Tìm Hiểu Về Van Một Chiều

Check (non-return) valves được lắp đặt trong đường ống để cho phép dòng chảy theo một hướng; Giúp bảo vệ thiết bị và quy trình. Bài viết sau đây, chúng tôi sẽ cung cấp các hoạt động, lợi ích, ứng dụng và lựa chọn các thiết kế khác nhau, bao gồm including lift, disc, swing and wafer check valves lift, disc, swing và wafer được giải thích rõ trong hướng dẫn này.

Van Một Chiều (CHECK VALVE)

Van một chiều (Check Valve) hoặc non-return valves, được lắp đặt trong hệ thống đường ống để cho phép dòng chảy theo một hướng. Chúng bị điều khiển hoàn toàn bằng phản ứng của dòng chất lỏng và do đó không yêu cầu bất kỳ tác động bên ngoài nào. Trong phạm vi bài viết này, chúng tôi quy ước rằng hướng dự kiến của dòng chảy được gọi là ‘dòng chảy xuôi’ Dòng chảy theo hướng ngược lại là ‘dòng chảy ngược’

Những Lý Do Sử Dụng Van Một Chiều (Check Valve):

• Bảo vệ bất kỳ bộ phận nào của thiết bị có thể bị ảnh hưởng bởi dòng chảy ngược, chẳng hạn như lưu lượng kế, bộ lọc và van điều khiển.
• Để kiểm tra áp lực liên quan đến các lực thủy lực, ví dụ búa nước (waterhammer). Những lực thủy lực này có thể gây ra một đợt áp lực để chạy lên và xuống ống dẫn cho đến khi năng lượng bị tiêu tan.
• Ngăn ngừa hiện tượng tràn.
• Ngăn chặn dòng chảy ngược khi tắt máy.
• Ngăn chặn dòng chảy ngược dưới tác dụng của trọng lực.
• Làm giảm các điều kiện chân không.

Mặc dù van một chiều (check valves) có hiệu quả có thể tắt dòng chảy ngược, nhưng chúng không nên được sử dụng thay cho van cách ly ( isolation valves) để kìm hãm hơi nước trong một đoạn ống.

Cũng giống như với van cách ly, van một chiều (check valves) cũng có nhiều thiết kế khác nhau, phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. Các loại van một chiều (check valve) và các ứng dụng khác nhau được đề cập trong phần này cùng với phương pháp chọn kích cỡ chính xác.

Van Một Chiều Chữ Ngã (Lift Check Valves)

Van một chiều chữ ngã (Lift Check Valve) cũng tương tự như cấu hình với van cầu (globe valve), ngoại trừ disc hoặc plug được tự động vận hành. Các đầu vào và đầu ra được tách ra bằng một cái plug hình nón đặt trên một cái đế thường bằng kim loại. Trong một số van, cái plug có thể được giữ trên đế của nó bằng cách sử dụng một lò xo. Khi dòng chảy vào van xuôi dòng, áp suất của chất lỏng sẽ nâng nón ra khỏi đế của nó, mở van. Với dòng chảy ngược, nón quay trở lại vị trí của nó và được giữ ở đế bằng áp suất đảo ngược.

Nếu sử dụng đế bằng kim loại, Lift Check Valve chỉ thích hợp cho các thiết bị khi một lượng nhỏ rò rỉ chấp nhận được, dưới điều kiện dòng chảy ngược. Hơn nữa, các thiết kế của Lift Check Valve thường hạn chế dùng trong các thiết bị nước (water applications), sau đó thường được sử dụng để ngăn chặn dòng chảy ngược ngưng tụ trong bẫy hơi (steam traps) và trên các đầu ra của máy bơm ngưng tụ tuần hoàn.

Lợi thế chính của Lift Check Valve nằm ở sự đơn giản của nó, và vì nón là bộ phận di chuyển duy nhất, van rất mạnh mẽ và đòi hỏi ít bảo trì. Ngoài ra, việc sử dụng đế kim loại hạn chế số lượng mòn đế. Lift check valve có hai hạn chế lớn; Thứ nhất, nó chỉ được thiết kế để lắp đặt trong các đường ống ngang, và thứ hai, kích thước của nó thường giới hạn ở DN80, trên đó, van trở nên quá cồng kềnh.

Piston-Type Lift Check Valve là một cải tiến của van một chiều chữ ngã. Nó kết hợp một piston hình trụ thay vì hình nón, và một dashpot được áp dụng cho cơ chế này. Các dashpot tạo ra hiệu ứng giảm xóc trong quá trình vận hành, do đó loại bỏ các hư hỏng gây ra bởi hoạt động thường xuyên của van, ví dụ như trong các hệ thống đường ống, bị áp lực mạnh hoặc thay đổi thường xuyên hướng dòng chảy (ví dụ như đầu ra của nồi hơi).

Van Một Chiều Lá Lật (Swing Check Valves)

Van một chiều lá lật (Swing check valves) bao gồm một cái nắp hoặc đĩa có cùng đường kính với ống khoan, bị treo trong đường dẫn. Với dòng chảy hướng về phía trước, áp lực của chất lỏng buộc đĩa phải nghiêng lên trên, cho phép dòng qua van. Ngược dòng chảy sẽ làm cho đĩa để đóng cửa vào đế và dừng dòng chất lỏng đi xuống ống. Trong trường hợp không có dòng chảy, trọng lượng của nắp có vai trò đóng van. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, việc đóng có thể được hỗ trợ bởi việc sử dụng cần có trọng lượng. Như hình 12.3.2, toàn bộ hệ thống được bao bọc bên trong thân van, cho phép nắp trượt ra khỏi đường dẫn dòng chảy.

Van một chiều lá lật (Swing Check Valve) tạo ra sức cản tương đối cao đối với dòng chảy ở vị trí mở, do trọng lượng của đĩa. Ngoài ra, chúng tạo ra nhiễu loạn, bởi vì nắp ‘trôi nổi’ trên dòng chất lỏng. Điều này có nghĩa là van một chiều lá lật thường có áp lực lớn hơn trên Swing Check Valves so với các loại khác.

Với sự thay đổi đột ngột dòng chảy, đĩa có thể va đập vào đế van, có thể gây ra mòn đế đáng kể , và tạo ra búa nước dọc theo hệ thống đường ống. Điều này có thể khắc phục bằng cách lắp một bộ phận giảm chấn vào đĩa và bằng cách sử dụng đế kim loại để hạn chế lượng mòn của đế.

Wafer check valves

Cả van một chiều chữ ngã (Lift Check Valves) và van một chiều lá lật (Swing Check Valves) có khuynh hướng cồng kềnh làm hạn chế kích thước và làm cho chúng tốn kém diện tích. Để khắc phục điều này, van một chiều cánh bướm (Wafer check valves) đã được phát triển. Theo định nghĩa Wafer check valves là những người được thiết kế để phù hợp với giữa một loạt các flanges. Định nghĩa rộng này bao gồm một loạt các thiết kế khác nhau, bao gồm check disc valves và các phiên bản wafer của swing hoặc split disc check valves.

Van Một Chiều Đĩa (Disc check valves)

Van Một Chiều Đĩa (Disc check valves) bao gồm bốn thành phần chính: thân, đĩa, lò xo và bộ giữ lò xo. Đĩa di chuyển trong một mặt phẳng ở góc phải với dòng chất lỏng, và bị ngăn lại bởi lò xo được giữ trong chỗ bởi bộ giữ lò xo. Thân máy được thiết kế để hoạt động như một cổ trung tâm tích hợp để thuận lợi khi lắp đặt. Khi một  cái “zero leakage” seal bị đòi hỏi, có thể bao gồm đế mềm.

Khi lực ép trên đĩa bằng áp suất thượng lưu lớn hơn lực do lò xo gây ra, trọng lượng của đĩa và bất kỳ áp suất hạ lưu nào, đĩa bị buộc phải nhấc lên khỏi đế, cho phép lưu thông qua van. Khi áp suất chênh lệch trên van giảm, lò xo đẩy đĩa trở lại đế của nó, đóng van ngay trước khi dòng chảy ngược xảy ra. Điều này được thể hiện trong hình 12.3.4. Sự có mặt của lò xo cho phép van check disc được lắp vào bất kỳ hướng nào.

Áp suất chênh lệch cần thiết để mở van check chủ yếu được xác định bởi loại lò xo được sử dụng. Ngoài lò xo tiêu chuẩn, có một số lựa chọn lò xo có sẵn:

• Không có lò xo – Dùng trong trường hợp áp suất chênh lệch qua van nhỏ.
• lò xo Nimonic – Dùng trong các ứng dụng nhiệt độ cao.
• lò xo nặng – Điều này làm tăng áp lực mở cần thiết. Khi lắp đặt trong đường ống nước cấp của nồi hơi, nó có thể được sử dụng để ngăn ngừa nồi hơi hơi bị ngập khi không nén được.

Như với tất cả các van check wafer, kích thước của van check disc được xác định bởi kích thước của đường ống liên quan. Điều này thường đảm bảo rằng van có kích thước chính xác, nhưng có trường hợp van over hoặc undersized.

Van check quá khổ thường được được nhận biết  bằng cách van nhảy van liên tục, đó là việc mở và đóng van lặp lại khi van chỉ mở một phần. Đó là do thực tế là khi van mở ra, có một sự sụt giảm áp lực thượng nguồn; Nếu áp suất giảm này có nghĩa là áp suất chênh lệch trên van giảm xuống dưới áp suất mở yêu cầu, van sẽ đóng. Ngay sau khi van đóng, áp suất bắt đầu khôi phục lại, và do đó van sẽ mở ra và chu kỳ được lặp lại.

Sự quá tải thường có thể được điều chỉnh bằng cách chọn một van nhỏ hơn, nhưng cần lưu ý rằng điều này sẽ làm tăng áp lực qua van cho bất kỳ dòng chảy nào. Nếu điều này không được chấp nhận, có thể khắc phục được những ảnh hưởng của việc van nhảy bằng cách giảm lực đóng trên đĩa. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một lò xo tiêu chuẩn, hoặc bằng cách loại bỏ hoàn toàn lò xo. Một cách khác là sử dụng đế mềm; Điều này không ngăn cản việc van nhảy mà còn làm giảm tiếng ồn. Tuy nhiên, phải cẩn thận vì điều này có thể gây ra tình trạng mòn quá mức trên đế.

Các kết quả dưới đây cho thấy áp lực quá nhiều trên van và thậm chí nó có thể ngăn chặn dòng chảy. Giải pháp là thay thế van nhỏ hơn với một van lớn hơn.

Van check disc nhỏ hơn và nhẹ hơn van lift  và van check tiêu chuẩn và  chi phí ít hơn. Kích thước của van check disc tuy nhiên được giới hạn DN125; Trên đây, thiết kế trở nên phức tạp. Thông thường, thiết kế như vậy sẽ bao gồm một đĩa hình nón và một lò xo đường kính nhỏ được giữ lại và hướng dẫn dọc theo đường trung tâm của hình nón, khó sản xuất hơn. Ngay cả khi đó, thiết kế như vậy vẫn còn hạn chế về kích thước để DN250.

Không nên sử dụng loại van một chiều tiêu chuẩn cho các ứng dụng có dòng chảy đập mạnh, ví dụ trên đầu ra của máy nén khí quay, vì tác động lặp lại của đĩa có thể dẫn đến hư bộ giữ lò xo và độ căng của lò xo. Các bộ giữ lại được thiết kế đặc biệt có sẵn cho các ứng dụng như vậy. Những thiết kế này thường làm giảm sự di động đĩa, làm tăng hiệu quả dòng chảy và do đó làm tăng áp lực qua van.

Thiết kế disc check valves cho phép chúng được lắp đặt ở bất kỳ vị trí nào, bao gồm các đường ống thẳng đứng, nơi chất lỏng chảy xuống.

Van swing wafer check valves

Chúng tương tự như swing check valves tiêu chuẩn, nhưng không có sự sắp xếp thân đầy đủ, khi van mở ra, nắp được buộc vào đầu ống. Sau đó, nắp phải có đường kính nhỏ hơn đường ống, và do đó, sự giảm áp lực trên van, thường cao đối với van loại swing, được tăng thêm.

Van check kiểu Swing được sử dụng chủ yếu trên các loại đường ống có kích thước lớn hơn, thường là trên DN125, bởi vì trên những ống nhỏ hơn, áp suất giảm, do đĩa ‘trôi nổi’ lên dòng chất lỏng. Hơn nữa, có thể tiết kiệm đáng kể chi phí bằng cách sử dụng các van này với kích thước lớn hơn, do lượng vật liệu cần thiết để xây dựng van.

Tuy nhiên có một vấn đề với việc sử dụng các van cỡ lớn hơn; Do kích thước của chúng, đĩa đặc biệt nặng, và do đó có một lượng lớn động năng khi chúng đóng. Năng lượng này được chuyển sang đế và xử lý chất lỏng khi van đóng sập, có thể gây hư hỏng cho đế của van và tạo ra búa nước (waterhammer).

Ứng Dụng Của Wafer check valve

Wafer check valves đang trở thành loại van một chiều (check valves) ưa thích đối với hầu hết các ứng dụng do thiết kế nhỏ gọn và chi phí tương đối thấp. Sau đây là danh sách một số ứng dụng phổ biến nhất của họ:

• Đường dây cấp nguồn nồi hơi – Van một chiều được sử dụng để ngăn nước nồi hơi bị buộc trở lại dọc theo dòng feedline vào bể chứa khi bộ phận cấp liệu ngừng hoạt động. Hơn nữa, van một chiều đĩa với lò xo nặng và đế mềm có thể được lắp vào đường ống cho lò hơi để tránh sự lưu thông dưới trọng lực vào nồi hơi khi khoá cấp nhiên liệu bị tắt.

• Bẫy Hơi – Khác với steam traps thải ra bầu khí quyển, cần phải lắp check valves sau khi đặt steam traps để tránh dòng chảy ngưng tụ hơi nước. Van một chiều cũng sẽ ngăn không cho steam trap hư hỏng do bất kỳ cú sốc thủy lực nào trong ống ngưng tụ. Cần lưu ý rằng khi sử dụng steam trap xả kiểu xả khí thải, van một chiều phải được lắp ít nhất 1 M phía sau (bẫy hơi)steam trap.
• Các mạch nước nóng – Một van một chiều phải được lắp đặt sau mỗi bơm để ngăn chặn dòng chảy ngược qua bơm khi nó đã được đóng lại (xem hình 12.3.8).

• Trộn – Một van check nên được lắp vào mỗi đường cung cấp để ngăn chặn dòng chảy ngược dọc theo các đường dây khác nhau mà sẽ dẫn đến ô nhiễm. Một ứng dụng trộn chung là trộn nước nóng và nước lạnh để cung cấp nước nóng (xem hình 12.3.10).

• Bảo vệ ống dẫn – Van một chiều được sử dụng để ngăn ngừa hư hỏng thiết bị như lưu lượng kế và van điều khiển, tất cả đều có thể bị hỏng do dòng chảy ngược. Van một chiều cũng ngăn chặn các nội dung của bộ lọc từ lưu trữ trong đường ống thượng lưu bằng chất lỏng chảy ngược lại.
• Nhiều ứng dụng nồi hơi – Một van một chiều phải được lắp vào đầu ra của mỗi nồi hơi để tránh hơi nước chảy vào nồi hơi, có thể ở trạng thái chờ nóng (xem hình 12.3.11).

• Tháo ống nước – Khi một chiếc xưởng tháo dỡ được thổi ra từ hơn một nồi hơi, cần lắp van một chiều ở mỗi đường tháo nước riêng biệt. Điều này sẽ ngăn chặn sự thổi từ một nồi hơi chảy ngược trở lại nồi hơi khác. Ở nhiều quốc gia, đây là một yêu cầu bắt buộc.
• Đèn flash – Một wafer check valve được lắp đặt tại ổ cắm hơi nước của đèn flash; Điều này đảm bảo rằng hơi nước từ bất kỳ van make up nào không chảy ngược trở lại tàu phóng (xem hình 12.3.12). Một van kiểm tra cũng được lắp đặt sau khi bẫy hơi nước thải ra khỏi tàu.

Split disc check valves

Split disc check valves hoặc van một chiều cánh bướm được thiết kế để vượt qua giới hạn kích cỡ và áp suất giảm của van một chiều lá lật và các loại van một chiều đĩa. Nắp của van một chiều lá lật về cơ bản được tách ra và nối với nhau ở giữa, sao cho hai đĩa chỉ xoay theo một hướng. Các đĩa được ngăn đế lại bằng một sợi xoắn được gắn trên bản lề.

Để giữ bản lề ở giữa đường dẫn, có thể sử dụng các chốt giữ bên ngoài. Những chân giữ lại này là nguồn rò rỉ thông thường từ van. Thiết kế được cải tiến đảm bảo bản lề nội bộ, và vì cơ chế van được niêm phong hoàn toàn trong cơ thể, không bị rò rỉ tới khí quyển (xem Hình 12.3.13).

Van thường đóng kín, vì các đĩa được giữ kín bởi lò xo xoắn. Khi chất lỏng chảy theo hướng chuyển tiếp, áp suất của chất lỏng làm cho các đĩa đĩa mở bản lề, cho phép dòng chảy. Van một chiều được đóng lại bằng lò xo ngay khi dòng chảy ngừng, trước khi bất kỳ luồng đảo ngược nào có thể xảy ra.

Việc thường xuyên mở và đóng split disc check valve sẽ sớm gây thiệt hại đế nếu đĩa cọ xát vào đế trong quá trình mở. Để khắc phục điều này, phần gót của đĩa được nâng lên trong thời gian mở cửa ban đầu của van và các tấm xoay hoàn toàn trên bản lề như trái ngược với mặt ghế.

Loại split disc check valve có nhiều ưu điểm so với các loại van một chiều khác:

• Thiết kế đĩa phân chia không giới hạn về kích thước và các van này đã được sản xuất với kích cỡ lên đến DN5400.
• Áp suất giảm trên van check chia nhỏ hơn đáng kể so với các loại khác.
• Chúng có thể được sử dụng với áp suất mở thấp hơn.
• Split disc check valve có thể được cài đặt ở bất kỳ vị trí, bao gồm cả đường ống thẳng đứng.

Các loại van một chiều khác

Các loại van một chiều nêu trên là loại thường gặp nhất trong các hệ thống hơi nước, khí lõng và lỏng. Tuy nhiên, một số loại khác cũng có sẵn. Ba loại được liệt kê dưới đây chủ yếu phù hợp với các ứng dụng lỏng và sau đó có thể được tìm thấy trong các hệ thống ngưng tụ:

• Ball check valve  – Bao gồm một quả bóng tráng cao su thường nằm ở đầu vào của van, đóng kín cửa vào. Khi áp lực được thực hiện trên quả bóng, nó được di chuyển ra khỏi đế của nó dọc theo một đường, cho phép chất lỏng đi qua cửa hút. Khi áp suất nước giảm xuống, quả bóng trượt trở lại vị trí của nó trên đế đầu vào. Lưu ý: thường chỉ được sử dụng trong các hệ thống lỏng, vì rất khó để đóng kín bằng cách sử dụng một quả bóng.
• Diaphragm check valve – Một màng cao su linh hoạt được đặt trong một cái nắp lưới hoặc lỗ đục với điểm theo hướng dòng chảy trong đường ống (xem hình 12.3.15). Dòng chảy hướng về phía trước làm chệch hướng màng vào bên trong, cho phép chảy qua chất lỏng. Khi không có dòng chảy hoặc áp suất phản ứng tồn tại, màng ngăn trở lại vị trí ban đầu, đóng van. Lưu ý: Vật liệu màng ngăn giới hạn việc áp dụng van check màng để dung dịch dưới 180 ° C và 16 bar.

• Tilting disc check valve – Điều này tương tự như van check kiểu swing, nhưng với tấm lật xoay ở phía trước trung tâm của áp suất và cân bằng hoặc lò xo nạp để đảm bảo vị trí đóng bình thường (xem hình 12.3.16). Khi dòng chảy ở hướng về phía trước, đĩa nâng và ‘trôi nổi’ trong dòng chảy cung cấp khả năng chống dòng chảy tối thiểu. Đĩa được cân bằng để khi dòng chảy giảm, nó sẽ quay về phía vị trí đóng của nó, đóng trước khi dòng chảy ngược thực sự bắt đầu. Hoạt động này trơn tru và yên lặng trong hầu hết các điều kiện.

Lưu ý: do thiết kế của tilting disc check valve, nó được giới hạn chỉ sử dụng trên các ứng dụng chất lỏng.

Biểu đồ tổn thất áp suất

Vì hầu hết các loại van một chiều phù hợp để sử dụng trên cả hệ thống chất lỏng và khí, các nhà sản xuất thường cho thấy áp lực giảm xuống qua van dưới dạng biểu đồ tổn thất áp lực đối với nước. Biểu đồ tổn thất áp suất điển hình được thể hiện trong hình 12.3.17. Nó cho thấy áp suất qua một van một chiều cụ thể cho một kích cỡ van nhất định và lượng nước chảy trong m³ / h.

Để xác định áp suất thả qua van check đối với các chất lỏng khác, cần phải tính lượng lưu lượng nước tương đương, điều này được thực hiện bằng công thức trong công thức 12.3.1:

Khi đã xác định lượng lưu lượng nước tương đương đã được xác định, sự giảm áp suất trên van có thể được đọc trên biểu đồ bằng cách sử dụng phương pháp tương tự như đối với nước, chọn lưu lượng nước tương đương thay vì tốc độ dòng chảy thực tế.

Cần lưu ý rằng lưu lượng thể tích (m³ / h) thường được trích dẫn cho các ứng dụng chất lỏng, trong khi đó, trong các ứng dụng hơi nước, lượng khí thải (kg / h) thường được sử dụng. Để chuyển đổi từ kg / h sang m³ / h, lưu lượng khối lượng nhân với khối lượng riêng (kg / m³) đối với áp suất và nhiệt độ làm việc đặc biệt (xem công thức 12.3.2).

Ngoài ra, nếu giá trị Kv của van được xác định, áp suất giảm trên van có thể được xác định bằng cách sử dụng phương pháp được nêu trong Module 12.2.

Ví dụ 12.3.1

Xác định áp suất thả qua van check DN65 đi qua 1 200 kg / h hơi bão hòa ở 8 bar g. Sử dụng các đặc tính giảm áp suất thể hiện trong hình 12.3.17.

Dung dịch:

Bước đầu tiên là tính lưu lượng thể tích:

Từ bàn hơi ở thanh 8 bar, vg = 0.214 9 m³ / kg

Tham khảo nguồn: spiraxsarco.com

Dịch Bởi: K.S Nguyễn Đức Thịnh

Biên tập bởi: Thietbicongnghiepaz.com