Van điều khiển khí nén là gì?
Van điều khiển khí nén là loại van cơ được lắp đặt, tích hợp bộ truyền động bằng khí nén. Bộ truyền động này chuyển đổi năng lượng của khí nén thành chuyển động cơ học. Mục đích để đóng/mở, điều khiển các loại van.
Van điều khiển bằng khí nén có hai dạng đóng mở chính là on/off và đóng mở tuyến tính. Bộ điều khiển khí nén được dùng kết hợp cùng các chủng loại van chủ yếu là: Van bi, van bướm, van cầu, van cổng và van màng.
Bộ truyền động khí nén có hai loại chuyển động chính là chuyển động trục van kiểu tịnh tiến và chuyển động trục van kiểu xoay. Với loại chuyển động xoay chúng ta có 2 loại là: Bộ khí tác động đơn và bộ khí tác động kép.
Hình dạng van điều khiển khí
Hình dáng của van phụ thuộc vào hình dáng của bộ điều khiển khí nén và các chủng loại thân van.
Bộ điều khiển khí nén có hình dạng như ảnh bên dưới. Ngoài ra theo mỗi thương hiệu mà chúng được thiết kế có hình dáng riêng và màu sắc khác nhau.
Trong các loại van đóng mở bằng khí nén, thường gặp nhiều nhất vẫn là van bi điều khiển khí nén và van bướm điều khiển khí nén
Trong đó một số loại van điều khiển khí nén khác như : van cầu điều khiển khí nén, van cổng dao điều khiển khí nén và van màng điều khiển khí nén cũng được sử dụng với những hệ thống hoặc vị trí đặc biệt.
Cấu tạo của van điều khiển khí nén
Van điều khiển bằng khí nén có cấu tạo cơ bản gồm 2 bộ phận chính là thân van, bộ truyền động khí nén. Ngoài ra chúng còn có các bộ phận khác kèm theo như Limit Swith Box ( Bộ báo trạng thái đóng mở ), Bộ định vị khí nén ( Posotioner ), Van điện từ ( Solenoi valve Airtac )…
Riêng bộ truyền động khí nén, ứng với mỗi kiểu chuyển động chúng có nguyên tắc hoạt động và cấu tạo khác nhau.
Thân van ( Body Valve )
Loại van được sử dụng để lắp đặt với thiết bị truyền động khí nén như : Van bi, van cổng, van bướm, van dao, van cầu, van màng.
Mỗi một dòng van đều có những ưu nhược điểm cũng như cấu tạo và nguyên lý làm việc khác nhau. Vì vậy bạn cần lưu ý nắm bắt được từng loại van, thuận lợi cho việc lựa chọn sử dụng sau này
Bộ truyền động ( Pneumatic Actuator )
Có cấu tạo như cylinder khí nén, là bộ phận tác động trực tiếp đến trục van, làm cánh van chuyển động đóng mở
Hiện nay bộ truyền động khí được chia làm 2 kiểu chính, đó là: Truyền động đơn và truyền động kép, với truyền động đơn thì có chuyển động trục van dạng tính tiến và dạng xoay, tuy nhiên đối với truyền động kép thì chủ yếu chỉ ứng dụng cho truyền động làm xoay trục van.
Cấu tạo bộ truyền động đơn
Dạng truyền động đơn tịnh tiến
Loại chuển động đơn tịnh tiến là loại sử dụng áp lực khí nén, tác động lên bộ phận chuyển động. Khi áp lực này lớn hơn áp lực lò xo, tạo ra chuyển động tịnh tiến, chuyển động này đồng thời sẽ là chuyển động của trục van, từ đó giúp van đóng hoặc mở. Khi ngừng cung cấp khí nén, lực đàn hồi của lò xo sẽ đẩy trục van trả về trạng thái thiết lập ban đầu.
Loại truyền động đơn này thường áp dụng vào gắn vào các loại van cầu, van cổng và van màng. Bởi các loại van này hoạt động theo nguyên lý, trục van chuyển động tịnh tiến đóng và mở đĩa van khỏi vị trí ghế van
Dạng chuyển động đơn, kiểu xoay
Đối với bộ truyền động đơn này, chúng có cấu tạo được chia làm 2 buồng là buồng trong và buồng ngoài. Bồng trong chứa trụ quay bánh rang, gắn với pistong, buồng ngoài là nơi chứa bộ lò xo ( có thể 1 hoặc nhiều lò xo ).
Loại chuyển động đơn xoay, được tạo ra từ việc chuyển đổi chuyển động tịnh tiến thành truyển động xoay, đây chính là điểm khác nhau lớn giữa 2 loại truyền động đơn tịnh tiến và truyền động đơn kiểu xoay. Loại truyền động đơn này thường được áp dụng và gắn vào các loại van: Van bướm và van bi
Cấu tạo bộ truyền động kép
Là loại truyền động dùng khí nén cho cả 2 chu trình đóng và mở van, không có lò xo bên trong. Khí nén được cấp vào 2 buồng trong bộ điều khiển tương ứng với các trạng thái đóng, mở
+) Chu trình mở: Khí nén đi vào từ cổng C vào buồng trong của bộ điều khiển đẩy piston chạy sang hai bên, các bánh răng của trục vít quay ngược chiều kim đồng hồ truyền lực xuống trục để mở van. Khi đó không khí từ hai buồng ngoài sẽ thoát ra ngoài qua cổng L. Van trong trạng thái mở hoàn toàn.
+) Chu trình đóng: Áp lực của khí nén đi vào từ cổng L vào hai buồng ngoài của bộ điều khiển đẩy piston chạy vào trong. Các bánh răng của trục vít quay cùng chiều kim đồng hồ truyền lực xuống trục để đóng van. Khi đó không khí từ buồng trong sẽ thoát ra ngoài qua cổng C. Van trong trạng thái đóng hoàn toàn.
Sự khác nhau giữa tác động đơn và tác động kép: Với bộ điều khiển tác động đơn, khí nén được đưa vào 1 buồng khí, còn tác động kép thì buồng khí nén được đưa vào cả 2 buồng ( trong và ngoài )
Bộ điều khiển tác động đơn.
Là loại truyền động chỉ dùng khí nén trong 1 chu trình đóng hoặc chu trình mở van, lực đàn hồi của lò xo sẽ thực hiện chu trình đóng ngược lại. Van luôn trong trạng thái thiết lập ban đầu ( Đóng hoặc mở ) nếu không cung cấp khí nén cho bộ truyền động.
+) Chu trình mở: Khí nén đi được cấp vào từ cổng C, vào buồng trong của bộ điều khiển, lực khí nén thắng lực nén của lò xo. Đẩy piston chạy sang hai bên, các bánh răng của trục sẽ biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục. Trục quay ngược chiều kim đồng hồ, cánh van bướm hoặc ban bi sẽ quay, van được mở ra. Không khí từ hai buồng ngoài sẽ thoát ra ngoài qua cổng L.
+) Chu trình đóng: Khi ngừng cấp khí, hoặc nguồn khí nén bị gián đoạn. Lực đàn hồi của lò xo đẩy piston theo hướng ngược lại (vào trong), bằng các bánh răng giữa trục van và piston. Piston đẩy làm trục van quay theo chiều kim đồng hồ để đóng van. Lúc đó không khí từ buồng trong sẽ thoát ra ngoài qua cổng C.
Các bộ phận khác
Ngoài 2 bộ phận chính như trên, tùy từng yêu cầu hoạt động cần thiết từ đó cần thêm các bộ phận khác
Bộ phận báo đóng mở ( Limit Swith Box)
Khác với van tay gạt chúng ta có thể nhận biết trạng thái đóng mở của van dựa vào góc quay của tay gạt. Van điều khiển khí nén kiểu ON/OFF, vận hành van theo hình thức đóng mở hoàn toàn, nên van có bộ chỉ báo có tác dụng cho biết van đang ở trạng thái đóng hay mở.
Tác dụng của bộ công tắc van điều khiển khí nén là gì?
Được dùng trong van khí nén ON/OFF, Trong thưc tế có nhiều đơn vị không sử dụng bộ điều công tắc này, bởi họ có thể nhận biết van đang đóng hoặc mở bằng bộ phận chỉ báo ở trên. Tuy nhiên bộ công tắc này được một số chủ đầu tư lắp thêm bới nó có 2 chức năng chính:
♦ Hiển thị trạng thái đóng mở của van, để người dùng biết van đang ở trạng thái đóng, hay trạng thái mở của van.
♦ Gửi tín hiệu báo trạng thái đóng mở của van, đến phòng điều khiển. Hoặc sử dụng tín hiệu đó cho van điện từ – bộ chia khí sẽ dẫn khí sang bên đóng hoặc bên mở của cổng khí nén, thực hiện đóng hoặc mở van.
Bộ định vị điều tiết khí nén (Rotary Positioner) – Van tuyến tính
Được lắp đặt với van điều khiển khí nén, có tác dụng điều tiết lưu lượng khí nén đến thiết bị truyền động, Từ đó tạo ra các góc mở khác, để điều tiết tốc độ lưu chất.
Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý cân bằng lực, giữa lực tác động của dòng lưu chất lên đĩa van và áp lực khí nén, rồi lại nhận vị trí của đĩa van để hiển thị góc mở lên đồng hồ. Do đó, bộ định vị đảm bảo hoạt động đáng tin cậy và chính xác cao
Bộ van điện từ
Hay còn gọi là bộ chia khí, khi không dùng bộ chia khí này, để van có thể thực hiện đóng mở chúng ta cần cấp 2 nguồn khí cho bộ truyền động: Nguồn cấp cho bên mở và nguồn cấp cho bên đóng. Tuy nhiên khi dùng thêm bộ chia khí, chúng ta chỉ cần 1 nguồn cấp, nguồn này sẽ được van điện từ cấp vào bên mở khi cẩn mở van, ngược lại sẽ cấp vào bên đóng để đóng van, việc phân chia này se theo đúng mục đích sử dụng, giúp van đóng mở thuận tiện. Các loại điện áp chủ yếu áp dụng cho loại van này là điện áp 220V AC, 110V AC, 24V DC.
Bộ lọc khí nén
Bộ lọc khí nén giúp cho nguồn khí cấp vào bộ truyền động được sạch, loại bỏ hơi nước tồn đọng. Khi nguồn khí nén sạch không chứa nước và tạp chất sẽ giúp van hoạt động ổn định, độ bền kéo dài, không gây gỉ các chi tiết bên trong bộ khí
Nguyên lý hoạt động
Dựa theo cách phân loại của bộ truyền động khí nén, phụ thuộc vào bộ điều khiển đó là bộ truyền động đơn hay truyền động kép, và tạo ra chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động xoay mà chúng có các nguyên lý hoạt động khác nhau.
Nguyên lý hoạt động bộ truyền động đơn
Bộ truyền động đơn, chuyển động tịnh tiến
Tùy vào hệ thống, mà thiết lập an toàn có thể là van tự đóng khi ngưng cấp khí hoặc van tự động mở khi ngừng cấp khí, ví dụ dưới đây là van tự động mở khi ngừng cấp khí, khi đó lực đàn hồi của lò xo đẩy trục van lên, mở đĩa van khỏi ghế van, cho dòng lưu chất chảy qua.
✶ Fail to close: Ngừng cấp khí van tự động đóng
✶ Fail to open: Ngừng cấp khí van tự động mở
Bộ truyền động đơn, kiểu chuyển động xoay
Nguyên lý hoạt động van điều khiển khí nén tác động đơn dạng xoay, hay còn gọi là van điều khiển khí nén tác động đơn. Khí chỉ cấp vào buồng trong, lực khí nén sẽ đẩy piston về phía 2 bên, từ đó làm xoay trục nhờ các bánh răng. Khi ngừng c