Tìm hiểu về cấu tạo van bướm, là điều cần thiết giúp ích rất nhiều cho công việc lắp đặt, bảo dưỡng và sửa chữa van bướm. Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về cấu tạo chi tiết của van bướm, và một số thông tin hữu ích khác có liên quan.

Hình ảnh minh họa cấu tạo van bướm loại tay quay.

Giới thiệu về van bướm

Van bướm (butterfly valve) là thiết bị có chức năng kiểm soát dòng chảy của chất lưu, trong các hệ thống đường ống. Hoạt động kiểm soát dòng chảy của van bao gồm 3 trạng thái chính bao gồm:

Trạng thái đóng: Ngăn không cho chất lưu di chuyển qua van.
Trạng thái mở hoàn toàn: Cho phép chất lưu đi qua van với lưu lượng lớn nhất.
Trạng thái điều chỉnh lưu lượng: Hiểu đơn giản là van chỉ mở một phần, cho phép chất lưu đi qua, nhưng chưa đạt được giá trị lưu lượng lớn nhất.

Van bướm được thiết kế với phần thân van có biên dạng tròn, bên trong là chi tiết đĩa có thể điều chỉnh, bằng chuyển động quay trục trong phạm vi từ 0° đến 90°.

Van bướm có ưu điểm cấu tạo và hoạt động đơn giản, được cung cấp với đa dạng chủng loại phù hợp cho nhiều loại chất lưu thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau. Dải kích thước phổ biến mà van được thiết kế từ DN40 đến DN1000.

Cấu tạo van bướm

Van bướm là một thiết bi được cấu thành chủ yếu từ các chi tiết cơ khí. Cấu tạo van bướm cơ bản có cấu tạo gồm 5 bộ phận chính: Thân, cánh van, gioăng làm kín, trục, tay gạt (bộ phận truyền động).

Trải qua thời gian dài ứng dụng và phát triển, van bướm được cung cấp với nhiều biến thể khác nhau, nhằm cung cấp giải pháp kiểm soát dòng chảy, một cách tối ưu nhất cho từng ứng dụng cụ thể. Điều này dẫn đến một số khác biệt nhỏ về cấu tạo chi tiết của từng loại van bướm.

Tuy nhiên về cơ bản chúng đều chung một nguyên lý thiết kế, dưới đây là những mô tả chi tiết về các bộ phận của van bướm.

Thân van (Body)

Thân van bướm (Butterfly Valve Body) là một phần quan trọng trong cấu tạo của van. Nó có nhiệm vụ liên kết các chi tiết và bộ phận khác lại với nhau, đồng thời là bộ phận trực tiếp liên kết với đường ống, vì vậy mà thân van được thiết kế với hình dạng tương đồng, với hình dạng của đường ống (biên dạng hình tròn).

Bộ phận thân van có hai đặc điểm cần chú ý.

Kiểu lắp đặt với đường ống:

Loại Wafer: Thân van wafer được thiết kế để gắn giữa hai mặt bích của đường ống, kiểu lắp này thường có đặc điểm nhẹ và nhỏ gọn.
Loại Lugged: Thân van lugged được lắp vào hệ thống, thông qua một mặt bích của đường ống, bu lông được sử dụng để lắp thông qua các lỗ trên mặt bích đường ống và lỗ bắt bu lông trên thân van. Kiểu van bướm lắp lugged thường được lắp những vị trí kết thúc đường ống.
Loại Flanged: Thân van sẽ được thiết kế hai mặt bích hai bên, chúng lần lượt liên kết với mặt bích trên đường ống. Kiểu lắp này đảm bảo độ chắc chắn, tin cậy thường được áp dụng cho van bướm có kích thước lớn, làm việc trong điều kiện áp suất cao.

Vật liệu chế tạo:

Gang: Thân van được chế tạo bằng gang, đáp ứng tốt yêu cầu về độ chịu lực, chịu nhiệt, là loại vật liệu dễ đúc giá thành rẻ nên van bướm thân gang được sử dụng khá nhiều, trong các hệ thống nước. Thân gang được sơn epoxy để hạn chế hiện tượng ăn mòn và hiện tượng oxi hóa.
Thép: Thép cacbon là vật liệu được ưu tiên để chế tạo, phần thân cho những thiết bị van bướm, làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt, yêu cầu cường độ làm việc cao. Cần lưu ý thép cacbon thông thường, bị oxi hóa và bị ăn mòn bởi hóa chất. Sau cùng nó cũng được sơn epoxy.
Nhựa: Một số loại nhựa thường được sử dụng để chế tạo bộ phận thân van bướm, có thể kể đến như UPVC, PVC, Nylon,… Đặc điểm chung của các loại van bướm thân nhựa là, chúng mạnh về khả năng chống ăn mòn, nhưng hạn chế về mặt chịu lực và chịu nhiệt.
Thép không gỉ: Van bướm với thân được chế tạo từ các loại thép không gỉ (inox 304, CF8M, CF3M,…) có giá thành cao, nhưng đổi lại chúng có độ bền vượt trội, có khả năng chống ăn mòn tốt.

Trục van (Steam)

Trục van bướm (Butterfly Valve Steam) thường có hai biến thể bao gồm:

Trục đơn: Nó là một chi tiết đồng nhất, được đặt trong thân van một đầu liên kết với cơ cấu truyền động (Tay gạt, hộp số, bộ truyền động điện hoặc bộ truyền động khí nén). Đầu còn lại liên kết với đĩa van.
Trục đôi: Được chia ra làm hai chi tiết riêng riêng biệt, chi tiết thứ nhất có chức năng liên kết và ổn định chuyển động của chi tiết cánh van (đĩa van), với bộ phận thân van. Chi tiết thứ hai cũng tương tự như vậy nhưng có thêm chức năng, truyền momen xoắn từ cơ cấu truyền động đến đĩa van.

Trục của van bướm thường được chế tạo từ thép không gỉ (ví dụ: inox 304), có dạng một hình trụ tròn dài, tại những vị trí liên kết, sẽ được thiết kế những biên dạng đặc biệt nhằm tối ưu khả năng cố định và liên kết các bộ phận.

Đĩa van (Disc)

Đúng như tên gọi của của nó, chi tiết này có hình dạng giống như một chiếc đĩa tròn, nó được được chế tạo từ gang dẻo, thép không gỉ, đồng thau hoặc nhựa:

Đối với ứng dụng kiểm soát chất lỏng thông thường, như nước sạch hoặc sử dụng cho nông nghiệp, đĩa van thường được chế tạo từ gang để giảm chi phí.
Đĩa van được chế tạo từ nhựa, chúng thường được sử dụng cho chất lưu là hóa chất có tính ăn mòn cao.
Đĩa van inox phù hợp để sử dụng cho một số loại chất lưu có tính ăn mòn, đồng thời có áp suất và nhiệt độ chất lưu cao.

Gioăng đĩa van (Seat)

Gioăng của van bướm (Butterfly Valve Seat) được sử dụng để tạo kín, giữa các bộ phận có sự chuyển động tương đối với nhau, cụ thể đối với chi tiết gioăng đĩa van là đảm bảo độ kín, giữa đĩa van và thân van trong trạng thái đóng.

Gioăng đĩa van thường được chế tạo từ những loại vật liệu như, teflon, EPDM, graphite,… Phụ thuộc vào điều kiện làm việc cụ thể.

Việc lựa chọn gioăng của van bướm, phụ thuộc nhiều vào các tính chất của lưu chất làm việc (nhiệt độ, áp suất, khả năng phát sinh phản ứng hóa học,…).

Bộ phận truyền động

Bộ phận truyền động của van bướm có nhiều loại khác nhau, chúng có thể là những cơ cấu đơn giản, hoặc là những thiết bị có cấu tạo phức tạp.

Thiết bị truyền động có chức năng tạo ra chuyển động quay trong giới hạn từ 0 đến 90°, với momen xoắn đủ lớn, momen xoắn sẽ dẫn động và làm thay đổi góc nghiêng của cánh van.

Một số kiểu bộ truyền động của van bướm:

Cơ cấu tay gạt: Tay gạt của van bướm là một cơ cấu rất đơn giản, về cơ bản nó là một thanh thép (đóng vai trò là cánh tay đòn), được liên kết với bộ phận trục van. Tay gạt của van bướm được thiết kế thêm một cơ cấu khóa mỏ vịt, cho phép người dùng mở van ở góc độ, khác nhau.
Cơ cấu tay quay (hộp số truyền động): Bộ phận này tổ hợp nhiều chi tiết bánh răng liên kết với nhau, momen xoắn đầu vào thông qua bộ truyền động bánh răng, sẽ được khuếch đại lên nhiều lần. Đổi lại thao tác đóng mở của van sẽ mất nhiều thời gian hơn.
Thiết bị truyền động vận hành bằng khí nén: Bộ truyền động khí nén được lắp đặt với thân van bướm, là một cải tiến cho phép van có thể điều khiển từ xa hoặc vận hàng tự động. Bằng cách cung cấp khí nén vào trong bộ truyền động, khí nén ở đây thường có giá trị từ 3 bar đến 8 bar.
Thiết bị truyền động vận hành bằng điện: Với chức năng gần giống như bộ truyền động khí nén, nhưng thiết bị truyền động điện (electric actuator) cho van bướm, sử dụng năng lượng điện, để momen xoắn.

Trên đây là những bộ phận chính cấu thành nên, một thiết bị van bướm, ngoài ra cấu tạo của van bướm, còn có những chi tiết phụ khác nữa như: Ống lót trục van, gioăng trục van, bu lông, phe gài,… Những chi tiết này có chức năng hỗ trợ liên kết và ổn định chuyển động qua lại giữa các bộ phận của van bướm.

Nguyên lý hoạt động của van bướm

Nguyên lý hoạt động của van bướm, dựa trên việc điều khiển diện tích cho phép chất lỏng đi qua thân van, khi ta thay đổi góc nghiêng của chi tiết đĩa van. Van bướm có ba trạng thái hoạt động chính, để kiểm soát dòng chảy trong hệ thống, bao gồm trạng thái mở, trạng thái đóng, trạng thái kiểm soát lưu lượng.

Dưới đây là nguyên lý hoạt động của van bướm:

Vị Trí Đóng: Khi van bướm ở vị trí đóng, đĩa van nằm vuông góc với hướng dòng chất lỏng hoặc khí trong đường ống. Ở trạng thái này đĩa van đã hoàn toàn chặn kín thân van, chất lưu do vậy mà không thể di chuyển qua thân van.

Vị Trí Mở: Khi van bướm ở vị trí mở, đĩa van xoay xung quanh trục của nó, để tạo một lỗ hoặc diện tích thông qua đường ống. Khi cánh van ở vị trí song song với phương của đường ống, van mở hoàn toàn lưu chất đi qua van với lưu lượng lớn nhất.

Kiểm Soát Lưu Lượng: Van bướm có thể điều chỉnh lưu lượng, bằng cách xoay đĩa van ở một vị trí trung gian giữa hoàn toàn mở và hoàn toàn đóng. Sự điều chỉnh này tạo ra một diện tích thông qua đường ống, phần diện tích này càng lớn, lưu lượng của chất lưu đi qua van càng cao.

Kết luận

Van bướm một trong những loại van công nghiệp quan trọng, trong việc kiểm soát dòng chất lỏng hoặc khí trong các hệ thống đường ống và ứng dụng công nghiệp.

Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về cấu tạo của van bướm, tiếp theo là cách mà loại van này hoạt động.

Cấu tạo của van bướm có thể có sự khác biệt nhỏ giữa các loại van bướm khác nhau. Tùy theo chủng loại cụ thể, cấu tạo cơ bản của van bướm khá đơn giản bao gồm đĩa van, trục, thân van, gioăng và cơ cấu điều khiển.

Nguyên lý hoạt động của van bướm dựa trên việc điều chỉnh diện tích thông qua đường ống bằng cách xoay đĩa van.

Hy vọng bài viết này có thể cung cấp đến bạn đọc những thông tin hữu ích liên quan đến van bướm, đặc biệt là cấu tạo của van bướm. Như thường lệ mọi ý kiến đóng góp hoặc câu hỏi có liên quan đến bài viết, vui lòng để lại ở phần bình luận. Xin cảm ơn!