1 Khái niệm – Van bi điều khiển khí nén là gì?

Van bi điều khiển khí nén (Pneumatic actuator ball valve) là loại van bi được lắp đặt thêm bộ truyền động bằng khí nén, cho phép đóng/mở hoặc điều tiết dòng chảy một cách tự động thông qua áp lực khí.
Khác với van bi tay gạt hoặc van bi điều khiển điện, loại van này sử dụng khí nén áp suất cao để điều khiển cơ cấu vận hành (actuator) – từ đó làm quay trục van và viên bi rỗng bên trong van một góc 90 độ (hoặc góc khác nếu là loại tuyến tính). Nhờ đó loại van này có thời gian đóng mở ngắn, và không cần sử dụng sức người đề điều khiển, tăng tính chính xác trong quá trình điều tiết lưu lượng.
Với ưu điểm tốc độ đóng/mở nhanh, hoạt động ổn định và tiết kiệm điện năng, van bi khí nén ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp hiện đại.

2 Cấu tạo của van bi điều khiển khí nén

Van bi khí nén được tạo nên bởi 2 thành phần chính: phần van bi và bộ truyền động khí nén.

2.1 Phần van bi (Ball Valve):

Bộ phận	Mô tả chi tiết
Thân van (Body)	Là lớp vỏ bảo vệ, thường được làm từ inox, gang, thép, nhựa,… kết nối wafer, ren hoặc mặt bích.
Bi van (Ball)	Hình cầu rỗng, có lỗ xuyên tâm – xoay 90° để mở/đóng dòng chảy.
Trục van (Stem)	Nối giữa bi van và bộ điều khiển khí nén. Truyền chuyển động quay.
Gioăng làm kín (Seal/Seat)	Làm từ Teflon (PTFE), TFM, EPDM,… giúp van kín tuyệt đối, ngăn rò rỉ.

2.2 Bộ truyền động khí nén ((Pneumatic Actuator)

Bộ phận	Mô tả
Xi lanh khí nén	Biến khí nén thành lực quay để vận hành van.
Lò xo (tác động đơn)	Dùng để đẩy trục trở lại khi mất khí.
Bánh răng – thanh răng	Truyền lực quay từ piston sang trục van (Rack & Pinion hoặc Scotch Yoke).
Cổng cấp khí (Port)	Nơi cấp khí nén điều khiển.
Phụ kiện đi kèm	Van điện từ, công tắc hành trình, positioner, bộ lọc khí,…

2.3. Một số thành phần khác

• Cảm biến vị trí (Positioner): Giúp điều tiết lưu lượng chính xác (dạng van tuyến tính).
• Bộ điều áp (Regulator): Điều chỉnh áp lực khí nén đầu vào phù hợp.

3 Nguyên lý hoạt động của van bi điều khiển khí nén

Tùy theo loại tác động đơn hay tác động kép, nguyên lý hoạt động của van bi khí nén sẽ có đôi chút khác nhau:

3.1 Loại tác động đơn (Single Acting):

• Là dạng chỉ phải cấp khí hay tác động 1 lần. Nó sử dụng cho các van thường đóng hay thường mở. Bình thường van sẽ ở trạng thái đóng hoặc mở
• Khi cấp khí, piston đẩy thông qua hệ thống bánh răng cung cấp lực momen xoắn làm cho trục van xoay dẫn động bi van xoay một góc 90 độ tương ứng trạng thái đóng/mở, ngược với trạng thái bình thường của van.
• Khi ngưng cấp khí, lực lò xo đẩy piston về vị trí ban đầu, đưa van về trạng thái đóng/mở bình thường

3.2 Loại tác động kép (Double Acting):

• Là dạng phải cấp khí hay tác động 2 lần cho một chu trình đóng/mở van.
• Khi cấp khí lần đầu sẽ giúp van mở hoặc đóng, ngừng cấp khí van sẽ giữ ở trạng thái đó. Cấp khí lần 2 thì van sẽ trở về ở trạng thái ban đầu, như lúc chưa cấp khí.

4 Phân loại van bi điều khiển khí nén

Ngoài cách phân loại theo kiểu tác động đơn hay tác động kép, chúng ta còn có thể chia van bi điều khiển khí nén dựa trên một số tiêu chí sau:

4.1 Theo cơ chế điều khiển:

• Van bi ON/OFF khí nén: Chỉ có 2 trạng thái đóng hoặc mở hoàn toàn.
• Van bi tuyến tính khí nén: Điều chỉnh bi van theo góc mở cụ thể, chuyên sử dụng để điều tiết lưu lượng chính xác.

4.2 Theo vật liệu chế tạo thành:

• Van Bi Inox Điều Khiển Khí Nén:
  Chất liệu cao cấp nhất, độ bền lâu dài, có tính thẩm mỹ, thường được sử dụng trong các môi trường chịu ăn mòn hoặc có nhiệt độ cao, đảm bảo vệ sinh như trong ngành thực phẩm, hóa chất hoặc dược phẩm.

• Van Bi Thép Điều Khiển Khí Nén:
  Thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp yêu cầu khả năng chịu áp suất cao và độ bền tốt, giá thành rẻ

• Van Bi Đồng Điều Khiển Khí Nén:
  Lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng cấp thoát nước dân dụng, hoặc các hệ thống không yêu cầu vật liệu chống ăn mòn đặc biệt.

• Van Bi Nhựa điều khiển Khí Nén: 
  Thường dùng các vật liệu nhựa cao cấp như PP, PVC, PVDF,…phù hợp cho các ứng dụng với hóa chất ăn mòn, axit, bazo,…hay nơi lắp đặt cần vật liệu nhẹ, không thích hợp môi trường có nhiệt độ và áp suất cao.

4.3 Theo kiểu kết nối:

• Ren (Threaded):
  Dùng cho van nhỏ, hệ thống dân dụng hoặc áp thấp.
• Mặt bích (Flanged):
  Bền vững, dùng cho hệ thống có lưu lượng lớn hoặc áp suất cao.

4.4 Theo nguồn gốc xuất sứ:

• Nhật Bản (Kitz, Yoshitake): Bền, chính xác cao, giá cao.

• Hàn Quốc (Kosaplus, Samwoo):Chất lượng ổn, giá tốt hơn Nhật.

• Đài Loan (Haitima, TPC): Phổ biến, giá hợp lý, dễ thay thế linh kiện.

• Trung Quốc, Ý, Đức, Mỹ: Nhiều lựa chọn tùy theo ngân sách và nhu cầu.

5 Ứng dụng của van bi điều khiển khí nén

Hiện nay, các hệ thống làm việc đã đổi mới rất nhiều theo xu hướng tự động hoá. Và việc sử dụng van điều khiển được ưa chuộng cao. Van bi điều khiển khí nén cũng vậy, chúng được người tiêu dung sử dụng cho một số hệ thống làm việc như:

• Môi trường làm việc nguy hiểm: Trên cao, ở xa khu vực điều hành, khu vực hóa chất nguy hiểm cho con người.
• Ngành cấp thoát nước: Điều tiết nước trong nhà máy, bể chứa, trạm bơm.
• Ngành hóa chất: Điều khiển dòng chảy axit, bazo, hóa chất ăn mòn.
• Ngành dầu khí: Dẫn dầu, khí, chất lỏng dễ cháy – yêu cầu độ kín cao.
• Ngành năng lượng: Kiểm soát hơi nóng, nước làm mát, dầu truyền nhiệt.
• Ngành thực phẩm & dược phẩm: Yêu cầu van inox, dễ vệ sinh, không ảnh hưởng chất lượng sản phẩm.

6 Lưu ý khi lắp đặt và vận hành

• Lắp đặt đúng hướng: Tránh lắp ngược hoặc lệch trục – dễ hư gioăng.
• Chừa không gian cho bộ khí nén và phụ kiện.
• Lắp bộ lọc khí (FR.L): Bảo vệ actuator khỏi bụi, nước.
• Thử áp trước khi đưa vào vận hành chính thức.
• Đóng/mở định kỳ nếu van ít hoạt động, tránh bị kẹt.
• Bảo trì định kỳ: Kiểm tra lò xo, gioăng, bôi trơn trục.

7 Ưu điểm và nhược điểm của van bi khí nén

7.1 Ưu điểm

• Tốc độ đóng/mở nhanh (chỉ 1–3 giây).
• Điều khiển tự động, tương thích tốt với hệ thống PLC/SCADA.
• Độ kín cao, gần như không rò rỉ (kể cả khí nén).
• Vận hành ổn định, ít hỏng hóc.
• Tuổi thọ cao, bảo trì đơn giản.
• Tiết kiệm năng lượng – không cần cấp điện liên tục như van điện.

7.2 Nhược điểm

• Phụ thuộc vào hệ thống khí nén – cần máy nén khí, van điện từ, ống dẫn khí.
• Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với van tay.
• Đóng mở đột ngột dễ gây sốc áp, cần bộ điều tiết hoặc van mềm khởi động.
• Cần vệ sinh và bảo dưỡng định kỳ lọc khí, bộ truyền động.

8 Kết luận

Van bi điều khiển khí nén là giải pháp điều khiển hiệu quả, chính xác và nhanh chóng trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp. Với thiết kế đơn giản, độ kín cao, khả năng vận hành bền bỉ, sản phẩm này phù hợp với đa dạng môi trường làm việc từ nước sạch, khí nén đến hóa chất ăn mòn. Việc lựa chọn đúng loại van, vật liệu và cơ chế điều khiển phù hợp sẽ giúp hệ thống hoạt động tối ưu, ổn định và tiết kiệm chi phí lâu dài.