1. Van điện từ là gì?
Van điện từ tiếng Anh là Solenoid Valve. Trong đó:
- Điện từ (solenoid) là phần thiết bị cơ điện có cuộn dây điện từ, khi vận hành bằng năng lượng điện sẽ tạo ra 1 chuyển động thẳng.
- Van (valve) là bộ phận cho phép dòng khí (chất lỏng) lưu thông hay không lưu thông thông qua việc biến đổi hướng chuyển động,
Vậy van điện từ là loại van sử dụng điện từ để đóng mở các cổng, điều khiển dòng khí hay chất lỏng.
Đây là một thiết bị cơ điện, dùng để kiểm soát dòng chảy chất khí hoặc lỏng dựa vào nguyên lí chặn đóng mở do lực tác động của cuộn dây điện từ.
Van điện từ được sử dụng ở bất cứ nơi nào có chất lỏng hoặc khí cần được điều chỉnh lưu lượng một cách tự động. Chúng đang được sử dụng ngày càng nhiều và đa dạng. Sự đa dạng của các thiết kế khác nhau có sẵn cho phép một van được lựa chọn để phù hợp cụ thể với ứng dụng được đề cập.
Van điện từ chính là thiết bị quan trọng được sử dụng nhiều trong các hệ thống khí nén, khí gas lạnh, hay các hệ thống ống dẫn nước.
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo cơ bản của van điện tử thông thường
Thân van: Thường sẽ được thiết kế bằng nhiều chất liệu khác nhau như nhựa, nhôm, đồng, thép không gỉ,…Tùy thuộc vào môi trường chất lỏng của hệ thống mà cần lựa chọn loại vật liệu tương thích nhất. Bộ phận này sẽ được thiết kế gần với piston và cả hai sẽ cùng thực hiện vai trò kích hoạt cho van hoạt động.
Ống lõi: Hay còn được gọi với nhiều tên khác như ống phần cứng, ống van solenoid, ống piston hay cụm hướng dẫn. Bộ phận này có nhiệm vụ cải thiện điện từ được tạo ra bởi cuộn dây.
Lò xo lõi: Chi tiết này vô cùng quan trọng và cần thiết để van có thể hoạt động một cách ổn định nhất. Khi ngừng cung cấp điện, lò xo sẽ có nhiệm vụ tạo một lực đàn hồi lên trên trục van và đưa trục cùng với đĩa van trở lại vị trí như ban đầu.
Cuộn dây điện từ: Đây là bộ phận có chức năng tạo ra từ trường cho van, là yếu tố truyền dẫn nguồn điện kích thích van hoạt động. Đây là một hệ thống bao gồm nhiều vòng dây bọc bên ngoài ống lõi để có thể tạo ra được những chuyển động ổn định bên trong.
Lõi cố định lug nut: Gồm có 1 ống chứa cùng với lõi không có tính từ. Phần lõi này sẽ được bao bọc kín để ngăn chặn tình trạng chất lỏng bị rò rỉ hoặc tràn ra bên ngoài, giúp cho quá trình chuyển động được tối ưu hóa hơn.
Piston (phần lõi): Bộ phận này thường được chế tạo từ các vật liệu có khả năng chịu nhiệt tốt. Nó có hình trụ và khi được cung cấp nguồn năng lượng phù hợp sẽ bắt đầu di chuyển để có thể điều khiển tình trạng đóng mở của van.
Màng ngăn: Phần này sẽ được thiết kế tại phần ngăn cách của chất lỏng và cụm điện từ. Màng ngăn cũng sẽ được làm từ nhiều chất liệu khác nhau tùy thuộc vào chất lỏng trong môi trường sử dụng. Để đảm bảo an toàn và giúp cho hoạt động của hệ thống được ổn định thì bộ phận này sẽ được chế tạo bằng các chất liệu có độ kín cao, phổ biến như PTFE, FKM, EPDM,…
Đĩa: Đĩa sẽ được chế tạo bằng nhiều chất liệu khác nhau, chủ yếu là các vật liệu chống ăn mòn như PTRE, thép không gỉ để có thể ứng dụng trong nhiều môi trường. Đây là bộ phận nắm giữ chức năng giúp ngăn chặn dòng chảy của chất lỏng khi ngắt nguồn điện (van đóng). Trong trường hợp đĩa không hoạt động tốt hoặc bị hư hỏng thì nhiều khả năng van có thể bị trượt.
Tất cả những chi tiết và bộ phận của van điện từ đều sẽ được chế tạo, sản xuất theo tiêu chuẩn, kết nối một cách logic để có thể mang lại chất lượng an toàn, hiệu quả, giúp cho hệ thống được hoạt động ổn định, đảm bảo độ bền chắc lâu dài.
* Nguyên lý hoạt động
Van điện từ được thiết kế theo nhiều loại khác nhau, với những chất liệu và kích thước riêng biệt để có thể sử dụng đa dạng cho nhiều ứng dụng công nghiệp và đời sống. Tuy nhiên, nhìn chung thì loại van công nghiệp này vẫn sẽ hoạt động chung theo một nguyên lý nhất định. Khi van được cung cấp một nguồn điện thích hợp, nó sẽ di chuyển và tự đóng hoặc mở hoàn toàn. Nhờ vào điều này mà van điện từ có thể hỗ trợ rất nhiều trong các hoạt động của hệ thống bởi nó không cần đến những tác động của nhân công.
Van điện từ sẽ hoạt động theo nguyên lý như sau: Solenoid Valve sẽ bao gồm một cuộn điện, trong cuộn điện này sẽ có 1 lò xo nén vào lõi sắt, lõi sắt sẽ tỳ lên phần đầu của một giăng được làm bằng chất liệu cao su. Nếu không có sự kích hoạt của dòng điện thì lò xo vẫn sẽ được ép vào bên trong của lõi sắt, lúc này van vẫn sẽ được giữ nguyên trạng thái đóng ban đầu.
Tuy nhiên, khi nguồn điện được cung cấp vào bên trong thì chúng sẽ dần chạy qua cuộn dây, cuộn dây sẽ dần sinh ra từ trường để có thể tác động một lực làm cho lõi sắt được hút ra bên ngoài. Khi lực từ trường đủ lớn sẽ làm cho lò xo bắt đầu di chuyển và van sẽ tự động thay đổi trạng thái. Hiện nay thì van điện từ đóng chính là loại van phổ biến nhất, đồng thời các loại van điện tử mở cũng được hoạt động dựa trên nguyên lý này theo chiều hướng ngược lại.
3. Phân loại
Van điện từ là thiết bị được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp và cả những hệ thống dân dụng thông thường. Chính vì thế mà loại van này cũng được chế tạo và thiết kế theo nhiều dạng khác nhau để đáp ứng tốt các nhu cầu sử dụng. Người ta sẽ phân chia van điện từ dựa theo nhiều tiêu chí, ví dụ như chức năng, hoạt động, điện áp hay vật liệu chế tạo.
* Phân loại theo chức năng
Nếu phân theo chức năng thì Solenoid Valve sẽ được phân thành 2 loại đó chính là loại thường đóng (NC – ormally closed) hoặc loại thường mở (NO – normally open). Cụ thể về 2 loại van này như sau:
Van điện từ thường mở – NO
Cũng như tên gọi của nó, loại van điện từ thường mở sẽ có trạng thái van luôn luôn mở nếu chưa có bất kì sự tác động hay nguồn điện được cung cấp vào trong. Lúc này dòng chất lỏng sẽ liên tục di chuyển qua van một cách ổn định và nhanh chóng. Trong trường hợp muốn dòng chảy ngừng lại và không được phép đi qua van nữa thì người dùng chỉ việc cung cấp dòng điện với điện áp tương ứng.
Lúc này cuộn coil sẽ bắt đầu sản sinh ra một lực từ trường để tác động trực tiếp đến trục piston giúp cho nó dần di chuyển xuống và đóng van lại. Quá trình này sẽ diễn ra nhanh chóng và van sẽ được đóng hoàn toàn, ngăn chặn dòng chảy có thể tiếp tục di chuyển và đi qua van.
Van NO thường sẽ được ưu tiên sử dụng cho các hệ thống có yêu cầu xả nhiều hơn nhưng cũng rất hiếm được sử dụng trên thị trường vì không có quá nhiều hệ thống cần áp dụng. Nếu xét về độ tin dùng và thông dụng thì van điện từ mở có phần kém hơn so với van điện từ đóng.
Van điện từ thường đóng – NC
Ngược lại với van NO thì van NC là loại van điện từ thường đóng, đặc trưng với trạng thái van luôn đóng nếu không được cung cấp dòng điện, lúc này dòng chảy cũng không được phép di chuyển qua van. Khi có nhu cầu mở van thì bạn cần cung cấp một dòng điện có điện áp tương ứng để có thể tạo nên một lực từ trường tác động làm mở van. Khi van được mở, dòng chảy cũng sẽ nhanh chóng ổn định qua van giúp hệ thống hoạt động hiệu quả. Khi muốn van trở lại trạng thái đóng bình thường thì người dùng chỉ cần ngắt cấp điện thì van sẽ tự động đóng.
* Phân loại theo chất liệu
Chất liệu là một trong các yếu tố được quan tâm hàng đầu khi lựa chọn sản phẩm, kể cả các loại van công nghiệp. Khi sản phẩm được chế tạo bằng những vật liệu cao cấp, có độ bền cao thì sẽ giúp cho quá trình hoạt động trở nên thuận lợi, tiết kiệm chi phí hao hụt, sửa chữa.
Đặc biệt là đối với các loại van điện từ, việc lựa chọn được sản phẩm có chất lượng phù hợp với lưu lượng chất của hệ thống cũng đóng vai trò cực kì quan trọng. Nếu lựa chọn không phù hợp có thể gây nên tình trạng bị mòn, rò rỉ hoặc các phản ứng hóa học xảy ra khiến cho quá trình hoạt động không được đảm bảo, ô nhiễm chất lỏng.
Chính vì thế, bên cạnh việc phân loại dựa theo chức năng thì Solenoid Valve cũng có thể được phân chia thành nhiều loại khác nhau dựa theo tiêu chí là vật liệu chế tạo. Cụ thể một số chất liệu thường được sử dụng như:
Van điện từ bằng đồng
Hiểu một cách đơn giản nhất thì van điện từ đồng là loại van được chế tạo bằng vật liệu đồng – một trong các chất dẫn nhiệt vô cùng tuyệt vời và an toàn. Đồng có khả năng tốt trong vấn đề chống ăn mòn, chính vì thế mà nó hạn chế được tình trạng bị rỉ sét, rò rỉ trong quá trình sử dụng. Chính vì thế mà loại van này cũng được ưu tiên sử dụng rất nhiều trong thị trường, đáp ứng tốt các môi trường khác nhau như hơi, khí nén, nước,…
Dải sản phẩm của van điện từ đồng cũng được sản xuất rất đa dạng và phong phú, hầu hết các hãng đều có cung cấp dòng sản phẩm này. Một ưu điểm có thể kể đến của thiết bị này đó chính là giá thành rẻ hơn so với các dòng sản phẩm được làm bằng chất liệu khác. Bên cạnh đó, nó cũng được thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp đặt và thuận tiện cho việc bảo trì, sửa chữa.
Van điện từ làm bằng inox
Van điện từ inox thường sẽ được ứng dụng nhiều trong các hệ thống dầu, nước thải hoặc môi trường axit yếu,…Loại van này có thể được làm từ nhiều chất liệu inox khác nhau, chẳng hạn như inox 201, 304, 316 để có thể phù hợp với nhiều nhu cầu khác nhau. Đồng thời, loại van này cũng được thiết kế với nhiều kích thước, là sự lựa chọn hoàn hảo cho hầu hết các kích cỡ đường ống của nhiều lĩnh vực, nhà máy.
Nếu xét về độ bền thì inox luôn được đánh giá cao hơn các vật liệu khác và cũng là sự lựa chọn hàng đầu của nhiều người tiêu dùng. Loại van điện từ được làm bằng inox cũng có độ bền cao, hạn chế sự va chạm tốt, có độ bóng nhất định và hạn chế tối đa tình trạng bị oxy hóa, ăn mòn bởi sự ảnh hưởng của dung chất.
Bên cạnh đó, van điện từ inox cũng được thiết kế đơn giản, dễ thao tác, thời gian vận hành nhanh, thích hợp trong các môi trường hơi nước nóng, nước thải, nhà máy chế biến thực phẩm,…Tuy nhiên, với những mặt ưu điểm đó thì giá thành của loại van này sẽ cao hơn so với các vật liệu khác.
Van điện từ làm bằng nhựa
Loại van điện từ được làm bằng chất liệu nhựa sẽ được dùng nhiều trong các môi trường bên ngoài không khí bởi nó có khả năng chống lại sự ăn mòn rất cao. Chính vì thế mà nó được ưu tiên dùng cho các môi trường hóa chất mạnh như nhà máy xử lý nước thải, ngành chất tẩy rửa, nhuộm, in, nhà máy chế biến thực phẩm, đồ uống,…Các loại nhựa thường được sử dụng như nhựa uPVC (chống mài mòn, dẻo, chống cháy) hoặc nhực cPVC (không mùi, không vị, không độc hại).
Một số đặc điểm nổi bật thường được nhắc đến đối với van điện từ nhựa như:
- Có tốc độ đóng mở nhanh chóng, thường chỉ mất từ 1 đến 2 giây
- Có thiết kế nhỏ gọn, chịu được nhiệt độ cao và hạn chế tình trạng bị rò rỉ.
- Nhựa có độ bền tốt, chịu được các môi trường khắc nghiệt như bazo, axit,…
- Dễ lắp đặt, tháo gỡ.
- Có khả năng cách điện tốt
* Phân loại theo kiểu lắp
Kiểu lắp của van cũng là yếu tố quan trọng cần phải xem xét kỹ để có thể lựa chọn được loại van phù hợp với đường ống. Nếu sử dụng loại van có kiểu lắp không tương xứng sẽ không thể sử dụng và lắp đặt được. Hiện nay, đối với Solenoid Valve sẽ được chia thành 2 loại dựa theo kiểu lắp, cụ thể là van điện từ lắp ren, rắc co và van điện từ mặt bích.
Van điện từ lắp ren, rắc co
Loại van này được thiết kế với rất nhiều kích thước khác nhau để phù hợp cho nhiều nhu cầu sử dụng. Các kích cỡ van thường được sử dụng như Van điện từ phi 21, van điện từ phi 27, van điện từ phi 34, van điện từ phi 42, van điện từ phi 49, van điện từ phi 60,…
Loại này thường sẽ được ứng dụng nhiều đối với các hệ thống có đường ống kích thước nhỏ, từ từ DN50 đến DN80. Một trong các đặc điểm vượt trội mà người dùng thường hay lựa chọn van điện từ lắp ren, rắc co đó chính là sự tiện lợi và đơn giản trong quá trình lắp đặt, tháo gỡ.
Van điện từ mặt bích
Van điện mặt bích là kiểu van có dạng kết nối mặt bích, thường được sử dụng chủ yếu cho các đường ống có kích thước từ DN50 cho đến DN500. Loại van này được ứng dụng nhiều trong các hệ thống trang trại, bể bơi hoặc tươi tiêu cho sân golf,…Tuy nhiên, giá thành của sản phẩm này thường khá cao, đối với các trường hợp muốn tiết kiệm chi phí thì nên cân nhắc thay thế bằng van bướm điều khiển điện.
* Phân loại theo điện áp
Van điện từ chỉ hoạt động khi được cung cấp nguồn điện với mức điện áp tương ứng, phổ biến nhất là dòng điện 24V và 220V. Việc phân chia Solenoid Valve dựa theo điện áp sẽ giúp người dùng dễ dàng hơn trong việc lựa chọn và sử dụng nó một cách hiệu quả, an toàn nhất.
Van điện từ 220v
Những hệ thống, máy móc hoặc dây chuyền đang hoạt động và được vận hành bằng điện xoay chiều sẽ ưu tiên sử dụng loại van điện từ có điện áp 220v. Đây cũng chính là mức điện áp được sử dụng phổ biến tại nước ta. Nó được ứng dụng nhiều trong hầu hết các hoạt động từ đời sống sinh hoạt hàng ngày, các sản xuất thông thường cho đến hệ thống nông nghiệp, công nghiệp.
Van điện từ 110v
Ở nước ta thì loại van này không quá phổ biến. Nó chủ yếu sẽ được sử dụng trong các hệ thống có quy mô nhỏ, sử dụng công suất thấp hoặc có thể được ứng dụng tốt trong phòng thí nghiệm để đảm bảo được mức độ an toàn.
Van điện từ 24v
Van điện từ 24v được đánh giá cao bởi sự an toàn bởi nó sử dụng dòng điện 1 chiều để có thể điều khiển và vận hành hiệu quả quá trình đóng và mở van. Chính nhờ thế mà nó có thể tránh được những rủi ro và tác động tiêu cực cho người sử dụng và cả những người xung quanh, đảm bảo được tính an toàn. Loại van này thường sẽ được ứng dụng nhiều đối với cá hệ thống tự động hóa hoặc các dây chuyền sản xuất hàng loạt.
Van điện từ 12v
Tương tự giống như loại van điện từ 110V, van 12V cũng không được sản xuất phổ biến trên thị trường và tính ứng dụng của nó cũng thấp hơn so với các điện áp khác. Tuy nhiên, để có thể đáp ứng tốt hầu hết các nhu cầu sử dụng và phục vụ được cho các các hệ thống cần điện áp đặc biệt thì các nhà sản xuất vẫn hỗ trợ cung cấp loại van điện từ này với đầy đủ các kích cỡ khác nhau.
4. Ứng dụng
- Solenoid Van được ứng dụng phổ biến trong hệ thống công nghiệp cũng như dân dụng. Vì thế kích thước của nó đa dạng từ to tới nhở, đủ các kích thước.
- Lắp đặt trong dây chuyền sản xuất
- Đóng mở hệ thống cấp nước tự động như tưới tiêu, máy bơm nước sinh hoạt, trạm cấp nước sạch,…
- Gắn liền với hệ thống cấp nước PCCC.
- Van điện từ dùng cho hơi nóng chuyên dụng với các hệ thống lò hơi, nồi hơi, khí nén
- Van điện từ chống cháy nổ sử dụng trong các hệ thống xăng dầu, khí gas, chất đốt,… đảm bảo độ an toàn cao hơn
5. Ưu điểm và nhược điểm
Bất kì loại van hay thiết bị nào cũng sẽ tồn tại các ưu và nhược điểm nhất định. Bên cạnh những mặt lợi ích mà nó mang đến thì cũng có không ít các khuyết điểm cần phải được khắc phục để quá trình ứng dụng và hoạt động được diễn ra thuận lợi hơn.
* Ưu điểm
- Van điện từ sở hữu rất nhiều mặt ưu điểm nên nó luôn là một trong các lựa chọn hàng đầu của người dùng khi ứng dụng các thiết bị với mục đích điều khiển và phân phối dòng chảy trong hệ thống đường ống. Một số ưu điểm có thể được nhắc đến như:
- Được thiết kế với kích thước nhỏ gọn, cấu tạo van đơn giản, dễ lắp đặt, thuận tiện cho việc tháo gỡ, bảo dưỡng, sửa chữa.
- Được thiết kế với nhiều kiểu dáng, kích thước, vật liệu khác nhau để có thể ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các hệ thống, máy móc công nghiệp đến đời sống hàng ngày.
- Đa dạng về mức điện áp xoay chiều và một chiều.
- Các vật liệu sử dụng chế tạo đa phần đều đảm bảo được tính tiêu chuẩn, có đồ bền chắc chắn, khả năng chống ăn mòn và oxy hóa cao, thích ứng tốt trong nhiều môi trường.
- Do sự thông dụng nên thiết bị này được sản xuất liên tục, các hãng sản xuất có thể cung cấp nhanh với số lượng lớn tùy vào nhu cầu của từng khách hàng.
- Van điện từ có độ chính xác cao, độ bền được duy trì lâu dài và khả năng chống chịu tốt với những sự va đập hay các yếu tố tác động khác.
- Giá thành sử dụng khá rẻ và ở nhiều mức giá khác nhau, có thể ứng dụng từ các hệ thống sinh hoạt hàng ngày cho đến những công trình công nghiệp quy mô lớn.
- Van có thời gian đóng và mở nhanh chóng, đáp ứng tốt với những hệ thống phức tạp, đòi hỏi cao về tốc độ.
- Có thể điều khiển từ xa, không cần phải tác động trực tiếp.
- Mức độ tiêu tốn điện năng của van điện từ cũng khác thấp, giúp tiết kiệm chi phí hiệu quả.
* Nhược điểm
Bên cạnh những ưu điểm được kể trên thì van điện từ vẫn còn tồn đọng một số nhược điểm cần phải được khắc phục tốt. Khuyết điểm thường thấy nhất ở thiết bị công nghiệp này đó chính là sự bất ổn định về nguồn điện, điều này có thể gây ảnh hưởng đối với hoạt động của van và của cả hệ thống. Cụ thể một số nhược điểm của van như sau:
- Cuộn dây điện từ là bộ phận rất dễ hư hỏng nên phải liên tục được kiểm tra và thay thế.
- Van xả nước điện từ không có độ bền cao như các loại van khác, chẳng hạn như van sử dụng động cơ điện hoặc bơm.
- Van điện từ được sản xuất đa dạng về kiểu dáng và các yếu tố để đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng của khách hàng. Tuy nhiên, đây cũng có thể trở thành một nhược điểm bởi nó khiến cho quá trình phân biệt và lựa chọn trở nên khó khăn, mất nhiều thời gian hơn.
- Van sẽ không được duy trì thời gian cấp điện lâu cũng bởi khi lực từ trường được sinh ra thì sẽ làm gia tăng nguy cơ gây cháy nổ, chập điện.
- Van không thể đảm bảo được sự đồng nhất về lưu lượng di chuyển qua van. Cụ thể là lưu lượng trước khi qua van thường sẽ lớn hơn so với sau khi di chuyển qua.
- Van chỉ có thể hoạt động tốt ở nhiệt độ phù hợp.
- Van có thể dễ bị hư hỏng nếu bị bám quá nhiều bụi bẩn, cặn bã nên người dùng cần phải thường xuyên bảo dưỡng và vệ sinh.
- Van điện từ sẽ nhạy cảm đối với sự thay đổi hoặc dao động của điện áp.
- Từ trường được phát ra trong quá trình van hoạt động có thể gây ảnh hưởng đến những thiết bị bên cạnh.
