Van cô lập - Chuyển động tuyến tính

Van cô lập được sử dụng để chuyển hướng môi chất quy trình, tạo điều kiện bảo trì, tháo dỡ thiết bị và ngừng hoạt động. Nguyên lý hoạt động, ứng dụng và cấu tạo của van cổng, van cầu, van piston và van màng được nghiên cứu trong hướng dẫn này.

Van cô lập - Chuyển động tuyến tính

Van cô lập là thành phần chính trong bất kỳ hệ thống chất lỏng nào vì chúng được sử dụng để dừng dòng chảy chất lỏng vào một khu vực cụ thể của hệ thống. Chúng đôi khi cũng được sử dụng để kiểm soát thủ công dòng chảy chất lỏng. Tiêu chuẩn châu Âu EN 736-1:1995 phân biệt giữa van cô lập, van điều tiết và van điều khiển như sau:

• Van cô lập - Van được thiết kế chỉ sử dụng ở vị trí đóng hoặc mở hoàn toàn.
• Van điều tiết - Van được thiết kế sử dụng ở bất kỳ vị trí nào giữa đóng và mở hoàn toàn.
• Van điều khiển - Thiết bị vận hành bằng năng lượng thay đổi lưu lượng chất lỏng trong hệ thống điều khiển quy trình. Van cô lập được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau nơi yêu cầu kiểu điều khiển bật/tắt, bao gồm:
• Chuyển hướng môi chất quy trình.
• Cô lập dòng chảy để:
• Tạo điều kiện bảo trì
• Cho phép tháo dỡ thiết bị
• Cho phép ngừng hoạt động nhà máy

Nhiều loại và thiết kế van cô lập khác nhau đã được phát triển để đáp ứng phạm vi ứng dụng này và các điều kiện vận hành đa dạng mà chúng được sử dụng. Van thường được phân thành hai nhóm (xem Bảng 12.1.1), theo chuyển động vận hành của bộ phận đóng (hoặc obturator):

• Van chuyển động tuyến tính - Obturator di chuyển theo đường thẳng. Trong danh mục này bao gồm van cổng, van cầu, van màng và van kẹp. Các van này được đề cập chi tiết hơn trong mô-đun này.
• Van chuyển động quay - Obturator quay quanh một trục vuông góc với hướng dòng chảy. Van bi và van bướm là hai loại van quay quan trọng nhất liên quan đến ứng dụng hơi nước và được đề cập chi tiết hơn trong Mô-đun 12.2, Van cô lập - Chuyển động quay.

Van chuyển động tuyến tính

Van chuyển động tuyến tính đã được phát triển từ các dạng cổng phao sớm được sử dụng để kiểm soát dòng chảy nước trong kênh tưới tiêu. Kể từ đó, một số lượng lớn các thiết kế và loại khác nhau đã được phát triển để sử dụng trong hầu hết mọi loại ứng dụng dòng chảy. Mặc dù van chuyển động tuyến tính được đặc trưng bởi chuyển động thẳng của obturator, dòng chảy chất lỏng có thể vuông góc với chuyển động này (như trong trường hợp van cổng), hoặc theo cùng hướng, như với van cầu. Đặc điểm chính của van chuyển động tuyến tính là việc đóng kín có thể đạt được bằng cách siết chặt obturator trên thân ren.

Van cổng

Van cổng có lẽ là loại van phổ biến nhất được sử dụng ngày nay do việc sử dụng rộng rãi trong hệ thống nước sinh hoạt, nhưng cần lưu ý rằng sự phổ biến của chúng trong công nghiệp đã giảm trong những năm gần đây. Tuy nhiên, chúng vẫn được sử dụng ở nơi cần dòng chảy không bị cản trở, vì cổng van hoàn toàn thu vào nắp, tạo ra sụt áp tối thiểu khi van ở vị trí mở. Van cổng được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng cô lập. Van cổng bao gồm bốn thành phần chính: thân, nắp (hoặc mũ), cổng và thân van. Một van cổng điển hình được minh họa trong Hình 12.1.1.

Cổng van, trượt giữa các ghế, được nâng lên theo hướng vuông góc với dòng chảy cho đến khi ra khỏi đường dòng chảy. Thực tế là cổng van hoàn toàn thu vào nắp đảm bảo rằng sụt áp qua van là thấp.

Van cổng được chia thành một số loại khác nhau, tùy thuộc vào thiết kế của cổng van và các bề mặt ghế.

Van cổng nêm đặc

Cổng van có dạng nêm và nó đặt trên các bề mặt tương ứng trong thân van. Lợi thế cơ học của ren kích hoạt, cùng với góc nêm, cho phép áp dụng đủ lực ghế để chống lại áp suất chất lỏng mà không cần nỗ lực quá lớn từ bánh xe tay. Ghế đôi khi được phủ PTFE để hỗ trợ đóng kín toàn vẹn cao. Một van cổng nêm đặc điển hình được minh họa trong Hình 12.1.1.

Van cổng nêm linh hoạt

Mặc dù có nhiều loại van cổng nêm linh hoạt, tất cả đều sử dụng đĩa hai phần linh hoạt, được tạo hình như hai bánh xe trên trục rất ngắn. Tính linh hoạt của đĩa đảm bảo ghế kín trong phạm vi rộng các nhiệt độ và áp suất. Loại van cổng nêm linh hoạt phổ biến nhất được sử dụng trong ứng dụng hơi nước là van trượt song song. Hai bản lề cấu tạo nên cổng van được giữ vào ghế bởi lò xo, được bọc giữa chúng. Áp suất chất lỏng di chuyển đĩa phía trước ra khỏi ghế, và lực được truyền sang đĩa phía sau, từ đó đảm bảo đóng kín. Mức độ linh hoạt cao trong cổng van cho phép giãn nở và co lại khi chịu biến đổi nhiệt độ, khiến nó phù hợp sử dụng trong hệ thống hơi nước.

Van cầu

Van cầu tạo thành một loại chính của van chuyển động tuyến tính; chúng đã trở nên phổ biến hơn van cổng vì có nhiều cấu hình khác nhau phù hợp với hầu hết ứng dụng. Chuyển động của chất lỏng qua ghế van là theo chiều dọc với chuyển động vận hành của obturator; điều này có nghĩa là đối với van mà đầu vào và đầu ra đối diện theo chiều ngang, chất lỏng phải đi theo hướng thay đổi. Ưu điểm chính của sắp xếp này là van cầu mở nhanh hơn van cổng vì đĩa chỉ cần di chuyển một khoảng cách nhỏ từ ghế để cho phép dòng chảy đầy đủ. Đây là ưu điểm khi van hoạt động thường xuyên. Nhược điểm là chất lỏng phải thay đổi hướng, tăng sức cản dòng chảy và tạo ra dòng rối. Điều này dẫn đến sụt áp qua van cầu cao hơn van cổng.

Van cầu ít bị rò rỉ hơn van cổng, điều này có nghĩa là chúng có thể được sử dụng cho các ứng dụng áp suất cao hơn hoặc thể tích cao hơn, ví dụ trong hệ thống hơi nước, hoặc nơi mất mát chất lỏng có thể nguy hiểm hoặc tốn kém. Chi phí tăng thêm của van cầu so với van cổng được bù đắp bởi sự an toàn bổ sung mà chúng cung cấp, và giảm nguy cơ mất mát chất lỏng.

Áp suất của chất lỏng tác dụng lên diện tích đĩa tạo ra tải trọng trục trên thân van. Điều này làm cho việc đóng van trở nên khó khăn, đến mức nó giới hạn kích thước của van cầu tiêu chuẩn ở DN250. Trên các hệ thống kín có hiệu áp suất cao, nắp cân bằng có thể được sử dụng để khắc phục hiệu ứng này, cho phép sử dụng van có đường danh nghĩa lên đến 500 mm (Hình 12.1.3(a)). Nắp cân bằng chứa nắp nâng trước hoạt động như van thí điểm. Khi van được mở, nắp nâng trước mở trước, cho phép môi chất đi qua với tốc độ được kiểm soát (Hình 12.1.3(b)). Điều này giảm hiệu áp suất qua van, cho phép đĩa được nâng dễ dàng ra khỏi ghế (Hình 12.1.3(c)). Để hỗ trợ đóng van, van cô lập được trang bị nắp cân bằng phải được lắp ngược để đỉnh nắp chịu tác dụng của áp suất phía trước.

Van piston

Một trong những nhược điểm chính của van chuyển động tuyến tính là ghế dễ bị hư hỏng bởi bụi bẩn và xói mòn dòng chảy, và do đó, tùy thuộc vào ứng dụng có thể cần bảo trì thường xuyên. Mặc dù lý thuyết上这些 ghế có thể thay thế, thường đòi hỏi thời gian và chi phí đáng kể, và thường có lợi hơn nếu thay thế toàn bộ van. Để khắc phục vấn đề này, van piston đã được phát triển. Van piston là biến thể của van cầu thông thường, với ghế và nón truyền thống được thay thế bởi piston và ống lồng đèn. Piston được kết nối với thân van và bánh xe tay, và đi qua hai vòng đệm kín được ngăn cách bởi ống lồng đèn. Khi lắp ráp, hai bộ vòng đệm kín được nén quanh piston bởi tải trọng dọc theo thân van. Bộ vòng đệm kín phía trên hoạt động như đệm đóng gói thông thường, và bộ phía dưới hoạt động như ghế. Hơn nữa, diện tích kín lớn giữa piston và vòng đệm đảm bảo mức độ kín cao. Van piston không được thiết kế cho nhiệm vụ tiết lưu và phải được sử dụng ở vị trí mở hoặc đóng hoàn toàn. Khi van được mở hoàn toàn, chỉ có bề mặt dưới của piston tiếp xúc với chất lỏng vì phần còn lại của thân được bảo vệ bởi vòng đệm kín phía trên. Điều này có nghĩa là các bề mặt kín (các bên của piston) được bảo vệ khỏi xói mòn bởi dòng chảy chất lỏng.

Nếu van cần bảo trì, tất cả các bộ phận bên trong có thể dễ dàng được tháo ra bằng cách mở bu lông nắp và rút piston. Vòng đệm và ống lồng đèn sau đó có thể được tháo ra bằng công cụ trích xuất. Thao tác này đơn giản và có thể thực hiện mà không cần tháo van ra khỏi đường ống. Nói chung, piston không bao giờ cần phải thay thế, nhưng vòng đệm kín có thể mòn trong thời gian dài với hoạt động thường xuyên.

Van màng

Van màng tạo thành loại thứ ba chính của van chuyển động tuyến tính. Thân van được sử dụng để đẩy xuống màng linh hoạt, lần lượt chặn đường đi của chất lỏng. Có hai loại phân loại van màng khác nhau dựa trên hình học của thân van:

• Loại tràn - Một đập tràn được đúc vào thân, và khi đóng, màng nằm trên đập tràn, hạn chế dòng chảy (xem Hình 12.1.5 (a)).
• Loại thẳng qua - Lỗ chạy ngang qua thân và màng hình nêm được sử dụng để tạo ra đóng kín (xem Hình 12.1.5 (b)).

Ưu điểm chính của van màng là thực tế là màng cô lập các bộ phận chuyển động của van khỏi chất lỏng quy trình. Do đó, chúng phù hợp để xử lý chất lỏng ăn mòn và chứa các chất rắn lơ lửng. Ngoài ra, vì cụm nắp không tiếp xúc với chất lỏng, nó có thể được làm từ vật liệu giá rẻ như gang, từ đó giảm chi phí tổng thể. Sự phát triển của vật liệu màng mới cho phép màng được sử dụng trên hầu hết các chất lỏng. Tuy nhiên, ứng dụng của chúng bị giới hạn bởi nhiệt độ mà màng có thể chịu được - thường dưới 175°C. Van màng thường được sử dụng trong các ứng dụng chất lỏng quy trình.

Tùy chọn thân van chuyển động tuyến tính

Van chuyển động tuyến tính có sẵn với nhiều sắp xếp thân van khác nhau:

• Thân nâng/không nâng - Nếu thân van là loại nâng, nó sẽ di chuyển thẳng đứng lên trên khi van được mở, so với chỉ quay như ở loại thân không nâng. Thân nâng cho biết mức độ mở van, phản ánh sơ bộ lưu lượng qua van. Van có thân nâng tuy nhiên cần nhiều không gian hơn phía trên nắp để chứa thân van ở vị trí mở hoàn toàn. Việc sử dụng thân không nâng được khuyến nghị trên van đệm đóng gói, vì chúng giảm mòn trên đệm.

• Ren thân trong/ngoài - Trên thân van có ren ngoài, các ren kích hoạt trên thân van nằm bên ngoài thân van và không tiếp xúc với chất lỏng quy trình. Vì ren rất dễ bị ăn mòn, ren ngoài luôn phải được sử dụng trên chất lỏng có tính ăn mòn hoặc xói mòn. Chúng cũng có lợi khi van thường xuyên tiếp xúc với biến đổi nhiệt độ lớn, vì sự giãn nở và co lại của thân van có thể gây kẹt ren bên trong thân.

Kín thân van

Để ngăn rò rỉ môi chất quy trình từ xung quanh thân van, phải đặt một rào cản giữa chất lỏng và môi trường. Kín thân van thường được thực hiện bằng một trong hai phương pháp, đó là đệm đóng gói và kín ống bellow. Đệm đóng gói bao gồm vật liệu polyme, thường là PTFE, được đóng chặt giữa thân van và nắp, từ đó ngăn bất kỳ môi chất quy trình nào thoát ra ngoài.

Trong van kín ống bellow, một ống bellow kim loại linh hoạt được sử dụng. Nó được kết nối ở một đầu với thân van và đầu kia được kết nối với nắp, tạo ra hiệu quả một rào cản giữa chất lỏng và môi trường. Ống bellow này giãn ra và co lại khi thân van di chuyển lên và xuống. Ống bellow hiệu quả đến mức tạo ra kín ‘không phát thải’. Trên ống bellow được trang bị thiết bị chống xoắn, ngăn ống bellow quay cùng thân van. Thiết bị này rất cần thiết, nếu không việc xoắn lặp lại của ống bellow sẽ dẫn đến hỏng kín.

Mặc dù ít tốn kém hơn van kín ống bellow, van đệm đóng gói không tạo ra kín chặt như ống bellow. Nếu van đệm đóng gói không được sử dụng trong thời gian dài, đệm đóng gói có thể cứng lại, và rò rỉ sẽ xảy ra lần tiếp theo khi van được sử dụng. Van kín ống bellow không gặp vấn đề này. Hơn nữa, van đệm đóng gói yêu cầu đóng gói lại đệm thường xuyên, trong khi ống bellow điển hình không cần bảo trì trên 10.000 chu kỳ.