng tâm được đặt ở vị trí trung tâm. Trong khi ở van bướm lệch tâm, có thể có nhiều hơn một thân được đặt lệch tâm. Cụ thể như sau:

Thiết kế van bướm đồng tâm

Thiết kế đồng tâm nghĩa là trục van nằm ở tâm đĩa, tâm van được đặt ở tâm của đĩa và đĩa van được đặt ở trung tâm của thân. Trong quá trình vận hành đóng hoặc mở, thân van sẽ không trực tiếp tiếp xúc lưu chất vì gioăng làm kín đã bao kín bề mặt bên trong thân van. Vậy nên phần tiếp xúc sẽ là các bộ phận khác như đĩa van và gioăng làm kín được làm bằng EPDM / NBR, PTFE…Đồng thời, điều này cũng sẽ làm vòng đệm của van phải chịu lực ma sát khi van hoạt động.

Thiết kế van bướm lệch đôi

Thiết kế lệch tâm đôi

Thiết kế lệch tâm đôi

Van bướm lệch tâm kép được cải tiến trên cơ sở van bướm lệch tâm đơn. Cấu tạo của nó khá đặc biệt với 2 điểm lệch. Đầu tiên là trục của thân van không nằm ở trung tâm của đĩa mà nằm phía sau lệch khỏi tâm cánh bướm. Thứ hai là trục van không nằm trong đường tâm ống mà lệch một chút về bên phải của tâm.

Về cơ bản thiết kế lệch tâm kép sẽ tạo ra một khe hở lớn được hình thành giữa bề mặt làm kín của đĩa van và bề mặt làm kín của vòng đệm so với van bướm lệch tâm đơn. Bên cạnh đó, do sự xuất hiện của lệch tâm kép bán kính quay của đĩa van cũng sẽ được chia thành bán kính quay dài và bán kính quay ngắn.

Cụ thể trên nửa đường tròn lớn của đĩa van có bán kính quay dài, tiếp tuyến của rãnh quay của bề mặt làm kín sẽ tạo thành một góc với bề mặt làm kín của vòng đệm. Khi đĩa van được đóng mở, bề mặt làm kín của đĩa van sẽ dần dần tách ra khỏi bề mặt làm kín của vòng đệm. Nhờ đó, độ ăn mòn cơ học giữa đĩa van và vòng đệm trong quá trình đóng mở sẽ được giảm một cách đáng kể.

Ngoài ra, khi loại van bướm này được mở ra, đĩa van nhanh chóng được tách ra khỏi vòng đệm. Điều này cũng sẽ làm giảm đáng kể lực ma sát quá mức không cần thiết, từ đó giúp tuổi thọ của van được cải thiện. Hiện nay, van bướm lệch tâm đôi có thể sử dụng vòng đệm bằng kim loại và được ứng dụng chủ yếu trong môi trường nhiệt độ cao. Đặc biệt trong hệ thống đường ống ở các đập thủy điện, nhà máy cấp thoát nước, xử lý nước thải

Thiết kế van bướm lệch tâm ba

Thiết kế lệch tâm ba

Thiết kế lệch tâm ba

Về cấu tạo, thiết kế lệch tâm ba sẽ có 3 vị trí lệch tâm, trong đó có 2 vị trí sẽ gióng với lệch tâm kép. Vị trí thứ 3 là lệch tâm giữa bề mặt của vòng đệm và đĩa van. Bề mặt bên trong của gioăng đệm làm kín có dạng hình nón và mép đĩa van có dạng vát chéo. Khi van mở hoàn toàn, cũng sẽ tạo ra một khe hở giữa hai mặt phớt giống như khe hở của van bướm lệch tâm kép.

Thiết kế của loại van bướm này giúp loại bỏ hoàn toàn sự mài mòn cơ học giữa hai mặt phớt, và cải thiện đáng kể độ ma sát giữa đĩa van, gioăng làm kín và giúp tăng tuổi thọ của van bướm. So với van bướm đồng tâm hay lệch tâm kép thì loại van bướm này có ưu điểm là chịu nhiệt độ cao, áp lực cao, vận hành dễ dàng và không có ma sát. Khi đóng cửa, với việc tăng mômen quay của cơ cấu truyền lực để bù phớt sẽ giúp nâng cao hiệu suất làm kín và kéo dài tuổi thọ của van bướm.

So sánh van bướm thiết kế đồng tâm và lệch tâm

  • Đĩa van bướm đồng tâm được thiết kế đơn giản nhưng đĩa van bướm lệch tâm phức tạp hơn bao gồm phớt đĩa, vòng giữ phớt và chốt giữ.
  • Cấu tạo gioăng làm kín của van đồng tâm rất đơn giản, đĩa đệm tiếp xúc trực tiếp với đệm cao su, trong khi ở van bướm lệch tâm, phớt đĩa nhiều lớp tiếp xúc với đệm kim loại.
  • Van bướm đồng tâm có vòng đệm cao su mềm trong khi van bướm lệch tâm được làm bằng kim loại, nó có thể là một thân được lắp hoặc một chỗ hàn có thể thay thế.
  • Van bướm đồng tâm có giới hạn áp suất và chỉ có thể đạt áp suất lên đến 150LB / PN25, trong khi van bướm lệch tâm có thể chịu được áp suất lên đến 600LB / PN100.
  • Do cấu trúc làm kín khác nhau, đệm cao su đồng tâm không thể chịu được nhiệt độ cao, nhưng van bướm lệch tâm có thể hoạt động tốt vì chúng có thiết kế vòng đệm bằng kim loại cứng.

Tổng kết

Trên đây là tổng hợp những thông tin cơ bản về cấu tạo và các thiết kế của van bướm. Hy vọng sẽ giúp bạn đọc có thêm hiểu biết về loại van thông dụng này trên thị trường. Từ đó biết cách lựa chọn, ứng dụng nếu có nhu cầu sử dụng nhé!

Bài tiếp theo: Hoạt động của van bướm

ledang
Mình là Ledang (Lê Đình Đăng), Admin quản trị tuanhungphat.vn. Mình có hơn 10 năm làm trong ngành van và các thiết bị công nghiệp. Trên bog mình chia sẻ các kiến thức, từ cơ bản đến nâng cao, cũng như những kinh nghiệm được đúc kết từ thực tế, xuyên xuốt quá trình làm việc của mình về Van công nghiệp - Hệ thống đường ống - Các thiết bị đo lường. Với hi vọng sẽ giúp ích cho bạn đọc.