1. Van bi là gì?

Van bi (tiếng anh là Ball Valve) là dòng van công nghiệp hoạt động đóng/mở nhờ cấu tạo bên trong là một quả bóng rỗng, có lỗ và có thể xoay góc 90 độ để điều tiết dòng chảy qua nó. Hiện nay, loại van này được Vật tư nước phân phối khá đa dạng về mẫu mã, xuất xứ, nhãn hiệu, chất liệu, và chủng loại như: van bi tay gạt, điều khiển điện, điều khiển khí nén…

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van bi.

2.1 Cấu tạo

Van bi, cũng như các loại van khác (van cầu, van cổng, van bướm), có cấu tạo từ nhiều bộ phận khác nhau như Body, Bonnet, Seat, Stem, Operating…tuy nhiên điểm khác nhau cơ bản giữa chúng là cơ chế đóng mở cũng như mục đích sử dụng. Dưới đây là một số bộ phận chính cấu thành nên loại van này:

• Thân van (Body): Thân van thường làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau như đồng, gang, thép, thép không gỉ,… có chức năng liên kết các bộ phận bên ngoài và tạo thành một khối thống nhất, chịu tác động bên ngoài của môi trường, va đâp và bảo vệ các bộ phận bên trong và cho phép môi chất di chuyển bên trong, mà không rò rỉ ra bên ngoài. Tùy vào thiết kế, mà thân van có thể được đúc thành một khối, hai khối hoặc ba khối.
• Bi van (Ball): Có hình cầu và rỗng phần tâm, làm từ thép không gỉ độ cứng cao và ít bị ăn mòn. Ngoài ra, nó có vai trò như công tắc đóng mở van; bi được giữ cố định bởi gioăng làm kín và trục.
• Trục van (Stem): Nối bi van với cơ cấu vận hành (tay gạt, hộp số, bộ điều khiển điện hoặc khí nén), thường được chế tạo từ inox hoặc thép hợp kim để đảm bảo độ cứng và khả năng chịu mài mòn.
• Gioăng làm kín (Seal & Seat): Gioăng nằm bên trong có hai loại:
  – Seat: Được thiết kế để làm kín viên bi. Seat có chức năng vô cùng quan trọng trong cơ chế hoạt động của van, giúp đảm bảo độ kín khít giữa viên bi và thân van, không cho môi chất rò rỉ khi viên bi cố định hay chuyển động.
  – Seal: Được thiết kế với mục đích làm kín thân với trục van. Seal đảm bảo độ kín giữa thân van & trục van, giúp môi chất không bị rò rỉ ra ngoài.
• Bộ phận truyền động (Operating): Tùy vào thiết kế, có hai loại truyền động chính:
  –  Điều khiển thủ công: Được sử dụng nhiều đối với các dòng van nhỏ, hoặc vận hành thủ công thông qua dạng tay gạt (Lever Operating) hoặc tay quay (Handwheel Operating).
  – Điều khiển thông qua thiết bị truyền động (actuator): Có hai loại chính là thiết bị truyền động điện (electric actuator) và thiết bị truyền động khí nén (pneumatic actuator). Các thiết bị truyền động này cho phép chúng ta điều khiển để tạo ra góc quay mong muốn nằm trong thân van, qua đó đóng/mở hoặc điều tiết dòng chảy.

2.2 Nguyên lý hoạt động 

Cơ chế hoạt động của van bi là sử dụng viên bi dạng rỗng phía bên trong thân van để đóng, mở, điều tiết dòng chảy thông qua phần tay điều khiển. Khi van ở trạng thái mở, phần lỗ khoét của viên bi nằm theo hướng trùng với hướng dòng chảy, khi đó môi chất dễ dàng lưu thông qua. Ngược lại, khi phần lỗ khoét của viên bi nằm theo hướng vuông góc với hướng dòng chảy, van ở trạng thái đóng hoàn toàn. Để sử dụng với mục đích điều tiết dòng chảy, người dùng điều chỉnh sao cho lỗ khoét của viên bi xoay theo góc nhỏ hơn một góc 90° thông qua phần tay điều khiển.

Van bi được sử dụng nhiều trong mục đích đóng/mở và ít được sử dụng trong mục đích điều tiết dòng chảy hơn bởi khi van ở vị trí mở một phần, phần ghế van (seat valve) có thể bị xói mòn nhanh chóng do áp lực dòng chảy của môi chất. Ngoài ra, các tạp chất lẫn trong lưu chất như các hạt rắn có thể mắc kẹt trong khoang thân van, gây ra tình trạng các gioăng làm kín (soft seal) có thể bị hư hại.

3. Phân loại van bi.

Van bi có rất nhiều loại. Tùy theo tiêu chí phân loại mà người dùng đưa ra, để phân loại van. Trong bài viết này, Vật tư nước sẽ phân loại van bi dựa trên những tiêu chí cơ bản và phổ biến nhất, giúp bạn đọc có cái nhìn tổng quan về các loại van.

3.1 Dựa vào kết nối của van bi

• Van bi kết nối ren: Van bi kết nối ren có tên tiếng anh là Thread Ball Valve, là loại van có phần kết nối dưới dạng ren, thường được sử dụng cho những van có kích thước nhỏ (dưới 2 inch). Tiêu chuẩn ren kết nối của van có nhiều loại như ren G, ren NPT, ren BSP,…

• Van bi kết nối bích: Van bi kết nối bích có tên tiếng anh Flanged Ball Valve, là loại van có phần kết nối dạng mặt bích (có nhiều tiêu chuẩn như ANSI, JIS, BS, DIN,…), dùng để kết nối với đường ống thông qua mặt bích, làm kín bằng gasket. Van kết nối bích thường sử dụng cho những kích thước lớn, tuy nhiên cũng có một số ít ứng dụng người dùng yêu cầu kết nối bích cho những van có kích thước nhỏ, vì một vài lý do cụ thể nào đó.

  

• Van bi kết nối hàn: Van bi kết nối hàn có nhiều loại, gọi chung là Welded Ball Valve. Tùy vào kiểu mối hàn mà phân ra thành Socket Weld Ball Valve, Butt Weld Ball Valve hay PUP Ball Valve,… Đây là những loại van được thiết kế để hàn trực tiếp vào đường ống, tại những vị trí ít khi cần tháo lắp & hạn chế tối đa nguy cơ rò rỉ.

  

• Van bi kết nối nhanh: Van kết nối nhanh có tên tiếng anh là Quick Connect Ball Valve, là loại van được sử dụng chủ yếu trong những đường ống khí nén, ống tubing & instrument,… Đa số chúng đều là những đường ống nhỏ (dưới 1 inch). Cơ chế làm kín của chúng thường dựa vào gioăng làm kín phía trong & đai ốc siết chặt phía ngoài, hoặc dựa vào áp suất làm việc tác động trực tiếp,…

  

3.2 Dựa vào số lượng mảnh thân van.

• Van bi một mảnh (One-Piece Ball Valve): Là dòng van có cấu tạo đơn giản & có giá thành rẻ nhất. Dòng van này không thể mở để bảo trì, làm sạch hoặc sửa chữa, khi hỏng van chỉ có thể thay mới. Thường thì dòng van một mảnh này chỉ thấy ở các size nhỏ.

• Van bi hai mảnh (Two-Piece Ball Valve): Có cấu tạo phần thân van gồm hai mảnh kết nối lại với nhau bằng bu long hoặc ren. Van hai mảnh có thể tháo rời để kiểm da, bảo dưỡng hoặc sửa chữa, tuy nhiên cần tháo rời van hoàn toàn khỏi đường ống.

• Van bi ba mảnh (Three-Piece Ball Valve): có cấu tạo phần thân van gồm ba mảnh kết nối lại với nhau bằng bu lông. Đây là loại van có giá thành cao nhất trong ba loại van này. Van ba mảnh có ưu điểm là có thể tháo rời thân van để kiểm tra, bảo dưỡng hoặc sửa chữa và không cần tháo rời van hoàn toàn khỏi đường ống.

3.3 Dựa vào phương thức vận hành.

• Van bi tay gạt (Lever Operating Ball Valve): được sử dụng cho các ứng dụng có kích thước nhỏ, áp suất đường ống không quá lớn, momen xoắn cần thiết để đóng mở van là nhỏ. Trục van được kết nối trực tiếp vào tay gạt, khi đóng/mở van chỉ cần xoay tay gạt theo một góc 90°.

  

• Van bi tay quay (Hanwheel Operating Ball Valve): thường được sử dụng cho các dòng van kích thước, áp suất lớn. Khi đó, áp lực tác động lên viên bi phía trong là rất lớn, việc dùng tay gạt điều khiển đóng/mở khó khăn hoặc sẽ nguy hiểm, dễ hư hại van,… Van tay quay có trục van được gắn với hộp số có vô lăng, khi vô lăng quay sẽ làm xoay hệ thống bánh răng, từ đó truyền đến trục van, điều khiển viên bi giúp van đóng/mở.

  

• Van bi điều khiển điện (Electric Actuator Ball Valve): được sử dụng nhằm mục đích giảm chi phí về nhân công vận hành, hoặc lắp đặt ở những vị trí khó điều khiển bằng tay hoặc trong môi trường nguy hiểm. Van được lắp kèm bộ truyền động điều khiển bằng điện cho phép chúng ta điều khiển để tạo ra góc quay mong muốn nằm trong thân van, qua đó đóng/mở hoặc điều tiết dòng chảy.

  

• Van bi điều khiển khí nén (Pneumatic Actuator Ball Valve): Cũng giống như van điều khiển điện, chỉ khác là bộ truyền động (actuator) vận hành bằng khí nén thay vì bằng điện, sử dụng nhằm mục đích giảm chi phí về nhân công vận hành, hoặc lắp đặt ở những vị trí khó điều khiển bằng tay hoặc trong môi trường nguy hiểm. Van được lắp kèm bộ truyền động điều khiển bằng khí nén cho phép chúng ta điều khiển để tạo ra góc quay mong muốn nằm trong thân van, qua đó đóng/mở hoặc điều tiết dòng chảy.

  

3.4 Phân loại theo số cổng

• Van bi 2 cổng (Two-way Ball Valve): Là loại phổ biến nhất, có hai cổng để cho và ra lưu chất.

  

• Van bi 3 cổng (Three-way Ball Valve): Có ba cổng, cho phép chuyển hướng hoặc trộn lưu chất. Có hai dạng chính: kiểu chữ “T” (trộn dòng chảy) và kiểu chữ “L” (chuyển hướng dòng chảy).

  

• Van bi 4 cổng (Four-way Ball Valve): Thường dùng cho các ứng dụng phức tạp cần điều tiết nhiều hướng.

  

4. Ưu điểm và nhược điểm của van bi.

4.1 Ưu điểm

• Độ kín khít cao:
  • Thiết kế với gioăng làm kín chính xác giúp chống rò rỉ hiệu quả.
• Dễ dàng vận hành:
  • Cấu trúc đơn giản, chuyển động xoay trơn tru.
• Tuổi thọ cao:
  • Khả năng chịu được môi trường làm việc khắc nghiệt.
• Đa dạng ứng dụng:
  • Phù hợp với nhiều loại lưu chất như nước, dầu, khí nén, hóa chất.
• Ít hao mòn:
  • Do bi van xoay trên bề mặt làm kín, ma sát thấp nên giảm thiểu hao mòn.

4.2 Nhược điểm

• Không phù hợp cho điều tiết chính xác:
  • Van bi chủ yếu được thiết kế để đóng/mở hoàn toàn, không tối ưu cho điều chỉnh lưu lượng nhỏ.
• Chi phí cao:
  • Đặc biệt đối với van làm từ vật liệu chịu nhiệt và hóa chất.

5. Thông số ký thuật chung của van bi.

• Kích thước (Size): DN15 – DN1000 (hoặc lớn hơn tùy yêu cầu).
• Áp suất làm việc (Pressure): PN10 – PN63 hoặc Class 150 – Class 300.
• Nhiệt độ làm việc (Temperature): -20°C đến 400°C (tùy vật liệu).
• Vật liệu thân van: Thép không gỉ, thép carbon, nhựa PVC, đồng.
• Kết nối: Ren, mặt bích, hàn hoặc rắc co.
• Phương pháp vận hành: Tay gạt, tay quay, điều khiển điện, khí nén.
• Ứng dụng: Nước sạch, xử lý nước thải, hóa chất, dầu khí, thực phẩm, y tế.

6. Ứng dụng của van bi.

Van bi được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm:

• Xử lý nước: Các hệ thống cấp thoát nước, nhà máy xử lý nước thải.
• Dầu khí: Đường ống dẫn dầu, khí nén, LNG.
• Hóa chất: Hệ thống chứa và vận chuyển hóa chất ăn mòn.
• Thực phẩm và đồ uống: Đường ống dẫn nước, sữa, bia, nước giải khát.
• Công nghiệp năng lượng: Lò hơi, hệ thống nhiệt.

7. Kết luận

Van bi là một giải pháp hiệu quả, đáng tin cậy cho các hệ thống cần kiểm soát dòng chảy. Với đa dạng về vật liệu, kiểu dáng và kích thước, van bi không chỉ đáp ứng được các yêu cầu khắt khe trong công nghiệp mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao. Việc lựa chọn đúng loại van bi dựa trên yêu cầu cụ thể của hệ thống sẽ giúp tối ưu hóa hoạt động và đảm bảo an toàn lâu dài cho thiết bị.