1. Khái niệm – van bướm điều khiển khí nén là gì?

Van bướm điều khiển khí nén (Pneumatic actuator butterfly valve) hay còn gọi tắt là van bướm khí nén có cấu tạo khá tương đồng với van bướm điện, điểm khác biệt lớn nhất là ở bộ truyền động sử dụng động cơ khí nén. 
Bộ truyền động này hoạt động nhờ vào khí nén (khí ở áp suất cao), làm cho trục van xoay và điều chỉnh góc mở của đĩa van, từ đó kiểm soát dòng chảy của chất lỏng hoặc khí trong hệ thống. Việc điều khiển van có thể được thực hiện tự động, giảm thiểu sự can thiệp thủ công và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

Nhờ vào khả năng điều khiển tự động và khả năng đóng/mở nhanh chóng, van bướm điều khiển khí nén là lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống tự động hóa trong các ngành công nghiệp khác nhau. 

2. Cấu tạo của van bướm điều khiển khí nén. 

Van bướm điều khiển khí nén gồm 2 phần chính là thân van bướm và bộ điều khiển điện: 

2.1 Phần van bướm (Butterfly Valve):

Thân van bướm có cấu tạo như van cánh bướm đã được trình bày chi tiết trong bài viết trước, gồm các bộ phận chính sau:

Thân van (Body)	Thường làm bằng gang, inox hoặc thép; kết nối dạng wafer, lug hoặc mặt bích.
Đĩa van (Disc)	Hình dạng như cánh bướm, quay 90° để mở hoặc đóng dòng chảy. Là bộ phận chính để điều tiết lưu lượng.
Trục van (Shaft/Stem)	Nối giữa đĩa van và bộ điều khiển khí nén, truyền lực quay.
Gioăng làm kín (Seat)	Làm kín giữa đĩa và thân van, thường bằng cao su NBR, EPDM, PTFE,…

2.2 Bộ truyền động khí nén (Pneumatic Actuator):

Xi lanh khí nén	Chuyển năng lượng khí nén thành chuyển động quay 90°.
Lò xo (trong loại tác động đơn)	Tự động đẩy trục quay trở về khi ngắt khí.
Cụm bánh răng – thanh răng	Tạo chuyển động quay (Rack & Pinion hoặc Scotch yoke).
Cổng cấp khí (Port)	Cổng để dẫn khí nén vào actuator.
Phụ kiện đi kèm	Công tắc hành trình (limit switch), van điện từ (solenoid), bộ định vị tuyến tính (positioner), bộ lọc khí,…

2.3 Một số bộ phận khác 

Cảm Biến (Positioner)	Hình dạng như cánh bướm, quay 90° để mở hoặc đóng dòng chảy. Là bộ phận chính để điều tiết lưu lượng.
Van Xả (Exhaust Valve)	Giúp xả khí nén khi không còn yêu cầu điều khiển, giúp van hoạt động hiệu quả hơn.
Bộ Điều Chỉnh Áp Suất (Pressure Regulator):	Giúp điều chỉnh áp suất khí nén phù hợp với yêu cầu vận hành của van.

3. Nguyên lý hoạt động của van bướm khí nén:

Van bướm khí nén có cách thức hoạt động khá đơn giản, tùy vào đó là loại tác động đơn hay tác động kép mà nguyên lý có một chút khác nhau: 

3.1 Loại tác động đơn (Single acting) – Có sử dụng lò xo:

Khi cấp khí nén vào đầu điều khiển, khí nén sẽ tác động lên pistong làm nén lò xo lại, các bánh răng sẽ tác động lên trục, làm trục xoay 1 góc 90 độ khiến van mở(loại ON/OFF) hoặc quay theo từng góc độ(van tuyến tính). Khi hết 1 hành trình lò xo sẽ giãn ra đẩy pistong vào lức này van đóng.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động van bướm điều khiển khí nén[/caption]

Hình ảnh nguyên lý hoạt động van bướm điều khiển khí nén[/caption]

3.2 Loại tác động kép (Double acting) – Không sử dụng lò xo:

Khi cấp khí nén vào bộ điều khiển, khí nén sẽ được đưa vào 2 đầu khoang của đầu khí nén, do áp suất khí cao sẽ đẩy pistong vào với nhau thông qua bánh răng làm trục được kết nối với cánh bướm chuyển động, lúc này van mở. Và ngược lại, khi xả khí trong 2 khoang của đầu điều khiển, van sẽ dần dần đóng lại.

4. Các loại van bướm điều khiển khí nén:

4.1. Theo Cơ Chế Điều Khiển:

• Van Bướm Điều Khiển Khí Nén ON/OFF: 
  Van chỉ có hai trạng thái hoạt động: mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn. Loại van này phù hợp với các ứng dụng đơn giản, không yêu cầu điều chỉnh lưu lượng chi tiết.
• Van Bướm Điều Khiển Khí Nén Tuyến Tính: 
  Van có thể điều chỉnh góc mở của đĩa van một cách chính xác, thích hợp với các ứng dụng cần điều chỉnh lưu lượng chi tiết.

4.2 Theo vật liệu chế tạo: 

Van bướm gang điều khiển khí nén: 
 Chế tạo từ gang, phù hợp với các ứng dụng trong các hệ thống nước hoặc các chất lỏng có tính ăn mòn thấp.

Van bướm inox điều khiển khí nén:
Được làm từ inox (thép không gỉ), chịu được môi trường ăn mòn cao, phù hợp cho các hệ thống hóa chất, nước biển, hoặc nhiệt độ cao.
 

Van bướm 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 với đường ống

• Kết nối Wafer : Được thiết kế để lắp giữa hai mặt bích ống và được giữ cố định bằng bu lông. Chúng nhẹ và tiết kiệm chi phí, lý tưởng cho các ứng dụng không quá quan trọng.
• Kết nối Lug : Có phần chèn ren (lug), loại van này có thể được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu bảo trì hạ lưu mà không cần tắt toàn bộ đường ống.
• Kết nối Flanged:  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.

4.4 Theo nguồn gốc xuất xứ

Van Nhật Bản – Một số hãng như KITZ, Yoshitake, Toyo, TPC:

– Độ bền cao, vận hành ổn định
– Được ưa chuộng trong nhà máy lớn, yêu cầu khắt khe
– Giá khá cao

Van Hàn Quốc – Kosaplus, Haitima, Samwoo, DHC

– Giá tốt hơn Nhật nhưng vẫn đảm bảo chất lượng
– Linh kiện phổ biến, dễ thay thế
– Hoạt động ổn định

Van Đài Loan – Haitima, TPC, Jaki

– Giá tầm trung, chất lượng ổn định
– Phổ biến tại thị trường Việt Nam
– Linh kiện dễ thay thế

Ngoài ra còn có một số quốc gia khác cũng rất đa dạng về chủng loại, mẫu mã van bướm khí nén khác nhau như Ý, Mỹ, Đức, Trung Quốc,…

5. Ứng dụng của van bướm điều khiển khí nén

Ngành Cấp Thoát Nước

Van bướm điều khiển khí nén được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống cấp nước, xử lý nước thải và các ứng dụng liên quan đến kiểm soát lưu lượng nước trong các đường ống, bể chứa, trạm bơm.

Ngành Hóa Chất

Trong ngành hóa chất, van bướm khí nén được sử dụng để điều chỉnh dòng chảy của các chất lỏng hoặc khí có tính ăn mòn. Đặc biệt, van bướm inox điều khiển khí nén rất được ưa chuộng trong các hệ thống này.

Ngành Dầu Khí

Van bướm khí nén là thiết bị quan trọng trong các hệ thống đường ống dẫn dầu, khí, được sử dụng để kiểm soát dòng chảy và đảm bảo an toàn trong các ứng dụng năng lượng.

Ngành Năng Lượng

Trong các nhà máy nhiệt điện, thủy điện, van bướm điều khiển khí nén giúp điều chỉnh dòng chảy của nước, hơi và khí, đảm bảo hoạt động của hệ thống năng lượng ổn định và hiệu quả.

Ngành Thực Phẩm và Dược Phẩm

Van bướm điều khiển khí nén giúp điều chỉnh chính xác dòng chảy của các chất trong ngành thực phẩm và dược phẩm, đảm bảo vệ sinh an toàn và chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất.

6. Một số lưu ý khi lắp đặt và vận hành

• Vị trí lắp đặt: 
  Có thể lắp ngang hoặc đứng, nhưng trục xoay đĩa van nên theo phương thẳng đứng để tránh đĩa bị kẹt do trọng lực.
  Phải thẳng hàng với ống, tránh lệch tâm → gây rò rỉ hoặc khó đóng/mở.
  Chừa không gian cho actuator khí nén và các thiết bị phụ như van điện từ, công tắc hành trình,…
   
• Lọc khí nén:
  Nên lắp bộ lọc khí (FR.L) để loại bỏ nước, bụi → tránh hỏng actuator.
• Kiểm tra kín trước vận hành
  Thử áp, kiểm tra rò rỉ trước khi đưa vào sử dụng chính thức.
  Đảm bảo khí nén đầu vào ổn định, không dao động áp suất.
   
• Thử van định kỳ
  Mở/đóng van định kỳ (nếu ít sử dụng) để tránh kẹt trục hoặc oxy hóa.
   
• Bảo trì bộ khí nén
  Kiểm tra gioăng, piston, lò xo, bôi trơn định kỳ.
  Vệ sinh sạch sẽ, đặc biệt ở môi trường bụi bẩn hoặc có hóa chất ăn mòn.

7. Ưu điểm và nhược điểm của van bướm khí nén.

7.1 Ưu điểm.

• Hoạt động hoàn toàn tự động, dễ tích hợp với hệ thống điều khiển (PLC, SCADA).
• Tốc độ đóng/mở nhanh, từ 1–3 giây, nhanh hơn van điện.
• Tiết kiệm điện vì chỉ dùng khí nén, ít tiêu tốn năng lượng trong quá trình vận hành.
• Thiết kế gọn nhẹ, ít chi tiết, dễ tháo lắp và bảo trì.
• Phù hợp nhiều môi trường làm việc, dùng cho nước, khí nén, hóa chất, hơi nóng (tùy vật liệu).
• Bộ truyền động khí nén ít hỏng vặt, thích hợp cho môi trường công nghiệp.
• Có thể điều khiển ON/OFF hoặc tuyến tính (điều tiết).

7.2 Nhược điểm

• Phụ thuộc vào hệ thống khí nén, cần có máy nén khí và hệ thống cấp khí ổn định. Không phù hợp nếu nơi đó không có sẵn khí nén.
• Đóng/mở đột ngột dễ gây sốc áp, nếu không có bộ điều tiết, việc đóng mở nhanh có thể gây hiện tượng water hammer (búa nước).
• Cần vệ sinh và thay thế lọc khí, kiểm tra bộ truyền động để đảm bảo vận hành ổn định.
• So với van bi, van bướm có thể vẫn rò rỉ rất nhỏ trong môi trường áp cao hoặc chất khí nhẹ.

8. Kết luận

Van bướm điều khiển khí nén là một giải pháp hiệu quả cho các hệ thống công nghiệp yêu cầu sự điều khiển tự động, chính xác và nhanh chóng. Việc lựa chọn van phù hợp với nhu cầu cụ thể của hệ thống sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả hoạt động và giảm thiểu sự can thiệp thủ công, mang lại sự ổn định và an toàn cho hệ thống.