1. Van cầu là gì?

Van cầu (tên tiếng Anh là Globe Valve) còn được gọi là van yên ngựa hay van chữ ngã.

Là một trong những loại van công nghiệp phổ biến, được thiết kế đặc biệt để điều tiết hoặc đóng/mở dòng chảy lưu chất.

Van hoạt động với phần đĩa van hình yên ngựa di chuyển lên xuống thông qua kết nối với tay điều khiển giúp dòng chảy môi chất lưu thông theo hình chữ “Z” và chỉ lưu thông theo một chiều nhất định.

Với khả năng kiểm soát dòng chảy chính xác, van cầu đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và dân dụng.

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

2.1 Cấu tạo của van cầu

Van cầu có thiết kế đặc trưng với các bộ phận chính sau:

• Thân van (Body):
  • Là phần bao bọc bên ngoài, chịu áp lực và bảo vệ các bộ phận bên trong. Thân van thường được làm từ gang, thép, inox hoặc đồng, có khả năng chịu lực tốt, chịu nhiệt cao.
• Nắp van (Bonnet):
  • Che kín phần trên của thân van và chứa các bộ phận chuyển động như trục van và đĩa van.
• Đĩa van (Disc):
  • Là bộ phận di chuyển lên xuống để kiểm soát dòng chảy. Đĩa van có thể có nhiều dạng như phẳng, hình côn, hoặc hình parabol để tối ưu hóa chức năng điều chỉnh.
• Trục van (Stem):
  • Kết nối tay quay (hoặc cơ cấu truyền động) với đĩa van, giúp điều chỉnh trạng thái đóng/mở.
• Vòng đệm (Seat):
  • Là nơi đĩa van tiếp xúc để tạo độ kín khi van ở trạng thái đóng. Vòng đệm thường làm từ vật liệu chịu mài mòn và chịu nhiệt.
• Bộ phận truyền động (Operating): Tùy vào thiết kế của van, có hai loại truyền động chính:
  • Điều khiển thủ công ((Handwheel Operating): Được sử dụng nhiều đối với các dòng van nhỏ, hoặc vận hành thủ công thông qua dạng tay xoay.
  • 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 của van cầu

Khi ta điều khiển bộ phận truyền động, trục van sẽ xoay và tiến hành chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng, đĩa van được nâng lên hoặc hạ xuống.

Ở trạng thái đóng, đĩa van ép chặt vào vòng đệm, chia buồng trong của van thành hai phần riêng biệt, ngăn không cho dòng lưu chất đi qua

Khi muốn mở van, ta tác động lực xoay tay quay (Handwheel) theo chiều Open, hoặc sử dụng bộ điều khiển ở loại van điều khiển. Lúc này đĩa van được nâng lên, tạo khoảng cách với vòng đệm, cho phép dòng chất lưu chảy qua. Muốn điều chỉnh tốc độ dòng chảy chúng tăng/giảm khoảng cách của 2 bề mặt này.

Khi muốn đóng van, ta cũng tác động lục xoay lên tay quay theo chiều ngược lại với lúc mở, đĩa van sẽ di chuyển xuống, cùng với vòng đệm tạo thành vách ngăn kín không cho dòng lưu chất chảy qua.

3. Phân loại van cầu.

Van cầu được thiết kế rất đa dạng về kích thước, kiểu kết nối cũng như hình dạng đặc thù để phù hợp với từng hệ thống nhất định. Sau đây là một số tiêu chí phổ biến để phân biệt các loại van cầu:

3.1 Phân loại dựa vào hình dạng và hướng dòng chảy.

• Van cầu chữ Z (Z shaped body – Straight Flow): 
  Là loại van cầu phổ biến nhất hiện nay, với đĩa van hình yên ngựa (hoặc chữ ngã) di chuyển lên xuống cho phép dòng lưu chất chảy qua theo hình chữ Z và chỉ lưu thông theo một chiều nhất định

• Van cầu chữ R (Còn gọi lại van cầu góc – R shaped body – Angle Flow): 
  Đầu vào và đầu ra của van nằm vuông góc với nhau, phù hợp với hệ thống có dòng chảy thay đổi hướng. Cũng vì dòng chảy thay đổi hướng, nên tốc độ lưu thông của chất lưu thấp hơn so với van chữ Z

• Van cầu ba ngả (T shaped body – Cross Flow): 
  Là loại van có ba ngả, dòng chảy theo hướng chữ T, dùng để điều chỉnh dòng chảy lưu chất và có tác dụng hòa trộn môi chất, thường được sử dụng nhiều trong các công ty hóa chất.

• Van cầu chữ Y (Y shaped body – Y Flow): 
  Là loại van có trục van nằm ở góc khoảng 45 °  so với trục ống. Còn gọi là van cầu xiên, loại này cũng được sử dụng khá phổ biến do ma sát thấp giữa các bề mặt trong quá trình đóng và mở, tương đối bền, chiều cao mở không lớn, dễ vận hành & bảo trì. Một ưu điểm nữa của loại van này là nó chống búa nước rất tốt vì thiết kế đặc trưng của nó.
  Van chữ Y được sử dụng trong áp suất cao và các ứng dụng quan trọng khác khi giảm áp suất.

3.2 Phân loại dựa theo phương thức vận hành bộ truyền động

• Vận hành theo cách thủ công (Operation manual globe valves): 
  Người điều khiển dùng lực tác động vào tay quay, từ đó thông qua trục van mà đĩa van được hạ xuống/nâng lên theo ý muốn, từ đó mở/đóng van hay điều tiết lưu lượng dòng chảy. Yêu cầu khi lắp đặt loại van này phải có được không gian cho người vận hành

• Vận hành qua bộ điều khiển: 
  Cho phép người vận hành điều khiển từ xa, có 2 loại bộ điều khiển van cầu phổ biến là điều khiển điện và điều khiển bằng khí nén:
  – Van cầu điều khiển điện (Electric control globe valves): Còn gọi tắt là van cầu điện, ở đây bộ truyền động điện sẽ thực hiện truyền động lực làm xoay trục van, từ đó, đĩa van di chuyển lên xuống như khi ta thao tác bằng tay.
  Loại van này dùng cho loại van cần đóng/mở nhanh, nơi vận hành khó thao tác, hoặc môi trường nơi lắp đặt van không tốt cho sức khỏe con người.
  Do điều khiển điện nên cần có hệ thống cấp điện cho van, cũng như phương pháp đảm bảo an toàn điện, chính vì lý do này mà bộ điều khiển điện rất ít khi được dùng cho van lắp đặt ở các nơi có có nguy cơ cháy nổ cao như xăng dầu, hóa chất, két nước, hơi nóng… (hoặc phải sử dụng bộ truyền động được thiết kế đạt tiêu chuẩn chống cháy nổ).

  

  – Van cầu điều khiển bằng khí nén (Pneumatic control globe valves): Còn gọi tắt là van cầu khí nén, là sự kết hợp giữa van cầu và bộ điều khiển khí nén thay cho tay vặn thủ công. Cũng tương tự như van cầu điện, loại này được lắp đặt ở những vị trí mà người vận hành khó lui tới, hay môi trường độc hại.
  Van cầu khí chủ yếu được lắp đặt trong các két dầu, két nước, khu vực ngoài trời, khu vực nguy hiểm,…
  Để sử dụng bộ điều khiển khí nén, yêu cầu đòi hỏi phải có hệ thống cấp khí nén hoặc máy cấp khí nén độc lập.

  

3.3 Phân loại dựa vào kiểu kết nối

• Van cầu kết nối ren (Thread Globe Valve):
  Là loại van có phần kết nối dưới dạng ren, dùng để kết nối với đường ống 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 cầu kết nối bích (Flanged Globe 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 cầu kết nối hàn (Welded Globe 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.

  

3.4 Phân loại dựa theo vật liệu chế tạo:

Van cầu hiện nay được sản xuất từ nhiều loại vật khác nhau, phục vụ đa dạng nhu cầu sử dụng cũng như giá thành hợp lý cho từng hệ thống.

• Van cầu Inox:
  Thường là Inox 304 hoặc Inox 316, chất liệu có giá thành cao nhất trong tất cả các loại vật liệu, đi cùng với đó là chất lượng ưu việt.
  Đặc điểm của Inox là không gỉ, chịu nhiệt và áp suất tốt, không bị ăn mòn bởi hóa chất, không bị oxi hóa do điều kiện ngoài trời, vì vậy loại van này tương đối bền và sử dụng được lâu dài.

  

• Van cầu gang:
  Là loại van phổ biến nhất và cũng có giá thành rẻ nhất so với van được làm từ các loại vật liệu khác.
  Thường được làm từ gang dẻo hoặc được đúc nguyên khối. Có khả năng chịu nhiệt vá áp suất không quá ấn tượng, thường dung cho lưu chất dạng nước hoặc hơi thông thường.
  Dễ bị ăn mòn bởi môi trường, nên thường được sơn một lớp epoxy ở ngoài để bảo vệ. Nếu được bảo dưỡng tốt vẫn sẽ có tuổi thọ lâu dài.

  

• Van cầu đồng:
  Thường có kích thước nhỏ, màu sắc bắt mắt, chịu nhiệu độ và áp suất tốt, tuy nhiên khả năng chịu ăn mòn còn hạn chế nên hay được dùng cho các đường ống nước thông thương hoặc khí gas.

  

4. Thông số kỹ thuật chung của van cầu.

Thông số	Giá trị
Kích thước (Size)	DN15 – DN600
Áp suất làm việc	PN10 – PN63
Nhiệt độ làm việc	-20°C đến 425°C (tùy vật liệu)
Vật liệu thân van	Gang, thép, inox, đồng
Kiểu kết nối	Nối ren, mặt bích
Môi trường sử dụng	Nước, khí, hơi, dầu, hóa chất

5. Ưu điểm và nhược điểm của van cầu.

5.1 Ưu điểm

• Kiểm soát dòng chảy chính xác: Cấu trúc đĩa van đặc biệt giúp điều chỉnh lưu lượng và áp suất dễ dàng.
• Độ kín cao: Giảm thiểu hiện tượng rò rỉ.
• Đa dạng về thiết kế: Phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
• Chịu áp suất và nhiệt độ tốt: Đặc biệt ở các dòng van cầu thép hoặc inox.

5.2 Nhược điểm

• Tổn thất áp suất: Do thiết kế dòng chảy không thẳng, có thể gây mất áp suất trong hệ thống.
• Kích thước lớn: So với các loại van khác cùng công suất, van cầu thường cồng kềnh hơn.
• Chi phí cao: Đặc biệt với các loại van cầu điều khiển tự động.

6. Ứng dụng của van cầu.

Van cầu được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như:

• Hệ thống cấp nước:
  • Kiểm soát dòng chảy trong hệ thống cấp nước sinh hoạt hoặc công nghiệp.
• Ngành dầu khí:
  • Sử dụng trong các đường ống dẫn dầu, khí, và hơi có áp suất cao.
• Công nghiệp hóa chất:
  • Kiểm soát dòng chảy của các hóa chất ăn mòn hoặc độc hại.
• Lò hơi và hệ thống hơi nước:
  • Điều chỉnh áp suất và lưu lượng hơi.
• Ngành thực phẩm và dược phẩm:
  • Sử dụng các loại van cầu inox đảm bảo an toàn vệ sinh.
• Hệ thống điều hòa không khí (HVAC):
  • Kiểm soát lưu lượng nước hoặc khí trong hệ thống làm lạnh và sưởi.

7. Kết luận

Van cầu là thiết bị quan trọng, giúp điều chỉnh và kiểm soát dòng chảy một cách hiệu quả và chính xác. Với cấu trúc bền vững, khả năng chịu áp suất, nhiệt độ cao, và đa dạng trong thiết kế, van cầu đáp ứng được hầu hết các yêu cầu khắt khe của ngành công nghiệp. Lựa chọn van cầu phù hợp không chỉ nâng cao hiệu suất của hệ thống mà còn đảm bảo an toàn và tiết kiệm chi phí vận hành.