Van bi thủy lực 2 ngã và 3 ngã: khác nhau và cách chọn đúng sơ đồ dòng

Van bi thủy lực 2 ngã thường làm nhiệm vụ đóng hoặc mở một đường dầu. Van bi 3 ngã dùng để chuyển hướng, chọn nguồn hoặc kết nối các cổng theo sơ đồ do nhà sản xuất quy định. Hai loại có thể cùng dùng tay gạt quay 90°, nhưng chức năng mạch và đường dòng bên trong khác nhau.

Sai lầm thường gặp là chọn theo số cổng rồi giả định mọi van 3 ngã đều chia dòng giống nhau. Thực tế, bi có thể dùng lỗ chữ L, chữ T hoặc cấu hình đặc biệt; các vị trí tay gạt sẽ nối những cặp cổng khác nhau. Một vị trí có thể chặn một cổng, nối hai cổng hoặc kết nối nhiều cổng tùy thiết kế.

Do đó, trước khi đặt hàng cần có sơ đồ dòng ở từng vị trí, nhận diện cổng, size và chuẩn ren, áp suất, lưu lượng, nhiệt độ, môi chất và vật liệu seal. Bài viết này cung cấp quy trình chọn; sơ đồ và rating cuối cùng phải lấy từ datasheet của đúng model.

Van bi thủy lực hoạt động thế nào?

Bên trong thân van là một bi cầu có lỗ dòng. Tay gạt hoặc bộ truyền động quay trục bi để lỗ này thẳng hoặc lệch với các cổng. Khi đường lỗ thẳng với hai cổng, lưu chất đi qua; khi phần đặc của bi quay về phía cổng, dòng bị chặn theo cấu hình van.

Van bi có hành trình ngắn, thường một phần tư vòng, nên phù hợp cho đóng/mở nhanh. Nó không mặc định là van điều tiết lưu lượng chính xác. Vận hành lâu ở vị trí mở một phần có thể tạo vận tốc cao, tổn thất, rung và mòn seal tùy thiết kế. Nếu cần điều tiết, phải dùng model được nhà sản xuất xác nhận cho mục đích đó hoặc chọn loại van chuyên dụng.

Van bi 2 ngã: chức năng đóng/mở

Van 2 ngã có hai cổng, thường ký hiệu theo catalog là cổng 1–2 hoặc P–A. Chức năng cơ bản:

• vị trí mở: hai cổng thông nhau;

• vị trí đóng: dòng bị chặn.

Ứng dụng gồm cô lập một nhánh, khóa đường cấp trước bảo trì, mở/đóng một tuyến dầu hoặc tạo điểm ngắt trong manifold. Tuy vậy, van khóa không thay thế quy trình lockout/tagout. Áp suất có thể bị giữ lại giữa van và cơ cấu; hệ thống cần điểm xả và quy trình xác minh hết năng lượng.

Trang van bi thủy lực 2 ngã của SMIE minh họa cấu hình đóng/mở. Khi chọn, cần kiểm tra van cho phép áp suất từ một phía hay hai phía, khả năng block ở vị trí đóng và hướng lắp nếu catalog quy định.

Van bi 3 ngã: chuyển hướng hoặc phân phối

Van 3 ngã có ba cổng. Tùy lỗ trong bi và vị trí tay gạt, van có thể:

• chọn một trong hai nguồn cấp cho một đường chung;

• chuyển một đường cấp sang một trong hai nhánh;

• kết nối hoặc tách các cổng theo trình tự;

• trong một số cấu hình T, nối ba cổng tại một vị trí.

Trang van bi thủy lực 3 ngã mô tả hai khái niệm phổ biến là L-port và T-port. Nhưng tên L/T chưa đủ; cần sơ đồ của đúng model vì hướng cổng, số vị trí và vị trí tay gạt có thể khác.

L-port và T-port khác nhau ra sao?

L-port

Lỗ chữ L nối hai cổng vuông góc tại một thời điểm. Đây là cấu hình thường dùng để chuyển một cổng chung giữa hai nhánh. Ví dụ, cổng P có thể nối với A ở vị trí thứ nhất và với B ở vị trí thứ hai, trong khi nhánh còn lại bị chặn.

Không suy đoán cổng P từ vị trí tay gạt. Cần đọc ký hiệu khắc trên thân và sơ đồ. Nếu nối nhầm cổng chung, một vị trí có thể tạo đường dòng không mong muốn hoặc chặn đường cần thông.

T-port

Lỗ chữ T có thể cho phép nhiều tổ hợp hơn: nối cổng chung với một nhánh, với nhánh còn lại hoặc nối ba cổng ở một vị trí. Nhưng không phải mọi van T-port đều có cùng số vị trí hay cùng trình tự.

Một số mạch không được phép nối đồng thời hai nhánh vì có nguy cơ dòng hồi, trộn hai nguồn hoặc làm cơ cấu chuyển động ngoài ý muốn. Vì thế T-port chỉ được chọn khi sơ đồ vị trí phù hợp logic điều khiển của máy.

Bảng so sánh nhanh

Đọc ký hiệu cổng và sơ đồ dòng

Trên thân van hoặc bản vẽ có thể thấy số 1, 2, 3; chữ P, A, B; hoặc ký hiệu mũi tên. Quy ước có thể khác giữa hãng. Hãy thực hiện:

1. ghi lại đầy đủ mã model;

2. chụp các mặt có ký hiệu cổng;

3. xác định số vị trí của tay gạt;

4. lấy sơ đồ dòng ở từng vị trí từ datasheet;

5. đánh dấu cổng trên bản vẽ tuyến ống;

6. kiểm tra trạng thái chuyển tiếp khi xoay tay gạt.

Trạng thái chuyển tiếp quan trọng. Một van có thể tạm thời chặn tất cả cổng hoặc tạm nối chéo trong khi chuyển vị trí. Nếu bơm thể tích vẫn cấp dòng mà không có đường xả, trạng thái chặn có thể làm áp tăng nhanh. Logic mạch phải được kỹ sư đánh giá, không chỉ người lắp chọn theo hướng tay gạt thuận tiện.

Chọn size và lưu lượng

Cỡ ren không tự cho biết diện tích dòng hữu dụng. Hai van cùng ren 1/2 inch có thể có đường kính lỗ bi, hệ số lưu lượng và tổn thất áp khác nhau. Cần tra:

• bore size hoặc nominal size;

• lưu lượng định mức hoặc hệ số dòng nếu hãng công bố;

• độ nhớt và nhiệt độ lưu chất;

• sụt áp cho phép;

• chu kỳ đóng mở;

• hướng dòng được phép.

Van quá nhỏ tạo sụt áp và nhiệt; van quá lớn làm tăng kích thước, khối lượng và chi phí mà chưa chắc cải thiện mạch. Với đường hồi hoặc hút, yêu cầu tổn thất có thể khác đường áp.

Áp suất làm việc: không chọn theo thân van nhìn dày

Pressure rating phụ thuộc model, cỡ, vật liệu thân, seal, kết nối và nhiệt độ. STAUFF công bố các dòng van 2 ngã cho thủy lực áp suất cao và các dòng multi-way với giới hạn phụ thuộc kích thước/vật liệu. Các con số ở trang danh mục không được áp dụng cho mọi van trên thị trường.

Khi chọn, cần phân biệt:

• maximum working pressure;

• pressure rating ở từng cổng;

• chênh áp cho phép khi chuyển;

• áp suất thử;

• nhiệt độ áp dụng cho rating;

• trạng thái van khi áp bị giữ kín.

Nếu van 3 ngã có cổng chịu áp khác nhau hoặc chỉ cho phép một cổng làm inlet, việc đảo đường ống có thể vượt thiết kế dù tổng áp suất hệ thống không đổi.

Chọn chuẩn ren và kiểu làm kín

Các kết nối thường gặp gồm BSPP, BSPT, NPT, metric, DIN 2353, JIC, ORFS hoặc mặt bích. Tên “ren 1/2” không đủ vì bước ren, biên dạng và cơ chế làm kín có thể khác.

• BSPP là ren song song và thường cần mặt kín hoặc seal phù hợp;

• BSPT và NPT là các hệ ren côn khác nhau, không coi là tương đương;

• DIN 2353/ISO 8434-1 dùng cấu hình côn 24° theo hệ tương ứng;

• JIC dùng mặt loe 37°;

• ORFS dùng O-ring tại mặt đầu.

Nếu chưa rõ, dùng quy trình trong bài cách xác định ren thủy lực. Không bôi keo ren lên mặt côn hoặc O-ring để sửa kết nối sai.

Vật liệu thân và seal

Thân van có thể làm từ thép carbon với lớp phủ, thép không gỉ hoặc vật liệu khác. Seal thường dùng các vật liệu như NBR, FKM hoặc PTFE tùy thiết kế. Việc chọn phải dựa trên:

• loại dầu hoặc lưu chất cụ thể;

• nhiệt độ thấp nhất và cao nhất;

• áp suất và chu kỳ;

• môi trường ăn mòn;

• yêu cầu tương thích hóa học;

• giới hạn phát thải hoặc vệ sinh nếu có.

Không suy mác inox bằng màu hoặc độ sáng bề mặt. Nếu dự án yêu cầu 316, cần mã sản phẩm, chứng từ hoặc xác nhận vật liệu phù hợp. Tương tự, tên thương mại “Viton” không thay cho việc kiểm tra grade và phạm vi tương thích trong catalog.

Tay gạt, khóa vị trí và bộ truyền động

Tay gạt phải có đủ khoảng xoay và hiển thị vị trí rõ. Trong khu vực dễ va chạm, cần xem xét khóa tay, chốt vị trí hoặc bảo vệ cơ khí. Nếu van được vận hành thường xuyên hoặc từ xa, có thể dùng bộ truyền động khí/điện khi model hỗ trợ.

Khi thêm actuator, phải kiểm tra:

• mô-men vận hành lớn nhất ở chênh áp thực tế;

• vị trí fail-safe nếu mất nguồn;

• tín hiệu phản hồi vị trí;

• tốc độ chuyển mạch và ảnh hưởng xung áp;

• cấp bảo vệ môi trường;

• khả năng vận hành tay khẩn cấp.

Không gắn actuator tự chế lên trục van nếu chưa xác nhận tải trục và cơ cấu chặn hành trình.

Ví dụ chọn theo chức năng

Cô lập một cụm lọc để bảo trì

Nếu mục tiêu là đóng/mở một tuyến, van 2 ngã phù hợp về chức năng. Nhưng phải đánh giá khả năng giữ áp hai phía, cách xả áp bị giữ và khóa tay gạt trong quy trình bảo trì.

Chọn một trong hai xi lanh

Van 3 ngã L-port có thể phù hợp khi một nguồn P lần lượt nối A hoặc B. Cần kiểm tra đường hồi của xi lanh và bảo đảm cổng không được chọn không bị khóa gây giữ áp ngoài ý muốn.

Chọn hai nguồn cho một đường chung

Van 3 ngã có thể chọn giữa hai nguồn, nhưng phải ngăn dòng chéo giữa hai nguồn và xác nhận trạng thái chuyển tiếp. Nếu hai nguồn có áp suất khác nhau, logic bảo vệ cần được thiết kế riêng.

Muốn chia đều lưu lượng cho hai nhánh

Van bi 3 ngã không mặc định là bộ chia lưu lượng. T-port nối các cổng không bảo đảm hai nhánh nhận lưu lượng bằng nhau; phân phối phụ thuộc trở lực. Nếu cần chia tỷ lệ hoặc đồng bộ, phải dùng van chia lưu lượng hoặc giải pháp điều khiển phù hợp.

Lỗi lựa chọn và lắp đặt thường gặp

Chỉ đếm số cổng

Ba cổng không đồng nghĩa mọi vị trí đều thông ba đường. Luôn yêu cầu sơ đồ vị trí.

Đảo inlet và outlet tùy ý

Một số van cho dòng hai chiều, một số có giới hạn theo cổng hoặc áp suất. Không giả định tính đối xứng nếu datasheet không nêu.

Dùng van bi để điều tiết lâu dài

Van tiêu chuẩn mở một phần có thể gây mòn và tạo nhiệt. Chọn van điều tiết chuyên dụng nếu cần kiểm soát lưu lượng.

Nối ống tạo tải lên thân van

Thân van không nên dùng để kéo hai đoạn ống lệch tâm vào nhau. Căn chỉnh tuyến và bố trí giá đỡ độc lập.

Quên áp suất bị giữ

Van đóng có thể giữ năng lượng ở nhánh bị cô lập. Cần điểm xả, cảnh báo và quy trình xác nhận hết áp.

Xoay tay gạt dưới tải không phù hợp

Chênh áp cao có thể làm tăng mô-men và tạo xung khi chuyển. Tuân thủ giới hạn vận hành và trình tự mạch.

Quy trình chọn van

1. Vẽ sơ đồ mạch và ghi chức năng mong muốn ở từng vị trí.

2. Xác định van 2 ngã hay 3 ngã; với 3 ngã, chốt L-port/T-port và sơ đồ cổng.

3. Tính lưu lượng lớn nhất, sụt áp cho phép và bore size.

4. Ghi áp suất làm việc, đỉnh xung, chênh áp khi chuyển và trạng thái giữ áp.

5. Xác định môi chất, nhiệt độ và vật liệu seal.

6. Xác định chuẩn ren, size và kiểu làm kín của từng cổng.

7. Chọn vật liệu thân và lớp phủ theo môi trường.

8. Kiểm tra hướng tay gạt, không gian thao tác và nhu cầu khóa vị trí.

9. Đối chiếu model/datasheet; không ghép dữ liệu từ hai series khác nhau.

10. Lắp, thử chức năng và kiểm tra rò theo quy trình an toàn đã phê duyệt.

Checklist gửi yêu cầu báo giá

• van 2 ngã hay 3 ngã;

• sơ đồ dòng mong muốn ở từng vị trí;

• cổng chung và ký hiệu các nhánh;

• L-port hoặc T-port nếu đã xác định;

• lưu lượng, áp suất, xung và chênh áp;

• môi chất và nhiệt độ;

• chuẩn ren, cỡ và kiểu kín từng cổng;

• vật liệu thân, bi và seal;

• tay gạt, khóa vị trí hoặc actuator;

• ảnh nhãn/mã van cũ và sơ đồ mạch;

• số lượng và yêu cầu chứng từ.

Xem danh mục van bi thủy lực, van 2 ngã và van 3 ngã. Có thể gửi sơ đồ và dữ liệu qua trang liên hệ để SMIE đối chiếu model. Không chuyển đổi cấu hình cổng trên máy nếu chưa đánh giá trạng thái an toàn của mạch.

Nguồn kỹ thuật tham khảo

• STAUFF — Two-Way Ball Valves

• STAUFF — Multi-Way Ball Valves, L-bore/T-bore/X-bore

• STAUFF — Valves product range

Ghi chú biên tập: Nội dung do SMIE tổng hợp từ dữ liệu nhà sản xuất và trang sản phẩm được dẫn nguồn. Sơ đồ dòng, rating, mô-men và khả năng tương thích phải được xác nhận trên datasheet của đúng model trước khi lắp.