Ba loại van là gì?

Khi các kỹ sư và kỹ thuật viên tìm kiếm "ba loại van là gì", họ thường ngạc nhiên khi thấy rằng không có câu trả lời chung duy nhất. Sự thật mang nhiều sắc thái hơn một danh sách ba loại đơn giản. Việc phân loại van phụ thuộc hoàn toàn vào bối cảnh hoạt động, cho dù bạn đang làm việc với hệ thống năng lượng thủy lực, đường ống quy trình công nghiệp hay tích hợp bộ truyền động cơ học.

Sự phức tạp này không phải là một lỗi trong thuật ngữ kỹ thuật—đó là một tính năng. Các ngành công nghiệp khác nhau đã phát triển khung phân loại riêng vì chúng ưu tiên các đặc điểm van khác nhau. Người thiết kế hệ thống thủy lực tập trung vào các chức năng điều khiển, trong khi kỹ sư nhà máy xử lý quan tâm đến nhiệm vụ bảo trì và kỹ thuật viên bảo trì cần hiểu các loại chuyển động cơ học để lựa chọn bộ truyền động và quy hoạch không gian.

Trong hướng dẫn toàn diện này, chúng ta sẽ khám phá ba khung phân loại có căn cứ xác định các loại van trong các bối cảnh kỹ thuật khác nhau. Mỗi khung đại diện cho một câu trả lời chính đáng cho câu hỏi "ba loại", được hỗ trợ bởi các tiêu chuẩn ngành và yêu cầu ứng dụng trong thế giới thực.

Khung một: Phân loại chức năng trong hệ thống năng lượng chất lỏng

Trong các hệ thống thủy lực và khí nén, van đóng vai trò là bộ điều khiển logic của các mạch truyền tải điện. Ba loại van cơ bản trong khung này dựa trên chức năng điều khiển: van điều khiển hướng, van điều khiển áp suất và van điều khiển dòng chảy. Sự phân loại này chiếm ưu thế trong kỹ thuật tự động hóa và được công nhận rõ ràng trong tiêu chuẩn ISO 1219 (ký hiệu năng lượng chất lỏng) và tiêu chuẩn NFPA T3.10.19.

Van điều khiển hướng

Van điều khiển hướng (DCV) thiết lập nền tảng logic của bất kỳ hệ thống năng lượng chất lỏng nào. Chức năng chính của chúng là định tuyến, chuyển hướng hoặc chặn đường dẫn chất lỏng trong mạch, từ đó xác định hướng chuyển động của các bộ truyền động như xi lanh thủy lực (kéo dài, rút ​​lại hoặc giữ) hoặc động cơ thủy lực (theo chiều kim đồng hồ, ngược chiều kim đồng hồ hoặc dừng).

Kiến trúc bên trong của DCV rơi vào hai triết lý thiết kế chủ đạo: van ống chỉ và van hình múa rối. Van ống chỉ bao gồm một bộ phận hình trụ được gia công chính xác (ống) với các mặt đất và rãnh trượt trong lỗ khoan phù hợp. Khi ống cuộn di chuyển theo trục, nó sẽ che hoặc mở các cổng trong thân van, chuyển hướng đường dẫn chất lỏng. Thiết kế này vượt trội trong việc triển khai logic chuyển mạch phức tạp—một thân van đơn có thể đạt được cấu hình 4 chiều 3 vị trí hoặc 5 chiều 2 vị trí. Tuy nhiên, van ống có một đặc tính vật lý vốn có được gọi là bịt kín khe hở. Để cho phép chuyển động trượt trơn tru, phải có khoảng hở xuyên tâm vài micromet giữa ống chỉ và lỗ khoan. Điều này tạo ra sự rò rỉ bên trong không thể tránh khỏi (đường vòng ống chỉ) dưới áp suất, làm cho van ống chỉ không phù hợp để giữ tải lâu dài nếu không có van kiểm tra phụ trợ.

Ngược lại, van Poppet sử dụng một bộ phận đóng có thể di chuyển được (hình nón, quả bóng hoặc đĩa) để ép vào chỗ ngồi vuông góc với dòng chảy. Điều này tạo ra một con dấu tiếp xúc hoặc con dấu mặt. Khi đóng, áp suất hệ thống thực sự hỗ trợ ép bộ phận chặt hơn vào ghế, đạt được khả năng bịt kín rò rỉ dương, gần như bằng không. Điều này làm cho van poppet trở nên lý tưởng cho các ứng dụng giữ tải, cắt an toàn và cách ly áp suất cao. Hành trình thường ngắn, dẫn đến thời gian phản hồi cực nhanh và thao tác mở mang lại hiệu ứng tự làm sạch giúp thiết kế hình múa rối có khả năng chịu nhiễm bẩn vượt trội so với cuộn cuộn.

Thông số kỹ thuật của DCV tuân theo hệ thống ký hiệu tiêu chuẩn dựa trên "cách" (số lượng cổng chất lỏng) và "vị trí" (số trạng thái ống cuộn ổn định). Ví dụ, một van 3 vị trí 4 chiều (4/3) có bốn cổng—áp suất (P), bình chứa (T) và hai cổng làm việc (A, B)—và ba vị trí ổn định. Tình trạng trung tâm của van 3 vị trí rất quan trọng đối với hoạt động của hệ thống. Một trung tâm đóng kiểu chữ O chặn tất cả các cổng, khóa bộ truyền động ở vị trí nhưng gây ra sự tích tụ áp suất bơm. Trung tâm phao loại H kết nối A, B và T trong khi chặn P, cho phép bộ truyền động nổi tự do. Một trung tâm song song loại Y kết nối P và T trong khi chặn A và B, dỡ máy bơm xuống bể và giảm sinh nhiệt trong khi vẫn duy trì khóa bộ truyền động.

Van điều khiển áp suất

Trong vật lý thủy lực, áp suất bằng lực trên một đơn vị diện tích ($$P = F/A$$Trong hướng dẫn toàn diện này, chúng ta sẽ khám phá ba khung phân loại có căn cứ xác định các loại van trong các bối cảnh kỹ thuật khác nhau. Mỗi khung đại diện cho một câu trả lời chính đáng cho câu hỏi "ba loại", được hỗ trợ bởi các tiêu chuẩn ngành và yêu cầu ứng dụng trong thế giới thực.

Van giảm áp đóng vai trò là nền tảng an toàn—một van thường đóng được kết nối song song với hệ thống. Khi áp suất hệ thống vượt quá ngưỡng lực đặt của lò xo, van sẽ mở và chuyển chất lỏng dư thừa trở lại bể, do đó hạn chế áp suất hệ thống tối đa. Điều này ngăn chặn sự hư hỏng nghiêm trọng của ống mềm, vòng đệm và bộ truyền động trong điều kiện quá tải. Van giảm áp hoạt động trực tiếp phản ứng nhanh nhưng thể hiện sự ghi đè áp suất đáng kể (sự khác biệt giữa áp suất nứt và áp suất dòng chảy đầy đủ). Van giảm áp vận hành bằng thí điểm sử dụng một van thí điểm nhỏ để điều khiển việc mở ống chỉ chính, cung cấp đường cong đặc tính dòng áp suất phẳng hơn giúp duy trì áp suất hệ thống ổn định hơn trong phạm vi dòng chảy rộng. Các thiết kế vận hành bằng thí điểm cũng tạo điều kiện cho chức năng điều chỉnh áp suất và dỡ tải hệ thống từ xa.

Van giảm áp hoạt động theo nguyên tắc cơ bản khác nhau mặc dù có sự giống nhau về mặt hình ảnh. Đây là những van thường mở được lắp nối tiếp trong một mạch điện. Chúng điều tiết dòng chảy để giảm áp suất đầu ra và sử dụng phản hồi áp suất đầu ra để duy trì áp suất giảm không đổi bất kể biến động áp suất đầu vào. Điều này rất cần thiết khi một nguồn thủy lực duy nhất phải phục vụ nhiều mạch với các yêu cầu áp suất khác nhau—ví dụ: hệ thống chính yêu cầu lực xi lanh 20 MPa (2900 psi) trong khi mạch kẹp phụ chỉ cần 5 MPa (725 psi).

Các van tuần tự kiểm soát thứ tự vận hành bằng cách tiếp tục đóng cho đến khi áp suất đầu vào đạt đến điểm đặt, sau đó tự động mở để cho phép dòng chảy vào các mạch hạ lưu. Không giống như các van xả đổ chất lỏng vào bể, các van tuần tự hướng dòng chảy ra vào mạch làm việc và do đó thường yêu cầu kết nối cống bên ngoài để xử lý rò rỉ buồng điều khiển mà không làm nhiễm tín hiệu cổng làm việc.

Van đối trọng rất quan trọng đối với hệ thống nâng và chuyển động thẳng đứng. Được lắp đặt ở đường hồi lưu của xi lanh, chúng được đặt ở áp suất cao hơn một chút so với tải trọng tạo ra. Bằng cách tạo ra áp suất ngược, chúng ngăn chặn tải rơi tự do dưới lực hấp dẫn, đảm bảo quá trình hạ xuống được kiểm soát trơn tru. Van đối trọng hiện đại tích hợp van kiểm tra cho phép dòng chảy ngược tự do cho hoạt động nâng.

Van điều khiển dòng chảy

Van điều khiển lưu lượng điều chỉnh thể tích chất lỏng trên một đơn vị thời gian qua van, từ đó kiểm soát tốc độ truyền động (tốc độ kéo dài/rút xi lanh hoặc tốc độ quay của động cơ). Phương trình dòng chảy cơ bản qua một lỗ là$$Q = C_d A \\sqrt{2\\Delta P/\\rho}$$, trong đó Q là tốc độ dòng chảy, A là diện tích lỗ và ΔP là chênh lệch áp suất trên lỗ.

Việc kiểm soát dòng chảy đơn giản nhất là van kim, được phân loại là không bù. Từ phương trình trên, lưu lượng Q không chỉ phụ thuộc vào diện tích cửa A mà còn phụ thuộc vào căn bậc hai của chênh lệch áp suất ΔP. Nếu tải thay đổi thì ΔP thay đổi, gây ra sự mất ổn định tốc độ. Để giải quyết vấn đề cơ bản này, các van điều khiển lưu lượng bù áp kết hợp một van giảm áp suất chênh lệch không đổi bên trong (bộ bù) nối tiếp với lỗ tiết lưu. Bộ bù này tự động điều chỉnh độ mở của chính nó dựa trên áp suất tải để duy trì ΔP không đổi trên lỗ chính. Với ΔP được giữ không đổi, lưu lượng Q chỉ trở thành chức năng của vùng mở A, đạt được khả năng kiểm soát tốc độ không đổi không phụ thuộc vào tải.

Vị trí mạch của van điều khiển lưu lượng xác định phương pháp điều khiển tốc độ. Bộ điều khiển đồng hồ đo đặt dòng điều khiển van đi vào bộ truyền động. Điều này phù hợp với các ứng dụng có tải điện trở không đổi nhưng không thể tạo ra áp suất ngược—khi gặp tải quá mức như chuyển động do trọng lực điều khiển, bộ truyền động sẽ chạy đi. Điều khiển đồng hồ đo đặt dòng điều khiển van thoát ra khỏi bộ truyền động. Bằng cách tạo ra áp suất ngược ở mặt sau, điều này tạo ra sự hỗ trợ thủy lực cứng nhắc hơn, giúp ngăn chặn hiệu quả tình trạng tải quá tải và mang lại độ mượt mà khi chuyển động vượt trội. Tuy nhiên, áp suất ngược có thể gây ra sự tăng áp suất trong buồng đầu vào, đòi hỏi phải xác minh mức áp suất cẩn thận trong quá trình thiết kế.

Khung 2: Phân loại nhiệm vụ dịch vụ trong đường ống xử lý

Khi chúng ta chuyển bối cảnh từ mạch điện chất lỏng sang các nhà máy xử lý công nghiệp—bao gồm dầu khí, xử lý hóa chất, xử lý nước và sản xuất điện—ba loại van được phân loại theo nhiệm vụ phục vụ của chúng trong hệ thống đường ống. Khung này công nhận van cách ly, van điều tiết và van một chiều là bộ ba cơ bản. Sự phân loại này chi phối sự phát triển của P&ID (Sơ đồ đường ống và thiết bị) và được phản ánh trong các tiêu chuẩn đường ống như ASME B31.3 và API 600.

Van cách ly

Van cách ly (còn gọi là van chặn hoặc van ngắt) được thiết kế để cho phép dòng chảy hoàn toàn hoặc tắc nghẽn hoàn toàn. Chúng hoạt động ở vị trí mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn và không bao giờ được sử dụng cho dịch vụ tiết lưu. Hoạt động kéo dài ở các vị trí mở một phần khiến chất lỏng vận tốc cao ăn mòn bề mặt bịt kín thông qua hiện tượng gọi là rút dây, phá hủy hiệu suất bịt kín và dẫn đến rò rỉ nghiêm trọng.

Van cổng đại diện cho thiết kế ngắt tuyến tính cổ điển. Một đĩa hình nêm di chuyển vuông góc với hướng dòng chảy để cắt dòng chảy. Khi mở hoàn toàn, đường dẫn dòng chảy tạo thành một ống dẫn thẳng với mức giảm áp suất tối thiểu, khiến van cổng trở nên lý tưởng cho các dịch vụ có điện trở thấp là rất quan trọng. Van cổng có hai cấu hình thân với các đặc tính hoạt động khác nhau. Van cổng trục nâng (OS&Y—Vít bên ngoài và Yoke) có các ren ngoài làm cho trục nâng lên khi tay quay quay. Điều này cung cấp chỉ báo vị trí trực quan—thân mở rộng có nghĩa là mở—và giữ cho các ren không tiếp xúc với môi trường xử lý, ngăn ngừa ăn mòn. Đây là tiêu chuẩn trong các hệ thống phòng cháy chữa cháy và các dây chuyền xử lý quan trọng trong đó khả năng hiển thị vị trí là rất quan trọng về mặt an toàn. Van cổng gốc không tăng (NRS) có thân quay nhưng không dịch chuyển theo chiều dọc, với các ren đai ốc bên trong được tích hợp vào nêm. Thiết kế này giảm thiểu các yêu cầu về không gian theo chiều dọc, khiến chúng phù hợp với đường ống chôn hoặc không gian hạn chế, nhưng thiếu chỉ báo vị trí trực quan và khiến các ren dễ bị ăn mòn.

Van cổng yêu cầu vận hành nhiều vòng, nghĩa là đóng mở chậm. Mặc dù điều này ngăn cản hiện tượng búa nước nhưng lại khiến chúng không phù hợp để tắt khẩn cấp. Các bề mặt bịt kín cũng dễ bị ăn mòn (hàn nguội bề mặt kim loại dưới áp lực và ma sát).

Van giảm áp đóng vai trò là nền tảng an toàn—một van thường đóng được kết nối song song với hệ thống. Khi áp suất hệ thống vượt quá ngưỡng lực đặt của lò xo, van sẽ mở và chuyển chất lỏng dư thừa trở lại bể, do đó hạn chế áp suất hệ thống tối đa. Điều này ngăn chặn sự hư hỏng nghiêm trọng của ống mềm, vòng đệm và bộ truyền động trong điều kiện quá tải. Van giảm áp hoạt động trực tiếp phản ứng nhanh nhưng thể hiện sự ghi đè áp suất đáng kể (sự khác biệt giữa áp suất nứt và áp suất dòng chảy đầy đủ). Van giảm áp vận hành bằng thí điểm sử dụng một van thí điểm nhỏ để điều khiển việc mở ống chỉ chính, cung cấp đường cong đặc tính dòng áp suất phẳng hơn giúp duy trì áp suất hệ thống ổn định hơn trong phạm vi dòng chảy rộng. Các thiết kế vận hành bằng thí điểm cũng tạo điều kiện cho chức năng điều chỉnh áp suất và dỡ tải hệ thống từ xa.

Van điều tiết

Van điều tiết (còn gọi là van điều khiển hoặc van tiết lưu) được thiết kế để điều chỉnh sức cản dòng chảy và do đó kiểm soát tốc độ dòng chảy, áp suất hoặc nhiệt độ. Không giống như van cách ly, chúng phải chịu được vận tốc cao, nhiễu loạn và tạo bọt hoặc nhấp nháy xảy ra trong quá trình mở một phần. Chúng không bao giờ chỉ đơn giản là mở và đóng—chúng sống trong vùng điều tiết.

Van cầu thiết lập chuẩn mực cho việc kiểm soát độ chính xác. Một đĩa hình nút di chuyển dọc theo đường tâm dòng chảy. Đường dẫn dòng chảy bên trong tạo thành hình chữ S, buộc chất lỏng phải thay đổi hướng đột ngột. Con đường quanh co này tiêu tán một lượng lớn năng lượng chất lỏng, cho phép điều chế dòng chảy tốt. Bằng cách thay đổi đường viền đĩa (tuyến tính, tỷ lệ bằng nhau, mở nhanh), các kỹ sư có thể xác định đặc tính dòng chảy vốn có của van. Đặc điểm phần trăm bằng nhau là phổ biến nhất trong điều khiển quá trình vì chúng bù đắp cho những thay đổi giảm áp suất của hệ thống phi tuyến tính, duy trì mức tăng vòng điều khiển tương đối ổn định trong toàn bộ phạm vi hành trình. Van cầu cung cấp độ chính xác tiết lưu tuyệt vời và khả năng ngắt chặt chẽ (đĩa và mặt ngồi tiếp xúc song song), nhưng lực cản dòng chảy cao tạo ra tổn thất áp suất đáng kể.

Van bướm sử dụng một đĩa quay trong dòng chảy để kiểm soát dòng chảy. Van bướm đồng tâm truyền thống phục vụ các hệ thống nước áp suất thấp đơn giản, nhưng van bướm lệch tâm đã bước vào lĩnh vực điều khiển hiệu suất cao. Thiết kế bù đôi có trục thân được bù từ cả tâm đĩa và đường tâm ống. Hiệu ứng cam này làm cho đĩa nhanh chóng nhấc ra khỏi ghế khi mở, giảm ma sát và mài mòn. Thiết kế bù ba lần thêm độ lệch góc thứ ba giữa trục côn ghế và đường tâm ống. Điều này đạt được khả năng vận hành "không ma sát" thực sự, cho phép bịt kín kim loại với kim loại đạt đến mức không rò rỉ, kín khít và chịu được nhiệt độ và áp suất cực cao. Van bướm mặt tựa bằng kim loại ba mặt bù đắp chiếm ưu thế trong các ứng dụng hydrocarbon và hơi nước phục vụ trong điều kiện khắc nghiệt.

Tính chất vật lý của kích thước van đòi hỏi phải lựa chọn dựa trên tính toán. Hệ số dòng chảy ($$C_v$$) xác định số gallon nước mỗi phút ở nhiệt độ 60°F chảy qua van ở mức giảm áp suất 1 psi. Nó phục vụ như là thước đo phổ quát của công suất van. Công thức định cỡ$$C_v = Q\\sqrt{SG/\\Delta P}$$liên quan đến tốc độ dòng chảy Q, trọng lượng riêng SG và độ giảm áp suất ΔP.

Điều quan trọng đối với dịch vụ chất lỏng nghiêm trọng là hiểu rõ hiện tượng nhấp nháy và xâm thực. Khi chất lỏng tăng tốc qua tĩnh mạch chủ (diện tích tối thiểu) của van, vận tốc và áp suất đạt đến điểm thấp nhất. Ở hạ lưu, áp suất phục hồi một phần. Nhấp nháy xảy ra khi áp suất sau tĩnh mạch chủ không thể phục hồi trên áp suất hơi của chất lỏng. Chất lỏng bay hơi vĩnh viễn thành dòng hai pha và hỗn hợp hơi-chất lỏng tốc độ cao gây ra thiệt hại ăn mòn nghiêm trọng. Cavitation xảy ra khi áp suất tĩnh mạch giảm xuống dưới áp suất hơi (hình thành bong bóng), nhưng áp suất xuôi dòng phục hồi trên áp suất hơi. Các bong bóng nổ tung, tạo ra các tia cực nhỏ cục bộ và sóng xung kích gây ra tiếng ồn, rung động và rỗ vật liệu thảm khốc. Hệ số phục hồi áp suất ($$F_L$$) đặc trưng cho khả năng chống xâm thực của van. Van cầu thường có nhiệt độ cao$$F_L$$giá trị (thu hồi thấp), cung cấp khả năng chống xâm thực vượt trội so với van bi và van bướm (thấp$$F_L$$, khả năng phục hồi cao).

Van một chiều

Van một chiều (van một chiều) là thiết bị tự kích hoạt, mở khi dòng chảy thuận và đóng khi dòng chảy ngược. Chúng chủ yếu bảo vệ máy bơm khỏi hư hỏng do quay ngược và ngăn chặn sự thoát nước của hệ thống. Không giống như các loại van khác, chúng hoạt động mà không có tín hiệu điều khiển bên ngoài—động lượng và trọng lực của chất lỏng cung cấp lực tác động.

Van một chiều dạng xoay có một đĩa xoay quanh chốt bản lề. Chúng có khả năng cản dòng chảy thấp nhưng dễ bị rung đĩa trong điều kiện dòng chảy có vận tốc thấp hoặc dao động. Trong các ứng dụng có dòng chảy đảo chiều nhanh, việc kiểm tra xoay có thể tạo ra búa nước có sức phá hủy khi đĩa đóng lại. Van một chiều nâng có một đĩa di chuyển theo chiều dọc, có cấu trúc tương tự như van cầu. Chúng cung cấp khả năng bịt kín chặt chẽ và chịu được áp suất cao, nhưng có khả năng chống dòng chảy cao và dễ bị tắc nghẽn bởi các mảnh vụn. Van một chiều dạng đĩa nghiêng là giải pháp cao cấp cho các trạm bơm lớn (kiểm soát lũ, cấp nước). Trục xoay đĩa nằm gần bề mặt ghế, tạo ra cấu trúc cánh máy bay cân bằng. Hành trình ngắn cho phép đóng cực nhanh với hoạt động đệm, giảm đáng kể áp lực búa nước tăng đột biến.

Khung ba: Phân loại chuyển động cơ học để tích hợp bộ truyền động

Khung phân loại chính thứ ba phân loại van theo quỹ đạo chuyển động vật lý của phần tử đóng của chúng. Quan điểm này rất cần thiết cho việc lựa chọn thiết bị truyền động (khí nén, điện, thủy lực), lập kế hoạch bố trí không gian và phát triển chiến lược bảo trì. Ba loại là van chuyển động tuyến tính, van chuyển động quay và van tự kích hoạt.

Van chuyển động tuyến tính

Van chuyển động tuyến tính có các bộ phận đóng chuyển động theo đường thẳng, vuông góc hoặc song song với hướng dòng chảy. Ví dụ đại diện bao gồm van cổng, van cầu, van màng và van nhúm. Chuyển động tuyến tính thường chuyển đổi mô-men xoắn quay thành lực đẩy tuyến tính lớn thông qua các thân ren, mang lại lực bịt kín tuyệt vời (ứng suất ngồi ở đơn vị cao). Phản ứng điều chỉnh có xu hướng tuyến tính hơn, phù hợp với các ứng dụng điều khiển có độ chính xác cao. Tuy nhiên, chiều dài hành trình thường dài, dẫn đến chiều cao van cao (yêu cầu khoảng không đáng kể).

Van màng và van nhúm đáng được quan tâm đặc biệt trong các thiết kế van tuyến tính do đặc tính "cách ly môi trường" độc đáo của chúng. Các van này chặn dòng chảy bằng cách nén một màng ngăn linh hoạt hoặc ống bọc đàn hồi, cách ly hoàn toàn cơ chế vận hành khỏi môi trường xử lý. Điều này mang lại những lợi thế quan trọng trong các ứng dụng vệ sinh (dược phẩm, thực phẩm và đồ uống) trong đó việc ngăn ngừa ô nhiễm là tối quan trọng và trong các ứng dụng bùn (khai thác mỏ, nước thải) nơi các hạt mài mòn sẽ nhanh chóng phá hủy các thành phần trang trí kim loại. Việc lựa chọn vật liệu màng ngăn hoặc ống bọc (PTFE, EPDM, cao su tự nhiên) trở thành mối quan tâm hàng đầu về khả năng tương thích thay vì luyện kim thân máy.

Van chuyển động quay

Van chuyển động quay có các bộ phận đóng xoay quanh một trục, thường là 90 độ để đạt được toàn bộ hành trình. Ví dụ đại diện bao gồm van bi, van bướm và van cắm. Những thiết kế này có cấu trúc nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ và hoạt động nhanh. Chúng vượt trội trong các ứng dụng và cài đặt có không gian hạn chế đòi hỏi phải khởi động nhanh. Thử nghiệm chứng nhận an toàn cháy nổ theo API 607 ​​hoặc API 6FA là phổ biến đối với các van quay trong dịch vụ hydrocarbon, xác minh rằng việc niêm phong dự phòng giữa kim loại với kim loại sẽ hoạt động nếu ghế mềm bị cháy trong sự kiện hỏa hoạn.

Cấu hình mô-men xoắn của van quay không đổi trong hành trình. Mô-men xoắn cực đại xảy ra ở thời điểm ngắt để mở (khắc phục ma sát tĩnh và chênh lệch áp suất) và khi kết thúc quá trình đóng (nén ghế vào chỗ ngồi cuối cùng). Mô-men xoắn giữa hành trình chủ yếu là mô-men xoắn động của chất lỏng. Kích thước của bộ truyền động phải dựa trên mô-men xoắn cực đại với các hệ số an toàn thích hợp, thường là 1,25 đến 1,50 đối với hoạt động bình thường và lên đến 2,00 đối với các ứng dụng tắt khẩn cấp. Bộ truyền động khí nén cho van quay thường sử dụng cơ cấu thanh răng hoặc bánh răng. Thiết kế Scotch-yoke tạo ra đường cong đầu ra mô-men xoắn hình chữ U phù hợp một cách tự nhiên với đặc tính mô-men xoắn cao ở các điểm cuối của van bi và van bướm, mang lại hiệu quả cao hơn và cho phép kích thước bộ truyền động nhỏ hơn.

Van tự vận hành

Van tự kích hoạt không cần nguồn điện bên ngoài—điện, khí nén hoặc thủy lực. Chúng hoạt động hoàn toàn bằng năng lượng trong chính môi trường xử lý. Van một chiều sử dụng động năng của chất lỏng, van giảm áp và an toàn sử dụng lực áp suất tĩnh và bộ điều chỉnh áp suất tự vận hành sử dụng phản hồi cân bằng áp suất. Việc không có nguồn điện bên ngoài làm cho các van này về bản chất không an toàn đối với một số ứng dụng quan trọng.

Tuy nhiên, van tự kích hoạt có đặc tính trễ và dải chết do sự cân bằng vật lý giữa lực chất lỏng và lực lò xo cơ học kết hợp với ma sát. Độ trễ có nghĩa là áp suất mở và áp suất hàn lại khác nhau - van "ghi nhớ" trạng thái trước đó của nó. Dải chết là phạm vi đầu vào mà không xảy ra thay đổi đầu ra. Dải chết quá mức gây ra mất ổn định điều khiển, trong khi độ trễ thích hợp (chẳng hạn như xả đáy trong van giảm áp - sự khác biệt giữa áp suất đặt và áp suất đặt lại) là cần thiết để ngăn ngừa tiếng kêu của van (chu kỳ nhanh làm hỏng ghế và tạo ra dao động áp suất nguy hiểm). Các tiêu chuẩn như ASME Phần VIII Phân khu 1 (mã nồi hơi và bình chịu áp lực) quy định các yêu cầu hiệu suất cụ thể đối với các thiết bị an toàn và cứu trợ tự kích hoạt.

Chọn khung phân loại phù hợp cho ứng dụng của bạn

Việc hiểu nên áp dụng khung nào trong ba khung này tùy thuộc vào bối cảnh kỹ thuật cụ thể và mức độ ưu tiên ra quyết định của bạn. Nếu bạn đang thiết kế một tế bào sản xuất tự động với các xi lanh thủy lực và cần lập trình trình tự chuyển động thì việc phân loại chức năng năng lượng chất lỏng (hướng, áp suất, dòng chảy) sẽ cung cấp cấu trúc logic mà bạn cần. Sơ đồ mạch của bạn sẽ sử dụng các ký hiệu ISO 1219 tương ứng trực tiếp với các danh mục chức năng này và phương pháp khắc phục sự cố của bạn sẽ tập trung vào chức năng điều khiển nào bị lỗi.

Nếu bạn đang xây dựng một nhà máy xử lý hóa chất hoặc nhà máy lọc dầu và phát triển P&ID thì việc phân loại nhiệm vụ dịch vụ (cách ly, quy định, không hoàn trả) sẽ phù hợp với cách các kỹ sư xử lý nghĩ về kiểm soát dòng nguyên liệu. Tài liệu lịch trình van của bạn sẽ phân loại van theo nhiệm vụ bảo trì và thông số kỹ thuật vật liệu của bạn (API 6D cho van bi đường ống, IEC 60534 cho van điều khiển, API 594 cho van một chiều) tuân theo khuôn khổ này một cách tự nhiên. Sự khác biệt quan trọng đối với việc mua sắm - van bi có chức năng cách ly có thể có vật liệu trang trí, loại rò rỉ mặt tựa và kích thước bộ truyền động khác với van bi có chức năng tiết lưu có cùng kích thước.

Nếu bạn là kỹ thuật viên bảo trì cơ khí đang lên kế hoạch thay thế van trong phòng thiết bị bị tắc nghẽn hoặc bạn đang chọn các gói dẫn động thì việc phân loại chuyển động cơ học (tuyến tính, quay, tự dẫn động) sẽ đưa ra các quyết định thực tế của bạn. Bạn cần biết liệu bạn có khe hở dọc cho thân tăng hay không, liệu kiểu lắp bộ truyền động hiện tại của bạn có phù hợp với van quay một phần tư hay không và liệu bạn có thể tiếp cận van trong khi vận hành hay không. Việc phân loại này cũng ảnh hưởng đến chiến lược kiểm kê phụ tùng thay thế của bạn—thân và vòng đệm van chuyển động tuyến tính có kiểu mài mòn và quy trình thay thế khác nhau so với vòng bi và mặt tựa van quay.

Thực tế là các kỹ sư có kinh nghiệm di chuyển linh hoạt giữa các khung này tùy thuộc vào câu hỏi được trả lời. Van điều khiển trong nhà máy lọc dầu có thể được mô tả đồng thời là van điều khiển dòng chảy (chức năng năng lượng chất lỏng), van điều tiết (nhiệm vụ dịch vụ xử lý) và van chuyển động tuyến tính (thực hiện cơ học). Mỗi mô tả đều chính xác trong bối cảnh của nó và mỗi mô tả cung cấp thông tin ra quyết định khác nhau. Điều quan trọng là nhận ra rằng phân loại van không phải là một nguyên tắc phân loại cứng nhắc mà là một bộ công cụ linh hoạt về các quan điểm.

Các tiêu chuẩn van hiện đại thường kết nối nhiều khuôn khổ. Ví dụ, IEC 60534 đề cập đến các van điều khiển và giải quyết cả các yêu cầu về chức năng (đặc tính dòng chảy, khả năng điều chỉnh phạm vi) và các cân nhắc về cơ học (gắn bộ truyền động, thiết kế thân van). API 6D đề cập đến các van đường ống và chỉ định hiệu suất hoạt động của dịch vụ (các lớp cách ly và tiết lưu) đồng thời nêu chi tiết các tính năng cơ học (thân tăng so với thân không tăng, yêu cầu lắp trục). Sự tích hợp đa khung này phản ánh cách các dự án kỹ thuật thực tế đòi hỏi sự hiểu biết tổng thể thay vì kiến ​​thức phân loại riêng biệt.

Azionamento del solenoide: diretto o pilotato

Khi ai đó hỏi "ba loại van là gì", câu trả lời đúng về mặt kỹ thuật bắt đầu bằng một câu hỏi: ba loại theo hệ thống phân loại nào? Câu trả lời của kỹ sư năng lượng chất lỏng—điều khiển hướng, điều khiển áp suất và điều khiển dòng chảy—hoàn toàn có giá trị trong bối cảnh tự động hóa thủy lực và khí nén. Câu trả lời của kỹ sư xử lý—cách ly, quy định và không hoàn trả—mô tả chính xác các nhiệm vụ dịch vụ đường ống công nghiệp. Câu trả lời của kỹ sư cơ khí—chuyển động tuyến tính, chuyển động quay và tự dẫn động—phân loại chính xác các giao diện triển khai vật lý và bộ truyền động.

Sự đa dạng của các câu trả lời hợp lệ này không phải là sự thất bại trong việc tiêu chuẩn hóa mà là sự phản ánh chiều sâu và chiều rộng của kỹ thuật van. Van hoạt động ở điểm giao thoa của cơ học chất lỏng, khoa học vật liệu, thiết kế cơ khí và lý thuyết điều khiển. Các ngành kỹ thuật khác nhau phát triển một cách tự nhiên các hệ thống phân loại phù hợp với phương pháp giải quyết vấn đề và mức độ ưu tiên ra quyết định của họ.

Đối với các kỹ sư làm việc trên nhiều lĩnh vực—chẳng hạn như những người thiết kế hệ thống kiểm soát quy trình tích hợp hoặc quản lý các chương trình độ tin cậy của tài sản trên toàn nhà máy—việc hiểu rõ cả ba khuôn khổ này mang lại lợi thế chiến lược. Nó cho phép giao tiếp hiệu quả với các chuyên gia từ các nền tảng khác nhau, hỗ trợ các quyết định lựa chọn thiết bị sáng suốt hơn và tạo điều kiện cho việc phân tích lỗi toàn diện hơn. Khi một van bị hỏng, việc hỏi liệu nó có bị hỏng trong chức năng điều khiển hướng hay không, nhiệm vụ cách ly hoặc hoạt động cơ học của nó sẽ tiết lộ các khía cạnh khác nhau của nguyên nhân gốc rễ và hướng dẫn các hành động khắc phục khác nhau.

Khi công nghệ van tiến bộ với bộ định vị kỹ thuật số, giám sát không dây và thuật toán bảo trì dự đoán, các khung phân loại cơ bản này vẫn phù hợp. Van thông minh có chức năng chẩn đoán tích hợp vẫn thực hiện vai trò chức năng (kiểm soát áp suất), phục vụ nhiệm vụ xử lý (điều tiết) và hoạt động thông qua chế độ chuyển động cơ học (quay). Lớp trí tuệ kỹ thuật số nâng cao hiệu suất và độ tin cậy nhưng không thay thế nhu cầu hiểu các phân loại cơ bản này. Cho dù bạn đang chỉ định van cho một cơ sở mới, khắc phục sự cố hệ thống bị lỗi hay tối ưu hóa nhà máy hiện có, thì việc làm rõ loại phân loại nào quan trọng trong bối cảnh cụ thể của bạn là bước đầu tiên hướng tới sự xuất sắc về mặt kỹ thuật.