Những kiến thức cơ bản về van bướm (butterfly valve)

Van bướm sử dụng rất nhiều trong các hệ thống đường ống cấp thoát nước công nghiệp. Van bi và Van cổng có thể là những van phổ biến trong dân dụng nhưng van bướm không được sử dụng trong dân dụng. Bài viết này tổng hợp các kiến thức cơ bản về van bướm để cho những Anh Chị nào đang tìm hiểu về van công nghiệp có thêm tài liệu để tham khảo.

Van bướm tiếng Anh là butterfly valve, đây là van quay một phần tư trong đó bộ phận đóng hình đĩa được xoay 90 độ hoặc thấp hơn để mở hoặc đóng hoặc điều chỉnh dòng chảy. Van bướm có thể được sử dụng cho dòng chảy theo cả hai hướng. Không giống như van bi, đĩa của van bướm luôn hiện diện trong dòng chảy, do đó, áp suất luôn được tạo ra trong dòng chảy, bất kể vị trí van.

Bởi vì đĩa của van bướm di chuyển vào chỗ ngồi với chuyển động lau, hầu hết các van bướm có khả năng xử lý chất lỏng có chất rắn ở dạng huyền phù và, tùy thuộc vào độ chắc chắn của chỗ ngồi, cả bột và hạt. Van bướm thường được ưa chuộng vì giá thành rẻ hơn các thiết kế van khác, trọng lượng nhẹ hơn nên ít cần hỗ trợ hơn.

Trong van bướm hiệu suất cao, thiết bị ngắt có thể được cung cấp bởi thiết kế ghế phù hợp với nhiễu hoặc thiết kế ghế được cung cấp năng lượng theo đường dây, trong đó áp suất trong đường ống được sử dụng để tăng sự can thiệp giữa ghế và mép đĩa. Sự ra đời của Elastomers, PTFE, Metal Seating, v.v ... đã khởi đầu cho sự phát triển nhanh chóng của van bướm đóng ngắt chặt chẽ, trong đó các phần tử này đóng vai trò là phần tử niêm phong giữa vành đĩa và thân van.

Việc sử dụng ban đầu của van bướm tập trung vào các ứng dụng nước nhưng các thiết kế và vật liệu thành phần mới đã cho phép chúng được sử dụng trong các ứng dụng chất lỏng công nghiệp đang phát triển. Hiện nay, van bướm có thể được tìm thấy trong hầu hết các nhà máy hóa chất xử lý nhiều loại chất lỏng khác nhau.

Nguyên lý làm việc của van bướm

Van bướm là từ một họ van được gọi là  Van 1/4 vòng tức là góc mở của van so với lúc đóng tối đa là 90 độ. Van bướm có cấu tạo tương đối đơn giản. Các thành phần chính của van bướm là thân, đĩa, thân và yên.

Khi hoạt động, van mở hoặc đóng hoàn toàn khi đĩa quay một phần tư vòng. "Con bướm" là một đĩa kim loại gắn trên một thanh. Đĩa được đặt ở trung tâm của đường ống. Một thanh đi qua đĩa ra bên ngoài van. Quay thanh truyền, thông qua bánh xe hoặc cơ cấu truyền động , quay đĩa song song hoặc vuông góc với dòng chảy. Khi mặt phẳng đĩa ở góc vuông hoặc vuông góc với đường tâm của ống, van bướm đóng. Sau đó, khi đĩa được quay một phần tư vòng để làm cho mặt phẳng của đĩa thẳng hàng với đường tâm của ống, van bướm sẽ mở hoàn toàn và nó cho phép chất lỏng đi qua hầu như không hạn chế. Van cũng có thể được mở từng bước để tiết lưu dòng chảy.

Van bướm thường được gắn với thân nằm ngang vì điều này cho phép các mảnh vụn trong đường ống được quét sạch khi van đóng. Trường hợp thân máy nằm thẳng đứng, chất rắn có thể nằm dưới đĩa ở trục xoay và gây hư hỏng phớt. Hơn nữa, khi mở van, đáy đĩa sẽ nâng ra khỏi chất rắn có thể đã tích tụ ở mặt thượng lưu của đĩa. Điều quan trọng cần lưu ý là các đường ống có van bướm không thể được 'làm sạch' để làm sạch.

Đặc điểm dòng chảy của van bướm

Sau đây là một số đặc điểm của van bướm khi được sử dụng cho dịch vụ điều độ. Van có đặc tính cố hữu đã nêu có thể cung cấp đặc tính lắp đặt khác do tương tác với hệ thống.

Tuyến tính -  Đặc tính dòng chảy có nghĩa là tốc độ dòng tỷ lệ thuận với lượng di chuyển của đĩa. Ví dụ: ở mức mở 50%, lưu lượng là 50% lưu lượng tối đa.

Tỷ lệ phần trăm bằng nhau -  Đặc tính dòng chảy phần trăm bằng nhau có nghĩa là các gia số bằng nhau của hành trình van tạo ra các thay đổi tỷ lệ phần trăm bằng nhau trong tốc độ dòng chảy. Ví dụ, nếu sự thay đổi hành trình của van từ 10% mở sang 20% mở tạo ra sự thay đổi 60% về tốc độ dòng chảy, thì sự thay đổi về hành trình của van từ 20% mở sang 30% mở sẽ tạo ra 60% thay đổi khác về tốc độ dòng chảy.

Mở nhanh -  Đặc tính dòng chảy mở nhanh có nghĩa là tốc độ dòng chảy qua van tăng rất nhanh đối với những thay đổi gia tăng trong hành trình của van khi vị trí van gần đóng. Khi vị trí van trở nên mở hơn, thay đổi tốc độ dòng chảy giảm dần với những thay đổi gia tăng trong hành trình của van tiến gần đến sự thay đổi bằng không khi vị trí van gần mở hoàn toàn

Việc lựa chọn đặc tính van điều khiển thích hợp phụ thuộc vào nhu cầu của hệ thống. Bởi vì có một số yếu tố cần được xem xét, một phân tích hệ thống hoàn chỉnh là cần thiết để xác định chính xác đâu là đặc tính tối ưu.

Các loại van bướm

Những nỗ lực để thích ứng van bướm với phạm vi nhiệt độ và áp suất rộng hơn đã dẫn đến sự phát triển của một dòng van bướm có thể được trang bị với nhiều loại vật liệu xây dựng để đáp ứng các yêu cầu vận hành. Chỗ ngồi như vậy có thể là kim loại-polyme hoặc kim loại-kim loại, và có thể được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu của van được thử lửa. Có nhiều loại van bướm khác nhau, mỗi loại phù hợp với áp suất khác nhau và cách sử dụng khác nhau.

• Theo thiết kế tiết lộ
  • Van bướm đồng tâm
  • Van bướm lệch tâm
• Theo thiết kế kết nối đường ống
  • Van bướm loại Wafer
  • Van bướm loại Lug
  • Van bướm mặt bích đôi

Van bướm đồng tâm

Van bướm đồng tâm , còn được gọi là Van bướm bù trừ , là loại thiết kế van bướm cơ bản nhất. Thân van đi qua đường tâm của đĩa được đặt sâu hơn ở giữa lỗ ống và yên xe là đường kính bên trong ngoại vi của thân van. Đĩa tiếp xúc liên tục với mặt ngồi.

Thiết kế van lệch không này còn được gọi là "Chỗ ngồi đàn hồi" hoặc "Chỗ ngồi cao su" vì nó dựa vào tính linh hoạt của cao su chỗ ngồi để làm kín dòng chảy khi đóng một cách hiệu quả. Van bướm đồng tâm thường được sử dụng cho dải áp suất thấp. Một ưu điểm của van bướm đồng tâm là môi chất đi qua van sẽ không tiếp xúc với cơ thể, vì yên xe được cấu tạo như một ống bọc hoặc hộp mực bên trong thân.

Van bướm lệch tâm

Trong Van bướm lệch tâm , còn được gọi là Van bướm hiệu suất cao , thân van không đi qua đường tâm của đĩa mà thay vào đó nằm lệch tâm từ tâm theo các loại van bù đôi và van ba.

Khi thân nằm ngay phía sau đường tâm của đĩa, van được gọi là Van bướm lệch đơn . Thiết kế này được phát triển để giảm sự tiếp xúc của đĩa đệm với con dấu trước khi đóng hoàn toàn van với mục đích cải thiện tuổi thọ của van. Van bướm bù đơn đã nhường chỗ cho van bướm bù kép và van bướm bù ba.

Trong Van bướm hai chiều , phần thân nằm phía sau đĩa với phần bù thêm sang một bên. Độ lệch tâm kép này của thân giúp đĩa quay chỉ cọ xát trên ghế khoảng một đến ba độ.

• 1 ^st  offset: Trục của trục là đằng sau trung tâm-line của các điểm niêm phong của đĩa về chỗ ngồi.
• 2 ^nd  offset: Trục của trục là lập dị đến trung tâm của dòng van / ống.

Một Triple-offset Van bướm (TOV hoặc TOBV) thường được sử dụng trong các ứng dụng quan trọng và được thiết kế tương tự như một đôi van bướm bù đắp với một bù đắp nhiều hơn nữa. Độ lệch thứ ba là trục tiếp xúc đĩa-ghế. Bề mặt ghế có dạng hình nón kết hợp với cùng hình dạng ở mép đĩa, dẫn đến tiếp xúc tối thiểu trước khi van đóng hoàn toàn, cho phép đĩa đệm kín với mặt ghế mà không có ma sát. Van bướm bù đắp ba lần hiệu quả hơn và ít hao mòn hơn. Van bướm bù đắp ba thường được làm bằng ghế kim loại để tạo ra sự đóng ngắt bằng bong bóng. Ghế kim loại cho phép van bướm được sử dụng trong phạm vi nhiệt độ cao hơn.

Các thiết kế van bướm hiệu suất cao sử dụng áp suất trong đường ống để tăng sự can thiệp giữa yên xe và mép đĩa. Các van bướm này có xếp hạng áp suất cao hơn và dễ bị mài mòn hơn.

Van bướm loại Wafer

Van bướm kiểu wafer là phiên bản kinh tế nhất và nó được kẹp giữa hai mặt bích ống và các bu lông mặt bích bao quanh thân van. Các mặt bích của đường ống được kết nối thông qua các bu lông dài bắt chéo toàn bộ thân van. Việc làm kín giữa các mặt bích của van và đường ống được thực hiện bằng cách sử dụng một con dấu được lắp chặt, chẳng hạn như vòng chữ O, miếng đệm, được gia công chính xác, cùng với một mặt van phẳng ở phần hạ lưu và thượng lưu của van. Loại kết nối này được thiết kế để làm kín chống lại áp suất chênh lệch hai chiều và ngăn dòng chảy ngược trong các hệ thống được thiết kế cho dòng chảy chung. 

Van bướm loại Lug

Van bướm kiểu vấu có các vấu ren bên ngoài thân van. Hai bộ bu lông kết nối các mặt bích của ống với mỗi bên của bộ chèn bu lông không có đai ốc. Thiết kế này cho phép ngắt kết nối của một bên mà không ảnh hưởng đến bên kia đối với dịch vụ cuối. Van bướm kiểu Lug được sử dụng trong dịch vụ cuối thường có xếp hạng áp suất thấp hơn. Các van bướm kiểu vấu, không giống như kiểu wafer, mang trọng lượng của đường ống qua thân van.

Van bướm Wafer và van bướm Lug có những ưu nhược điểm riêng hơn nhau.

• Van bướm loại wafer ít tốn kém hơn van bướm loại vấu.
• Van bướm kiểu wafer không truyền trực tiếp trọng lượng của hệ thống đường ống qua thân van. Các van bướm kiểu vấu, không giống như kiểu wafer, mang trọng lượng của đường ống qua thân van.
• Van bướm loại Lug cho phép dịch vụ cuối cùng hoặc loại bỏ đường ống hạ lưu. Thiết kế kiểu vấu được ưu tiên nếu một van có thể được yêu cầu duy trì ở vị trí đóng khi tháo đường ống ở một bên để vận hành tạm thời, nó phải có mặt bích để bắt vít vào mặt bích đường ống ở phía bên kia.

Van bướm mặt bích đôi

Van bướm mặt bích đôi có đầu bích ở cả hai mặt của van. Van được kết nối với mặt bích đường ống thông qua bu lông. Cấu hình thân van bướm mặt bích đôi đảm bảo việc lắp đặt chính xác trong đường ống và cũng có thể được sử dụng như một phần cuối của đường ống, nếu cần. Tính năng độc đáo của loại van này là khả năng thích ứng với các đường ống lót do độ nhô ra của đĩa không đáng kể ngoài chiều dài đặt thân. Điều này cũng đảm bảo việc lắp đặt gần với các phụ kiện đường ống khác.

Cấu hình cơ thể ưa thích cho van bướm là tấm wafer, được kẹp giữa hai mặt bích đường ống. Một ưu điểm quan trọng của kết cấu này là các bu lông kéo các mặt bích ghép lại với nhau mang tất cả các ứng suất kéo gây ra bởi các biến dạng đường và đặt tấm wafer vào trong tình trạng nén. Ứng suất nén này được giảm bớt bởi ứng suất kéo do áp suất chất lỏng bên trong gây ra. Mặt khác, các thân có mặt bích phải chịu tất cả các ứng suất kéo do biến dạng đường áp đặt, và ứng suất kéo do áp suất đường dây là tích lũy. Thực tế này, cùng với khả năng của hầu hết các kim loại để xử lý tải trọng nén lên đến gấp đôi giới hạn của chúng đối với tải trọng kéo, khuyến nghị đặc biệt nên sử dụng thân wafer.

Cấu tạo ghế van bướm

Việc dừng dòng chảy được thực hiện bằng cách bịt kín đĩa van vào một chỗ ngồi ở ngoại vi có đường kính trong của thân van. Sự tiếp xúc mật thiết giữa chỗ ngồi của van bướm đóng chặt có thể đạt được bằng nhiều cách khác nhau. Một số trong số những cái được sử dụng thường xuyên hơn là:

• Bởi chỗ ngồi gây nhiễu yêu cầu đĩa bị kẹt vào ghế.
• Bằng cách ép đĩa vào ghế, yêu cầu đĩa nghiêng khoảng bản lề lệch đôi theo cách tương đương với van kiểm tra đĩa nghiêng.
• Bằng cách niêm phong bằng năng lượng áp suất sử dụng các yếu tố niêm phong như vòng chữ O, vòng đệm môi, màng ngăn và ống bơm hơi.

Phần lớn van bướm là loại có chỗ ngồi giao thoa trong đó mặt ngồi có lớp lót cao su. Trong trường hợp cao su không tương thích với chất lỏng được làm kín, lớp lót có thể được làm bằng PTFE, được hỗ trợ bởi đệm đàn hồi để truyền khả năng đàn hồi cho ghế.

Trong các thiết kế ban đầu, một đĩa kim loại được sử dụng để gắn vào một ghế kim loại. Sự sắp xếp này không cung cấp một sự đóng kín không rò rỉ, nhưng đã cung cấp sự đóng kín đủ trong một số ứng dụng (ví dụ, đường phân phối nước).

Ưu điểm và nhược điểm của van bướm

Ưu điểm

• Van bướm đóng mở dễ dàng và nhanh chóng.
• Van bướm tương đối rẻ và tiết kiệm chi phí.
• Van bướm có ít yêu cầu về không gian hơn để lắp đặt.
• Van bướm thường liên quan đến việc giảm bảo trì vì có một số bộ phận chuyển động tối thiểu và không có túi để giữ chất lỏng.
• Van bướm đặc biệt thích hợp để xử lý bùn hoặc chất lỏng có lượng lớn chất rắn lơ lửng.

Nhược điểm

• Đĩa van bướm luôn hiện diện trong dòng chảy, do đó áp suất luôn được tạo ra trong dòng chảy, bất kể vị trí van.
• Khi mở hoàn toàn, đĩa van bướm ít tạo ra sự hỗn loạn hoặc cản trở dòng chảy.
• Dịch vụ điều tiết được giới hạn ở áp suất chênh lệch thấp.
• Hốc và dòng chảy nghẹt thở là hai mối quan tâm tiềm ẩn.
• Chuyển động của đĩa không được hướng dẫn và bị ảnh hưởng bởi sự hỗn loạn của dòng chảy.