Van khí nén là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng chi tiết

Van khí nén có thể làm thay đổi độ mạnh/yếu, góc phun xịt của hơi cao áp. Trong quá trình vận hành, van còn có thể đóng hoặc mở nguồn năng lượng tiện ích này.

1. Tìm hiểu van khí nén là gì?

Van khí nén là thiết bị làm nhiệm vụ đóng/mở, điều chỉnh áp suất/lưu lượng, hướng di chuyển của luồng khí đầu ra.

Dù không trực tiếp tham gia vào quá trình tạo áp, sản xuất hơi nén nhưng van lại chi phối độ mạnh yếu của thành phẩm.

2. Cấu tạo cơ bản của van khí nén

Van khí nén được cấu tạo từ 4 bộ phận chính là:

• Thân van: Là nơi chứa mọi linh kiện bên trong (lõi, piston, trục van), thường làm bằng gang, hợp kim nhôm hoặc thép chịu lực.
• Cuộn coil (cuộn dây điện từ): Liên kết trực tiếp với thân van, có nhiệm vụ sinh lực từ để làm chuyển động trục van khi có dòng điện chạy qua. Từ đó, giúp thay đổi, điều hướng luồng khí cao áp.
• Lò xo hồi vị: Có tính đàn hồi cao, đảm nhiệm vai trò đưa lõi trượt về vị trí cũ khi van dừng hoạt động (ngắt điện).
• Hệ thống cửa van: bao gồm cửa vào (P), cửa ra (A, B), cửa xả (R, S). Chức năng chính là đưa nguyên liệu vào, đẩy khí nén ra khỏi hệ thống.

3. Phân loại van khí nén

3.1 Theo số cửa và số vị trí

Dựa vào số cửa ra và số vị trí, van hơi nén được phân chia thành những loại cơ bản sau:

• Van 2/2: có 2 cửa, 2 vị trí, thường được lắp đặt để đóng mở luồng khí theo cách đơn giản.
• Van 3/2: có 3 cửa, 2 vị trí, chuyên dùng để kiểm soát hoạt động của xilanh đơn.
• Van 4/2 (van đảo chiều): 4 cửa, 2 vị trí, được sử dụng để vận hành các loại xi lanh kép.
• Van 5/2 (van đảo chiều): 5 cửa, 2 vị trí, được dùng để điều khiển xilanh 2 chiều.
• Van 5/3 (van đảo chiều): 5 cửa, 3 vị trí, ngoài xả và đóng, van còn có thêm vị trí trung gian là giữ áp.

3.2 Theo nguyên lý tác động

Khi phân loại theo nguyên lý tác động, van hơi nén được phân loại thành 2 nhóm:

• Van khí nén tác động đơn: Luôn tích hợp lò xo hồi vị, vận hành tiết kiệm và đơn giản nhưng chỉ có thể tác động 1 chiều.
• Van khí nén tác động kép: Không có lò xo hồi vị, mở đóng 2 chiều thông qua việc sử dụng khí nén. Điểm hạn chế là điều khiển phức tạp, khá tốn kém chi phí.

3.3 Theo phương thức điều khiển

Dựa vào phương thức điều khiển, các chuyên gia phân tách van khí nén thành 2 nhóm:

• Van điện từ khí nén (solenoid valve): Điều khiển hoạt động bằng các tín hiệu điện, luôn có sự hiện diện của cuộn coil, thường được dùng trong hệ thống tự động hóa.
• Van điều khiển khí nén bằng tay hoặc cơ học: Vận hành theo cách thủ công, không có cuộn dây điện từ. Có 3 dạng phổ biến là: van tay gạt, van chân đạp và van hoạt động bằng tiếp điểm, cần, cam,...

4. Cách thức hoạt động chi tiết của van khí nén

Với van điện từ khí nén (loại van tác động đơn):

• Van hoạt động dựa trên nguyên lý sản sinh từ trường từ dòng điện để điều khiển hoạt động của piston, lõi van và cửa van.
• Khi cuộn coil tiếp nhận nguồn điện, chúng sẽ tạo ra từ trường. Từ trường tác động lên bộ đôi lõi van-piston và làm di chuyển kết cấu này. Từ đó, làm thay đổi trạng thái của cửa khí (đóng, mở hoặc giữ).
• Khi điện bị ngắt, lò xo hồi vị sẽ đưa lõi van cùng với piston về vị trí cũ.

Với van đảo chiều (van tác động kép - 4/2, 5/2, 5/3):

• Van vận hành bằng khí nén và có 2 cửa điều khiển độc lập (trái - phải).
• Khi bạn cấp khí nén cho cửa điều khiển bên trái thì lõi van trượt sang phải, để lộ 1 đầu xi lanh (ký hiệu X). Lúc này, khí nén đi vào đầu xi lanh X và đẩy piston trượt ra ngoài (cấp khí cao áp cho nơi tiêu thụ).
• Khi bạn cấp khí nén cho cửa điều khiển bên phải, lõi van trượt sang trái, để mở đầu xi lanh còn lại (ký hiệu Y). Lúc này, khí nén đi vào đầu xi lanh Y và khiến piston thu về vị trí cũ (van chuyển động đảo chiều).

5. Ứng dụng của van khí nén

Van khí nén có thiết kế đơn giản nhưng làm được việc và có tính ứng dụng cao. Thiết bị giúp gia tăng tính hiệu quả, độ chính xác trong quá trình vận hành hệ thống. Cụ thể, bạn có thể dùng van để phục vụ các công việc sau:

• Điều khiển, kiểm soát lực, lưu lượng và hướng đi của dòng khí nén dùng trong hệ thống tự động hóa.
• Hỗ trợ quá trình vận hành các xi lanh khí nén, bộ truyền động khí nén trong các nhà máy sản xuất.
• Ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất, chế tạo, đóng gói, điện tử, bảo dưỡng ô tô,...

6. Ưu điểm và hạn chế của van hơi nén

Để có thể sử dụng van hơi nén theo cách hiệu quả nhất, bạn cần phải hiểu rõ ưu điểm và hạn chế của thiết bị này.

Ưu điểm:

• Vận hành nhanh siêu tốc, có thể kiểm soát, thay đổi hướng và thông số áp, lưu lượng khí nén ngay tức khắc
• Tiêu thụ điện ở mức thấp, có thể tận dụng điện sinh hoạt để kích hoạt công năng.
• Độ tin cậy cao, vận hành chính xác, tỷ lệ sai số thấp hơn 0,001%.
• Dễ dàng tích hợp trong hệ thống tự động hóa, hệ thống sản xuất và phân phối khí nén công nghiệp.

Nhược điểm

• Cần nguồn khí nén chuẩn sạch để duy trì hoạt động nên chi phí vận hành có thể độn lên cao.
• Rất dễ bị kẹt, hư hỏng linh kiện nếu bị nhiễm bẩn hoặc có nước ngưng tụ.

7. Bí quyết chọn van khí nén bền - hiệu quả - tiết kiệm

Khi chọn mua van hơi nén để sử dụng lâu dài, bạn cần sàng lọc theo những tiêu chuẩn sau:

• Dựa trên loại khí và áp suất làm việc: ưu tiên vật liệu an toàn/cao cấp nếu chứa khí CO2, N2,.... hoặc kiểm soát hoạt động của khí cao áp (trên 10bar).
• Lưu lượng khí yêu cầu: xác định chuẩn lượng khí nén hệ thống giải phóng trong 1 thời điểm để chọn van có thiết kế phù hợp.
• Kích thước ren, đường kính ống: lựa van có kích thước ren vừa vặn với đường kính của ống dẫn khí để hai chi tiết này đấu nối dễ dàng, ngăn chặn tốt nguy cơ rò rỉ.
• Tương thích với bộ điều khiển (cơ, điện, cảm biến...): chọn van tự động hóa nếu điều khiển bằng điện từ; van tay/van chân đạp nếu bộ điều khiển vận hành theo cách thủ công.
• Thương hiệu, độ bền, chính sách bảo hành: ưu tiên lựa chọn sản phẩm của nhãn hàng uy tín: TPC, SMC, Airtac, STNC, Festo,... Kiểm tra kỹ kết cấu van và chế độ bảo hành, hậu mãi trước khi mua.

Những thông tin cần biết về van khí nén đều đã được Tổng kho Yên Phát chia sẻ đầy đủ trong bài viết. Nếu cần tham khảo thêm những nội dung khác liên quan đến thiết bị này, bạn hãy liên hệ trực tiếp với hệ thống nhé!