Lựa chọn van điều tiết phù hợp và những điều cần lưu ý – Mọi người hãy tiếp tục thảo luận thêm

Thread Content

Bài viết này cuối cùng được chỉnh sửa bởi Wang Tianze vào ngày 18/12/2016 lúc 19:56. Việc lựa chọn van điều tiết phù hợp và những điểm cần lưu ý – Mọi người hãy tiếp tục thảo luận thêm nhé. Van điều tiết handshake là thành phần thực hiện nhiệm vụ trong hệ thống điều khiển quy trình công nghiệp. Trong các hệ thống điều khiển tự động cho quy trình sản xuất công nghiệp, van điều tiết được sử dụng để kiểm soát các thông số kỹ thuật trong quá trình sản xuất, nhằm điều chỉnh áp suất, nhiệt độ, lưu lượng và mức chất lỏng. Van điều tiết thường được coi là “bàn tay và đôi chân” trong quy trình sản xuất tự động hóa công nghiệp. Chất lượng ứng dụng của nó phản ánh trực tiếp chất lượng điều chỉnh của hệ thống. Là thành phần thực hiện cuối cùng trong quá trình kiểm soát, mọi người hiện nay nhận thức rõ hơn về tầm quan trọng của nó so với trước đây. Độ hiệu quả của van điều tiết phụ thuộc không chỉ vào chất lượng sản phẩm, cũng như việc người dùng có lắp đặt, sử dụng và bảo trì chúng một cách đúng cách hay không, mà việc tính toán và lựa chọn loại van phù hợp cũng rất quan trọng. Do sai sót trong việc lựa chọn phương pháp tính toán, hệ thống hoạt động không ổn định, và có nhiều trường hợp thậm chí không thể sử dụng được. Vì vậy, người dùng và các nhà thiết kế hệ thống cần nhận thức rõ tầm quan trọng của van điều tiết tại hiện trường, đồng thời phải chú trọng đúng mức đến việc lựa chọn loại van điều tiết phù hợp. Nguyên tắc chung khi lựa chọn van điều tiết là: trong khi vẫn đảm bảo được các chức năng sử dụng cần thiết, van điều tiết được chọn cần có cấu trúc đơn giản, hiệu suất ổn định, giá thành hợp lý, tuổi thọ cao và dễ bảo trì. Dưới đây sẽ trình bày chi tiết về việc lựa chọn loại van điều chỉnh và các phụ kiện đi kèm. 1. Lựa chọn loại van điều tiết
Có nhiều cách phân loại van điều tiết. Hiện nay, ở cả trong nước lẫn quốc tế, người ta thường sử dụng cách phân loại dựa trên cấu tạo, nguyên lý hoạt động và chức năng của van. Tổng cộng có 9 nhóm van điều tiết, bao gồm: van điều tiết kiểu thông thẳng một chỗ ngồi, van điều tiết kiểu thông thẳng hai chỗ ngồi, van điều tiết kiểu ống, van điều tiết kiểu góc, van điều tiết ba đường, van màng, van bướm, van bi và van quay lệch tâm. Chín loại van này là những loại cơ bản và phổ biến nhất; chúng thường được gọi là các sản phẩm tiêu chuẩn. Còn những loại van được phát triển dựa trên cơ sở các loại van trên, nhưng với những cải tiến phù hợp với từng ứng dụng cụ thể, thì được gọi là các sản phẩm đặc biệt. 1.1 Đặc điểm của van điều tiết loại tiêu chuẩn và cách chọn lựa chúng một cách phù hợp 1.1.1 Van điều tiết kiểu thông thẳng, một chỗ đóng mở Van điều tiết kiểu này chỉ gồm một viên bi và một chỗ đóng mở; do đó việc đảm bảo độ kín khít là rất dễ dàng. Có thể sử dụng phương pháp đóng kín bằng kim loại với kim loại, hoặc phương pháp đóng kín mềm bằng kim loại với polytetrafluoroethylene hoặc các vật liệu tổng hợp khác. Lượng rò rỉ tiêu chuẩn là 0,01%C (trong đó C là hệ số lưu lượng danh nghĩa). Áp suất chịu được của van khá thấp, và khả năng dẫn lưu cũng hạn chế. Ví dụ, van điều tiết loại DN100 chỉ có thể chịu được áp suất khoảng 120kPa, và khả năng dẫn lưu chỉ khoảng 100. Cấu trúc đường dẫn phức tạp nhưng cấu trúc của van lại đơn giản; loại van này phù hợp để sử dụng trong các môi trường yêu cầu độ kín cao và có chênh lệch áp suất nhỏ. Tuy nhiên, các loại van điều tiết có kích thước nhỏ (DN1/2, 3/4, 20) cũng có thể được sử dụng trong những môi trường có chênh lệch áp suất lớn. Đây là một trong những loại van điều tiết được sử dụng rộng rãi nhất. Khi được thiết kế thêm, chúng còn có thể được sử dụng như van ngắt dòng. Hình dạng của trục van quyết định các đặc tính về lưu lượng; khi bị ăn mòn, trục van sẽ mất đi các đặc tính ban đầu. Việc thay thế trục van có thể giúp thay đổi các đặc tính về lưu lượng. Tuy nhiên, lực đẩy của chất lỏng lên trục van khá lớn, tức là lực mất cân bằng cũng rất lớn; vì vậy cần sử dụng các bộ điều khiển có lực đẩy lớn. Do đó, trong những ứng dụng có chênh lệch áp suất cao và đường kính ống lớn, không nên sử dụng loại van điều tiết này. Khi sử dụng van này, cần đặc biệt chú ý kiểm tra chênh lệch áp suất để tránh tình trạng van bị đẩy mở. 1.1.2 Van điều tiết hai ghế ngồi kiểu thẳng Van điều tiết hai ghế ngồi kiểu thẳng có hai phao van và hai ghế van. Do lực đẩy lên trên tác động lên phao van trên và lực đẩy xuống dưới tác động lên phao van dưới gần như cân bằng nhau, nên tổng lực mất cân bằng tác động lên toàn bộ phao van là rất nhỏ; vì vậy, van này cho phép chênh lệch áp suất lớn. Chẳng hạn, van điều tiết hai ghế ngồi có đường kính DN100 cho phép chênh lệch áp suất lên tới 280 kPa. Khả năng lưu thông của van này rất cao; so với các loại van điều tiết khác có cùng đường kính, van điều tiết hai ghế ngồi có thể cho lượng chất lỏng đi qua nhiều hơn. Khả năng lưu thông của van điều tiết hai ghế ngồi cùng đường kính lớn hơn khoảng 20%–50% so với van điều tiết một ghế ngồi. Ví dụ, khả năng dẫn lưu của van điều tiết hai chỗ ngồi DN100 lên tới 160. Do đó, để đạt được khả năng lưu thông tương tự, van điều tiết hai chỗ ngồi có thể sử dụng bộ truyền động có lực đẩy nhỏ hơn. Van điều tiết hai chỗ ngồi sử dụng hệ thống dẫn hướng ở cả phía trên và phía dưới. Do đó, việc chuyển đổi van từ chế độ bình thường sang chế độ ngược lại rất dễ dàng; chỉ cần lắp đặt lại phần trục van và bộ phận tiếp xúc với chất lỏng là có thể thực hiện việc chuyển đổi này, mà không cần phải thay đổi loại cơ cấu điều khiển từ loại hoạt động theo chiều thuận hay chiều nghịch. Ở van điều tiết hai chỗ ngồi, các bộ phận van ở phía trên và phía dưới không thể đóng lại cùng lúc; do đó lượng rò rỉ khá lớn. Giá trị rò rỉ tiêu chuẩn là 0,1%C (trong đó C là hệ số lưu lượng danh nghĩa) ； Đường dẫn chất lỏng có cấu trúc phức tạp, vì vậy không thích hợp để sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu áp suất cao. Trong những trường hợp này, van sẽ bị tác động mạnh bởi dòng chất lỏng có áp suất cao; đồng thời, hiện tượng sủi bọt và kết tinh khí cũng xảy ra, làm tăng thêm áp lực lên thân van. Ngoài ra, loại van này cũng không phù hợp để kiểm soát các chất lỏng chứa sợi hoặc có độ nhớt cao. 1.1.3 Van điều tiết kiểu vỏ ống
Van điều tiết kiểu vỏ ống còn được gọi là van loại lồng. Bộ phận hoạt động của van này bao gồm trục van và vỏ ống; vỏ ống có thể là loại van điều tiết một chỗ thông thường, hoặc là van điều tiết hai chỗ, hoặc van điều tiết hình góc… Van này có hai kiểu kín: kín một lớp và kín hai lớp. Kiểu kín một lớp tương tự như van điều tiết một chỗ, phù hợp để sử dụng trong các trường hợp cần van điều tiết một chỗ ； Loại sau tương đương với van điều tiết hai chỗ ngồi, phù hợp với các ứng dụng sử dụng van điều tiết hai chỗ ngồi. Ngoài ra, nó còn có ưu điểm là độ ổn định cao, dễ lắp đặt và bảo trì, giúp giảm tiếng ồn và tác động của hiện tượng kết bọt. Tuy nhiên, giá của nó cao hơn 50%–200% so với các van điều tiết một hoặc hai chỗ ngồi. Ngoài ra, cần phải sử dụng miếng đệm niêm phong chuyên dụng. Loại van này được ứng dụng rộng rãi, chỉ xếp sau các van điều tiết một hoặc hai chỗ ngồi. Nhưng không nên sử dụng loại van này với các chất lỏng bẩn, hoặc những chất dễ kết tinh, tạo cặn. 1.1.4 Van điều tiết hình góc: Van điều tiết hình góc là loại van điều tiết một chỗ có cấu trúc thân van đặc biệt. Loại van này được sử dụng trong các hệ thống ống dẫn và môi trường chất lỏng cụ thể. Thân van của nó được thiết kế thành dạng góc (tương tự như một chi tiết uốn ống). Cơ chế điều tiết dòng chất lỏng và cách phân bố lực tác động lên van vẫn giống hệt như van điều tiết một chỗ thông thường. Vẫn giữ được những ưu điểm của van điều tiết một chỗ: rò rỉ ít và chênh lệch áp suất cho phép thấp. Ngoài ra, nhờ cấu trúc dòng chảy đơn giản và khả năng “tự làm sạch”, loại van này có thể được sử dụng với các chất lỏng bẩn. Nó còn có thể được cải tiến thành van góc chống tắc nghẽn, phù hợp để sử dụng trong các môi trường có chứa các hạt lơ lửng. Đặc biệt, loại van này rất phù hợp khi không gian lắp đặt bị hạn chế. 1.1.5 Van điều tiết ba đường ống: Van điều tiết ba đường ống sử dụng bộ phận dẫn hướng tích hợp trong chính thân van để hoạt động. Khi muốn thay đổi chế độ hoạt động của van từ chế độ mở bằng khí sang chế độ đóng bằng khí, thì cần phải thay thế bộ phận điều khiển. Cần lưu ý rằng khái niệm “mở bằng khí” và “đóng bằng khí” trong trường hợp này khác với các loại van điều tiết khác. Việc xác định chế độ mở/đóng phải dựa trên vị trí của van, tức là vị trí ngang hay vị trí thẳng đứng. Nó có ba kênh, có thể thay thế hai van điều tiết đơn chức năng để phân chia và hợp nhất hai dòng chất lỏng; phù hợp sử dụng trong các trường hợp mà chênh lệch nhiệt độ ≤ 150°C. Khi kích thước DN ≤ 80mm, van hợp nhất có thể được sử dụng để phân chia dòng chất lỏng. 1.1.6 Van điều tiết bằng màng: Van điều tiết bằng màng được cấu tạo từ màng chống ăn mòn và thân van được làm từ vật liệu chống ăn mòn. Cấu trúc của nó khá đơn giản, phù hợp để sử dụng trong các trường hợp cần ngắt dòng chảy của chất lỏng có tính ăn mòn yếu hoặc chất lỏng bẩn. Đây là một trong những van điều tiết đầu tiên được sử dụng. Do có đặc tính lưu lượng mở nhanh, chất lượng điều tiết của nó khá kém. Ngoài ra, nó còn bị ảnh hưởng bởi chất liệu của màng ngăn và lớp phủ bên trong, vì vậy không thể được sử dụng trong các điều kiện áp suất cao hoặc nhiệt độ cao. Áp suất làm việc thông thường của nó là ≤1,6 MPa, còn nhiệt độ làm việc là ≤150°C. Thêm vào đó, màng ngăn dễ bị hỏng và có tuổi thọ ngắn, vì vậy hiện nay nó ít được sử dụng trong các ứng dụng thực tế. 1.1.7 Van cánh bướm: Van cánh bướm về cơ bản giống như một đoạn ống được sử dụng làm thân van; phần giữa thân van chứa tấm van dùng để điều tiết dòng chất lỏng. Đây là loại van điều chỉnh quay phổ biến nhất được sử dụng để kiểm soát dòng chất lỏng. Phù hợp cho các môi trường có áp suất thấp, trung bình; trong một vài trường hợp đặc biệt cũng có thể được sử dụng ở những nơi có áp suất cao và lưu lượng lớn, nhưng áp suất chênh lệch vẫn bị giới hạn. Nó có kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ; trọng lượng của nó chỉ bằng 4–10 lần so với các van điều tiết hình cầu có cùng đường kính. Tỷ lệ giữa đường kính và giá thành của nó khá tốt. Do đó, nó rất phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu đường kính lớn. Đặc điểm này càng trở nên nổi bật khi đường kính của van điều tiết càng lớn. Thông thường, khi DN>300mm, người ta thường sử dụng van cánh bướm để kiểm soát dòng chảy. 1.1.8 Van cầu: Van cầu là một loại sản phẩm đã được phát triển từ lâu. Có hai loại van cầu là loại hình “O” và loại hình “V”. Loại này có dòng chảy đơn giản nhất, tổn thất áp suất ít nhất, và khả năng tự làm sạch cũng tốt nhất. “Van bi hình chữ O là loại van điều tiết không gây cản trở dòng chảy. So với các loại van cùng kích thước, nó có hệ số lưu lượng cao nhất. Loại van này thường được sử dụng trong các trường hợp yêu cầu lưu lượng lớn hoặc khi xử lý các chất lỏng bẩn ； “Van bi hình “V” mang lại đặc tính dòng chảy gần như theo quy luật logarit, đồng thời có tỷ lệ điều chỉnh cao. Khi phần lõi van hình “V” quay so với bộ phận đỡ van, sẽ tạo ra lực cắt; vì vậy loại van này rất phù hợp để điều chỉnh hoặc ngắt dòng chảy của các chất có độ nhớt cao, chất lỏng chứa sợi, hoặc các chất bẩn khác. Giá của van cầu khá đắt. 1.1.9 Van quay lệch tâm, còn được gọi là van uốn cam, kết hợp những ưu điểm của van bi và van bướm. Cấu trúc dòng chảy của nó đơn giản; khả năng “ tự làm sạch” và khả năng điều chỉnh dòng chảy rất tốt. Loại van này phù hợp để sử dụng trong các môi trường có chất lỏng kết tinh, đục ngầu hoặc không sạch ； Thân van có kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ, có thể được lắp đặt một cách linh hoạt tại bất kỳ vị trí nào mà không cần thay thế bất kỳ bộ phận nào ； Hệ số lưu lượng định mức cao, cao hơn 10%–30% so với các van điều tiết loại một chỗ ngồi, hai chỗ ngồi cùng kích thước; tỷ lệ điều chỉnh cũng lớn, có thể đạt 100:1 ； Vị trí đóng kín của van rất đáng tin cậy. Nhờ vào tính chất linh hoạt của các cánh tay nâng đỡ trục van, cùng với chuyển động xoay lệch tâm của bề mặt cầu của trục van, lực cần thiết để vận hành van được giảm đi. Điều này giúp bù đắp cho những sự không đối xứng trong cấu trúc van, giúp van hoạt động ổn định ngay cả trong điều kiện dòng chảy mạnh, áp suất cao ； Khi điều chỉnh tỷ lệ, cần sử dụng bộ định vị; bằng cách thay đổi vị trí của tấm nổi trong bộ định vị, có thể dễ dàng đạt được đặc tính dòng chảy tuyến tính hoặc theo tỷ lệ nhất định. 1.2 Lựa chọn van điều tiết dạng đặc biệt Đối với các ứng dụng đặc thù, trên cơ sở các loại van điều tiết đã nêu ở trên, việc kéo dài phần nắp van hoặc bổ sung các tấm tản nhiệt có thể giúp sử dụng van trong môi trường có nhiệt độ thấp hoặc cao ； Việc sử dụng nhiều lò xo trong cơ cấu điều khiển giúp giảm kích thước và trọng lượng của toàn bộ van điều tiết ； Để giảm nhiễu, người ta sử dụng một loạt các biện pháp giảm nhiễu để thiết kế ra các van điều tiết có mức độ nhiễu thấp. Ngoài ra, còn có các van điều tiết có cấu trúc tách rời thân van, nhằm thuận lợi cho việc bảo trì và vệ sinh ； Van điều tiết cắt nguồn nhanh được sử dụng để đáp ứng yêu cầu về tốc độ thực hiện các thao tác liên tục ； Van điều tiết dòng chảy nhỏ được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu kiểm soát dòng chảy thấp ； Các van điều tiết có đệm ống sóng được sử dụng để ngăn chặn rò rỉ. Những loại van điều tiết đặc biệt này đều là những van chuyên dụng được thiết kế để phục vụ cho các quy trình sản xuất đặc biệt hoặc trong một số tình huống sử dụng cụ thể; chúng thuộc loại van không tiêu chuẩn. Chúng có đặc điểm là điều kiện hoạt động phức tạp, yêu cầu sử dụng cao và khối lượng sản xuất nhỏ. Những van điều tiết này thường được phát triển và cải tiến từ các sản phẩm loại tiêu chuẩn để đáp ứng các yêu cầu sử dụng cụ thể. Do đó, trước tiên cần xác định hình dạng cơ bản của nó dựa trên những đặc điểm không đặc biệt; sau đó mới xác định các hình dạng biến thể tương ứng cũng như vật liệu sử dụng, dựa trên những đặc điểm đặc biệt của nó. 2. Lựa chọn các phụ kiện đi kèm Van điều tiết gồm có: bộ định vị van, công tắc xác định vị trí van, van giữ vị trí bằng khí nén, bộ truyền động bằng khí nén, van điện từ, bộ lọc và giảm áp khí, cơ cấu vòng tay điều chỉnh, bộ truyền tín hiệu vị trí van và bộ chuyển đổi tín hiệu, v.v. Trong số đó, bộ định vị van bao gồm bộ định vị van điện và bộ định vị van khí. Chúng được sử dụng chủ yếu để cải thiện các đặc tính hoạt động của van điều khiển, giúp van được định vị chính xác hơn, nâng cao mức độ tuyến tính trong việc điều chỉnh vị trí của van, giảm độ trễ trong việc truyền tín hiệu điều khiển, thay đổi các đặc tính về lưu lượng của van, cũng như thay đổi phạm vi phản ứng của van đối với áp suất tín hiệu. Nhờ đó, có thể thực hiện việc điều khiển theo từng giai đoạn và định vị chính xác cho van. Đó là một trong những phụ kiện quan trọng nhất của van điều tiết; chất lượng của nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chất lượng của van điều tiết cũng như toàn bộ hệ thống điều tiết. Dưới đây là những yếu tố chính cần được xem xét khi lựa chọn bộ định vị van: 1) Bộ định vị van có thể thực hiện chức năng “phân đoạn” hay không, tức là bộ định vị van chỉ phản ứng với một khoảng tín hiệu nhất định mà thôi. Nếu bộ định vị van có thể thực hiện chức năng này, thì có thể sử dụng một tín hiệu đầu vào để điều khiển hai hoặc nhiều van điều tiết tùy theo nhu cầu thực tế ； 2) Việc điều chỉnh vị trí không độ và phạm vi đo có dễ dàng không? Việc hiệu chuẩn có được thực hiện một cách độc lập hay không? Độ ổn định của thiết bị như thế nào? ； 3) Độ chính xác của bộ định vị van như thế nào. Trong trạng thái hoạt động lý tưởng, đối với một tín hiệu đầu vào cụ thể, các bộ phận bên trong van điều tiết (bao gồm trục van, chốt van, vị trí đóng mở của van, v.v.) cần phải được đặt chính xác ở vị trí cần thiết mỗi lần, bất kể hướng di chuyển của van hay mức độ tải trọng mà các bộ phận này phải chịu ； 4) Tốc độ hoạt động của bộ định vị van như thế nào, và đặc tính tần số của nó ra sao. Bởi vì bộ định vị van có thể liên tục so sánh tín hiệu đầu vào với vị trí của van, và điều chỉnh tín hiệu đầu ra của mình dựa trên sai số giữa chúng. Nếu bộ định vị van có khả năng phản ứng nhanh trước những sai lệch này, thì lượng chất lỏng chảy qua trong một đơn vị thời gian sẽ lớn hơn. Như vậy, hệ thống điều khiển sẽ phản ứng nhanh hơn trước những thay đổi về giá trị cài đặt và tải trọng; kết quả là sai số của hệ thống sẽ giảm xuống, và chất lượng điều khiển cũng sẽ tốt hơn. Nói chung, độ nhạy với tần số càng cao, tức là khả năng phản ứng với các tần số càng tốt, thì hiệu suất điều khiển cũng càng tốt. Cần lưu ý rằng việc đánh giá các đặc tính tần số nên được thực hiện bằng cách kết hợp giữa phương pháp thực nghiệm và lý thuyết, chứ không nên chỉ dựa vào lý thuyết mà thôi. Khi đánh giá, phương pháp thực nghiệm phải đảm bảo tính ổn định và khoa học; đồng thời, cần xem xét cả bộ điều vị van và bộ truyền động trong cùng một tổng thể ； 5）Khi bộ định vị van được kết hợp với van điều tiết, độ phân giải định vị của nó sẽ thay đổi như thế nào? Độ phân giải trong việc xác định vị trí có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng điều khiển của hệ thống điều chỉnh. Bởi vì độ phân giải càng cao, vị trí của van điều chỉnh càng gần với giá trị lý tưởng. Nhờ đó, những biến động do việc điều chỉnh quá mức của van gây ra có thể được kiểm soát hiệu quả, từ đó giúp hạn chế những biến đổi chu kỳ của đại lượng cần được điều chỉnh. 6) Áp suất khí cung cấp tối đa cho bộ định vị van có phù hợp với áp suất hoạt động tối đa của bộ thực hiện hay không; việc lắp đặt và kết nối có dễ dàng hay không; mức độ bảo trì cần thiết là bao nhiêu, v.v. Còn ngoài bộ định vị van ra, các loại phụ kiện khác tương đối đơn giản, nên không cần nhắc lại ở đây. Tất cả các phụ kiện đều có chức năng bổ trợ và giúp đảm bảo hoạt động ổn định của van điều khiển. Khi lựa chọn chúng, nguyên tắc cần tuân thủ là chỉ nên sử dụng những phụ kiện thực sự cần thiết; những phụ kiện không cần thiết thì nên loại bỏ. Nếu không, điều đó chỉ khiến chi phí vận hành của hệ thống điều khiển tăng lên và độ tin cậy của hệ thống giảm xuống mà thôi. Kết luận: Việc lựa chọn đúng van điều tiết là bước đầu tiên và cũng là bước quan trọng nhất trong việc sử dụng van điều tiết một cách hiệu quả. Chất lượng của việc lựa chọn này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động của van điều tiết, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng điều chỉnh của toàn bộ hệ thống. Tất nhiên, công việc lựa chọn loại sản phẩm khá phức tạp, đồng thời cũng là một môn học đòi hỏi phải liên tục tìm tòi và rút kinh nghiệm trong quá trình ứng dụng thực tế. Do đó, chúng ta cần phải nắm vững một số phương pháp và kỹ năng trong việc lựa chọn van điều tiết, dựa trên kiến thức chuyên môn liên quan. Chỉ có như vậy, van điều tiết mới có thể thực sự đóng vai trò “bàn tay và đôi chân” trong công tác điều khiển tự động hóa các quy trình công nghiệp.