Giới Thiệu Về Van Điều Khiển Điện/ Van Điều Khiển Khí Nén

Đây là hướng dẫn mô tả ngắn gọn các thành phần cơ bản của các loại van điều khiển tuyến tính và van kiểm soát hoạt động xoay vòng sẵn sàng sử dụng trong các hệ thống hơi nóng và nước.

Giới Thiệu Về Van Điều Khiển Điện /Van Điều Khiển Khí Nén

Một hệ thống điều khiển cơ bản thông thường sẽ bao gồm các thành phần sau:

• Van điều khiển.
• Thiết bị truyền động.
• Bộ điều khiển.
• Cảm biến.

Tất cả các thuật ngữ này là chung chung và có thể bao gồm nhiều sự biến đổi và đặc tính. Với sự tiến bộ của công nghệ, đường phân chia giữa các thiết bị riêng lẻ và các định nghĩa của chúng đang trở nên không rõ ràng. Chẳng hạn, vị trí điều chỉnh van theo một cách truyền thống đến một vị trí cụ thể trong phạm vi hoạt động của nó giờ đây có thể:

• Lấy đầu vào trực tiếp từ cảm biến và cung cấp một chức năng điều khiển.
• Giao diện với máy tính để thay đổi các chức năng điều khiển, và thực hiện các công việc chẩn đoán.
• Sửa đổi các van chuyển động để thay đổi các đặc tính của van điều khiển.
• Giao diện với hệ thống truyền thông kỹ thuật số của nhà máy.

Tuy nhiên, vì mục đích rõ ràng tại thời điểm này, mỗi thiết bị sẽ được xem xét riêng.

Control valve/ Van Điều Khiển

Có rất nhiều loại van công nghiệp khác nhau, nhưng bài viết này sẽ tập trung vào những loại được sử dụng rộng rãi nhất trong việc kiểm soát tự động hơi nóng và các môi chất công nghiệp khác. Chúng bao gồm các loại van có chuyển động trục và xoay.

Các loại tuyến tính bao gồm van cầu hơi và van trượt.

Các loại quay bao gồm van bi, van bướm, van màng và các biến thể của chúng.

Sự lựa chọn đầu tiên được thực hiện là giữa van hai ngã và van ba ngã.

• Van bướm hai van (hạn chế) chất lỏng đi qua chúng.
• Van ba cổng có thể được sử dụng để ‘trộn’ hoặc ‘chuyển hướng’ chất lỏng đi qua chúng.
• Van hai ngã (Two-port valves)  (hạn chế) chất lỏng đi qua chúng.
•  Van ba ngã (Three-port valves) có thể được sử dụng để ‘trộn’ hoặc ‘chuyển hướng’ chất lỏng đi qua chúng.

****Van Hai Ngã

Globe valves

Các van cầu (globe valves) thường được sử dụng cho các ứng dụng điều khiển vì chúng thích hợp cho việc giảm bớt dòng chảy và dễ dàng để chúng có thể có được một đặc tính đặc biệt, liên quan đến sự mở van cho dòng chảy.

Hai loại van điển hình điển hình được thể hiện trong hình 6.1.1. Một thiết bị truyền động kết hợp với trục chính van sẽ cung cấp sự dịch chuyển van.

Các bộ phận cấu thành chính của van cầu (globe valve) là:

• The body.
• The bonnet.
• The valve seat and valve plug, or trim.
• The valve spindle (which connects to the actuator).
• The sealing arrangement between the valve stem and the bonnet.

Hình 6.1.2 là một sơ đồ biểu diễn một van cầu chữ ngã. Trong trường hợp này, dòng chảy của chất lỏng được đẩy vào valve plug và có xu hướng giữ cho plug khỏi đế van.

Sự khác biệt trong áp suất thượng lưu (P1) và hạ lưu (P2) của van, đối với valve phải đóng, được gọi là áp suất chênh lệch (ΔP). Áp suất chênh lệch tối đa mà van có thể đóng sẽ phụ thuộc vào kích cỡ và loại van và bộ truyền động vận hành.

Nói rộng, lực bắt buộc từ thiết bị truyền động có thể được xác định bằng phương trình

Trong một hệ thống hơi nước, áp suất chênh lệch cực đại thường được giả định là giống như áp suất tuyệt đối thượng lưu. Điều này cho phép điều kiện chân không có thể ở hạ lưu của valve khi van đóng. Áp suất chênh lệch trong hệ thống nước khép kín là đầu bơm chênh lệch cực đại.

Nếu một van lớn hơn, có lỗ thông lớn hơn, được sử dụng để vượt qua khối lượng lớn hơn của môi trường, sau đó lực mà cơ cấu truyền động phải phát triển để đóng van cũng sẽ tăng lên. Nếu dung lượng lớn phải được chuyền qua các van lớn, hoặc ở những áp suất khác nhau rất cao, điểm sẽ đạt được khi không thực tế để cung cấp đủ lực để đóng một van van đơn thông thường. Trong những trường hợp như vậy, giải pháp truyền thống cho vấn đề này là van hai ngăn hai ngã.

Như tên của nó, van hai đế có hai van plug trên một trục chính chung, với hai van đế. Không chỉ có thể giữ van đế nhỏ hơn (vì có hai trong số chúng), nhưng cũng có thể thấy trong hình 6.1.3, các lực được cân bằng một phần. Điều này có nghĩa là mặc dù áp lực khác biệt đang cố gắng giữ cho van trên cùng của đế van (như với van đơn đế) nó cũng cố gắng để đẩy xuống và đóng nắp valve plug.

Tuy nhiên, một vấn đề tiềm ẩn tồn tại với bất kỳ van đế kép. Do mức chịu đựng sản xuất và các hệ số giãn nở khác nhau nên có thể đảm bảo vài van đế kép có thể đảm bảo độ kín tuyệt đối.

Shut-off tightness

Rò rỉ van điều khiển được phân loại theo mức van sẽ rò rỉ khi đóng hoàn toàn. Tỷ lệ rò rỉ trên van hai chỗ tiêu chuẩn tốt nhất ở cấp III, (rò rỉ 0,1% dòng đầy) có thể là quá nhiều để làm cho nó phù hợp với các ứng dụng nhất định. Do đó, bởi vì các dòng chảy qua hai cổng khác nhau, lực có thể không giữ được cân bằng khi van mở ra.

Đã có nhiều tiêu chuẩn quốc tế chính thức xác định tỷ lệ rò rỉ trong van điều khiển. Tỷ lệ rò rỉ sau đây được lấy từ Chuẩn Anh BS 5793 Phần 4 (IEC 60534-4). Đối với van đơn đế không cân bằng tiêu chuẩn, tỷ lệ rò rỉ thông thường là loại IV, (0,01% dòng đầy), mặc dù có thể có được loại V, (đường kính chỗ ngồi x 1,8 x 10-5 x) Mm) .Nói chung, tỷ lệ rò rỉ thấp càng có nhiều chi phí.

Van cân bằng đế đơn/ Balanced single seat valves

Do vấn đề rò rỉ liên quan đến van đế kép, cần phải chỉ định một van đóng chặt nên phải chỉ định van một chỗ. Các lực cần thiết để đóng một van globe đế đơn tăng đáng kể với kích thước van. Một số van được thiết kế với một cơ chế cân bằng để giảm lực đóng cần thiết, đặc biệt là trên van hoạt động với áp suất lớn. Trong van cân bằng piston, một số áp suất nước thượng lưu được truyền qua các đường dẫn nội bộ vào không gian phía trên lưong van, hoạt động như một buồng cân bằng áp lực. Áp lực trong buồng này cung cấp áp lực cho chốt van như thể hiện trong hình 6.1.4, cân bằng áp suất đầu ra và hỗ trợ lực bình thường do bộ truyền động gây ra, để đóng valve.

Van trượt, trục chính điều khiển

Van trượt có xu hướng đi kèm với hai kiểu dáng khác nhau; Loại wedge gate và kiểu trượt song song. Cả hai loại đều phù hợp với dòng chảy của chất lỏng cách li, khi chúng đóng chặt, và khi mở, áp lực giảm xuống trên chúng rất nhỏ. Cả hai loại này đều được sử dụng làm van điều khiển thủ công, nhưng nếu yêu cầu khởi động tự động, van trượt song song thường được lựa chọn, cho dù là cách ly hay điều khiển. Các van điển hình được thể hiện trong hình 6.1.5.

Van trượt song song đóng lại bằng hai đĩa trượt trượt (lò xo không được hiển thị), đi qua dòng chảy của chất lỏng, áp suất chất lỏng đảm bảo mối liên kết chặt chẽ giữa đĩa xuôi dòng và đế của nó. Van trượt song song kích thước lớn được sử dụng trong các ống hơi và nguồn cấp liệu chính trong ngành công nghiệp điện và quá trình để cô lập các phần của nhà máy. Các thanh trượt song song nhỏ cũng được sử dụng để điều khiển các dịch vụ hơi nước và phụ trợ mặc dù, chủ yếu là do chi phí, những công việc này thường được thực hiện bằng van bi và van loại piston.

Van loại quay vòng ( rotary valve)

Các loại van quay, thường được gọi là van xoay vòng, bao gồm van plug, van bi  và van bướm. Tất cả đều đòi hỏi một chuyển động quay để mở và đóng, và có thể dễ dàng được trang bị bộ truyền động.

Van nắp lệch tâm

Hình 6.1.6 cho thấy một van plug kỳ lạ điển hình. Các van này thường được cài đặt với trục chính ngang như được hiển thị, và bộ truyền động kèm theo nằm bên cạnh van.

Van nối có thể bao gồm các mối liên kết giữa plug và bộ truyền động để cải thiện lực đòn bẩy và lực đóng, và các bộ định vị đặc biệt làm thay đổi đặc tính van vốn có tới một đặc tính tỷ lệ phần trăm hữu ích hơn (đặc điểm van được thảo luận trong Module 6.5).

Van bi

Hình 6.1.7 cho thấy một van bi gồm một quả cầu nằm giữa hai vòng kín trong một hình dạng đơn giản. Bóng có một lỗ để cho chất lỏng đi qua. Khi kết hợp với ống dẫn, điều này cho phép vận hành đầy đủ hoặc khoan gần như hoàn toàn với áp suất rất nhỏ. Xoay quả bóng qua 90 ° mở ra và đóng dòng chảy. Van bi được thiết kế đặc biệt cho các mục đích điều khiển sẽ có các quả bóng hoặc đế đặc trưng, để tạo ra một mô hình dòng chảy có thể dự đoán được.

Van bi là phương tiện kinh tế để kiểm soát với sự đóng kín của nhiều loại chất lỏng bao gồm hơi nước ở nhiệt độ lên đến 250 ° C (38 bar g, hơi bão hòa). Ở nhiệt độ này, cần có vật liệu ghế đặc biệt hoặc chỗ ngồi bằng kim loại để làm kim loại, điều này có thể tốn kém. Van bi được dễ dàng khởi động và thường được sử dụng để tách biệt và kiểm soát từ xa. Đối với các ứng dụng điều khiển quan trọng, các viên bi được phân chia với các lỗ hình đặc biệt có sẵn để cung cấp các đặc tính dòng chảy khác nhau.

Van bướm

Hình 6.1.8 là một sơ đồ đơn giản của van bướm, bao gồm một đĩa quay trong trục . Ở vị trí mở đĩa song song với đường ống, cho phép dòng chảy hoàn toàn qua van. Ở vị trí khép kín, nó được xoay trên một chỗ, và vuông góc với đường ống.

Theo truyền thống, van bướm được giới hạn ở áp suất thấp và nhiệt độ, do những hạn chế cố hữu của ghế mềm được sử dụng. Hiện nay, van có ghế có nhiệt độ cao hoặc chất lượng cao và chỗ ngồi bằng kim loại bằng kim loại đặc biệt để khắc phục những nhược điểm này. Van bướm chuẩn hiện nay được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển đơn giản, đặc biệt ở các kích cỡ lớn hơn và khi giới hạn thời gian quay. Van bướm đặc biệt có sẵn cho các hoạt động đòi hỏi cao.

Một chất lỏng chảy qua van bướm tạo ra một áp suất giảm thấp, trong đó van ít kháng dòng chảy khi mở. Nhìn chung, các giới hạn áp suất khác nhau của chúng thấp hơn so với các van cầu. Van bi tương tự nhau, ngoại trừ việc sắp xếp khác nhau, chúng có thể hoạt động chống lại áp suất khác biệt cao hơn các van bướm tương đương.

Tùy chọn

Luôn luôn có một số lựa chọn để cân nhắc khi lựa chọn van điều khiển. Đối với van cầu, chúng bao gồm lựa chọn vật liệu spindle gland packing và các gland packing configurations theo đường ống, được thiết kế để làm cho van thích hợp cho việc sử dụng ở nhiệt độ cao hơn hoặc cho các loại chất lỏng khác nhau. Một số ví dụ về những điều này có thể được nhìn thấy trong sơ đồ giản đơn giản trong hình 6.1.9. Cần lưu ý rằng một số loại gland packing gây ra ma sát lớn hơn với trục quay của van hơn các loại khác. Ví dụ, loại vòng khép kín truyền thống packing sẽ tạo ra lực ma sát lớn hơn kiểu chevron được nạp lò xo PTFE hoặc kiểu vòng kín. Ma sát lớn hơn yêu cầu lực tăng tốc cao hơn và sẽ có khuynh hướng tăng lên cho chuyển động ngẫu nhiên.

Spring-loaded packing lại điều chỉnh chính nó khi nó hoạt động. Điều này làm giảm sự cần thiết phải bảo trì bằng tay thường xuyên. Bơm van kín là loại đắt nhất trong ba loại này, nhưng cung cấp ma sát tối thiểu với cơ chế niêm phong thân cây tốt nhất. Như thể thấy trong hình 6.1.9, các van nằm trong van khí nén thường có một bộ packing truyền thống khác ở phía trên cùng của vỏ van. Điều này sẽ đóng vai trò như một biện pháp phòng vệ cuối cùng chống lại bất kỳ cơ hội nào bị rò rỉ qua trục chính đến khí quyển.

Van cũng có những cách khác nhau để hướng dẫn valve plug bên trong thân máy. Một phương pháp hướng dẫn chung, như được mô tả trong hình 6.1.10, là phương pháp ‘ hướng dẫn kép’, nơi trục chính được dẫn hướng ở cả đầu và phần dưới của chiều dài của nó. Một loại khác là phương pháp ‘có hướng dẫn’, nơi mà plug có thể được hướng dẫn bởi một cái cage hoặc một frame. Một số van có thể sử dụng plug có đục lỗ, kết hợp hướng dẫn plug và giảm tiếng ồn.

Tóm tắt van hai ngăn được sử dụng để điều khiển tự động

Cho đến nay, van loại được sử dụng rộng rãi nhất để điều khiển tự động các quy trình và ứng dụng hơi là van globe. Nó tương đối dễ dàng để khởi động, nó là linh hoạt, và có đặc tính vốn có phù hợp với nhu cầu kiểm soát tự động của hơi nước.

Cũng nên nói rằng van điều khiển tự động hai ngăn cũng được sử dụng trong hệ thống nước, chẳng hạn như hệ thống nước nóng nhiệt độ thấp, trung bình và cao, và hệ thống dầu nhiệt. Hệ thống chất lỏng mang một nhu cầu vốn có để được cân bằng liên quan đến dòng chảy của khối lượng. Trong nhiều trường hợp, hệ thống được thiết kế có thể sử dụng van hai ngăn mà không phá hủy sự cân bằng của các mạng lưới phân phối.

Tuy nhiên, khi van hai ngăn không thể được sử dụng trên hệ thống chất lỏng, van ba ngã được lắp đặt, vốn đã duy trì được sự cân bằng trong hệ thống phân phối, bằng cách chuyển đổi hoặc pha trộn.

Van Ba Ngã

Van ba ngăn có thể được sử dụng cho dịch vụ pha trộn hoặc chuyển hướng phụ thuộc vào cách cắm và sắp xếp chỗ ngồi bên trong van. Một định nghĩa đơn giản về mỗi chức năng được thể hiện trong hình 6.1.11.

 

Van piston/ Piston valves

Van loại này có pit-tông rỗng, (hình 6.1.12), được di chuyển lên và xuống bằng bộ truyền động, bao phủ và tương ứng phát hiện hai cổng A và B. Cổng A và cổng B có cùng khu vực lưu thông chất lỏng tổng thể Và bất cứ lúc nào, tổng diện tích mặt cắt của cả hai cổng đều bằng nhau. Ví dụ, nếu cổng A là 30% mở, cổng B là 70% mở, và ngược lại. Loại van này vốn đã cân bằng và được cung cấp bởi hệ thống điều khiển tự hành.

Lưu ý: Cấu hình porting có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất.

Loại van ba cổng globe (còn gọi là ‘lift và lay’)

Ở đây, bộ truyền động đẩy một đĩa hoặc cặp van plug giữa hai đế (Hình 6.1.13), tăng hoặc giảm dòng chảy qua các cổng A và B một cách tương ứng.

Lưu ý: Đặc tính tuyến tính đạt được bằng cách định hình plug skirt (xem hình 6.1.14).

van Ba Cửa rotating shoe

Loại van này sử dụng một rotating shoe, đi qua cổng. Sự sắp xếp sơ đồ trong Hình 6.1.15 minh họa một ứng dụng trộn với khoảng 80% chảy qua cổng A và 20% qua cổng B, 100% thoát ra qua cổng AB.

Sử Dụng Van Ba Ngã

Không phải tất cả các loại đều có thể được sử dụng cho việc trộn và chuyển hướng. Hình 6.1.16 cho thấy ứng dụng không chính xác của van globe được sản xuất như một van trộn nhưng được sử dụng như một van phân chia.

Dòng chảy vào van thông qua cổng AB có thể để lại từ một trong hai cổng ra A hoặc B, hoặc một tỷ lệ có thể để lại từ mỗi. Với cổng A mở và cổng B đóng lại, áp suất chênh lệch của hệ thống sẽ được áp dụng ở một phía của plug.

Khi cổng A đóng, cổng B mở, và áp lực khác nhau sẽ được áp dụng qua phía bên kia của plug. Tại một số vị trí cắm trung gian, áp suất chênh lệch sẽ đảo ngược. Sự đảo chiều của áp suất này có thể làm cho plug ra khỏi vị trí, kiểm soát kém và tiếng ồn có thể xảy ra khi plug ‘chatters’ vào đế của nó.

Để khắc phục vấn đề này trên van plug được thiết kế để chuyển hướng, một cấu hình đế khác được sử dụng, như thể hiện trong hình 6.1.17. Ở đây, áp lực khác nhau được áp dụng như nhau cho cùng một mặt của cả hai van plug vào mọi lúc.

Trong các mạch kín, có thể sử dụng van trộn hoặc van phân chia, tùy thuộc vào thiết kế hệ thống, như được mô tả trong Hình 6.1.18 và 6.1.19.

Trong hình 6.1.18, van được thiết kế như một van trộn vì nó có hai cửa hút và một cửa thoát. Tuy nhiên, khi đặt trong ống dẫn trở lại từ tải, nó thực sự thực hiện một chức năng chuyển hướng, vì nó chuyển hướng nước nóng ra khỏi bộ trao đổi nhiệt.

Hãy xem xét van pha trộn được sử dụng trong hình 6.1.18, khi bộ trao đổi nhiệt đòi hỏi nhiệt độ tối đa, có lẽ lúc khởi động, cổng A sẽ được mở hoàn toàn, và cổng B đóng hoàn toàn. Toàn bộ nước đi từ nồi hơi được truyền qua bộ trao đổi nhiệt và đi qua van thông qua các cổng AB và A. Khi tải nhiệt được thỏa mãn, cổng A sẽ được đóng hoàn toàn và cổng B mở hoàn toàn, và toàn bộ Nước đi từ lò hơi qua đường tải và đi qua van thông qua các cổng AB và B. Theo nghĩa này, nước được chuyển hướng từ bộ trao đổi nhiệt theo yêu cầu của tải nhiệt.

Hiệu quả tương tự có thể đạt được bằng cách cài đặt một van phân luồng trong đường ống dẫn, như thể hiện trong hình 6.1.19.

Tham khảo nguồn: spiraxsarco.com

Dịch Bởi: K.S Nguyễn Đức Thịnh

Biên tập bởi: Thietbicongnghiepaz.com