Nguyên lý hoạt động van bi

Trong các hệ thống, van bi được biết đến là thiết bị có nhiệm vụ đóng mở và điều tiết dòng chảy lưu chất. Thế nhưng, thực tế về nguyên lý hoạt động van bi lại có rất ít người hiểu rõ  dẫn đến việc lựa chọn hoặc sử dụng chưa thực sự tối ưu. Chính vì thế, bài viết hôm nay chúng tôi sẽ giới thiệu chi tiết về nguyên lý hoạt động của từng  loại van bi, cùng tìm hiểu nhé.

Tổng quan chung về nguyên lý hoạt động van bi

Van bi là dòng van được thiết kế bi van có dạng hình cầu, bên trong được đục lỗ xuyên tâm để thực hiện chức năng đóng mở, điều tiết lưu chất.

Nguyên lý hoạt động của van cơ bản dựa trên chuyển động của bi van thông qua trục van kết nối với bộ điều khiển. Và bộ điều khiển có thể là dạng thủ công bằng tay quay, tay gạt hoặc các thiết bị tự động bằng điện, khí nén.

Nguyên lý hoạt động van bi

Cụ thể khi dùng lực tác động lên bộ điều khiển hoặc cấp điện, khí nén, trục van sẽ nhận tác động và truyền chuyển động quay trực tiếp đến bi van, giúp phần đục lỗ của bi van dịch chuyển. 

Khi phần đục lỗ của bi van vuông góc với dòng chảy, van ở trạng thái đóng, ngăn không cho lưu chất đi qua. Ngược lại, khi phần đục lỗ song song với dòng chảy, van sẽ ở trạng thái mở, cho phép lưu chất đi qua. 

Chi tiết nguyên lý hoạt động theo từng loại van bi

Nguyên lý hoạt động van bi tay gạt

Van bi tay gạt là dòng van được thiết kế phần điều khiển thủ công bằng tay gạt gồm 1 thanh kim loại bằng inox hoặc gang, phủ Epoxy bên ngoài. Trên tay gạt có chiều mũi tên chỉ hướng đóng và mở. 

Cơ chế hoạt động hoàn toàn bằng sức người, dễ dàng thực hiện thông qua tay gạt được gắn trực tiếp lên thân van. Nhưng thường chỉ được sản xuất kích cỡ nhỏ và phù hợp với hệ thống quy mô nhỏ, áp lực trung bình.

Cụ thể, van bi tay gạt hoạt động theo cơ chế như sau:

• Ban đầu van ở vị trí đóng, tiến hành gạt phần tay gạt từ trái sang phải 1 góc 90 độ. Lúc này trục van sẽ di chuyển theo và tác động làm bi van cũng xoay theo. Kết quả, bi van dịch chuyển và phần đục lỗ của bi van sẽ xoay sang vị trí song song với dòng chảy, tạo trạng thái mở, cho phép lưu chất đi qua.
• Khi đóng van, tương tự chỉ cần xoay tay gạt theo chiều ngược lại từ phải sang trái 1 góc 90 độ. Khi đó, trục van sẽ nhận tác động kéo bi van cũng sẽ di chuyển theo và phần đục lỗ của bi van sẽ dịch chuyển sang vị trí vuông góc với dòng chảy, tạo trạng thái đóng, ngăn chặn lưu chất.
• Khi cần điều tiết dòng chảy, đơn giản chỉ cần điều chỉnh góc đóng mở của bi van theo nhu cầu từ 0 – 90 độ. Bi van và phần đục lỗ của bi van sẽ dịch chuyển sang các góc mở tương ứng.

Nguyên lý hoạt động van bi tay quay

Với van bi tay quay, van vận hành cũng dùng sức người như dạng tay gạt nhưng được thiết kế phần điều khiển tay quay kèm hộp số trợ lực nên thao tác sẽ nhẹ hơn. Do đó, thường được ứng dụng trong các hệ thống quy mô lớn mà dạng tay gạt không đáp ứng được.

Ngoài ra, nguyên lý vận hành của van cũng khá đơn giản, cụ thể:

• Khi mở van, chỉ cần xoay tay quay theo ngược chiều kim đồng hồ. Lúc này trục van, bi van sẽ nhận lực tác động từ tay quay và dịch chuyển. Kết quả, tạo trạng thái mở cho van, phần đục lỗ của bi van song song với dòng chảy.
• Khi đóng van, ngược lại, xoay tay quay vô lăng theo cùng chiều kim đồng hồ. Khi đó, trục van, bi van cũng sẽ di chuyển theo sang trạng thái đóng, ngăn không cho lưu chất đi qua.
• Khi cần điều tiết dòng chảy, xoay tay quay theo các góc hoặc số vòng ít hơn để thay đổi tiết diện mở của bi van, cho phép điều tiết lưu chất.

Nguyên lý hoạt động van bi điều khiển điện

Van bi điều khiển điện là dòng van được thiết kế phần điều khiển là động cơ điện sử dụng các nguồn điện áp thông dụng 24V, 220V, 380V. Van có cơ chế vận hành tự động hoàn toàn và phụ thuộc vào nguồn điện, thời gian đóng mở nhanh, độ chính xác cao. Về nguyên lý hoạt động, vì dạng van này có 2 phương thức vận hành là ON/OFF và tuyến tính nên sẽ có sự khác nhau.

Cụ thể:

• Dạng ON/OFF

Đây là dạng điều khiển đơn giản và phổ biến nhất, cho phép điều khiển van ở 2 trạng thái đóng hoàn toàn hoặc mở hoàn toàn. Chi tiết nguyên lý hoạt động như sau:

• Ban đầu van ở trạng thái đóng, phần đục lỗ của bi van vuông góc với dòng chảy lưu chất. Tiến hành cấp điện áp phù hợp vào bộ điều khiển thông qua việc đấu nối với bảng mạch điện. Lúc này, điện năng sẽ được chuyển hóa thành cơ năng thông qua cơ chế motor điện quay, làm hệ thống bánh răng dịch chuyển và tác động lực lên trục van, bi van. Kết quả làm quay bi van bên trong thân van và phần đục lỗ xoay sang vị trí mở, song song với lưu chất và cho lưu chất đi qua.
• Khi cần đóng van, tiếp tục cấp điện áp vào bộ điều khiển điện, motor điện bên trong bộ điện sẽ nhận điện áp, tạo chuyển động quay và truyền qua hệ thống bánh răng. Lúc này momen xoắn sẽ được tạo ra và truyền xuống trục van, bi van, kéo bi van xoay, phần đục lỗ dịch chuyển sang vị trí đóng, vuông góc với dòng chảy và ngăn không cho lưu chất đi qua.
• Khi kết thúc mỗi chu trình đóng hoặc mở, công tắc giám sát sẽ tiến hành ngắt điện để đảm bảo an toàn, tránh chập cháy gây nguy hiểm. Công tắc hành trình sẽ gửi tín hiệu thông báo về trung tâm điều khiển trạng thái hoạt động đóng mở của van để giám sát từ xa.

Dạng tuyến tính:

Dạng van này được ưu tiên ứng dụng trong hệ thống có nhu cầu điều tiết dòng chảy nhờ khả năng điều tiết linh hoạt, chính xác. Khi sử dụng van cần lắp đặt thêm bộ định vị tuyến tính để điều chỉnh góc mở theo nhu cầu. 

Cơ chế vận hành van cơ bản cũng hoàn toàn tự động. Khi cần đóng hoặc mở van, người dùng cần cấp tín hiệu Analog 4-20mA hoặc 0-10V vào bộ tuyến tính theo các góc mở tùy chỉnh. 

Lúc này bộ tuyến tính sẽ hoạt động kết hợp với motor điện, hệ thống bánh răng và truyền lực xuống trục van, bi van để điều chỉnh góc mở của bi van. 

Nguyên lý hoạt động van bi điều khiển khí nén

Van bi điều khiển khí nén là dòng van được chế tạo phần điều khiển là bộ truyền động khí nén. Van hoạt động tự động dựa trên việc sử dụng áp lực khí nén để tạo lực quay từ đó điều khiển van đóng mở hoặc điều tiết dòng chảy trong hệ thống. 

Tuy nhiên, bộ điều khiển khí nén được thiết kế 2 dạng tác động đơn và tác động kép nên nguyên lý vận hành cũng khác nhau. Cụ thể cơ chế vận hành cơ bản như sau:

Dạng tác động đơn:

Loại van này được thiết kế bên trong bộ khí nén có lò xo đàn hồi để thực hiện chức năng hồi vị, đưa van về vị trí đóng khi ngắt khí nén. Theo đó, khi van hoạt động chỉ cần cấp khí nén 1 lần, giúp tiết kiệm chi phí cho hệ thống. Cụ thể:

• Khi van ở vị trí đóng, tiến hành cấp khí nén vào bộ điều khiển thông qua cổng cấp khí nén ở mặt trước của thân bộ khí nén. Áp lực khí nén đi vào bên trong sẽ tạo lực đẩy, đẩy piston về 2 phía và tạo lực momen xoắn tác động lên hệ thống bánh răng, trục quay và làm xoay trục van kết nối với trục van. Kết quả, bi van cũng xoay theo, phần đục lỗ dịch chuyển song song với lưu chất, tạo trạng thái mở.
• Khi đóng van, chỉ cần ngừng cấp khí nén, lò xo đàn hồi sẽ đẩy piston về vị trí ban đầu. Lúc này trục van, bi van cũng sẽ dịch chuyển xoay theo và quay về vị trí đóng, phần đục lỗ vuông góc, ngăn không cho lưu chất đi qua.

Dạng tác động kép:

Van bi điều khiển khí nén được thiết kế bộ khí nén có dạng tác động kép khi vận hành sẽ cần cấp khí nén ở cả 2 chu trình đóng và mở. Ưu điểm đáp ứng tốt hệ thống cần đóng mở nhanh, liên tục và lực mạnh. Cụ thể:

• Khi có nhu cầu mở van, cần cấp khí nén vào bộ điều khiển thông qua cổng vào cấp khí. Áp lực khí nén đi vào sẽ tác động làm piston bị đẩy sang 2 bên, tạo momen xoắn và truyền tác động xuống trục van, bi van. Lúc này bi van sẽ dịch chuyển, phần đục lỗ song song với dòng chảy, tạo trạng thái mở.
• Khi cần đóng van, tương tự, tiếp tục cấp khí nén vào bộ khí nén thông qua cổng cấp khí còn lại. Áp lực khí nén sẽ làm piston bị đẩy lại, kéo theo trục van, bia van cũng bị dịch chuyển, tạo trạng thái đóng, phần đục lỗ của bi van vuông góc với dòng chảy.

Với cả 2 dạng tác động đơn và tác động kép, khi cần điều tiết lưu chất cũng giống dạng điện, cần lắp thêm bộ định vị tuyến tính và điều chỉnh góc mở theo tín hiệu Analog cấp vào 4-20mA hoặc 0-10V để điều khiển góc mở của van.

Nhìn chung, nguyên lý hoạt động của bi van khá đơn giản, dù là sử dụng tay quay, tay gạt hoặc bộ điện, khí nén bản chất vận hành vẫn là xoay bi van để đóng mở và điều tiết dòng chảy. Đây cũng chính là lý do van bi được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các hệ thống công nghiệp hiện nay, từ cấp thoát nước, xử lý hóa chất đến dầu khí và thực phẩm.