Van truyền động khí nén: Nguyên lý hoạt động, các loại

Trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp,Van truyền động khí nénVan điều khiển khí nén là một thành phần thiết yếu trong việc kiểm soát chất lỏng, mang lại hiệu quả, độ tin cậy và an toàn trong nhiều lĩnh vực như dầu khí, xử lý hóa chất, phát điện và xử lý nước. Hướng dẫn chi tiết này phân tích những kiến ​​thức cơ bản về Van điều khiển khí nén, giúp các chuyên gia và người mua nắm bắt thông tin quan trọng một cách nhanh chóng.

Van truyền động khí nén là gì

Van truyền động khí nénVan khí nén, thường được gọi đơn giản là van khí nén, là thiết bị điều chỉnh lưu lượng tự động được cung cấp năng lượng bởi khí nén. Chúng sử dụng bộ truyền động khí nén để mở, đóng hoặc điều chỉnh hoạt động của van, cho phép kiểm soát chính xác lưu lượng, áp suất và nhiệt độ của khí, chất lỏng và hơi nước trong đường ống. So với van truyền thống, van truyền động khí nén có thời gian phản hồi nhanh hơn, vận hành dễ dàng và khả năng điều khiển từ xa, lý tưởng cho môi trường khắc nghiệt, sử dụng tần suất cao và các hệ thống tự động đòi hỏi sự can thiệp tối thiểu của con người.

Van truyền động khí nén hoạt động như thế nào

Van truyền động khí nén hoạt động theo nguyên tắc “áp suất không khí dẫn động cơ học”. Quá trình này bao gồm ba bước chính:

1. Tiếp nhận tín hiệu:Hệ thống điều khiển (ví dụ: PLC hoặc DCS) gửi tín hiệu khí nén (thường là 0,2–1,0 MPa) qua đường ống dẫn khí đến bộ truyền động.
2. Chuyển đổi năng lượng:Pít-tông hoặc màng ngăn của bộ truyền động chuyển đổi năng lượng khí nén thành lực cơ học.
3. Hoạt động của van:Lực này khiến lõi van (ví dụ: bi, đĩa hoặc cổng) quay hoặc di chuyển theo đường thẳng, điều chỉnh lưu lượng hoặc đóng môi trường.
   Nhiều van truyền động khí nén bao gồm cơ chế hồi phục lò xo có thể tự động đặt lại van về vị trí an toàn (mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn) trong trường hợp mất nguồn cung cấp khí, giúp tăng cường an toàn cho hệ thống.

Các thành phần chính của van truyền động khí nén

Van truyền động khí nénbao gồm ba thành phần cốt lõi hoạt động cùng nhau để đảm bảo kiểm soát chất lỏng hiệu quả.

Bộ truyền động khí nén

Bộ truyền động là nguồn điện của Van truyền động khí nén, biến áp suất không khí thành chuyển động cơ học. Các loại phổ biến bao gồm:

• Bộ truyền động piston:Sử dụng thiết kế xi lanh-piston cho mô-men xoắn đầu ra cao, phù hợp cho các ứng dụng đường kính lớn và áp suất cao. Có sẵn ở dạng tác động kép (dẫn động bằng khí nén theo cả hai hướng) hoặc tác động đơn (lò xo hồi).

• Bộ truyền động màng ngăn:Có màng ngăn cao su giúp thiết kế đơn giản và chống ăn mòn, lý tưởng cho van có áp suất thấp đến trung bình và kích thước nhỏ.

• Scotch và Yoke:Bộ truyền động khí nén cung cấp khả năng quay chính xác 90 độ, khiến chúng trở thành giải pháp truyền động lý tưởng để bật/tắt nhanh chóng hoặc kiểm soát định lượng trong van bi, van bướm và van chặn.

• Thanh răng và bánh răng:Được dẫn động bằng piston kép, các bộ truyền động khí nén này có cả cấu hình tác động kép và tác động đơn (lò xo hồi vị). Chúng cung cấp lực đáng tin cậy để vận hành van điều khiển tuyến tính và van điều khiển quay.

Các thông số chính bao gồm mô-men xoắn đầu ra, tốc độ vận hành và phạm vi áp suất, phải phù hợp với thông số kỹ thuật của van và nhu cầu vận hành.

Thân van

Van giao tiếp trực tiếp với môi trường và điều chỉnh lưu lượng của nó. Các bộ phận quan trọng bao gồm:

• Thân van:Vỏ chính chịu được áp suất và chứa môi trường; vật liệu (ví dụ: thép cacbon, thép không gỉ) được lựa chọn dựa trên tính chất của chất lỏng.
• Lõi van và đế van:Các thành phần này hoạt động cùng nhau để điều chỉnh lưu lượng bằng cách thay đổi khoảng cách giữa chúng, đòi hỏi độ chính xác cao, khả năng chống mài mòn và khả năng chống ăn mòn.
• Thân cây:Kết nối bộ truyền động với lõi van, truyền lực trong khi vẫn duy trì độ cứng và độ kín khít.

Phụ kiện khí nén

Phụ kiện tăng cường độ chính xác điều khiển và tính ổn định vận hành cho Van truyền động khí nén:

• Người định vị:Chuyển đổi tín hiệu điện (ví dụ: 4–20 mA) thành tín hiệu áp suất không khí chính xác để định vị van chính xác.
• Bộ điều chỉnh bộ lọc:Loại bỏ tạp chất và độ ẩm khỏi khí nén đồng thời ổn định áp suất.
• Van điện từ:Cho phép điều khiển bật/tắt từ xa thông qua tín hiệu điện.
• Công tắc giới hạn:Cung cấp phản hồi về vị trí van để theo dõi hệ thống.
• Bộ khuếch đại không khí:Tăng cường tín hiệu không khí để tăng tốc phản ứng của bộ truyền động trong các van lớn.

Phân loại van truyền động khí nén

Van truyền động khí nénđược phân loại theo thiết kế, chức năng và ứng dụng:

Van bi truyền động khí nén

Sử dụng bi xoay để kiểm soát dòng chảy. Ưu điểm: Độ kín tuyệt vời (không rò rỉ), lực cản dòng chảy thấp, vận hành nhanh và kích thước nhỏ gọn. Các loại bi bao gồm thiết kế bi nổi và bi cố định, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp dầu khí, hóa chất và xử lý nước.

Van bướm điều khiển khí nén

Có đĩa xoay để điều chỉnh lưu lượng. Ưu điểm: Cấu trúc đơn giản, nhẹ, tiết kiệm chi phí và phù hợp với đường kính lớn. Phổ biến trong các hệ thống nước, thông gió và HVAC. Các lựa chọn làm kín bao gồm phớt mềm (cao su) cho áp suất thấp và phớt cứng (kim loại) cho nhiệt độ cao.

Van cổng truyền động khí nén

Sử dụng cổng di chuyển theo chiều dọc để mở hoặc đóng. Ưu điểm: Độ kín khít, lực cản dòng chảy tối thiểu khi mở hoàn toàn và khả năng chịu áp suất/nhiệt độ cao. Lý tưởng cho đường ống hơi nước và vận chuyển dầu thô nhưng vận hành chậm hơn.

Van cầu truyền động khí nén

Sử dụng lõi dạng nút hoặc kim để điều chỉnh lưu lượng chính xác. Ưu điểm: Kiểm soát chính xác, bịt kín đáng tin cậy và linh hoạt cho môi trường áp suất cao/nhớt. Phổ biến trong các hệ thống hóa chất và thủy lực, mặc dù có lực cản dòng chảy cao hơn.

Tắt van(SDV)

Được thiết kế để cách ly khẩn cấp, thường được đóng kín an toàn. Chúng kích hoạt nhanh chóng (phản hồi ≤1 giây) khi có tín hiệu, đảm bảo an toàn khi xử lý môi trường nguy hiểm (ví dụ: trạm khí đốt tự nhiên, lò phản ứng hóa học).

Ưu điểm của van truyền động khí nén

Những lợi ích chính thúc đẩy việc áp dụng công nghiệp:

• Hiệu quả:Phản hồi nhanh (0,5–5 giây) hỗ trợ các hoạt động tần suất cao.
• Sự an toàn:Không có rủi ro về điện, phù hợp với môi trường dễ nổ hoặc ăn mòn; lò xo hồi vị tăng cường khả năng bảo vệ an toàn.
• Dễ sử dụng:Điều khiển từ xa và tự động giúp giảm bớt lao động thủ công.
• Độ bền:Các bộ phận cơ khí đơn giản có độ mài mòn thấp, bảo trì tối thiểu và tuổi thọ cao (trung bình 8–10 năm).
• Khả năng thích ứng:Vật liệu và phụ kiện có thể tùy chỉnh có thể xử lý nhiều điều kiện khác nhau như nhiệt độ cao, ăn mòn hoặc môi trường chứa nhiều hạt.

Van truyền động khí nén so với van điện

Van điều khiển khí nén so với van điều khiển thủ công

Ứng dụng chính của van truyền động khí nén

Van truyền động khí nén có tính linh hoạt trong nhiều ngành công nghiệp:

• Dầu khí:Khai thác dầu thô, lọc dầu và lò phản ứng hóa học cho chất lỏng có áp suất/nhiệt độ cao.
• Sản xuất điện:Kiểm soát hơi nước và nước làm mát trong các nhà máy nhiệt điện/hạt nhân.
• Xử lý nước:Điều tiết lưu lượng trong nhà máy cấp nước và xử lý nước thải.
• Khí thiên nhiên:Tắt đường ống và trạm để đảm bảo an toàn.
• Thực phẩm & Dược phẩm:Van đạt tiêu chuẩn vệ sinh (ví dụ: thép không gỉ 316L) để xử lý vô trùng.
• Luyện kim:Hệ thống làm mát/thủy lực trong các nhà máy nhiệt độ cao, nhiều bụi.

Lắp đặt và bảo trì van truyền động khí nén

Thiết lập và chăm sóc đúng cách đảm bảo hiệu suất lâu dài của bạnVan truyền động khí nén.

Hướng dẫn cài đặt

• Lựa chọn:Phù hợp loại van, kích thước và vật liệu với đặc tính của môi trường (ví dụ: nhiệt độ, áp suất) để tránh kích thước van quá nhỏ hoặc quá lớn.
• Môi trường:Lắp đặt tránh ánh nắng trực tiếp, nhiệt độ cao hoặc rung động; lắp bộ truyền động theo chiều dọc để thoát nước dễ dàng.
• Đường ống:Căn chỉnh van theo hướng dòng chảy (xem mũi tên trên thân van); làm sạch bề mặt bịt kín và siết chặt bu lông đều trên các kết nối mặt bích.
• Cung cấp không khí:Sử dụng không khí khô, đã lọc với đường ống chuyên dụng; duy trì áp suất ổn định trong phạm vi định mức của bộ truyền động.
• Kết nối điện:Bộ định vị dây/van điện từ được lắp đúng cách với lớp chắn nối đất để tránh nhiễu; kiểm tra hoạt động của van sau khi lắp đặt.

Bảo trì và Chăm sóc

• Vệ sinh:Lau bề mặt van hàng tháng để loại bỏ bụi, dầu và cặn bẩn; tập trung vào các khu vực bịt kín.
• Bôi trơn:Bôi trơn trục và các bộ phận truyền động bằng loại dầu phù hợp (ví dụ: loại chịu nhiệt độ cao) sau mỗi 3–6 tháng.
• Kiểm tra niêm phong:Kiểm tra định kỳ xem có rò rỉ ở van và lõi van không; thay thế phớt (vòng đệm chữ O) nếu cần.
• Bảo trì phụ kiện:Kiểm tra bộ định vị, van điện từ và bộ lọc sau mỗi 6–12 tháng; vệ sinh các bộ phận lọc và hiệu chuẩn lại bộ định vị.
• Khắc phục sự cố:Xử lý kịp thời các vấn đề thường gặp như kẹt (dọn sạch mảnh vụn), hoạt động chậm (kiểm tra áp suất không khí) hoặc rò rỉ (siết chặt bu lông/thay thế phớt).
• Kho:Bịt kín các cổng van không sử dụng, giảm áp suất bộ truyền động và bảo quản ở nơi khô ráo; thỉnh thoảng xoay lõi van để tránh bị kẹt phớt.