Các loại thiết bị điều khiển van và đặc điểm của chúng (Van Baird)

Thread Content

Bộ truyền động van là một thiết bị dùng để vận hành van và kết nối với van. Thiết bị này có thể được vận hành bằng các nguồn năng lượng như cơ học, điện, khí nén, thủy lực, hoặc sự kết hợp của chúng. Quá trình di chuyển của thiết bị có thể được kiểm soát thông qua khoảng cách di chuyển, mô-men xoắn, hoặc lực đẩy theo phương trục. Việc lựa chọn thiết bị điều khiển van cần dựa trên việc nắm rõ các loại và tính năng của thiết bị này. Yếu tố quyết định việc lựa chọn là loại van, các tiêu chuẩn hoạt động của thiết bị, cũng như vị trí của van trong đường ống hoặc thiết bị. Hiện nay, ở nước ta có hai tiêu chuẩn chính liên quan đến cách kết nối các thiết bị điều khiển van, đó là GB/T 12222 “Tiêu chuẩn kết nối các thiết bị điều khiển van loại quay nhiều vòng” và GB/T 12223 “Tiêu chuẩn kết nối các thiết bị điều khiển van loại quay một phần”. Hai tiêu chuẩn này lần lượt tương đương với các tiêu chuẩn ISO 5210 và ISO 5211. “Kết nối bộ truyền động cho van quay nhiều vòng” chủ yếu được áp dụng cho kích thước kết nối giữa bộ truyền động và van, đối với các loại van như van cửa, van ngắt dòng, van điều tiết và van màng. “Kết nối các bộ truyền động cho van quay một phần” chủ yếu áp dụng cho kích thước kết nối giữa các bộ truyền động dùng cho van cầu, van bướm và van khóa với chính các van đó. Thiết bị điều khiển van có thể được chia thành hai loại dựa trên cách chuyển động: chuyển động thẳng và chuyển động góc. Bộ truyền động chuyển động thẳng, tức là bộ truyền động cho van quay nhiều vòng, chủ yếu được sử dụng cho các loại van cửa, van ngắt dòng và van điều tiết, v.v ； Bộ truyền động chuyển động góc là loại bộ truyền động chỉ có thể xoay 90°, chủ yếu được sử dụng cho các loại van bi, van cánh và các loại van khác. Các thiết bị điều khiển van có thể được phân loại theo nguồn năng lượng sử dụng thành nhiều loại khác nhau: loại cơ học (loại dùng tay cầm hoặc bánh xe điều khiển, loại dùng lò xo và đòn bẩy); loại điện (loại dùng từ trường, loại dùng động cơ điện); loại khí nén (loại dùng màng, loại dùng xi lanh khí nén, loại dùng cánh quạt, loại dùng động cơ khí nén, loại kết hợp giữa màng và răng cưa); loại thủy lực (loại dùng xi lanh thủy lực, loại dùng động cơ thủy lực); và loại kết hợp (loại kết hợp giữa điện và thủy lực, loại kết hợp giữa khí nén và thủy lực). Trong các loại thiết bị điều khiển van, thiết bị điện chiếm ưu thế; chúng chủ yếu được sử dụng cho các van trong hệ thống đóng mở. Các thiết bị khí nén hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong các môi trường yêu cầu tính chống nổ; trong đó, các thiết bị khí nén loại màng chủ yếu được sử dụng trên các van điều tiết. Các thiết bị thủy lực được sử dụng rộng rãi trên các đường ống vận chuyển dầu khí với chức năng là van cắt khẩn cấp tự động và van xả khí tại miệng giếng. Bánh xe điều khiển bằng tay, phần lớn được lắp trên các van cắt và van khóa áp suất thấp, trung bình ； Tay cầm được sử dụng trên các loại van như van cắt áp suất cao và siêu cao, van bi và van xoay. Thiết bị kết hợp khí và chất lỏng, thường được sử dụng trong các đường ống dẫn khí, ở những khu vực ngoài trời không có nguồn điện; nguồn năng lượng của nó chính là khí trong đường ống. I. Thiết bị vận hành bằng tay cho van: Các van được điều khiển bằng tay là loại được sử dụng phổ biến nhất trong các đường ống hoạt động trong nhiều điều kiện khác nhau. Một loại được điều khiển trực tiếp bằng bánh xe tay hoặc tay cầm; một loại khác thì sử dụng hệ thống bánh răng để truyền lực cho bánh xe tay. 1) Bánh xe điều khiển hoặc tay cầm. Thông thường, khi mô-men mở/khép khá nhỏ, sức lực bình thường của một người hoặc tối đa hai người là đủ để mở/khép van. Thông thường, vật liệu dùng để chế tạo bánh xe điều khiển hoặc tay cầm là gang có thể đúc, gang cầu, hoặc thép carbon; đôi khi cũng sử dụng hợp kim nhôm hoặc nhựa. 2) Bánh xe điều khiển kiểu va chạm. Trên các van áp suất cao, để tăng mô-men xoắn khi vận hành, người ta thường sử dụng bánh tay kiểu va đập. Bánh tay kiểu va chạm có thể quay tự do một góc nhất định nhờ vào khoảng trống phù hợp giữa bánh tay và đai ốc của thanh van. Vào lúc mở hoặc đóng van, người ta có thể xoay bánh tay một cách mạnh mẽ, tạo ra lực va chạm lên đai ốc của thanh van. Lực va chạm này **vượt quá lực tác động của các loại bánh tay thông thường**, từ đó tăng lực xoắn cần thiết để mở hoặc đóng van. 3) Thiết bị điều khiển bằng tay dùng để truyền động bánh răng. Khi việc điều khiển van đòi hỏi lực tác động khá lớn từ một người, người ta thường sử dụng hệ truyền động bằng bánh răng hoặc bánh răng ốc để giảm lực cần thiết để mở và đóng van. Hệ truyền động bằng bánh răng gồm truyền động bằng bánh răng thẳng và truyền động bằng bánh răng nón. Tỷ số truyền bánh răng thường được chọn là 1:3, thường được sử dụng cho van cửa và van ngắt. Truyền động bằng bánh răng gồm truyền động bánh răng cấp một kiểu mở và truyền động bánh răng cấp hai kiểu kín; hiện nay người ta thường sử dụng truyền động bánh răng cấp hai kiểu kín. **Ưu và nhược điểm của thiết bị vận hành thủ công**

**Phương thức vận hành thủ công**
* **Ưu điểm:**
* Cơ cấu truyền động bằng thanh ren được lắp ở phía trên.
a. Cấu trúc đơn giản.
b. Chi phí thấp.
* **Nhược điểm:**
* Vị trí lắp đặt khá cao, gây bất tiện trong việc vận hành.
* Cần có không gian ở phía trên để lắp các thanh nối.

* **Cơ cấu truyền động bằng thanh nối được lắp ở phía bên:**
* a. Dễ dàng thực hiện các thao tác.
* b. Dễ gây ra áp lực lớn lên giá đỡ khi xảy ra rung động; dễ bị ăn mòn trên giá đỡ.

* **Cơ cấu truyền động bằng rôto và trục vít được lắp trên giá đỡ:**
* a. Đảm bảo độ kín tuyệt đối và việc bôi trơn hoàn hảo.
* b. Làm tăng chiều cao của bộ truyền động.

**Khi sử dụng phương thức đóng cửa khẩn cấp bằng tay, cần lưu ý đến thời gian cần thiết để quay hết số vòng của bánh tay điều khiển.** Việc điều chỉnh bằng tay đòi hỏi công sức, nhưng chi phí lại thấp. Tuy nhiên, do rung động (từ tay cầm trên bánh xe), các bộ phận bên trong van thường bị hư hỏng hoặc giá đỡ bằng gang có thể bị gãy.

**II. Thiết bị vận hành van bằng điện**
Thiết bị vận hành van bằng điện được chia thành hai loại theo cách xuất ra lực: loại quay nhiều vòng (loại Z) – Hình 1, và loại quay một phần vòng (loại Q) – Hình 2. Loại đầu tiên được sử dụng cho các loại van có thanh nâng hạ, như van cửa, van ngắt dòng, van điều tiết, van màng, v.v ； Loại sau được dùng cho các van như van cầu, van xoay, van bướm v.v., những loại van có thể mở/khép trong phạm vi 90°. **Ưu và nhược điểm của thiết bị điện để điều khiển van**
**Ưu điểm:**
a. Khả năng ứng dụng cao, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường.
b. Dải mô-men xoắn đầu ra rộng.
c. Dễ kiểm soát, thuận lợi cho việc tự động hóa quy trình sản xuất.
d. Có thể được chế tạo thành dạng siêu nhỏ gọn.
e. Có chức năng khóa tự động.
f. Dễ lắp đặt, bảo trì và sửa chữa.

**Nhược điểm:**
a. Cấu trúc phức tạp.
b. Hiệu suất cơ học thấp, thường chỉ khoảng 25–60%.
c. Tốc độ quay đầu ra không thể quá cao hoặc quá thấp.
d. Dễ bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi về điện áp và tần số nguồn điện.

**III. Thiết bị khí nén để điều khiển van**
Thiết bị khí nén để điều khiển van được sử dụng rộng rãi trong các môi trường yêu cầu tính chống nổ. Dựa vào cấu trúc của chúng, có thể chia chúng thành ba loại: thiết bị khí nén kiểu màng, thiết bị khí nén kiểu xi lanh, và thiết bị khí nén kiểu dao động. Ngoài ra, còn có thiết bị khí nén kiểu động cơ khí nén nữa. Các thiết bị khí nén và hệ thống đường ống khí điển hình. Cấu trúc của thiết bị khí nén một xi lanh
**Ưu điểm:**
a. Cấu trúc đơn giản.
b. Dễ tìm nguồn khí cung cấp.
c. Có thể đạt được tốc độ mở/tắt cao.
d. Có thể lắp thêm bộ điều chỉnh tốc độ để điều chỉnh tốc độ mở/tắt theo nhu cầu.
e. Khí có tính đàn hồi cao, giúp việc đóng/mở diễn ra dễ dàng hơn.

**Nhược điểm:**
a. So với thiết bị thủy lực, cấu trúc của nó khá lớn; do đó không phù hợp để sử dụng với các van có kích thước lớn và áp suất cao. b. Do khí có tính đàn hồi, nên tốc độ di chuyển của khí khó có thể được duy trì ở mức đồng đều. IV. Thiết bị thủy lực: Thiết bị thủy lực dùng để điều khiển van bao gồm ba thành phần chính: nguồn năng lượng, bộ điều khiển và bộ thực hiện. Chức năng của nguồn năng lượng là chuyển đổi công suất hiệu dụng của động cơ điện hoặc động cơ khí nén thành lực đẩy dùng để di chuyển chất lỏng. Phần điều khiển bao gồm các van điều khiển như van điều chỉnh áp suất, van điều chỉnh lưu lượng, van điều chỉnh hướng, cùng hệ thống điều khiển điện. Có hai loại cơ cấu thực hiện: một là cơ cấu thực hiện dạng xi lanh dầu, dùng để tạo chuyển động tuyến tính qua lại ； Một loại khác là bộ truyền động mô-tơ dầu, thực hiện chuyển động quay. **Ưu và nhược điểm của thiết bị thủy lực**

**Ưu điểm:**
a. Cấu trúc đơn giản, gọn nhẹ, kích thước nhỏ.
b. Lực tác động lớn, quá trình truyền lực ổn định và đáng tin cậy.
c. Dễ dàng điều chỉnh tốc độ, có thể hoạt động ở tốc độ thấp hoặc cao.
d. Có thể được điều khiển tự động từ khoảng cách xa.
e. Nhờ tính nhớt của dầu thủy lực mà hiệu suất hoạt động được nâng cao; dầu thủy lực còn có khả năng tự bôi trơn và chống gỉ.

**Nhược điểm:**
a. Nhiệt độ dầu làm thay đổi độ nhớt của dầu.
b. Các linh kiện thủy lực và ống dẫn dễ bị rò rỉ.
c. Việc lắp đặt và sửa chữa khó khăn.
d. Không phù hợp để thực hiện các phép tính liên quan đến tín hiệu.

**V. Thiết bị điều khiển liên động**
Thiết bị điều khiển thủy lực có thể được kết hợp với thiết bị điện hoặc khí nén để tạo thành hệ thống điều khiển điện-thủy lực hoặc khí-thủy lực. Hình 9 chính là van cắt khẩn cấp loại kết hợp khí – lỏng trong hệ thống điều chỉnh việc ngắt đường ống. Ưu và nhược điểm của bộ truyền động kiểu điện-thủy lực
**Ưu điểm:**
a. Lực tác động lớn.
b. Hoạt động mở/khóa van nhanh chóng.

**Nhược điểm:**
a. Giá thành cao.
b. Cấu trúc phức tạp.

Ưu và nhược điểm của bộ truyền động kiểu khí-thủy lực
**Ưu điểm:**
a. Cấu trúc gọn nhẹ, hoạt động ổn định; có thể tạo ra mô-men xoắn lớn.
b. Có thể chọn nguồn năng lượng phù hợp nhất tùy theo điều kiện sử dụng thực tế.
c. Có thể điều chỉnh chính xác mô-men xoắn tối đa thông qua van điều áp.
d. Dễ dàng điều chỉnh tốc độ; dải điều chỉnh rộng, và có thể điều chỉnh liên tục.
e. Có thể đáp ứng được các yêu cầu về điều khiển tự động khác nhau.
f. Có thể kết hợp với bộ tích năng lượng trong hệ thống điều khiển van.

**Nhược điểm:**
a. Giá thành cao.
b. Cấu trúc phức tạp, độ tin cậy thấp