1. Van một chiều (Check valve) là gì
Van một chiều (tiếng Anh: Check valve) là thiết bị bảo vệ đường ống dẫn, cho phép dòng chất lỏng-khí đi qua chỉ theo 1 hướng nhất định và ngăn cản dòng theo hướng ngược lại. Van một chiều được sử dụng để bảo vệ các thiết bị của mạch thủy lực như ống dẫn, máy bơm, bình chứa, ... Ngoài ra van một chiều còn có tác dụng ngăn ngừa sự mất mát chất lỏng-khí khi có sự cố rò rỉ, hỏng hóc ống dẫn khi có sự cố xảy ra
Van 1 chiều được sử dụng rộng rãi trên nhiều hệ thống như: Hệ thống cấp thoát nước, PCCC tại các khu chung cư, nhà cao tầng, trung tâm thương mại, đô thị hiện nay. Các hệ thống của nhà máy, khu công nghiệp, xí nghiệp, hệ thống thông gió, hệ thống cứa hỏa, hệ thống điều hòa khí, xử lí nước thải không thể thiếu van một chiều.
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo:
Van một chiều có rất nhiều loại như van lá lật, van cánh bướm, van lò xo,… nhưng tất cả chúng cơ bản đều có chung cấu tạo, chỉ khác nhau về hình dạng, kết nối, vật liệu & phương thức vận hành. Hình ảnh bên trên là cấu tạo cơ bản của một van một chiều lá lật mặt bích, chúng ta sẽ cùng đi tìm hiểu chức năng của một số bộ phận chính dưới đây.
Thân van (body): Thân van thường là một khối kim loại, bao bọc & liên kết các bộ phận của van lại với nhau. Đây là bộ phận chịu áp lực chính, và quyết định đến giá thành van. Thân van thường được làm từ đồng, gang, thép, thép không gỉ,… tùy thuộc vào yêu cầu thực tế của khách hàng.
Tấm nắp (Cover plate): Là bộ phận nằm trên đỉnh của van, có dạng hình tròn, thường là mặt bích mù (blind flange), liên kết với thân van bằng bu lông, tạo thành một khối thống nhất, chống rõ rỉ. Mặt bích này còn có tác dụng khi sửa chữa hoặc bảo dưỡng van có thể tháo ra để tác động vào bên trong van.
Đĩa van (Disc): Có dạng hình tròn, đường kính lớn hơn đường kính trong của van, là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với môi chất nên thường được làm từ những vật liệu có khả năng chịu ăn mòn, chịu nhiệt độ & áp suất cao. Đĩa van được gắn với mặt trong thân van qua bản lề, khi nhận áp lực trực tiếp từ dòng chảy tác động, đĩa van được nâng lên gần sát với tấm nắp (cover plate) – khi đó van mở. Khi áp suất tụt xuống, đĩa van sẽ hạ xuống sát ghế van, ngăn dòng chảy lưu thông ngược lại – khi đó van đóng.
Ghế van (Body seat): Có tác dụng phối hợp với đĩa van khi van đóng, ngăn dòng chảy lưu thông ngược lại.
Bản lề & chốt bản lề (hinge & hinge pin): Có tác dụng cố định đĩa van với mặt trong thân van, giữ cho đĩa van chuyển động theo một hành trình nhất định khi nhận hoặc ngưng nhận lực tác động của môi chất.
Gioăng làm kín (gasket): Là bộ phận làm kín giữa mặt bích của thân van và mặt bích mù phía trên đỉnh van.
Nguyên lý hoạt động:
Khi không có dòng chất lỏng-khí chảy qua van, phần tử trượt (cửa xoay) của van dưới tác dụng của trọng lượng chính nó hoặc lực lò xo được giữ chặt ở ví trí “Đóng”. Khi xuất hiện dòng chảy đến van, phần tử trượt (cửa xoay ) dưới tác động của năng lượng dòng chảy bị đẩy khỏi vị trí đóng và cho phép dòng chảy đi qua van. Tại thởi điểm vận tốc dòng chảy về không, phần tử trượt ( cửa xoay) quay về vị trí đóng, áp suất cửa ra của van tác động lên phần tử trượt giữ chặt phần tử trượt ở vị trí đóng và ngăn cản dòng chảy về hướng cửa vào của van. Như vậy sự hoạt động của van một chiều hoàn toàn tự động dưới tác động của chất lỏng-khí.
3. Phân loại
Van một chiều lá lật (Swing Check Valve)
Loại đóng/mở tự động nhờ cơ cấu đĩa van – trục van dạng bản lề cánh cửa. Đây là một trong những loại được sử dụng phổ biến trên thị trường.
Van một chiều lá lật hoạt động theo cơ chế khi có dòng chảy, áp lực của dòng chảy đẩy đĩa van lên và cho dòng chảy đi qua van, dưới áp lực của dòng chảy, van liên tục được mở để chất lỏng chảy qua. Khi dòng chảy ngừng, hoặc khi chảy ngược lại, bằng trọng lực bản thân, lá lật sẽ tự động đóng lại ngăn không cho lưu chất chảy theo chiều ngược lại.
Loại van chống chảy ngược lá lật thường có kết nối mặt bích đối với size 2” (DN50) trở lên, và kết nối ren đối với size 1.1/2” (DN40) trở xuống.
Ưu điểm:
- Thiết kế nhỏ gọn, chiếm ít không gian lắp đặt.
- Tự động đóng mở, không cần nhân sự & không gian vận hành, chỉ cần không gian cho việc bảo dưỡng & sửa chữa.
- Kích thước đa dạng, phù hợp với nhiều kích thước đường ống.
Nhược điểm:
- Cấu tạo của van không có trục (sử dụng bản lề & đóng mở phụ thuộc tốc độ dòng chảy) nên khó biết được vị trí mở của đĩa van.
- Trong trường hợp môi chất chứa tạp chất như rác, hoặc có sự cố đối với chốt bản lề, van sẽ ở vị trí mở liên tục, kể cả đối với dòng chảy lưu thông ngược.
Van một chiều cánh bướm (Wafer Check Valve)
Là loại van chống chảy ngược có kiểu kết nối dạng Wafer (dạng kẹp, loại van này nguyên lý đóng – mở cánh van giống cánh bướm. Đĩa van gồm 2 cánh ghép lại, được lồng vào trục van. Đồng thời sử dụng lò xo tạo lực hồi để đóng van lại.
Khi van ở trạng thái thường đóng, hai mảnh đĩa van được giữ kín bởi lò xo xoắn. Khi có lưu chất chảy theo hướng thuận, áp suất của lưu chất làm cho 2 đĩa mở bản lề, cho phép lưu chất chảy qua van. Khi lưu chất ngừng chảy, hoặc dòng ngược lại, ngay lập tức đĩa van đóng lại bằng lực đàn hồi của lò xo.
Van một chiều dạng cánh bướm này không có dạng kết nối mặt bích, mà chỉ có kết nối dạng kẹp. Van được liên kết và siết chặt bởi bu lông liên kết của hai mặt bích của đường ống thông qua các lỗ bu lông định vị trên thân van.
Ưu điểm:
- Thiết kế nhỏ gọn, chiếm rất ít không gian lắp đặt.
- Tự động đóng mở, không cần nhân sự & không gian vận hành, chỉ cần không gian cho việc bảo dưỡng & sửa chữa.
Nhược điểm:
- Cấu tạo của van không có trục (sử dụng bản lề & đóng mở phụ thuộc tốc độ dòng chảy) nên khó biết được vị trí mở của đĩa van.
- Trong trường hợp môi chất chứa tạp chất như rác, hoặc có sự cố đối với chốt bản lề, van sẽ ở vị trí mở liên tục, kể cả đối với dòng chảy lưu thông ngược.
- Van chỉ có kết nối với mặt bích, không khả dụng với các kiểu kết nối khác.
Van một chiều hơi (Lift Check Valve)
Là loại van van được sử dụng nhiều trong các hệ thống hơi, khí nén nhờ độ kín cao, chống rò rỉ tốt. Van hoạt động nhờ vào lò xo hoặc chính trọng lượng của đĩa van. Khi có dòng khí đi vào, áp lực của khí sẽ đẩy đĩa van nâng lên. Lưu chất được lưu thông qua van. Khi dừng cung cấp đĩa van tự động rơi xuống hoặc dùng lực đẩy lò xo để ép đĩa van đóng lại.
Ưu điểm:
- Giống như van cầu, van một chiều hơi có cấu tạo đơn giản, độ bền cao & hoạt động ổn định.
- Tự động đóng mở, không cần nhân sự & không gian vận hành, chỉ cần không gian cho việc bảo dưỡng & sửa chữa.
Nhược điểm:
- Van một chiều hơi chỉ lắp đặt cho đường ống nằm ngang.
- Loại van này có kích thước lớn, cồng kềnh & rất nặng đối với các size lớn.
Van một chiều đĩa (Disc Check Valve)
Là loại van hoạt động trên cơ chế khi môi chất đi qua van, lực đẩy của môi chất sẽ là cho đĩa van trượt lên trên & cho phép dòng chảy lưu thông. Khi dòng chảy ngưng lại, do trọng lượng của đĩa van sẽ tác động là đĩa van trượt xuống vị trí đóng ban đầu và ép vào đệm cao su làm kín, ngăn cho dòng chảy lưu thông ngược lại.
Van một chiều dạng Non-Slam (Non-Slam Check Valve)
Được thiết kế đặc biệt để hạn chế tối đa tình trạng búa nước. Đối với non-slam check valve thì việc đóng van sẽ không xảy ra một cách đột ngột, nghĩa là sẽ không có đỉnh áp suất dư thừa nào được tạo ra.
(Búa nước là hiện tượng khi áp suất/lưu lượng dòng chảy giảm một cách nhanh chóng, sẽ tạo ra một làn sóng áp suất trong chất lỏng dội lại khắp hệ thống, có thể dẫn đến giảm hiệu quả quy trình, hư hỏng van, rò rỉ khớp nối có gioăng và các vấn đề khác)
Phần đĩa của van một chiều có một lò xo bên trong chống lại áp suất dòng chất lỏng đang mở. Khi dòng chảy của môi chất đủ mạnh, lò xo sẽ nén và van mở ra; đĩa được lò xo đẩy ngược trở lại bề mặt chỗ ngồi trong van khi dòng chảy giảm và dừng lại, nhưng trước khi hướng dòng chảy đảo ngược.
Van một chiều lò xo (Spring Check Valve)
Là loại van dùng tác dụng của lò xo, đẩy đĩa van về trạng thái đóng. Ứng với loại van này có nhiều kiểu dạng và cách thức hoạt động có phần khác nhau, tuy nhiên đều dựa vào nguyên lý lực tác dụng của lò xo.
Ưu điểm:
- Là loại van có thiết kế nhỏ gọn, không chiếm nhiều không gian lắp đặt.
- Tự động đóng mở, không cần nhân sự & không gian vận hành, chỉ cần không gian cho việc bảo dưỡng & sửa chữa.
- Đơn giản khi tháo lắp, bảo dưỡng hoặc thay thế.
Nhược điểm:
- Hoạt động bằng áp lực dòng chảy & lực đẩy của lò xo, nên phải chọn lò xo có lực đẩy phù hợp.
- Lò xo tiếp xúc trực tiếp với môi chất, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của van, nên cần chọn vật liệu lò xo phù hợp, để tránh bị ăn mòn, gỉ sét & mất lực đàn hồi của lò xo.
4. Ứng dụng
Hiện nay, van một chiều đang được sử dụng khá phổ biến trong nhiều hệ thống, công trình, chúng ta có thể thấy ở bất cứ tòa nhà, chung cư hay bất kỳ nhà máy, xí nghiệp nào. Dưới đây là một số hệ thống thường gặp loại van này:
- Hệ thống bơm (bơm cấp thoát nước, hệ thống phòng cháy chữa cháy): Check valve giúp ngăn dòng chảy ngược, bảo vệ bơm khi tụt áp hoặc bơm ngưng hoạt động.
- Hệ thống lò hơi (boiler system): Check valve trong hệ thống lò hơi giúp nước lò hơi bị ép ngược lại vào bể chứa khi ống nạp ngưng chảy.
- Hệ thống bẫy hơi (steam trap system): Check valve lắp sau bẫy hơi (steam trap) giúp ngăn dòng chảy ngược lại vào bẫy hơi, bảo vệ bẫy hơi tránh bị hỏng do chịu áp đột ngột trong đường ngưng tụ.
