Van cổng là loại van được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp bao gồm ngành công nghiệp dầu khí, dược phẩm, sản xuất, ô tô, và hàng hải. Van rất phổ biến trong các ứng dụng ngầm, hoặc nơi không gian theo chiều dọc được giới hạn bởi vì chúng không mất thêm không gian.
Van cổng có thể được sử dụng trong môi trường đòi hỏi như môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao. Chúng thường được nhìn thấy trong các nhà máy điện, xử lý nước, khai thác mỏ, và các ứng dụng ngoài khơi.
I. Định nghĩa van cổng
Van cổng (van cửa) dùng để ngăn dòng chảy hoặc một phần dòng chảy nhằm đạt được một dòng chảy mới ở sau van. Khi van được mở hoàn toàn thì cửa van không nằm trong dòng chảy của vật chất.
II. Nguyên lý hoạt động của van cổng
Đĩa van cổng trượt lên và xuống trong đường ống để mở và đóng đường ống. Khi mở hoàn toàn, chất lỏng hay khí chảy qua van trên một đường thẳng với trở lực rất thấp, độ cản trở dòng chảy của van cổng là rất nhỏ nên tổn thất áp lực qua van là tối thiểu.
Hư hại có thể xảy ra bởi chất lỏng khi van đóng một phần, nó tạo ra một lượng áp suất giảm nhỏ khi mở,vận tốc dòng chảy cao có thể tạo nên sự mài mòn đĩa và bề mặt trong van. Đĩa van cổng không mở hoàn toàn cũng có thể bị rung động.
Mặt khác khi cửa van chuyển động lên xuống sẽ sinh ra lực ma sát gây mài mòn ở các phần tiếp xúc. Van cổng thường được dùng để mở toàn bộ hoặc đóng toàn bộ nên không phù hợp để kiểm soát áp suất và điều chỉnh hoặc tiết lưu dòng chảy vì không thể đạt được sự điều khiển chính xác.
Nó được sử dụng như van đầu tiên trong một hệ thống ống nước, van cổng lý tưởng để cách ly các dòng chảy đa năng, cũng như trong các ứng dụng đòi hỏi áp suất và nhiệt độ cao mà vận hành không thường xuyên.
Chính vì lý do này, việc vận hành bằng tay là điển hình và thường hoàn thành qua một bộ vô lăng đa chiều, bộ kích hoạt cơ khí, hơi và điện cũng được sử dụng.
III. Cấu tạo van cổng.
Gồm các bộ phận chính:
- Handwheel: vô lăng
- Bonnet: nắp đậy
- Stem: cần trục Body: thân van
- Gland follower: nắp đệm kín Wedge shaped gate: cửa hình nêm
- Gland packing: lớp lót kín Seat ring: vòng đỡ
- Các phần tử liên kết của van: Loại van này liên kết với đường ống bằng mặt bích ở cả hai đầu. Van và đường ống được nối với nhau bằng các bulông. Gioăng đệm được chèn vào giữa hai mặt bích của van và đường ống để sự nối có được độ kín cao.
Ngoài ra còn có các dạng nối khác giữa đường ống và thân van. Các phương pháp này gồm: Mối nối lắp ghép ren, nối bằng then chốt, nối bằng phương pháp hàn gối đầu. Trong nắp van ở phía trên có khoảng không để có thể kéo tấm cửa của van lên khi mở van.
Có rất nhiều dạng nối giữa nắp van và thân van để hình thành nên một mối lắp ghép kín như ghép bằng mặt bích, bằng cách lắp ghép ren, hay bằng mối lắp ghép ren có hàn ở đường mép.
Cần van (stem): Cửa van được gắn với cần van. Phía trên nắp van có nắp bịt kín, nắp này có chức năng làm kín không cho vật chất rò rỉ ra ngoài. Nắp làm kín được nhồi vật liệu bít kín.
Đầu phía trên của cần van được nối với tay quay.Trong hình vẽ là loại nối bằng ren. Khi vặn tay quay thì cần van sẽ chuyển động lên xuống để đóng hay mở van. Nên chúng ta cũng có thể gọi đây là loại van có cần chuyển động.
Khi quan sát vị trí của cần van cổng ta có thể nhận biết được van đang ở vị trí đóng hay mở.
+ Van cổng ty nổi: Nắp van được tạo ren ở phía trong. Phần ren của nắp van và cần van ăn khớp với nhau. Đầu trên của cần van được nối với tay quay bằng mối nối không chuyển động. Khi cần van chuyển động lên hay xuống thì tay quay và cửa van cũng chuyển động theo.
+ Van cổng ty chìm có mối lắp ghép ren ở phía trong. Ở loại này có mối lắp ghép ren giữa cửa van và cần van. Đầu trên của cần van gắn chặt với tay quay.
Thiết kế cửa van: Cửa van là phần dùng để điều chỉnh dòng chảy. Khi cửa van chuyển động xuống chúng sẽ chặn đứng dòng chảy và tạo nên độ kín giữa nó và hai vòng tiếp xúc.
Khi cửa van cổng chuyển động lên xuống sẽ sinh ra lực ma sát giữa cửa van và hai vòng tiếp xúc do đó sẽ gây ra sự mài mòn các phần tiếp xúc này, áp suất cao thì sự mài mòn ngày càng lớn.
Cửa van trong trường hợp B sẽ bị mài mòn nhiều hơn trong trường hợp A. Nếu cửa van và các vòng tiếp xúc bị mài mòn nhiều thì chúng sẽ không còn tác dụng làm kín toàn bộ dòng chảy khi đang ở vị trí đóng.
Vì van cổng bị mài mòn không đồng đềukhi ở vị trí điều tiết nên thông thường không sử dụng loại van này vào mục đích điều tiết dòng chảy
Cửa van cũng có nhiều dạng điều tiết khác nhau. Loại thông dụng nhất là cửa liền là chế tạo chỉ được có một tấm, loại này khi ởvị trí đóng thì áp suất của dòng chảy chỉ tác động lên một mặt của cửa.
Một dạng cửa van khác là cửa gồm có hai cánh song song. Loại cửa này gồm có nhiều phần ghép lại với nhau. Khi đóng hai cửa được chèn chặt bằng hai tấm kim loại. Một dạng cửa van cổng khác là cửa đúc liền có rãnh ở giữa.
IV. Ưu nhược điểm của van cổng
Ưu điểm:
Công suất cao.
Chiều dài cơ cấu là ngắn, bởi vì các cửa van theo chiều dọc trên thân van.
Khi mở/đóng van tốn ít năng lượng vì hướng chuyển động của pittong là vuông góc với hướng dòng chảy.
Kháng chất lỏng là nhỏ vì cấu tạo thân van cổng thẳng, dòng chảy qua van không bị đổi hướng.
Khi đóng/mở thì van làm việc từ từ nên nó giảm rung động cho hệ thống xuống tốc độ chậm hơn so với van khác, ít gây sốc trên hệ thống.
Momen đóng/ mở thấp.
Công nghệ đúc tốt, phạm vi ứng dụng rộng.
Nhược điểm:
Không điều tiết được lưu lượng dòng chảy.
Kích thước bên ngoài lớn, đòi hỏi không gian lớn để cài đặt. Vì van cổng phải được đóng/mở hoàn toàn, phải mất một không gian nhất định.
Bề mặt đệm kín dễ bị hỏng (ít hơn van cầu) khi mở/đóng do đĩa và chân van có ma sát. Do đó tuổi thọ thấp, việc bảo trì cũng khó khăn hơn.
Cấu trúc bên trong phức tạp, khó khăn trong sửa chữa, chi phí cao.
V. Các dạng hỏng hóc và biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng của van cổng
Các dạng hỏng hóc của van:
Mòn do áp lực, vận tốc dòng chảy thay đổi.
Tắc nghẽn van do lắng đọng parafin và các tạp chất.
Hỏng ty van, cửa van do quá trình làm việc lâu dài.
Hiện tượng han gỉ do tác động hóa lý của môi trường.
Hiện tượng mỏi gây hỏng van cổng do trong thời gian làm việc van chịu các tải trọng cơ học của dòng chảy đặc biệt là các xung áp lực khi vận chuyển dầu khí có hàm lượng từ trung bình tới cao.
Phân tích sự ăn mòn cơ học của van cổng
Trong đường ống, các hạt mài trong dung dịch theo dòng chảy bắt đầu gây ra va đập, cọ xát vào bề mặt chi tiết của van gây ra mòn.
Các hạt mài phá vỡ kết cấu kim loại cấu tạo nên chi tiết làm nó bị xước, xuất hiện các vết rỗ và bong các vẩy kim loại. Nhiều lần như vậy gây nên sự mòn hỏng của van làm ảnh hưởng đến tuổi thọ và khả năng làm việc của van.
Ngoài ra các hạt mài có thể bị nhét vào giữa các bề mặt lắp ghép cứng của đế van cổng và đĩa van khi đóng. Sự lặp đi lặp lại nhiều lần như vậy gây ra mòn hỏng bề mặt các chi tiết của van.
Vị trí tương đối giữa các đĩa van và mặt đế van bị mất đi, đồng thời lò xo nén đĩa van cổng bị yếu do biến dạng mòn và các ống dẫn hướng của đĩa van bị mòn ô van đường kính trong làm cho đĩa van làm việc không còn vuông góc với bề mặt lắp ghép của mặt đế van dẫn đến đế van bị cong và kéo theo đệm làm kín bị rách.
Các biện pháp khắc phục nâng cao hiệu quả sử dụng cho van cổng
Hàn đắp vào vị trí mài mòn.
Tách, lọc tạp chất trước khi chất lỏng qua van.
Sử dụng các chất hóa học, các biện pháp hỗn hợp hóa – điện tử ngăn ngừa lắng đọng parafin.
Sử dụng kim loại hy sinh.
Chọn loại van phù hợp với từng vị trí sử dụng.
Kiểm tra định kỳ, bôi trơn cho van.
Tuân thủ nghiêm ngặt về các quy định vận hành, sửa chữa và bảo dưỡng.
