Cấu tạo van điện từ

Van điện từ là loại thiết bị được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, chúng cho phép người dùng kiểm soát dòng chảy của chất lỏng hoặc chất khí, bên trong đường ống dễ dàng và thuận tiện hơn.

Nếu bạn đang làm việc với thiết bị này và đang muốn tìm hiểu về cấu tạo van điện từ, thì bài viết này sẽ cung cấp đến bạn những thông tin hữu ích.

Van điện từ là gì?

Van điện từ (có tên tiếng anh là solenoid valve), được định nghĩa là những thiết bị có chức năng kiểm soát dòng chảy chất lưu (chất lỏng và chất khí), hoạt động của van được điều khiển bằng lực điện từ.

Cấu tạo cơ bản của một van điện từ thường bao gồm:

• Một cuộn dây tạo từ trường (Solenoid coil): Bộ phận sử dụng năng lượng điện để tạo thành một vùng từ trường. Nó là một đoạn dây dẫn điện được cuốn lại thành nhiều vòng.
• Bộ phận thân của van điện từ: Là một tổ hợp nhiều chi tiết cơ khí liên kết với nhau, trực tiếp thực hiện việc đóng mở dòng chảy chất lỏng, được điều khiển bằng tín hiệu từ trường từ bộ phận cuộn dây.

Van điện từ được cung cấp với nhiều chủng loại, mỗi loại sẽ có chức năng và đặc điểm riêng biệt, để phù hợp với yêu cầu về tính năng, phù hợp với loại lưu chất của hệ thống.

Chức năng của van điện từ

Van nói chung là những thiết bị, được sử dụng để thực hiện chức năng kiểm soát dòng chảy của chất lỏng hoặc chất khí, bên trong một hệ thống đường ống nào đó. Ý nghĩa của việc kiểm soát dòng chảy ở đây bao gồm:

• Đóng: Ngăn không cho dòng chảy di chuyển qua van.
• Mở: Cho phép dòng chảy di chuyển qua van.
• Điều chỉnh lưu lượng: Kiểm soát lượng chất lưu (chất lỏng hoặc chất khí), đi qua van trên một đơn vị thời gian (thường được biểu thị thông qua đơn vị đo m³/s).
• Điều hướng dòng chảy: Thay đổi dòng chảy đi theo những hướng khác nhau.
• Điều chỉnh áp suất: Áp suất chất lưu sau khi đi qua van, có thể được điều chỉnh ở nhiều ngưỡng khác nhau, nhưng luôn thấp hơn ngưỡng đầu vào.

Và còn một số chức năng khác nữa, chức năng cụ thể sẽ phụ thuộc vào từng loại van.

Đối với van điện từ ở thời điểm hiện tại, chúng được cung cấp với hai biến thể chính, tương ứng với hai chức năng cơ bản bao gồm điều khiển đóng mở, và điều hướng dòng chảy.

Van điện từ đóng mở

Van điện từ có chức năng đóng mở dòng chảy, tiếp tục được chia nhỏ ra thành hai biến thể bao gồm:

• Van điện từ thường đóng: Van luôn ở trạng thái đóng khi không được cấp điện, lúc này chất lưu không thể đi qua. Khi có dòng điện phù hợp cấp cho bộ phận cuộn dây, van mở ra cho phép chất lỏng đi qua.
• Van điện từ thường mở: Van luôn ở trạng thái mở khi không được cấp điện, khi dòng điện phù hợp cung cấp vào bộ phận cuộn dây, nó chuyển sang trạng thái đóng.

Van điện từ điều hướng

Van điện từ điều hướng có chức năng thay đổi hướng của dòng chảy, đến những đường ống khác nhau, bằng cách thay đổi vị trí piston bên trong thân van.

Từ trường được tạo ra từ bộ phận cuộn dây sẽ tác động, đến các cơ cấu và thay đổi vị trí piston.

Cấu tạo van điện từ

Như mình vừa đề cập đến ở trên, van điện từ được cung cấp với nhiều loại khác nhau, mỗi loại sẽ có khác biệt nhỏ về cấu tạo. Tuy nhiên về cơ bản một thiết bị van điện từ có cấu tạo từ các bộ phận bao gồm: Cuộn dây điện từ, thân van, lõi thép (phần ứng), màng van.

Thân van (Body)

Bộ phận thân là phần cơ bản trong cấu tạo của van điện từ, thường được làm bằng vật liệu bền bỉ, có khả năng chịu nhiệt và chịu lực. Thân van điện từ bao gồm hai chi tiết đó là, phần thân dưới và phần nắp phía trên.

Một số đặc điểm của bộ phận thân van:

• Chất liệu: Chất liệu chế tạo thân van phụ thuộc vào điều kiện làm việc cụ thể, mà van cần đáp ứng. Chất liệu đồng thau hoặc thép không gỉ, phù hợp trong điều kiện làm việc có tính ăn mòn, áp suất lớn. Chất liệu van bằng các loại nhựa phù hợp cho hóa chất ăn mòn kim loại, làm việc trong áp suất và nhiệt độ thấp. Chất liệu thép cacbon và gang dẻo, thường dùng cho hệ thống nước.
• Kích thước và kiểu lắp: Thân van được thiết kế kiểu lắp ren hoặc lắp bích để liên kết với đường ống. Kích thước phổ biến từ DN8 đến DN200.

Cuộn dây (Solenoid coil)

Cuộn dây của van điện từ là bộ phận chuyển đổi điện năng thành từ trường, cuộn dây được chế tạo bằng cách, cuốn một đoạn dây dẫn điện nhiều vòng quanh một lõi rỗng. Trước khi cuốn dây dẫn được phủ sơn cách điện, hai đầu của cuộn dây được sử dụng để nối với nguồn điện.

Cuộn dây sau khi hoàn thành cơ bản, được bảo vệ bởi một lớp vỏ nhựa bên ngoài, hoặc vỏ thép.

Hầu hết các thiết bị van điện từ có bộ phận dây cuốn được chế tạo từ đồng, bởi khả năng dẫn điện tốt, độ bền cao giá thành phù hợp.

Việc lựa chọn tiết diện dây đồng, số vòng dây được tính toán chi tiết, để cuộn dây tạo ra được từ trường phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Màng van (Diaphragm)

Màng của van điện từ được lắp đặt bên trong thân của van điện từ, bộ phận này có chức năng cân bằng áp suất, giữa khoang trên và khoang dưới của van điện từ. Nếu bạn chú ý sẽ thấy trên màng van, được thiết kế một lỗ rất nhỏ để lưu chất có thể di chuyển lên trên màng, từ đó cân bằng với áp suất phía dưới.

Chi tiết này được thiết kế với hình dạng là một màng mỏng, thường được làm bằng các vật liệu như cao su nitrile (NBR), silicone, fluorosilicone, ethylene propylene diene monomer (EPDM), PTFE (polytetrafluoroethylene), và các loại cao su và chất liệu linh hoạt khác tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể.

Màng van đồng thời cũng chính là bộ phận, trực tiếp tham gia việc đóng mở dòng chảy của chất lưu.

Lõi sắt từ (Armature)

Đây là bộ phận tương tác lại với từ trường được tạo ra bởi cuộn, chi tiết này được chế tạo từ vật liệu có từ tính. Bên trong lõi thép có một chi tiết lò xo luôn tác dụng lực đàn hồi, để đẩy lõi thép này về một vị trí nhất định.

Khi cuộn dây được cấp điện để tạo ra từ trường, từ trường này tác động lên lõi thép từ đó tạo ra một lực hút, làm cho lõi thép di chuyển.

Sự chuyển động của lõi thép, làm đổi lực tác dụng lên màng van từ đó van điện từ chuyển đổi giữa trạng thái làm việc giữa đóng và mở.

Nguyên lý hoạt động của van điện từ

Nguyên lý hoạt động của van điện từ (solenoid valve) dựa trên sử dụng một cuộn dây điện từ, để tạo ra một trường từ, làm thay đổi trạng thái của van để kiểm soát dòng chất lỏng hoặc khí.

Dưới đây là các giai đoạn, trong một chu kỳ đóng, mở của van điện từ:

1. Cấp điện cho cuộn dây: Một dòng điện phù hợp cung cấp cho bộ phận cuộn dây điện từ, lúc này bên trong cuộn dây xuất hiện một từ trường. Từ trường sẽ tác dụng lên những vật liệu có từ tính.
2. Lõi thép di chuyển: Bên trong phạm vi của từ trường được tạo ra cuộn dây, có một lõi thép liên kết với bộ phận màng van, chi tiết này luôn chịu tác dụng từ lực đàn hồi của lò xo. Khi từ trường đủ mạnh nó sẽ tác động và làm lõi thép này di chuyển khỏi vị trí ban đầu.
3. Chuyển động của màng van: Đối với những thiết bị van điện từ phổ thông, bộ phận màng van được sử dụng, để đóng mở dòng chảy của chất lưu, thông qua hoạt động nâng lên hoặc hạ xuống. Để hiểu rõ hơn về hoạt động của bộ phận này, ta xét thiết bị van điện từ thường đóng, khi chưa được cấp điện. Màng van bị ép từ trên xuống dưới tác dụng từ lực đàn hồi của lo xo. Khi cuộn dây được cấp điện làm cho lõi thép di chuyển, triệt tiêu toàn bộ lực đàn hồi tác dụng lên màng van. Đồng thời kéo màng van đi lên làm cho van mở.
4. Trạng thái đóng và mở: Trạng thái đóng và mở của van điện từ phụ thuộc vào chuyển động của màng van, khi chi tiết này được điều khiển để di chuyển lên trên van mở ra, và khi nó di chuyển xuống dưới van sẽ đóng lại.

Tổng kết

Van điện từ những thiết bị có chức năng kiểm soát dòng chảy của chất lưu trong hệ thống, với sự đa dạng về chủng loại van điện từ, đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Để có thể khai thác thiết bị một cách tối ưu và khoa học nhất, việc hiểu được cấu tạo van điện từ, cũng như cách thức hoạt động của thiết bị là điều cầu thiết. Ngoài ra việc hiểu được cấu tạo của van điện từ, còn giúp chúng ta khắc phục nhanh chóng một số sự cố dễ dàng và nhanh chóng.