Van bi

Van Bi căn bản, Phân loại, Ưu và nhược điểm

Van Bi là gì?

Van bi là một van đóng ngắt và điều khiển dòng chảy của chất lỏng, khí và hơi trong hệ thống đường ống bằng cách xoay quả bi (ball) có lỗ khoan bên trong van. Tốc độ dòng chảy của lưu chất phụ thuộc vào diện tích của lỗ khoan.

Van bi là một loại van một phần tư rẽ cùng với van cắm và van bướm. Chúng có thể được vận hành bằng tay hoặc bằng cách sử dụng thiết bị truyền động. 

Các loại van bi

Hoạt động đơn giản nhất của van bi là thông qua việc sử dụng cờ lê hoặc tay gạt do người vận hành quay bằng tay. Mô-men xoắn được áp dụng để xoay cánh tay gạt một góc 90 ° theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ để mở hoặc đóng van. 

Nếu tay gạt song song với đường ống, chứng tỏ van đang mở. Nếu cánh tay gạt vuông góc với đường ống, điều đó cho thấy van đã đóng.

Van bi có nhiều kiểu dáng và tính năng để đáp ứng các nhu cầu công nghiệp khác nhau. Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật cho van bi khác nhau tùy thuộc vào ngành mà nó được sử dụng.

Cấu tạo van bi

Van bi có cấu tạo bao gồm các thành phần chính: Body, Ball, Ball seats, Stem, Gland packing, Gasket như hình bên dưới

Cấu tạo van bi
Cấu tạo van bi

Thân van (Body)

Tất cả các thành phần bên trong của van bi được chứa bên trong vỏ hoặc thân van. Nó được làm bằng kim loại cứng và rắn, nhựa nhiệt dẻo hoặc kim loại được lót bằng nhựa nhiệt dẻo để bảo vệ các thành phần của van bi.

Quả Bi (Ball)

Quả bi là một quả cầu có một lỗ ở tâm của nó. Lỗ ở tâm của nó được gọi là lỗ khoan (bore). Lỗ khoan đóng vai trò là lỗ mở dòng chảy của chất lỏng khi mặt cắt của đường ống và lỗ khoan là đồng phẳng. 

Van bi có thể có một quả bi đặc hoặc một quả bóng rỗng. Một quả bi rắn có đường kính lỗ khoan không đổi trong suốt cấu trúc của nó, giúp chất lỏng chảy trơn tru với vận tốc không đổi. 

Mặt khác, một quả bi rỗng có cấu trúc rỗng bên trong và không gian bên trong nó cho phép nhiều chất lỏng hơn đi qua van. Tuy nhiên, không gian lớn hơn tạo ra sự hỗn loạn và vận tốc lớn. Quả bi rỗng nhẹ hơn và rẻ hơn so với quả bi đặc.

Trục nối (Stem)

Trục kết nối quả bi với cơ cấu điều khiển làm quay quả bóng (tay gạt hoặc actuator). Trục có các vòng đệm như vòng chữ O và vòng đệm để làm kín trục và nắp chụp để tránh rò rỉ chất lỏng. 

Trục có thể được vận hành bằng tay bằng tay gạt hoặc vận hành bằng bộ truyền động điện, khí nén hoặc thủy lực.

Nắp chụp (bonnet)

Nắp chụp là phần mở rộng của vỏ van chứa và bảo vệ trục cũng như bộ phận làm kín của nó. Nó có thể được hàn hoặc bắt vít vào thân. Nó cũng được làm bằng kim loại cứng và nó che lỗ mở được tạo ra từ việc kết nối trục với cơ cấu điều khiển bên ngoài.

Ball seat (Mặt tựa làm kín cho quả bi)

Các mặt tựa (seat) cung cấp sự bít kín giữa quả bi và thân của nó. Seat thượng lưu tiếp giáp với phía đầu vào của van. Seat hạ lưu ở phía đối diện tiếp giáp với phía xả của van.

Các loại van bi

Van bi có thể được phân loại dựa vào cấu trúc thân (vỏ), Thiết kế của quả bi, Hình dạng lỗ khoan

Phân loại dựa theo cấu trúc thân

Van bi một mảnh

Van bi một mảnh có thân được đúc một mảnh là nơi chứa các bộ phận bên trong của van bi. Điều này giúp loại bỏ nguy cơ rò rỉ chất lỏng ra khỏi van. Van bi một mảnh là loại van bi rẻ nhất và luôn có lỗ khoan nhỏ hơn. 

Van bi một mảnh hàn phổ biến hơn nhưng không thể tháo rời để vệ sinh và sửa chữa khi bị hỏng; do đó, nó chỉ được sử dụng cho các ứng dụng có khả năng tích tụ hạt thấp và nơi vệ sinh không phải là mối quan tâm lớn. 

Mặt khác, van bi một mảnh vặn có thể được làm sạch, bảo dưỡng và sửa chữa, nhưng việc tháo dỡ cần có các công cụ đặc biệt.

Van bi hai mảnh

Van bi hai mảnh bao gồm vỏ được chia thành hai mảnh được lắp vào nhau. Phần chính chứa quả bóng và một kết nối với một đầu, và phần còn lại giữ các thành phần bên trong với nhau và có kết nối với đầu kia.

van bi 2 mảnh
van bi 2 mảnh (two piece ball valve)

 

Vỏ hai mảnh là loại phổ biến nhất trong số các van bi. Hai bộ phận này có thể được tháo rời để vệ sinh, bảo dưỡng và kiểm tra nhưng yêu cầu tháo van ra khỏi đường ống.

Van bi ba mảnh

Van bi ba mảnh bao gồm vỏ cho các bộ phận bên trong van được lắp và giữ với nhau bằng các kết nối bu lông ở hai đầu của van. Các đầu được ren hoặc hàn vào đường ống chính.

Van bi 3 mảnh kết nối bích
Van bi 3 mảnh kết nối bích

Van bi ba mảnh được sử dụng cho các ứng dụng phụ thuộc nhiều vào van mà các hoạt động bảo trì của chúng phải thường xuyên được thực hiện. Chúng có thể được làm sạch và bảo dưỡng một cách dễ dàng và seat và đệm kín của chúng có thể được thay thế thường xuyên bằng cách chỉ cần lấy thân van ra mà không làm phiền hai đầu. 

Van bi ba mảnh thường được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống và dược phẩm, nơi vệ sinh là rất quan trọng đối với sự an toàn và chất lượng sản phẩm.

Đọc thêm: Van Điều Khiển Là Gì? Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động

Phân loại theo thiết kế quả bi

Floating Ball Valve

Floating ball là thiết kế bi phổ biến nhất trong các loại van bi. Quả bi được treo bên trong van và tự do di chuyển theo phương ngang khi van ở vị trí đóng. Nó được kẹp giữa hai seat (mặt tựa làm kín) có hỗ trợ van và giữ nó ở vị trí. 

Quả bi được nối với trục (stem) trong một rãnh ở một đầu trong khi đầu kia tự do. Khi van ở vị trí mở, kết nối trục với rãnh ở đầu quả bóng sẽ ngăn chặn quả bóng di chuyển theo phương ngang.

Cấu tạo floating ball valve
Cấu tạo floating ball valve

Hoạt động làm kín chỉ phụ thuộc vào áp suất chất lỏng. Trong quá trình hoạt động của van bi nổi, áp suất đầu vào của chất lỏng sẽ ép quả bóng đến bệ đầu ra, ngăn cản chất lỏng thoát ra khỏi thân van. Áp suất chất lỏng lên quả bóng và ghế ngồi cao hơn khi van bi ở vị trí đóng.

Van bi floating có thiết kế đơn giản nhất. Chúng có đường kính nhỏ hơn và phù hợp với chất lỏng và khí hoạt động dưới áp suất thấp đến trung bình. Ứng dụng của van bi nổi bị giới hạn bởi lượng áp suất mà seat có thể chịu được. 

Ở áp suất chất lỏng cao, seat có thể bị biến dạng do áp suất của quả bi có thể ảnh hưởng đến đặc tính làm kín của van dưới áp suất thấp. Hơn nữa, mô-men xoắn để quay trục phụ thuộc vào lực cần thiết để chống lại cùng một lực chất lỏng tác động lên quả bi và vòng đệm.

Trunnion Ball Valves

Trong van bi Trunnion, bi được đỡ bởi một trục bổ sung ở đáy của nó được gọi là trục van. Điều này giữ quả bi ở đúng vị trí của nó và hạn chế chuyển động của quả bi theo trục của nó. Quả bi chỉ có thể chuyển động nếu trục van quay. 

Van bi Trunnion cũng có tính năng seat lò xo. Áp suất chất lỏng đầu vào sẽ kích hoạt các lò xo hướng tới quả bi được giữ bởi trục, tạo ra một vòng đệm chặt chẽ.

Van bi Trunnion có nhiều loại đường kính từ nhỏ đến lớn, nhưng nó đắt hơn so với thiết kế bi nổi (floating). 

Chúng có thể hoạt động hiệu quả trong một loạt các áp suất và chúng lý tưởng cho các ứng dụng áp suất cao vì áp suất chất lỏng cũng được phân tán đến trục và lò xo của seat. Do đó, chúng dễ vận hành hơn với mô-men xoắn hoạt động thấp hơn hoặc bộ truyền động nhỏ hơn.

Vented Ball valve

Van bi thông hơi (Vented Ball valve) được cấu tạo và hoạt động giống như van bi tiêu chuẩn, ngoại trừ việc bi thông hơi có các lỗ nhỏ được khoan vào bên của nó. 

Khi van đóng, lỗ được dẫn đến phía đầu ra hoặc đầu vao của van. Lỗ khoan được sử dụng để thoát khí bị mắc kẹt gây ra sự tích tụ áp suất bên trong van, để tránh rò rỉ, hỏng van và nổ.

Van bi thông hơi được sử dụng trong các hệ thống khí nén, xử lý đông lạnh và vận chuyển chất lỏng dễ bay hơi còn được gọi là “van đông lạnh” vì tính hữu ích của chúng trong xử lý đông lạnh.

Đọc thêm: Cách chọn Van Công Nghiệp phù hợp

Phân loại Van Bi theo hình dạng lỗ khoan

Full Bore Ball Valve

Một lỗ khoan đầy đủ (full bore) có đường kính lỗ khoan tương tự như đường kính ống. Diện tích dòng chảy của chất lỏng đối với van có lỗ khoan đầy đủ không đổi, do đó lực cản dòng chảy của loại này là rất thấp. Tổn thất ma sát tối thiểu gặp phải trong quá trình chất lỏng chảy; do đó sụt áp thấp. 

Full bore ball valve
Full bore ball valve

Sự sụt giảm áp suất cao trong hệ thống đường ống gây khó khăn hơn cho việc bơm. Tuy nhiên, vì đường kính lỗ khoan phải bằng với kích thước đường ống, nó yêu cầu kích thước quả bi và vỏ lớn hơn, điều này làm cho nó đắt hơn so với loại Reduce Bore Ball Valve (đường kính giảm).

Van bi full bore cũng được sử dụng để truyền tải chất lỏng có hỗn hợp chất rắn, nơi hạn chế dòng chảy gây ra sự tích tụ của các hạt cuối cùng có thể gây ra sự phân tách của hỗn hợp sẽ chảy qua nó.

Reduced Bore Ball Valve

Reduced Bore có đường kính lỗ khoan nhỏ hơn đường kính ống (kết nối). Mức giảm thực tế được xác định theo thỏa thuận giữa nhà sản xuất và khách hàng. Khu vực dòng chảy của chất lỏng trở nên hẹp hơn ở đầu ra hạ lưu, do đó có tổn thất ma sát được đưa vào dẫn đến giảm áp suất. 

Reduced bore ball valve
Reduced bore ball valve

Van bi có lỗ khoan giảm phổ biến hơn van bi có đường kính đầy đủ. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng mà tốc độ dòng chảy và sự hỗn loạn của sản phẩm không phải là mối quan tâm tiềm ẩn và không có khả năng xảy ra tích tụ hạt. 

Lỗ nhỏ hơn ít tốn kém hơn so với lỗ đầy đủ vì nó yêu cầu kích thước quả bi và vỏ nhỏ hơn. So với các loại van khác, van bi giảm áp có độ sụt áp tương đối nhỏ hơn.

Van bi phân đoạn (Segmented Ball Valve)

Van bi phân đoạn có khía hình chữ V trên quả bóng của nó. Van bi phân đoạn có khả năng kiểm soát tốc độ dòng chảy tốt, tùy thuộc vào chuyển động quay của bi. Bên cạnh đó, nó cũng có khả năng tắt mở tốt. 

Đặc tính dòng chảy trong van bi phân đoạn tiến tới đặc tính dòng chảy phần trăm bằng nhau. Tốc độ dòng chảy trong van bi phân đoạn tăng theo cấp số nhân khi quả bóng đạt đến vị trí mở hoàn toàn.

Các loại van bi khác

Cavity-Filled Ball Valve

Van bi đầy khoang (Cavity Filled) có thiết kế mặt tựa (Seat) lấp đầy khoảng trống giữa quả bi và thân của nó. Điều này giúp loại bỏ khả năng môi chất bị mắc kẹt hoặc các hạt tích tụ theo thời gian xung quanh quả bi có thể gây nhiễm bẩn hoặc chặn dòng chất lỏng. 

Van bi đầy đầy dễ vệ sinh và bảo trì hơn.Van bi đầy lỗ có giá trị trong các ngành công nghiệp nơi vệ sinh là rất quan trọng, chẳng hạn như trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và chế biến sinh học. Chúng lý tưởng trong việc xử lý hỗn hợp rắn-lỏng như bùn.

Van bi đa cổng (Multi-Port Ball Valve)

Van bi nhiều cổng được sử dụng để chuyển hướng, kết hợp, tách hoặc tắt nhiều dòng môi chất thông qua việc sử dụng một quả bóng có lỗ hình chữ L hoặc hình chữ T được phân đoạn ở giữa của nó. 

Dòng chảy thượng lưu đến đầu vào của van nhiều cổng có thể được chia thành nhiều dòng đầu ra. Nó có thể phân chia một dòng chảy, nhưng không thể phân phối dòng chảy đến các dòng đầu ra của nó theo tốc độ dòng chảy được xác định trước. 

Nó cũng có thể nối nhiều dòng chảy thành một dòng duy nhất, hoặc đơn giản là thay đổi hướng của dòng chất lỏng. Sơ đồ dưới đây cho thấy các cấu hình dòng chảy có thể có của van bi đa cổng hình chữ L và hình chữ T.

Đọc thêm: Van Bướm căn bản, Phân loại và Ưu nhược điểm

Ưu điểm và Nhược điểm

Ưu điểm

Những lợi ích của việc sử dụng van bi là:

  • Van bi gây ra giảm áp suất thấp so với các loại van khác vì dòng chảy có hạn chế tối thiểu. Trong chất lỏng, áp suất giảm cao qua van có thể gây ra hiện tượng hỗn loạn và tạo khe hở. Sự tạo khoang xảy ra khi áp suất chất lỏng giảm xuống dưới áp suất tới hạn, pha hơi của chất lỏng được hình thành. Khi áp suất phục hồi, bong bóng xẹp xuống làm hỏng van.
  • Vì nó chỉ yêu cầu một phần tư lần lượt để tắt hoặc mở hoàn toàn, các van bi ngay lập tức hạn chế hoặc cho phép dòng chảy. Ưu điểm này rất quan trọng để kiểm soát mức chất lỏng của bể hoặc bể chứa.
  • Cần một lượng nhỏ mô-men xoắn hoặc một cơ cấu truyền động nhỏ để làm quay van bi.
  • Bôi trơn là không cần thiết vì đặc tính bề mặt của Seat.
  • Van bi giúp giảm nguy cơ rò rỉ vì bi đóng chặt vào mặt tựa (Seat). Sự làm kín được thực hiện bởi áp suất chất lỏng.
  • Một số thiết kế van bi có sẵn để đáp ứng một ứng dụng cụ thể. Một số thiết kế van bi có tính năng giảm áp, điều khiển tốc độ dòng chảy thay đổi, chia dòng và trộn, v.v.
  • Van bi tương đối rẻ hơn.

Nhược điểm

Có một số hạn chế mà người sử dụng phải nhớ để duy trì chức năng của van bi:

  • Van bi không được khuyến khí cho ứng dụng điều tiết lưu lượng. Do khi van ở vị trí điều tiết (tức vị trí mở 1 phần), các mặt tựa (seat) tiếp xúc với dòng chảy vận tốc tốc cao và lực nén nhiều hơn dễ gây ra hiện tượng xói mòn.
  • Van bi tiêu chuẩn có thể được sử dụng trong điều tiết khí áp suất thấp. Van bi phân đoạn có thể được sử dụng trong các ứng dụng điều tiết hạn chế. Tuy nhiên, van bi tiên tiến với thiết kế cải tiến hoặc Seat được làm từ vật liệu chế tạo phù hợp cho các ứng dụng điều tiết được bán trên thị trường.
  • Ứng dụng bị giới hạn bởi nhiệt độ làm việc tối đa cho phép của seat. Đối với nhiệt độ cao hơn, seat kim loại hoặc gốm là một lựa chọn thay thế.
  • Các hạt lơ lửng có thể tích tụ giữa thân và quả bi, gây rò rỉ, xói mòn và hỏng van. Do đó, nên bảo dưỡng thường xuyên van bi khi dùng xử lý bùn và huyền phù.

Cảm ơn bạn đã đọc bài chia sẻ

Chúc bạn thành công!

Tâm Mr. – Admin

Bài viết cùng chuyên mục:

  1. Van màng là gì? Cấu tạo, phân loại, Cân nhắc lựa chọn
  2. Van Bướm căn bản, Phân loại và Ưu nhược điểm
  3. Cách chọn Van Công Nghiệp phù hợp
  4. Van Điều Khiển Là Gì? Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động
  5. Van điện từ (Solenoid Valve) là gì? Phân loại, Nguyên lý và Ứng dụng
  6. Van điều áp (Pressure Regulator) là gì? Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động
  7. Van An Toàn Là Gì? Các Loại Và Nguyên Lý Hoạt Động

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.