Gate valve là gì? Có những loại van cổng nào phổ biến?

Gate valve có tính đa dụng và ứng dụng phổ biến. Nó cũng là một phần không thể thiếu trong các hệ thống đường ống. Với cơ chế đóng/mở thông qua đĩa van di chuyển như cánh cổng, gate valve đảm bảo sự điều tiết dòng chảy, kiểm soát áp suất. Đồng thời cung cấp khả năng lưu thông tối ưu cho nhiều loại môi chất khác nhau.

Gate valve là gì?

Đây là tên tiếng Anh của van cổng, hay còn được gọi là van chặn. Đây là một loại van được sử dụng để điều chỉnh dòng chảy của chất lỏng qua van. Van này được thiết kế với một cánh van có khả năng nâng lên và hạ xuống để mở hoặc đóng dòng chảy. Nó cũng tương tự như hình dạng cánh cửa. Vì vậy mới có tên gọi là van cửa.

Gate Valve là tên tiếng Anh của van cổng chặn nước, hoặc có tên gọi khác là van cửa

Van cổng thường có kích thước lớn, từ DN50 trở lên. Kiểu kết nối của van thường là mặt bích. Nó phù hợp cho việc lắp đặt trong các công trình công nghiệp lớn, hệ thống cấp thoát nước, xử lý nước và nhiều ứng dụng khác.

Lịch sử hình thành gate valve

Vào năm 1839, Charley W.Peckham đã đạt được sáng chế đầu tiên về van cổng tại Mỹ. Mặc dù sáng chế của ông áp dụng cho van cửa, nhưng đó đã là bước khởi đầu cho sự phát triển của van cổng. Vào năm 1840, Theodore Scowden ở Cincinnati, Ohio đã được cấp bằng sáng chế cho van cổng đầu tiên như chúng ta thấy ngày nay.

Trong khoảng thời gian từ năm 1850 đến đầu thế kỷ 19, ngành công nghiệp van ở Mỹ đã trở nên sôi động với sự xuất hiện của nhiều thiết kế van mới. Các nhà sáng chế như William Teller Crane (Crane), Edmund H. Lunken (Lunkenheimer), William Powell (Powell), H. G. Ludlow (Ludlow), Rufus B. Chapman (Chapman), Charles Jenkins (Jenkins), Daniel Kennedy (Kennedy) và Rufus Pratt (Pratt & Cady) đã nhận được bằng sáng chế cho các thiết kế van của họ. Sau đó thành lập các công ty nổi tiếng trong lĩnh vực kiểm soát dòng chảy.

Trong thời kỳ này, các nhà phát minh khác đã cố gắng cải tiến thiết kế van cổng, đặc biệt là trong thiết kế đĩa van và nắp van. Vào năm 1896, William Jennings – kỹ sư của Công ty Pratt & Cady, đã được cấp bằng sáng chế cho thiết kế vòng đệm bắt vít. Thiết kế này đã trở thành tiêu chuẩn trong suốt 75 năm tiếp theo cho đến khi công nghệ hàn tiến bộ khiến kiểu bắt vít trở nên lỗi thời.

Khi ngành công nghiệp năng lượng hơi nước phát triển, nhiệt độ và áp suất của nồi hơi tăng lên, yêu cầu về thiết kế van cũng tăng cao. Trong một số trường hợp, các nhà sản xuất nồi hơi không thể tìm được van phù hợp, do đó họ đã tự thiết kế và sản xuất các loại van.

Lịch sử hình thành gate valve và sự ứng dụng phổ biến của nó

Mãi cho đến những thập kỷ đầu của thế kỷ 20, áp suất hơi nước chỉ tăng lên khoảng 150-200 psi (khoảng 10-14 bar). Trong thời gian đó, van đồng và van sắt đã đáp ứng tốt các ứng dụng áp suất thấp. Trong khi đó, van gang cũng có thể hoạt động tốt ở nhiệt độ từ 350-400°C trước khi có sự xuất hiện của máy phát điện và turbine hơi nước.

Sau đó, sự phát triển của ngành công nghiệp điện đã đưa đến tăng nhiệt độ và áp suất vận hành trong khoảng thời gian từ 1915-1925. Điều này thúc đẩy việc phát triển vật liệu mới cho van – thép. Thép có thể chịu được áp suất và nhiệt độ yêu cầu trong các ống của nhà máy điện. Trong giai đoạn này, thiết kế và hình thức của van cổng thép đã được áp dụng và vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Khi nhiệt độ và áp suất tiếp tục tăng, các hợp kim chrome/moly mới bắt đầu được sử dụng trong cấu trúc van.

Sau đó, các hợp chất mạnh mẽ được phát triển bởi ngành công nghiệp hóa chất và dầu mỏ đã tạo ra thách thức về vấn đề chống ăn mòn cho các nhà sản xuất van. Điều này đã dẫn đến sự ra đời và phát triển của loạt hợp kim mới như Hastelloy, Hợp kim 20 và Inconel để sử dụng trong cấu trúc van.

Cuối cùng, vào đầu những năm 1940, với việc phát minh nắp kín áp suất (pressure-seal bonnet) cho van cổng, sự chú trọng của việc thiết kế van đã dịch chuyển sang các loại van khác, đặc biệt là van bi và van bướm.

Tại sao nên sử dụng gate valve?

Gate valve được sử dụng để điều khiển dòng chảy của môi chất qua hệ thống ống dẫn. Van được thiết kế để đóng mở hoàn toàn dòng chảy. Chúng không có khả năng điều chỉnh dòng chảy linh hoạt như các loại van khác. Tuy nhiên, gate valve vẫn được sử dụng rất phổ biến trong đường ống.

Có nhiều lý do nên sử dụng Gate Valve cho hệ thống đường nước

Có một số điểm quan trọng lý giải tại sao nên sử dụng van cổng (gate valve):

• Chức năng chặn dòng chảy: Van được thiết kế để đóng hoàn toàn hoặc mở hoàn toàn, cho phép chặn hoặc mở dòng chảy trong hệ thống đường ống. Điều này rất hữu ích trong các ứng dụng yêu cầu kiểm soát chính xác dòng chảy.
• Độ bền cao: Van thường được làm từ các vật liệu chất lượng cao như: thép không gỉ, gang, đồng và hợp kim. Nhờ vậy, giúp tăng độ bền và tuổi thọ của van. Chúng có khả năng chịu áp suất cao và kháng mài mòn. Van cho phép sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt và ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ tin cậy cao.
• Đóng/mở nhanh: Sản phẩm có thiết kế đơn giản, cho phép đóng/mở nhanh chóng và dễ dàng. Điều này giúp tăng tính linh hoạt và hiệu suất trong việc kiểm soát dòng chảy hoặc khẩn cấp tắt dòng chảy khi cần thiết.
• Kiểm soát dòng chảy ổn định: Van cổng được thiết kế để tối đa hóa lưu lượng và giảm thiểu mất áp suất. Khi van cổng hoàn toàn mở, nó tạo ra một lỗ thông hơi như một đường ống thẳng, giảm kháng cản và đảm bảo dòng chảy ổn định.
• Đa dạng về kích thước và kết nối: Van có sẵn trong nhiều kích thước khác nhau, từ nhỏ đến lớn, phù hợp với các yêu cầu ứng dụng khác nhau. Ngoài ra, chúng có thể được kết nối thông qua các phương pháp như: kết nối bích, kết nối ren hoặc nối hàn. Chúng cho phép dễ dàng tích hợp vào hệ thống đường ống hiện có.
• Dễ bảo trì và sửa chữa: Van cổng có thiết kế đơn giản, ít bộ phận chuyển động. Nhờ vậy, giúp việc bảo trì và sửa chữa dễ dàng hơn so với các loại van phức tạp hơn. Điều này giúp giảm thời gian và công sức trong việc bảo dưỡng và khắc phục sự cố.
• Chịu áp suất cao: Van cổng được thiết kế để chịu áp suất cao trong các ứng dụng công nghiệp, dầu khí, năng lượng và các ngành công nghiệp khác.
• Sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp: Được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: dầu khí, năng lượng, hóa chất, xử lý nước, sản xuất, và nhiều lĩnh vực khác.

Các loại gate valve phổ biến

Dòng van chặn hoặc gate valve là một trong số những loại van công nghiệp được ứng dụng rất nhiều hiện nay. Vậy đâu là dòng van được sử dụng ưa chuộng tại các ngành nghề. Cùng tìm hiểu dưới đây nhé!

Dựa vào kiểu kết nối

Van cổng nối ren

Van cổng có ba loại kết nối chính, bao gồm:

• Van cổng kết nối ren: Van cổng nối ren (Thread Gate Valve) là loại van có phần kết nối dưới dạng ren. Chúng được sử dụng để kết nối với đường ống ren. Thường được áp dụng cho các van có kích thước nhỏ (dưới 2 inch). Có nhiều tiêu chuẩn ren khác nhau như ren G, ren NPT, ren BSP,…
• Van cổng kết nối mặt bích: Van cổng kết nối mặt bích (Flanged Gate Valve) là loại van có phần kết nối dạng mặt bích. Nó thường được sử dụng để kết nối với đường ống thông qua mặt bích và làm kín bằng gioăng. Van cổng mặt bích thường được sử dụng cho các kích thước lớn. Tuy nhiên, cũng có một số ứng dụng khi người dùng yêu cầu kết nối mặt bích cho các van có kích thước nhỏ vì các yêu cầu đặc biệt.
• Van cổng kết nối hàn: Van cổng kết nối hàn (Welded Gate Valve) có nhiều loại. Chúng bao gồm Socket Weld Gate Valve (van hàn lồng) và Butt Weld Gate Valve (van hàn đối đầu). Đây là những loại van được thiết kế để hàn trực tiếp vào đường ống, tại các vị trí ít cần tháo lắp và giảm thiểu nguy cơ rò rỉ. Thông thường, van cổng kết nối hàn chỉ được sử dụng cho các kích thước nhỏ.

Các loại kết nối van cổng trên cung cấp sự linh hoạt cho người dùng trong việc lựa chọn loại van phù hợp với yêu cầu và kích thước của hệ thống ống.

Dựa vào cấu tạo ty van

Van cổng ty nổi – Rising Stem Gate Valve

• Van cổng loại ty chìm là loại van có ty nằm bên trong thân van. Và khi vận hành van từ trạng thái đóng sang mở hoặc ngược lại. Kích thước tổng thể của van không thay đổi, chỉ có đĩa van di chuyển lên và xuống. Vì vậy nó phù hợp cho các vị trí có không gian hạn chế hoặc các đường ống ngầm dưới lòng đất. Có hai loại van cổng ty chìm là loại có nắp chụp và loại có tay vặn. Loại van này thường được sử dụng chủ yếu trong hệ thống ống nước và đường ống cứu hỏa.
• Van cổng loại ty nổi ngược lại với van cổng ty chìm. Đây là loại van cổng mà trục van có thể nhìn thấy một cách rõ ràng trong quá trình vận hành. Khi van mở, ty van nổi lên và khi van đóng, ty van sẽ đi xuống. Điều này giúp người dùng dễ dàng quan sát trạng thái của van từ xa.

Dựa theo cách hoạt động

Van cổng dạng điều khiển bằng tay quay

• Van cửa thủ công (Manual Gate Valves): Đây là loại van điều khiển thủ công được sử dụng rộng rãi hiện nay. Người vận hành có thể dễ dàng điều khiển van bằng cách tác động lực lượng lên tay quay. Trục van được kết nối với đĩa van, cho phép đẩy lên hoặc hạ xuống theo ý muốn, để đóng – mở van hoặc điều tiết dòng chảy. Loại van này thường được thiết kế cho các van có kích thước nhỏ. Trong trường hợp đường ống lớn hơn, có thể sử dụng hộp số truyền động hoặc bộ điều khiển điện/khí nén.
• Van cửa điều khiển điện (Electric Actuated Gate Valves): Đây cũng là loại van cổng kết hợp với bộ truyền động điện (electric actuator). Bộ điều khiển điện sẽ thực hiện truyền động xoay cho trục van. Từ đó đĩa van di chuyển tịnh tiến như khi thao tác bằng tay. Loại van này được sử dụng trong những không gian mà người vận hành khó thao tác. Hoặc sử dụng trong môi trường không tốt cho sức khỏe con người.
• Van cửa điều khiển khí nén (Pneumatic Actuated Gate Valves): Thường được gọi là Van cổng khí nén. Đây là sự kết hợp giữa van cửa với bộ điều khiển khí nén (pneumatic actuator), thay thế tay vặn thủ công. Loại van này được sử dụng phổ biến cho các vị trí lắp đặt mà người vận hành không thể tiếp cận hoặc trong môi trường có nguy cơ độc hại.

So sánh gate valve với van cầu, van bi

Van bi, van cổng và van cầu là ba loại van phổ biến trong hệ thống đường ống với cấu tạo và mục đích sử dụng khác nhau. Đây là những điểm khác nhau quan trọng giữa chúng:

Van bi

Van bi Wonil

• Đóng/mở nhanh và có tuổi thọ cao sau thời gian sử dụng.
• Cơ chế hoạt động dựa trên viên bi rỗng trong thân van.
• Tay điều khiển xoay góc 90 độ để đóng/mở van.
• Có nhiều tùy chọn vật liệu và kiểu tay điều khiển theo kích thước và điều kiện làm việc.

Xem thêm Sự khác nhau giữa van cổng và van bi

Van cổng

Van cổng Wonil tay quay

• Đóng/mở thông qua phần trục van điều khiển đĩa van di chuyển như cánh cổng.
• Van đóng khi đĩa van ở vị trí thấp nhất và mở khi đĩa van ở vị trí cao nhất.
• Dễ bị ăn mòn và thích hợp cho vị trí đóng/mở hoàn toàn.
• Mục đích chính là cho dòng chảy không lưu thông hoặc lưu thông.

Van cầu

Van cầu Wonil chữ ngã

• Thiết kế đĩa van hình yên ngựa hoặc chữ ngã.
• Dòng chảy lưu thông theo dạng hình chữ Z.
• Cơ chế hoạt động tương tự van cổng, với trục van liên kết với tay điều khiển.
• Sử dụng cả để đóng/mở và điều tiết dòng chảy.

Xem chi tiết So sánh sự khác nhau giữa van cổng và van cầu

Mỗi loại van đều có những ưu điểm và hạn chế riêng. Sự lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu và điều kiện của hệ thống đường ống cụ thể.

Ứng dụng của gate valve trong thực tiễn

Van cổng là một loại van công nghiệp rất phổ biến và đa dạng trên thị trường. Nhờ sở hữu chức năng và tính linh hoạt trong thiết kế, vật liệu sử dụng. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của van cổng:

• Sử dụng cho đa dạng các loại chất: Van cổng có thể sử dụng cho các loại chất lỏng, khí, hơi, keo và thậm chí cả chất rắn.
• Hệ thống dẫn khí và nguyên liệu: Van thường được sử dụng trong hệ thống dẫn khí, đường ống dẫn nguyên liệu tại các nhà máy hóa chất, dầu khí và các ngành công nghiệp tương tự.
• Hệ thống cấp thoát nước: Thiết bị được ứng dụng trong hệ thống cấp thoát nước của các công trình như: nhà máy thủy điện, trung tâm thương mại, tòa nhà và các nhà máy sản xuất.
• Hệ thống phòng cháy và xử lý nước: Được sử dụng trong hệ thống phòng cháy chữa cháy và hệ thống xử lý nước thải, nước sạch.

Cách lựa chọn gate valve chuẩn xác

Dưới đây là một số yếu tố quan trọng cần xem xét khi lựa chọn van cổng, giúp người dùng tránh các lỗi không đáng có:

• Môi chất: Xác định môi chất là một yếu tố quan trọng. Vì điều này sẽ giúp lựa chọn vật liệu phù hợp cho van, đảm bảo tính an toàn và tuổi thọ của nó. Lựa chọn vật liệu không đúng có thể dẫn đến việc không thể sử dụng, gây nguy hiểm hoặc hỏng hóc nhanh chóng (Ví dụ: trong môi trường hóa chất ăn mòn, sử dụng vật liệu thép thông thường sẽ gây ăn mòn van, dẫn đến hư hỏng hoặc rò rỉ).
• Áp suất làm việc: Cần xác định chính xác áp suất trong đường ống. Và lựa chọn áp suất thiết kế của van cao hơn áp suất làm việc một hệ số an toàn để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành. Lựa chọn áp suất làm việc không đúng (áp suất thiết kế của van thấp hơn áp suất làm việc) có thể gây phá vỡ cấu trúc của van, cực kỳ nguy hiểm với người dùng và hệ thống.
• Tiêu chuẩn kết nối: Cần xác định tiêu chuẩn kết nối của hệ thống ống để lựa chọn loại kết nối phù hợp cho van. Ba loại kết nối phổ biến là kết nối mặt bích (bao gồm các tiêu chuẩn ANSI, JIS, DIN,…), kết nối ren (bao gồm các tiêu chuẩn như NPT, BSP,…) và kết nối hàn (bao gồm các tiêu chuẩn như hàn socketweld – hàn lồng, butt weld end – hàn đối đầu,…).
• Loại van: Tham khảo các loại van được phân loại ở phần trước để lựa chọn loại van cổng phù hợp nhất.

Tóm lại, gate valve là một giải pháp đáng tin cậy để điều khiển dòng chảy và kiểm soát áp suất trong hệ thống đường ống. Với độ bền cao, đa dạng ứng dụng và khả năng điều tiết linh hoạt. Van cổng đã trở thành một lựa chọn phổ biến và hiệu quả cho các ngành công nghiệp.