Van bướm là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van bướm

Van bướm (còn gọi là van cánh bướm) là một loại van công nghiệp có thiết kế đơn giản, thường được sử dụng để đóng/mở hoặc điều tiết lưu lượng dòng chảy trong đường ống, đặc biệt phù hợp với hệ thống có áp suất thấp đến trung bình. Bộ phận điều khiển chính của van là đĩa van (cánh bướm), có thể quay quanh trục để thay đổi trạng thái mở hoặc đóng của dòng chảy.

Van bướm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều môi trường làm việc khác nhau như nước sạch, nước thải, khí nén, hơi nước, dầu, hóa chất và một số môi chất có tính ăn mòn hoặc chứa tạp chất. Nhờ khả năng vận hành linh hoạt, loại van này thường xuất hiện trong các hệ thống cấp thoát nước, ngành dầu khí, hóa chất, năng lượng, xử lý nước và hệ thống HVAC.

Trong những năm gần đây, nhiều doanh nghiệp trong ngành van công nghiệp đã nghiên cứu và phát triển các dòng van bướm thế hệ mới như van bướm kín kim loại hai chiều có khả năng tự thích ứng áp suất, hoặc các loại van bướm lệch tâm ba lớp giúp tăng độ kín khít và ổn định khi làm việc trong môi trường nhiệt độ thấp hoặc áp suất cao.

Lịch sử phát triển van bướm

Van bướm được phát minh tại Hoa Kỳ vào những năm 1930, được du nhập vào Nhật Bản vào những năm 1950 và được sử dụng rộng rãi tại đây vào những năm 1960. Việc phổ biến van bướm tại Việt Nam chỉ bắt đầu từ những năm 1970 thông qua các dòng sản phẩm nhập khẩu. Các đặc điểm chính của van bướm là: mô-men xoắn vận hành thấp, không gian lắp đặt nhỏ và trọng lượng nhẹ. Ví dụ, van bướm DN1000 nặng khoảng 2 tấn, trong khi van cổng nặng khoảng 3,5 tấn. Van bướm cũng dễ dàng kết hợp với nhiều thiết bị truyền động khác nhau và có độ bền, độ tin cậy cao. Một nhược điểm của van bướm có gioăng cao su là việc sử dụng không đúng cách trong quá trình điều tiết có thể dẫn đến hiện tượng xâm thực, làm cho gioăng cao su bị bong tróc và hư hỏng. Do đó, việc lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào điều kiện vận hành.

Mối quan hệ giữa độ mở và lưu lượng của van bướm về cơ bản là tuyến tính. Tuy nhiên, khi được sử dụng để điều khiển lưu lượng, đặc tính lưu lượng của nó có liên quan chặt chẽ đến điện trở của đường ống. Ví dụ, nếu hai đường ống có van cùng đường kính và loại nhưng hệ số tổn hao đường ống khác nhau, lưu lượng của van sẽ khác nhau đáng kể. Nếu van ở trạng thái tiết lưu lớn, hiện tượng xâm thực có thể dễ dàng xảy ra ở mặt sau của tấm van, có khả năng làm hỏng van. Thông thường, nó được sử dụng ở góc lớn hơn 15°.

Khi van bướm ở vị trí mở trung gian, khe hở được tạo bởi thân van và đầu trước của tấm bướm, nằm ở trung tâm trục van, dẫn đến các trạng thái khác nhau ở hai bên. Một phía của tấm bướm chuyển động theo hướng dòng chảy của nước, trong khi phía kia chuyển động ngược chiều dòng chảy. Do đó, một phía của thân van và tấm van tạo thành một khe hở giống như vòi phun, trong khi phía kia giống như một lỗ tiết lưu. Tốc độ dòng chảy ở phía vòi phun nhanh hơn nhiều so với phía tiết lưu, và áp suất âm được tạo ra bên dưới van ở phía tiết lưu, thường dẫn đến việc các vòng đệm cao su bị bong ra.

Mô-men xoắn hoạt động của van bướm thay đổi tùy thuộc vào độ mở và hướng đóng mở của van. Đối với van bướm lắp ngang, đặc biệt là van có đường kính lớn, mô-men xoắn tạo ra do chênh lệch áp suất trên và dưới trục van cũng rất đáng kể. Ngoài ra, khi lắp đặt khuỷu nối ở phía đầu vào của van, nó sẽ tạo ra sự lệch hướng dòng chảy, làm tăng mô-men xoắn. Khi van ở vị trí mở trung gian, cơ cấu vận hành cần tự khóa do tác động của mô-men xoắn dòng nước.

Hiện nay, chuỗi cung ứng van công nghiệp tại Việt Nam chủ yếu phụ thuộc vào các dòng sản phẩm nhập khẩu, nhưng chưa phải là thị trường tự chủ hoàn toàn. Mặc dù Việt Nam đã nằm trong nhóm các thị trường tiêu thụ thiết bị công nghiệp lớn, chất lượng và khả năng cung ứng các dòng van cao cấp vẫn còn hạn chế. Các vấn đề như mức độ phân phối chưa đồng đều, năng lực nghiên cứu – phát triển sản phẩm thay thế nhập khẩu còn yếu và trình độ công nghệ sản xuất chưa đồng bộ vẫn tồn tại, dẫn đến sự phụ thuộc lớn vào nguồn hàng nhập khẩu.

Số lượng các đơn vị có khả năng cung ứng van công nghiệp đạt tiêu chuẩn quốc tế trong nước còn khá ít. Tuy nhiên, quá trình chuyển dịch của ngành van tại Việt Nam đang mang lại nhiều cơ hội lớn, giúp thị trường ngày càng phát triển theo hướng chuyên nghiệp và tiêu chuẩn hóa hơn. Con đường phát triển các dòng van cao cấp trong nước vẫn còn nhiều thách thức, đặc biệt là ở các linh kiện cơ bản – vốn là yếu tố then chốt quyết định chất lượng sản phẩm.

Trong những năm gần đây, định hướng phát triển của ngành công nghiệp thiết bị tại Việt Nam tập trung vào việc tăng cường nội địa hóa và giảm phụ thuộc vào hàng nhập khẩu. Nhiều giải pháp được đưa ra như tiếp thu công nghệ từ các sản phẩm nhập khẩu, áp dụng tiêu chuẩn quốc tế trong thiết kế và thử nghiệm, cũng như nghiên cứu vật liệu và cải tiến quy trình sản xuất. Đây được xem là hướng đi quan trọng để nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành van trong nước.

Ngành công nghiệp van đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế – kỹ thuật, là một mắt xích thiết yếu trong hệ thống thiết bị công nghiệp. Tuy nhiên, do khoảng cách về công nghệ, nhiều loại van có yêu cầu kỹ thuật cao như áp suất lớn, nhiệt độ cao hoặc môi trường đặc biệt hiện vẫn phải sử dụng sản phẩm nhập khẩu. Các thương hiệu quốc tế từ châu Âu và một số khu vực phát triển vẫn giữ vai trò chủ đạo trong nhiều dự án công nghiệp tại Việt Nam.

Để thúc đẩy phát triển ngành van, các định hướng chung hiện nay tập trung vào việc chuẩn hóa thiết kế theo tiêu chuẩn quốc tế, tiếp thu công nghệ tiên tiến, cải tiến vật liệu và nâng cao chất lượng kiểm định sản phẩm. Đồng thời, việc tham khảo các dòng van nhập khẩu chất lượng cao cũng giúp nâng cao mặt bằng kỹ thuật chung của thị trường.

Trong bối cảnh tái cấu trúc ngành công nghiệp, cạnh tranh trong tương lai sẽ tập trung vào chất lượng sản phẩm, độ an toàn và thương hiệu. Các sản phẩm van sẽ phát triển theo hướng thông số kỹ thuật cao hơn, khả năng chống ăn mòn tốt hơn và tuổi thọ dài hơn. Thông qua đổi mới công nghệ và cải tiến liên tục, ngành van tại Việt Nam đang từng bước nâng cao năng lực để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường, trong đó các dòng van nhập khẩu vẫn đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn hiện tại.

Nguyên lý hoạt động van bướm

Van bướm là loại van sử dụng một bộ phận đóng mở hình đĩa có thể xoay khoảng 90° để mở, đóng hoặc điều chỉnh lưu lượng môi chất. Van bướm không chỉ có cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, tiết kiệm vật liệu, kích thước lắp đặt nhỏ gọn, mô-men xoắn thấp, dễ dàng và nhanh chóng vận hành, mà còn đồng thời sở hữu đặc tính điều chỉnh lưu lượng và làm kín tuyệt vời, khiến chúng trở thành một trong những loại van phát triển nhanh nhất trong các thập kỷ gần đây trên thị trường thiết bị công nghiệp nhập khẩu và phân phối. Việc sử dụng van bướm rất phổ biến. Sự đa dạng và số lượng sử dụng tiếp tục mở rộng, và chúng đang phát triển theo hướng chịu nhiệt độ cao, áp suất cao, đường kính lớn, hiệu suất làm kín cao, tuổi thọ cao, đặc tính điều chỉnh tuyệt vời và ứng dụng đa chức năng. Độ tin cậy và các chỉ số hiệu suất khác của chúng đã đạt đến mức cao.

Nhờ ứng dụng cao su tổng hợp kháng hóa chất trong van bướm nhập khẩu, hiệu suất của van bướm đã được cải thiện. Cao su tổng hợp sở hữu các đặc tính như khả năng chống ăn mòn, chống mài mòn, độ ổn định kích thước, độ đàn hồi tốt, dễ tạo hình và chi phí thấp. Hơn nữa, có thể lựa chọn các loại cao su tổng hợp có đặc tính khác nhau để đáp ứng các điều kiện vận hành cụ thể của van bướm trong hệ thống công nghiệp.

Do polytetrafluoroethylene (PTFE) có khả năng chống ăn mòn mạnh, hiệu suất ổn định, không bị lão hóa, hệ số ma sát thấp, dễ tạo hình và có độ ổn định kích thước, và hiệu suất tổng thể có thể được cải thiện bằng cách thêm các chất độn thích hợp để thu được vật liệu làm kín van bướm có độ bền tốt hơn và hệ số ma sát thấp hơn, khắc phục những hạn chế của cao su tổng hợp, các vật liệu polyme phân tử cao tiêu biểu như PTFE và các vật liệu cải tiến bằng chất độn của chúng đã được ứng dụng rộng rãi trong các dòng van bướm nhập khẩu. Điều này giúp cải thiện hơn nữa hiệu suất của van bướm, dẫn đến phạm vi nhiệt độ và áp suất rộng hơn, hiệu suất làm kín đáng tin cậy và tuổi thọ cao hơn.

Để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng công nghiệp liên quan đến nhiệt độ cao và thấp, khả năng chống ăn mòn mạnh và tuổi thọ cao, các dòng van bướm làm kín kim loại theo tiêu chuẩn quốc tế và hàng nhập khẩu đã trải qua quá trình phát triển đáng kể. Với việc ứng dụng các vật liệu chịu nhiệt độ cao, chịu nhiệt độ thấp, chống ăn mòn mạnh, chống mài mòn mạnh và hợp kim cường độ cao, việc sử dụng chúng trong các lĩnh vực công nghiệp đòi hỏi điều kiện làm việc khắc nghiệt đã trở nên phổ biến. Điều này đã dẫn đến sự ra đời của các van bướm có đường kính lớn (9~750mm), áp suất cao (42.0MPa) và phạm vi nhiệt độ rộng (-196~606℃), từ đó nâng công nghệ van bướm nhập khẩu lên một tầm cao mới.

Van bướm có điện trở dòng chảy thấp khi mở hoàn toàn. Khi mở ở góc khoảng 15° đến 70°, chúng có thể cung cấp khả năng điều khiển dòng chảy nhạy bén, do đó rất phổ biến trong các ứng dụng điều chỉnh đường kính lớn trong hệ thống đường ống công nghiệp.

Do chuyển động của đĩa bướm trong van bướm có tác dụng tự làm sạch, hầu hết các van bướm có thể được sử dụng cho môi chất chứa các hạt rắn lơ lửng. Tùy thuộc vào độ kín của gioăng, chúng cũng có thể được sử dụng cho môi chất dạng bột và dạng hạt trong các hệ thống sử dụng thiết bị nhập khẩu.

Van bướm thích hợp cho việc điều chỉnh lưu lượng. Do tổn thất áp suất trong van bướm tương đối lớn, khoảng gấp ba lần so với van cổng, nên khi lựa chọn van bướm cần phải xem xét đầy đủ tác động của tổn thất áp suất lên hệ thống đường ống. Độ bền của cánh bướm để chịu được áp suất của môi chất trong đường ống khi đóng cũng cần được tính đến. Hơn nữa, cần phải xem xét giới hạn nhiệt độ hoạt động của vật liệu đệm van đàn hồi ở nhiệt độ cao.

Van bướm có chiều dài và chiều cao tổng thể tương đối ngắn, tốc độ đóng mở nhanh và đặc tính điều khiển chất lỏng tuyệt vời. Nguyên lý cấu tạo của chúng phù hợp nhất để chế tạo các van có đường kính lớn trong các hệ thống nhập khẩu công nghiệp. Khi cần sử dụng van bướm để điều khiển lưu lượng, yếu tố quan trọng nhất là lựa chọn đúng thông số kỹ thuật và loại van để đảm bảo hoạt động đúng cách và hiệu quả.

Nhìn chung, van bướm được khuyến nghị sử dụng để điều tiết, điều chỉnh lưu lượng và trong các ứng dụng liên quan đến môi chất dạng bùn, nơi yêu cầu chiều dài kết cấu ngắn, tốc độ đóng mở nhanh và khả năng đóng ngắt ở áp suất thấp (chênh lệch áp suất nhỏ). Van bướm cũng có thể được sử dụng cho điều chỉnh hai vị trí, kênh có đường kính hẹp, các ứng dụng ít tiếng ồn, các tình huống có hiện tượng xâm thực và bay hơi, rò rỉ nhỏ ra khí quyển và môi chất mài mòn. Chúng cũng thích hợp cho việc điều chỉnh lưu lượng trong các điều kiện vận hành đặc biệt, hoặc cho các ứng dụng yêu cầu độ kín khít cao, mài mòn nghiêm trọng hoặc điều kiện nhiệt độ thấp (nhiệt độ cực thấp), thường gặp trong các hệ thống van nhập khẩu chất lượng cao.

Cấu tạo van bướm

Van tiết lưu chủ yếu bao gồm các bộ phận chính như: thân van, trục van, đĩa bướm và vòng đệm làm kín. Thân van có dạng hình trụ, chiều dài trục ngắn và bên trong được bố trí một đĩa bướm có khả năng xoay quanh trục để thực hiện chức năng đóng mở và điều tiết lưu lượng.

Ưu điểm và nhược điểm của van bướm

Đặc điểm chung

Van bướm có cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, tiêu hao vật liệu thấp, kích thước lắp đặt nhỏ gọn, đóng mở nhanh, góc quay 90° và mô-men xoắn truyền động thấp. Chúng được sử dụng để ngắt, nối và điều chỉnh môi chất trong đường ống và có đặc tính điều khiển lưu chất cùng hiệu suất làm kín tốt.

Van bướm có thể vận chuyển bùn với lượng chất lỏng tích tụ tối thiểu tại miệng ống. Chúng đạt được khả năng làm kín tốt ở áp suất thấp và mang lại hiệu suất điều chỉnh lưu lượng ổn định.

Thiết kế tinh gọn của đĩa bướm giúp giảm thiểu tổn thất do lực cản của chất lỏng, biến nó thành một sản phẩm có tính tiết kiệm năng lượng cao.

Trục van là dạng cấu trúc xuyên suốt, được xử lý nhiệt để đạt được các đặc tính cơ học tốt, khả năng chống ăn mòn và chống mài mòn. Trong quá trình đóng mở, trục van chỉ quay mà không di chuyển lên xuống, giúp giảm nguy cơ hư hỏng gioăng trục và đảm bảo độ kín khít ổn định. Trục được cố định vào đĩa bướm bằng chốt côn, và đầu kéo dài được thiết kế chống tuột nhằm ngăn trục bị gãy khi xảy ra sự cố tại điểm liên kết.

Các phương pháp kết nối bao gồm: mặt bích, kẹp, hàn đối đầu và kẹp tai.
Các cơ cấu truyền động gồm: tay quay, hộp số bánh răng, điện, khí nén, thủy lực và liên kết điện – thủy lực, cho phép điều khiển từ xa và vận hành tự động.

Ưu điểm:

Dễ dàng và nhanh chóng đóng mở, tiết kiệm sức, lực cản chất lỏng thấp và phù hợp vận hành thường xuyên.

Cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ, chiều dài ngắn, trọng lượng nhẹ, phù hợp cho van đường kính lớn.

Có thể vận chuyển bùn với lượng chất lỏng tích tụ tối thiểu tại miệng ống.

Đạt khả năng làm kín tốt ở áp suất thấp.

Khả năng điều chỉnh lưu lượng tốt.

Khi mở hoàn toàn, tiết diện dòng chảy lớn, lực cản chất lỏng thấp.

Mô-men xoắn đóng mở nhỏ do lực tác động hai phía của đĩa bướm gần như cân bằng, giúp vận hành nhẹ nhàng.

Bề mặt làm kín thường dùng cao su hoặc nhựa nên có khả năng làm kín tốt ở áp suất thấp.

Dễ dàng lắp đặt.

Vận hành linh hoạt, tiết kiệm nhân công, có nhiều lựa chọn như tay quay, điện, khí nén và thủy lực.

Nhược điểm:

Phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc còn hạn chế.

Khả năng làm kín kém hơn so với một số loại van chuyên dụng trong điều kiện áp suất cao.

Phân loại van bướm

Theo cấu tạo hình dạng, van bướm có thể chia thành: loại đĩa lệch, loại trục đứng, loại đĩa nghiêng và loại cần gạt.

Theo phương pháp làm kín, chia thành: làm kín mềm và làm kín cứng. Làm kín mềm thường sử dụng vòng đệm cao su, trong khi làm kín cứng sử dụng vòng đệm kim loại.

Theo kiểu kết nối, gồm: kết nối mặt bích và kết nối kẹp. Theo phương pháp truyền động, gồm: truyền động tay, truyền động bánh răng, khí nén, thủy lực và điện.

Phân loại theo phương pháp vận hành

• Van bướm điều khiển điện
• Van bướm điều khiển khí nén
• Van bướm điều khiển thủy lực
• Van bướm vận hành tay (tay gạt / tay quay)

Phân loại theo dạng cấu tạo

• Van bướm đồng tâm (làm kín trung tâm)
• Van bướm lệch tâm đơn
• Van bướm lệch tâm kép
• Van bướm lệch tâm ba
• Van bướm mặt bích 

Phân loại theo vật liệu bề mặt làm kín

Van bướm làm kín mềm ( cao su ): Bộ phận làm kín được cấu tạo từ vật liệu phi kim loại mềm (cao su, PTFE…)Bộ phận làm kín kết hợp giữa vật liệu kim loại cứng và vật liệu phi kim loại mềm

Van bướm làm kín kim loại: Cặp bề mặt làm kín được cấu tạo hoàn toàn từ kim loại cứng tiếp xúc với kim loại cứng

Phân loại theo phương pháp làm kín

Van bướm làm kín cưỡng bức: Làm kín bằng đàn hồi: Áp lực làm kín được tạo ra nhờ độ đàn hồi của vòng đệm hoặc thân van khi đĩa van ép vào bề mặt làm kín> Làm kín bằng mô-men xoắn ngoài: Áp lực làm kín được tạo ra từ mô-men xoắn tác động lên trục van

Van bướm làm kín bằng áp suất: Áp lực làm kín được tạo ra nhờ áp suất của môi chất hoặc cơ cấu ép lò xo tác động lên vòng đệm hoặc đĩa van

Van bướm tự làm kín: Áp lực làm kín được hình thành tự động nhờ áp suất của môi chất trong đường ống

Phân loại theo cấp áp suất làm việc

• Van bướm chân không: Áp suất làm việc thấp hơn áp suất khí quyển tiêu chuẩn
• Van bướm áp suất thấp: PN < 1,6 MPa
• Van bướm áp suất trung bình: PN từ 2,5 – 6,4 MPa
• Van bướm áp suất cao: PN từ 10,0 – 80,0 MPa
• Van bướm siêu cao áp: PN > 100 MPa

Phân loại theo nhiệt độ làm việc

• Van bướm nhiệt độ cao: t > 450°C
• Van bướm nhiệt độ trung bình: 120°C < t ≤ 450°C
• Van bướm nhiệt độ thường: -40°C < t ≤ 120°C
• Van bướm nhiệt độ thấp: -100°C ≤ t ≤ -40°C
• Van bướm nhiệt độ cực thấp: t < -100°C

Phân loại theo phương thức kết nối

1. Van bướm kiểu wafer (kiểu kẹp) Đĩa van của van bướm kiểu wafer được lắp đặt theo hướng đường kính của đường ống. Khi đó, van ở vị trí mở hoàn toàn. Van bướm kiểu wafer có cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ. Van bướm có hai dạng làm kín: làm kín đàn hồi và làm kín kim loại. Trong van làm kín đàn hồi, vòng đệm có thể được ép vào thân van hoặc gắn trên chu vi của đĩa bướm, giúp tăng khả năng làm kín trong điều kiện áp suất thấp đến trung bình.

2. Van bướm mặt bích Van bướm mặt bích có kết cấu dạng lắp mặt bích, thân van chắc chắn, phù hợp cho các hệ thống đường ống yêu cầu độ ổn định cao. Trục van và vòng làm kín được thiết kế đồng bộ bằng vật liệu kim loại hoặc kết hợp vật liệu đàn hồi. Loại van này thường có cấu trúc kết hợp giữa lớp đệm graphite mềm và thép không gỉ, được lắp trên thân van, trong đó bề mặt làm kín của đĩa bướm có thể được phủ inox để tăng độ bền và khả năng chống mài mòn. Với loại làm kín mềm, vòng đệm thường được chế tạo từ cao su NBR hoặc EPDM và gắn trực tiếp trên đĩa bướm để đảm bảo độ kín.

3. Van bướm kiểu tai (lug type) Van bướm kiểu tai (lug type) có các tai ren ở thân van, cho phép lắp đặt độc lập từng đầu ống. Loại van này thuận tiện cho việc bảo trì, thay thế hoặc tháo một bên đường ống mà không ảnh hưởng toàn hệ thống.

4. Van bướm hàn Van bướm hàn là loại van được kết nối trực tiếp bằng phương pháp hàn vào đường ống, đảm bảo độ kín cao và hạn chế rò rỉ. Loại van này được sử dụng phổ biến trong các hệ thống có nhiệt độ môi chất ≤300°C và áp suất danh nghĩa khoảng 0,1 MPa trong các ngành như vật liệu xây dựng, luyện kim, khai khoáng và năng lượng, nhằm mục đích đóng, mở hoặc điều tiết dòng chảy.

Van bướm điều khiển điện Van bướm điều khiển điện là loại van tự động sử dụng bộ truyền động điện, thuộc nhóm thiết bị điều khiển trong hệ thống tự động hóa công nghiệp. Phương thức kết nối chủ yếu gồm kiểu mặt bích và kiểu wafer, phù hợp với nhiều hệ thống đường ống khác nhau.

Khi lắp đặt van bướm điều khiển điện, cần lưu ý: vị trí lắp đặt, chiều cao và hướng đầu vào – đầu ra phải tuân thủ theo thiết kế; hướng dòng chảy của môi chất phải trùng với mũi tên chỉ dẫn trên thân van; các mối nối phải đảm bảo chắc chắn và kín khít.

Trước khi lắp đặt, van cần được kiểm tra ngoại quan và đối chiếu thông số trên nhãn theo GB 12220 → Trung Quốc (ghi nhãn van), ISO 5209 → Chuẩn quốc tế tương đương, EN 19 → Châu Âu, ASME B16.34 → Mỹ (mở rộng cả thiết kế + marking). Đối với van có áp suất làm việc >1,0 MPa hoặc sử dụng trong đường ống chính, cần tiến hành thử nghiệm độ bền và độ kín trước khi đưa vào sử dụng. Chỉ những van đạt tiêu chuẩn mới được phép lắp đặt.

Trong thử nghiệm độ bền, áp suất thử thường gấp 1,5 lần áp suất định mức và duy trì tối thiểu 5 phút. Thân van và vòng làm kín phải không rò rỉ mới đạt yêu cầu.

Van bướm điều khiển điện có thể phân loại theo cấu trúc gồm: loại đĩa lệch, loại đĩa thẳng đứng, loại đĩa nghiêng và loại cần gạt; theo phương pháp làm kín gồm: làm kín mềm và làm kín cứng. Trong đó, làm kín mềm sử dụng vật liệu đàn hồi như cao su, còn làm kín cứng sử dụng bề mặt kim loại.

Chức năng và công dụng van bướm

Góc quay từ khi mở hoàn toàn đến khi đóng hoàn toàn của van bướm thường nhỏ hơn 90°. Bản thân van bướm và trục van bướm không có khả năng tự hãm. Vì vậy, để cố định vị trí của đĩa bướm, cần lắp thêm bộ giảm tốc bánh răng trục vít trên trục van. Việc sử dụng bộ giảm tốc bánh răng trục vít không chỉ giúp đĩa bướm có khả năng tự hãm và giữ ở bất kỳ vị trí nào mà còn cải thiện hiệu suất vận hành của van.

Đặc điểm của van bướm công nghiệp là có khả năng chịu nhiệt độ cao, phạm vi áp suất làm việc rộng, đường kính danh nghĩa lớn và thân van thường được chế tạo từ thép carbon hoặc vật liệu tương đương. Vòng làm kín của đĩa van có thể sử dụng vòng kim loại thay vì vòng cao su nhằm đáp ứng điều kiện làm việc khắc nghiệt.

Van bướm nhiệt độ cao kích thước lớn thường được chế tạo từ các tấm thép hàn, chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống ống dẫn khí thải và đường ống dẫn khí nóng có môi chất nhiệt độ cao.

Lựa chọn van bướm phù hợp với môi trường hoạt động

Đĩa van bướm được lắp đặt theo phương dọc của đường kính đường ống. Van bướm có cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ, chỉ gồm một vài bộ phận chính. Van có thể được đóng mở nhanh chóng chỉ với một góc quay 90°, giúp thao tác dễ dàng. Đồng thời, van có đặc tính điều tiết lưu lượng rất tốt. Khi van bướm ở vị trí mở hoàn toàn, độ dày của đĩa van tạo lực cản đối với dòng môi chất đi qua thân van, dẫn đến tổn thất áp suất rất nhỏ và do đó có khả năng điều tiết lưu lượng hiệu quả.

Nếu sử dụng van bướm để điều khiển lưu lượng, điều quan trọng nhất là lựa chọn đúng kích thước và chủng loại van. Nguyên lý cấu tạo của van bướm đặc biệt phù hợp cho việc chế tạo các loại van đường kính lớn. Các loại van bướm phổ biến gồm van bướm kiểu wafer và van bướm kiểu mặt bích. Van bướm kiểu wafer được lắp kẹp giữa hai mặt bích đường ống bằng bu lông xuyên, trong khi van bướm kiểu mặt bích có mặt bích tích hợp trên thân van, sau đó được bắt vít trực tiếp vào mặt bích đường ống để sử dụng.

Van bướm, với vai trò là thiết bị dùng để điều khiển trạng thái đóng/mở và điều tiết lưu lượng trong hệ thống đường ống, đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như dầu khí, hóa chất, luyện kim và thủy điện. Trong các công nghệ van bướm hiện nay, phương pháp làm kín chủ yếu sử dụng cấu trúc làm kín mềm với các vật liệu như cao su và PTFE (polytetrafluoroethylene). Do những hạn chế về kết cấu, loại van này không phù hợp với các môi trường yêu cầu nhiệt độ cao, áp suất cao, chống ăn mòn hoặc chống mài mòn.

Dòng van bướm tiên tiến hơn là van bướm lệch tâm ba lớp làm kín kim loại, trong đó thân van và đế van được thiết kế liền khối, bề mặt làm kín của đế van được phủ lớp hợp kim chịu nhiệt và chống ăn mòn. Nhiều lớp làm kín mềm được xếp chồng và cố định trên đĩa van. So với van bướm truyền thống, loại van này có ưu điểm chịu nhiệt độ cao, vận hành nhẹ, đóng mở không ma sát, và hiệu suất làm kín cùng tuổi thọ được cải thiện nhờ mô-men xoắn truyền động tăng để bù lực cản khi đóng van.

Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng vẫn tồn tại một số vấn đề:

Do nhiều lớp làm kín mềm và cứng được xếp chồng trên đĩa van, khi van ở trạng thái mở, môi chất có thể gây mài mòn bề mặt làm kín phía trước. Khi lớp làm kín mềm trong cấu trúc xen kẽ bị mài mòn, sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất làm kín.

Do hạn chế về kết cấu, loại van này không phù hợp với các kích thước danh nghĩa DN200 trở xuống vì đĩa van quá dày, dẫn đến lực cản dòng chảy lớn.

Do nguyên lý lệch tâm ba chiều, việc làm kín giữa bề mặt đĩa van và đế van được thực hiện bằng mô-men xoắn của bộ truyền động ép đĩa van vào đế van. Trong dòng chảy thuận, áp suất môi chất càng cao thì độ kín càng tốt. Tuy nhiên, khi dòng chảy ngược, khi áp suất môi chất tăng, áp suất tiếp xúc giữa đĩa van và đế van nhỏ hơn áp suất môi chất và có thể xuất hiện rò rỉ.

Van bướm kim loại hai chiều lệch tâm ba cấp hiệu suất cao có các đặc điểm: vòng làm kín của đế van được cấu tạo từ nhiều lớp thép không gỉ kết hợp với vòng làm kín mềm dạng chữ T ở hai phía; bề mặt làm kín giữa đĩa van và đế van có cấu trúc hình nón nghiêng, với vật liệu hợp kim chịu nhiệt và chống ăn mòn được hàn phủ trên bề mặt đĩa van; đồng thời sử dụng cơ cấu lò xo kết hợp vòng điều chỉnh và bu lông điều chỉnh trên tấm ép.

Cấu trúc này giúp bù hiệu quả dung sai giữa ống lót và thân van, cũng như biến dạng đàn hồi của trục van dưới áp suất, từ đó giải quyết vấn đề làm kín trong quá trình vận hành hai chiều. Vòng làm kín cấu tạo từ nhiều lớp thép không gỉ dạng chữ T mềm ở hai phía mang ưu điểm kết hợp của làm kín kim loại cứng và làm kín mềm, đảm bảo không rò rỉ trong cả điều kiện nhiệt độ thấp và cao.

Các thử nghiệm cho thấy, ở trạng thái dòng chảy thuận (khi hướng dòng môi chất trùng với hướng quay của đĩa bướm), áp suất làm kín được tạo bởi mô-men xoắn của bộ truyền động và áp lực môi chất tác động lên đĩa van. Khi áp suất tăng, bề mặt hình nón của đĩa van ép chặt hơn vào đế van, làm tăng hiệu quả làm kín. Trong trạng thái dòng chảy ngược, việc làm kín phụ thuộc vào mô-men xoắn của bộ truyền động để ép đĩa van vào đế van. Khi áp suất tăng, năng lượng đàn hồi tích trữ trong lò xo vòng điều chỉnh sẽ tự động bù lại độ kín giữa đĩa van và đế van, tạo cơ chế bù tự động.

Do đó, khác với các công nghệ truyền thống sử dụng nhiều lớp vòng làm kín trên đĩa van, cấu trúc này bố trí vòng làm kín trực tiếp trên thân van, đồng thời bổ sung vòng điều chỉnh giữa tấm ép và đế van, tạo thành giải pháp làm kín cứng hai chiều tối ưu. Loại van này có thể thay thế cho van cổng, van cầu và van bi trong nhiều ứng dụng công nghiệp.

Lĩnh vực ứng dụng van bướm

Van bướm thích hợp cho việc điều tiết và điều chỉnh lưu lượng. Do trong quá trình vận hành, van bướm có tổn thất áp suất tương đối cao trong đường ống, nên cần xem xét độ bền của đĩa van khi chịu áp suất của môi chất lúc van ở trạng thái đóng. Ngoài ra, cũng cần tính đến giới hạn nhiệt độ làm việc của vật liệu gioăng đàn hồi khi vận hành ở nhiệt độ cao.

Van bướm có chiều dài và chiều cao tổng thể nhỏ gọn, tốc độ đóng mở nhanh và đặc tính điều khiển lưu chất tốt. Nguyên lý cấu tạo của van đặc biệt phù hợp cho việc chế tạo các loại van đường kính lớn. Khi sử dụng van bướm để điều khiển lưu lượng, yếu tố quan trọng nhất là lựa chọn đúng kích thước và chủng loại van nhằm đảm bảo vận hành chính xác và hiệu quả.

Thông thường, trong các ứng dụng liên quan đến điều tiết, điều chỉnh lưu lượng và môi chất dạng bùn, yêu cầu kết cấu ngắn gọn và tốc độ đóng/mở nhanh (góc quay 1/4 vòng). Đối với các ứng dụng đóng ngắt ở áp suất thấp (chênh lệch áp suất nhỏ), van bướm là lựa chọn phù hợp.

Van bướm cũng được sử dụng trong các trường hợp cần điều khiển hai vị trí, đường ống tiết diện hẹp, yêu cầu độ ồn thấp, điều kiện có hiện tượng xâm thực và bay hơi, rò rỉ nhỏ ra môi trường và môi chất có tính mài mòn.

Trong các điều kiện vận hành đặc biệt như điều tiết lưu lượng chính xác, yêu cầu làm kín nghiêm ngặt, môi trường mài mòn cao hoặc nhiệt độ thấp (nhiệt độ cực thấp), cần sử dụng các loại van bướm lệch tâm kép hoặc lệch tâm ba được thiết kế chuyên dụng với gioăng kim loại và cơ cấu điều chỉnh tăng cường.

Van bướm phù hợp cho các hệ thống đường ống dẫn nước sạch, nước thải, nước biển, nước muối, hơi nước, khí tự nhiên, thực phẩm, dược phẩm, dầu mỏ cũng như các môi trường axit, kiềm và hóa chất khác, yêu cầu độ kín cao, không rò rỉ trong thử nghiệm khí, tuổi thọ dài và dải nhiệt độ làm việc từ -10°C đến 150°C.

Van bướm lệch tâm sử dụng gioăng mềm thích hợp cho chức năng đóng/mở và điều tiết hai chiều trong các hệ thống thông gió, hút bụi, và được ứng dụng rộng rãi trong các đường ống dẫn khí và hệ thống thủy lực trong các ngành luyện kim, công nghiệp nhẹ, điện lực và hóa dầu.

Van bướm lệch tâm kép làm kín kim loại thích hợp sử dụng trong hệ thống sưởi đô thị, cấp khí, cấp nước và các đường ống dẫn khí, dầu, axit và kiềm, đóng vai trò là thiết bị điều tiết và tiết lưu quan trọng.

Ngoài việc được sử dụng làm van điều khiển trong các hệ thống tách khí bằng hấp phụ biến thiên áp suất (PSA) quy mô lớn, van bướm lệch tâm ba lớp làm kín kim loại còn được ứng dụng rộng rãi trong các ngành dầu khí, hóa dầu, hóa chất, luyện kim và năng lượng, đồng thời là giải pháp thay thế hiệu quả cho van cổng và van cầu trong nhiều hệ thống công nghiệp.

So sánh với các loại van khác

Van bi có khả năng làm kín tốt hơn nhưng có sức cản dòng chảy cao hơn và giá thành đắt hơn.

Van cổng: Loại van này có điện trở dòng chảy thấp khi mở hoàn toàn, nhưng tốc độ đóng mở chậm và kích thước lớn.

Van cầu hơi: Độ chính xác điều chỉnh cao, nhưng lực cản dòng chảy cao và mô-men xoắn khi đóng mở lớn.

Van bướm đã trở thành loại van điều khiển thông dụng trong lĩnh vực công nghiệp và dân dụng nhờ những ưu điểm như cấu tạo đơn giản, đóng mở nhanh và chi phí thấp. Chúng đặc biệt phù hợp với các trường hợp cần đóng mở nhanh hoặc điều chỉnh lưu lượng lớn.

Các lỗi thường gặp khi sử dụng van bướm

Các vật liệu đàn hồi cao su trong van bướm có thể bị rách, mài mòn, lão hóa, thủng hoặc thậm chí bong tróc trong quá trình vận hành liên tục. Các phương pháp lưu hóa nóng truyền thống không phù hợp cho sửa chữa tại chỗ, vì cần thiết bị chuyên dụng và tiêu hao nhiều nhiệt năng, điện năng, gây tốn thời gian và chi phí. Hiện nay, vật liệu composite polymer được sử dụng ngày càng nhiều để thay thế phương pháp truyền thống, trong đó hệ thống công nghệ FOSLAN được ứng dụng phổ biến. Nhờ độ bám dính cao và khả năng chống mài mòn tốt, vật liệu này giúp các chi tiết sau sửa chữa đạt hoặc vượt tuổi thọ ban đầu, đồng thời giảm đáng kể thời gian dừng hệ thống.

Lắp đặt và bảo trì van bướm

Trong quá trình lắp đặt, đĩa van phải ở trạng thái đóng.

Vị trí mở được xác định theo góc quay của đĩa bướm.

Đối với van bướm có đường ống bypass, phải mở van bypass trước khi vận hành van chính.

Việc lắp đặt phải tuân theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Đối với van kích thước lớn, cần có nền đỡ chắc chắn.

Các điểm chính khi thi công và lắp đặt

Vị trí lắp đặt, cao độ và hướng dòng chảy vào/ra phải đúng theo thiết kế, các mối nối phải đảm bảo chắc chắn và kín khít. Tay gạt của van điều khiển bằng tay lắp trên đường ống cách nhiệt không được hướng xuống dưới.

Trước khi lắp đặt, cần kiểm tra ngoại quan van. Nhãn van phải tuân thủ tiêu chuẩn GB 12220. Với van có áp suất làm việc >1,0 MPa hoặc dùng cho đường ống chính, phải thực hiện thử bền và thử kín trước khi lắp đặt. Áp suất thử bền bằng 1,5 lần áp suất định mức, thời gian thử không dưới 5 phút, không được rò rỉ thân van hoặc gioăng. Áp suất thử kín bằng 1,1 lần áp suất định mức, tuân theo tiêu chuẩn GB 50243, không được rò rỉ tại bề mặt làm kín.

Lưu ý khi lựa chọn sản phẩm

Thông số quan trọng nhất của van bướm là kích thước và tiêu chuẩn danh nghĩa.

Van bướm là loại van điều tiết dạng đĩa, cấu tạo đơn giản, giá thành thấp, dễ vận hành, nhưng độ chính xác điều tiết không cao, chủ yếu dùng cho đóng/mở hoặc điều tiết thô trong hệ thống thông gió và điều hòa không khí.

Có thể vận hành bằng tay, điện hoặc khí nén và có thể cố định ở mọi góc trong phạm vi 90°.

Do cấu trúc một trục – một đĩa, khả năng chịu áp lực hạn chế, tuổi thọ giảm khi làm việc ở chênh áp cao và lưu lượng lớn. Có các loại làm kín mềm, làm kín cứng, cách nhiệt và không cách nhiệt.

Van bướm điều khiển điện thường chỉ hỗ trợ dạng ON/OFF, bộ truyền động điện tương tự các loại van nhiều cánh.

Những lưu ý khi lắp đặt van bướm

Van bướm có cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ, chỉ gồm một số bộ phận chính. Van có thể đóng mở nhanh chỉ với góc quay 90°, rất dễ vận hành. Van cho khả năng điều tiết lưu lượng tốt, có thể tăng hoặc giảm dòng chảy linh hoạt. Trong quá trình vận hành, luôn tồn tại lực cản dòng chảy, chủ yếu đến từ độ dày đĩa van. Để giảm lực cản, có thể tối ưu thiết kế độ dày thân van.

Tuy nhiên, gioăng đàn hồi bị giới hạn bởi nhiệt độ làm việc.

Van bướm có phạm vi ứng dụng rộng. Khi dùng để điều tiết lưu lượng cần lựa chọn đúng loại và kích thước, do van phù hợp hơn với đường ống đường kính lớn. Van bướm được sử dụng phổ biến trong các ngành như dầu khí, hóa chất, xử lý nước, cũng như hệ thống nước làm mát trong nhà máy nhiệt điện.

Tham khảo thêm các dòng sản phẩm tại danh mục van bướm công nghiệp của chúng tôi.