Van bi là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại

Van bi hiện nay là một trong những loại van được sử dụng rộng rãi nhất trong các hệ thống dân dụng và công nghiệp, với chức năng chủ yếu là kiểm soát dòng chảy của các loại môi chất bằng cách mở, đóng hoặc điều chỉnh lưu lượng. Van bi có nhiều kiểu loại khác nhau, bao gồm van bi nối ren, nối bích, van điều khiển điện, van điều khiển khí nén, và nhiều dạng khác. Trong bài viết này, Inox Yến Thanh xin mời bạn đọc khám phá những thông tin quan trọng về van bi, bao gồm định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như các loại van bi phổ biến hiện nay.

1. Van bi là gì?

Van bi hay còn gọi là Ball Valve là loại van được sử dụng phổ biến trong các hệ thống đường ống nhằm điều tiết, đóng hoặc mở dòng chảy của môi chất. Tên gọi "van bi" xuất phát từ cơ chế hoạt động của nó, khi bên trong thân van có một viên bi rỗng giúp kiểm soát dòng chảy thông qua cơ cấu điều khiển, có thể là thủ công hoặc tự động.

Với tính ứng dụng rộng rãi, van bi có mặt ở hầu hết các hệ thống, từ các đường ống nước sinh hoạt trong gia đình cho đến các hệ thống dẫn khí, dẫn nước trong các nhà máy công nghiệp. Nơi nào có hệ thống dẫn chất lỏng hoặc khí, van bi cũng có mặt để đảm bảo việc kiểm soát dòng chảy.

2. Cấu tạo của van bi

Giống như các loại van khác như van cầu, van cổng, van bướm, van bi được cấu tạo từ nhiều bộ phận khác nhau. Mỗi bộ phận có vai trò riêng biệt nhưng tất cả đều phối hợp để tạo nên cơ chế đóng mở và điều tiết dòng chảy hiệu quả. Dưới đây là các bộ phận chính của van bi:

Thân van (Body): Thân van được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau như đồng, gang, thép, hoặc thép không gỉ. Nó có chức năng liên kết các bộ phận lại với nhau, tạo thành một khối thống nhất và bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi tác động bên ngoài. Thân van còn giúp môi chất di chuyển mà không bị rò rỉ ra ngoài. Tùy vào thiết kế, thân van có thể được đúc thành một khối, hai khối hoặc ba khối.

Trục van (Stem): Trục van là bộ phận truyền động, giúp truyền momen xoắn từ tay điều khiển (thường là tay quay hoặc tay vặn) vào viên bi. Một đầu trục liên kết với tay van, trong khi đầu còn lại nối với viên bi, đảm bảo viên bi di chuyển chính xác theo hướng yêu cầu.

Viên bi (Ball): Đây là bộ phận đặc trưng của van bi, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát dòng chảy. Viên bi nằm ở trung tâm của van, được khoét rỗng hai đầu, cho phép điều tiết hoặc ngừng dòng chảy tùy theo góc quay của viên bi.

Vòng đệm (Seal & Seat): Vòng đệm có hai loại:

Seal: Được thiết kế để làm kín giữa thân van và trục van, giúp ngăn chặn rò rỉ môi chất ra ngoài.

Seat: Làm nhiệm vụ tạo độ kín giữa viên bi và thân van, bảo đảm rằng khi viên bi đóng, không có môi chất rò rỉ.

Bạc lót trục van (Packing): Bạc lót giúp cố định trục van và thân van, cho phép trục van xoay một cách mượt mà mà không bị kẹt.

Bu lông & đai ốc (Bolt & nuts): Được sử dụng để liên kết các bộ phận của thân van lại với nhau, đảm bảo van hoạt động ổn định và chắc chắn. Thường được làm bằng vật liệu chịu được môi trường làm việc như thép không gỉ.

Nắp van (Bonnet): Nắp van giúp bảo vệ trục van và làm kín hệ thống bên ngoài của trục, giúp tăng tuổi thọ cho van.

Bộ phận truyền động (Operating): Tùy vào thiết kế, van bi có thể được điều khiển thủ công (thông qua tay gạt hoặc tay quay) hoặc điều khiển tự động thông qua các thiết bị truyền động điện hoặc khí nén. Các bộ phận này giúp điều chỉnh góc quay của viên bi, từ đó đóng, mở hoặc điều tiết dòng chảy.

Van bi hoạt động dựa trên nguyên lý đơn giản nhưng hiệu quả, giúp kiểm soát dòng chảy trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ sinh hoạt đến công nghiệp.

3. Nguyên lý hoạt động của van bi

Van bi hoạt động dựa trên cơ chế sử dụng viên bi rỗng bên trong thân van để kiểm soát dòng chảy. Phần lỗ khoét của viên bi sẽ di chuyển theo sự điều khiển của tay gạt hoặc tay quay, qua đó đóng, mở hoặc điều tiết dòng chảy của môi chất.

Khi van mở, lỗ khoét của viên bi sẽ căn đúng theo hướng dòng chảy, cho phép môi chất dễ dàng lưu thông qua van. Ngược lại, khi viên bi quay sao cho lỗ khoét vuông góc với dòng chảy, van sẽ hoàn toàn đóng lại. Để điều tiết dòng chảy, người sử dụng có thể điều chỉnh viên bi sao cho lỗ khoét xoay một góc nhỏ hơn 90°.

Mặc dù van bi có thể được sử dụng để điều tiết dòng chảy, nhưng ứng dụng này ít phổ biến hơn so với chức năng đóng/mở. Nguyên nhân là khi van mở một phần, áp lực dòng chảy có thể làm hư hại ghế van (seat valve) nhanh chóng, đặc biệt khi có tạp chất lẫn trong lưu chất. Các hạt rắn có thể mắc kẹt trong khoang van, gây hư hại cho gioăng làm kín (soft seal), ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của van.

4. Phân loại van bi

Van bi có rất nhiều loại, và có thể nói đây là một trong những loại van đa dạng nhất. Việc phân loại van bi có thể dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau. Dưới đây, Makgil Việt Nam xin đưa ra một số tiêu chí phổ biến nhất để phân loại van bi, giúp bạn đọc dễ dàng hình dung về các loại van này.

4.1. Phân loại theo kết nối của van bi

Van bi kết nối ren: (Thread Ball Valve) Là loại van có kết nối ren, thường được sử dụng cho các van có kích thước nhỏ (dưới 2 inch). Các tiêu chuẩn ren phổ biến của van bao gồm ren G, ren NPT, ren BSP, và nhiều loại khác.

Van bi kết nối bích: (Flanged Ball Valve) Đây là loại van có kết nối mặt bích, thường được sử dụng cho những van có kích thước lớn. Van kết nối bích dùng mặt bích tiêu chuẩn (ANSI, JIS, BS, DIN,...) và được làm kín bằng gasket. Mặc dù van bích chủ yếu dùng cho các kích thước lớn, đôi khi một số ứng dụng yêu cầu kết nối bích cho các van nhỏ vì lý do đặc thù.

Van bi kết nối hàn: (Welded Ball Valve) Các loại van này được thiết kế để hàn trực tiếp vào đường ống, giúp giảm thiểu tối đa nguy cơ rò rỉ. Các kiểu mối hàn phổ biến là Socket Weld Ball Valve, Butt Weld Ball Valve và PUP Ball Valve, dùng cho những vị trí ít khi cần tháo lắp.

Van bi kết nối nhanh: (Quick Connect Ball Valve) Đây là loại van được sử dụng chủ yếu trong các đường ống khí nén, ống tubing và hệ thống dụng cụ, thường có kích thước nhỏ (dưới 1 inch). Cơ chế làm kín của van này dựa vào gioăng làm kín bên trong và đai ốc siết chặt bên ngoài, hoặc được điều khiển bằng áp suất làm việc.

4.2. Phân loại theo số lượng mảnh thân van

Van bi một mảnh: (One-Piece Ball Valve) Đây là loại van có cấu tạo đơn giản và có giá thành rẻ nhất. Van một mảnh không thể tháo rời để bảo dưỡng, sửa chữa, nên khi van bị hỏng, người dùng cần thay mới hoàn toàn. Loại van này thường gặp ở các kích thước nhỏ.

Van bi hai mảnh: (Two-Piece Ball Valve) Loại van này có cấu tạo gồm hai mảnh thân van được kết nối bằng bu lông hoặc ren. Van có thể tháo rời để kiểm tra, bảo dưỡng hoặc sửa chữa, nhưng cần phải tháo hẳn van khỏi đường ống.

Van bi ba mảnh: (Three-Piece Ball Valve) Đây là loại van có cấu tạo từ ba mảnh thân van, kết nối với nhau bằng bu lông. Van ba mảnh có giá thành cao hơn các loại khác nhưng ưu điểm lớn là có thể tháo rời thân van để kiểm tra và bảo dưỡng mà không cần tháo van khỏi đường ống.

4.3. Phân loại theo phương thức điều khiển/vận hành

Van bi tay gạt: (Lever Operating Ball Valve) Được sử dụng cho các ứng dụng có kích thước nhỏ và áp suất không quá lớn. Trục van được nối trực tiếp với tay gạt, giúp việc đóng/mở van dễ dàng bằng cách xoay tay gạt một góc 90°.

Van bi tay quay: (Handwheel Operating Ball Valve) Thường được dùng cho các van có kích thước lớn hoặc áp suất cao. Việc sử dụng tay gạt trong những trường hợp này sẽ khó khăn hoặc nguy hiểm, do áp lực lên viên bi rất lớn. Van tay quay có trục van được gắn với hộp số, và khi quay vô lăng, hệ thống bánh răng sẽ điều khiển trục van, từ đó xoay viên bi để đóng/mở van.

Van bi điều khiển điện: (Electric Actuator Ball Valve) Loại van này được lắp kèm bộ truyền động điều khiển điện, giúp giảm chi phí nhân công và điều khiển van ở những vị trí khó tiếp cận hoặc trong môi trường nguy hiểm. Bộ truyền động điện giúp tạo ra góc quay mong muốn trong thân van, từ đó điều khiển đóng/mở hoặc điều tiết dòng chảy.

Van bi điều khiển khí nén: (Pneumatic Actuator Ball Valve) Tương tự như van điều khiển điện, nhưng bộ truyền động ở đây sử dụng khí nén thay vì điện. Van này giúp giảm chi phí nhân công và được sử dụng trong các trường hợp cần điều khiển tự động ở các vị trí khó tiếp cận hoặc trong môi trường nguy hiểm.

4.4. Phân loại theo thiết kế cổng van (Port)

Van Full Bore: Van này có thiết kế lỗ viên bi có đường kính bằng với đường kính của ống, giúp giảm thiểu lực ma sát giữa lưu chất và van, không gây tụt áp và không ảnh hưởng đến dòng chảy. Chính vì vậy, van full bore giúp duy trì lưu lượng dòng chảy tối đa. Tuy nhiên, giá thành của loại van này khá cao và thường được sử dụng trong các đường ống lớn cần đạt hiệu suất lưu lượng cao.

Van Reduce Bore: Trong loại van này, lỗ viên bi có kích thước nhỏ hơn đường kính ống, khiến lưu lượng dòng chảy qua van bị giảm. Tuy nhiên, điều này lại làm tăng vận tốc dòng chảy. Van reduce bore có kích thước nhỏ hơn và giá thành thấp hơn van full bore, nên thường được sử dụng trong các ứng dụng có hệ số lưu lượng cao.

Van bi V Port: Van V port ít phổ biến hơn và có viên bi khoét theo hình chữ V. Thiết kế này giúp việc đóng/mở van có kiểm soát hơn, đặc biệt phù hợp với các ứng dụng yêu cầu dòng chảy tuyến tính. Khi van mở, phần dưới của chữ V sẽ mở trước. Van V port thường được làm từ vật liệu chống ăn mòn tốt, do môi chất trong van di chuyển với vận tốc cao.

4.5. Phân loại theo thiết kế viên bi (Ball Design)

Van Floating: (Floating Ball Valve) Đây là loại van phổ biến nhất, thường được sử dụng trong các ứng dụng với kích thước đường ống nhỏ (thường dưới 10 inch) và áp suất trung bình hoặc thấp. Viên bi trong van floating được giữ cố định ở vị trí cân bằng nhờ lực nén từ hai ghế van (seat valve) và trục cố định phía trên đầu viên bi.

Van Trunion: (Trunion Mounted Ball Valve) Loại van này thường dùng cho các hệ thống có kích thước đường ống lớn hoặc áp suất cao. Viên bi trong van trunion được cố định bởi cả trục trên và trục dưới, giúp hạn chế mỏi do kích thước viên bi lớn. Thiết kế này cũng giúp giảm ma sát và mô-men xoắn quá mức, nâng cao khả năng chịu lực và kéo dài tuổi thọ của viên bi.

5. Ưu điểm và nhược điểm của van bi

Dưới đây là những ưu điểm và nhược điểm của van bi, giúp bạn hiểu rõ hơn về những lợi ích và hạn chế của loại van này trong các ứng dụng thực tế.

Ưu điểm:

• Cấu tạo đơn giản, vững chắc, dễ dàng vận hành.
• Chịu được áp lực cao và hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt.
• Rất phù hợp cho các ứng dụng đóng/mở nhanh, đặc biệt trong các hệ thống yêu cầu thao tác đóng/mở tức thời.

Nhược điểm:

• Do đặc tính đóng/mở nhanh, áp suất ma sát giữa viên bi và gioăng làm kín khá lớn, khiến các bộ phận này dễ bị mài mòn hoặc hư hại trong quá trình sử dụng.
• Không thích hợp cho môi trường có chất bẩn hoặc chất lỏng đặc sệt, vì dễ gây tắc nghẽn hoặc hư hại.
• Mặc dù rất hiệu quả trong việc đóng/mở, van bi có khả năng điều tiết dòng chảy chính xác ở mức độ thấp và trung bình không tốt bằng các loại van khác.

6. Địa chỉ mua van bi nhập khẩu chính hãng

Inox Yến Thanh tự hào là đơn vị chuyên cung cấp và lắp đặt các loại van công nghiệp như van bi, van bướm, van cầu, van cổng, van dao,… tại thị trường Việt Nam. Với đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm và am hiểu sâu về các dòng sản phẩm van công nghiệp, chúng tôi luôn sẵn sàng tư vấn, giúp khách hàng lựa chọn loại van phù hợp nhất với yêu cầu và mục đích sử dụng, đồng thời đảm bảo chi phí hợp lý và tối ưu nhất.

Đặc biệt, Inox Yến Thanh sở hữu kho hàng lớn, đa dạng về vật liệu, kích thước và các tiêu chuẩn kết nối, giúp khách hàng dễ dàng tìm được sản phẩm phù hợp. Chúng tôi cam kết cung cấp giá cả cạnh tranh nhất trên thị trường, đảm bảo chất lượng và uy tín cho mọi khách hàng. Inox Yến Thanh cung cấp van công nghiệp chính hãng, nhập khẩu từ các quốc gia thuộc EU, G7 và Hàn Quốc, với mức giá hợp lý và chất lượng vượt trội.