1. Van an toàn là gì?

Van an toàn, có tên tiếng anh là Pressure Safety Valve (gọi tắt là PSV), là loại van có chức năng nhằm bảo vệ an toàn cho hệ thống, cụ thể là đảm bảo áp suất khi qua van không vượt quá giá trị cho phép (được cài đặt từ trước). Trong quá trình làm việc, van an toàn luôn ở trạng thái đóng. Khi áp suất đầu vào của van vượt giá trị định mức, van an toàn mở ra cho phép một phần chất lỏng chảy qua van và tuần hoàn về thùng chứa, đảm bảo áp suất qua van không vượt quá trị đã cài đặt, từ đó đảm bảo hệ thống an toàn, không xảy ra hư hỏng do tình trạng quá áp.

2. Phân loại, cấu tạo & nguyên lý hoạt động của từng loại van an toàn

Dựa vào cấu tạo của van an toàn, có thể phân ra hai loại sau đây:

     a. Van an toàn tác động trực tiếp: Đây là loại van được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, có cấu khá đơn giản, ít chi tiết, phù hợp lắp đặt cho những hệ thống có quy mô trung bình, nhỏ, van có tác động phản ứng khá nhanh và mạnh mẽ.

* Nguyên lý hoạt động: Van an toàn tác động trực tiếp hoạt động dựa vào độ đàn hồi của lò xo. Độ nén của lò xo sẽ được thay đổi nhờ một vít điều chỉnh trên đỉnh van. Lực nén của lò xo chính là áp suất cài đặt để xả của hệ thống. Các thiết kế của van đều sử dụng ba trạng thái riêng biệt: trạng thái cân bằng, trạng thái mở & trạng thái đóng.

     - Trạng thái cân bằng: Khi hệ thống hoạt động bình thường, áp suất trong hệ thống đang ổn định. Nhờ lực nén của lò xo, đĩa van được đè chặt xuống, van đóng hoàn toàn. Lúc này áp suất của hệ thống tác động lên đĩa van nhỏ hơn lực nén lò xo. Hai lực cân bằng nhau khiến đĩa van giữ nguyên vị trí ở trạng thái đóng.

     - Trạng thái mở: Khi áp suất trong đường ống dần dần đạt đến áp suất của lò xo hay áp cài trước, lực lò xo và áp suất cân bằng nhau, van an toàn bắt đầu rò rỉ và tạo ra âm thanh. Khi hệ thống xảy ra hiện tượng quá áp suất, vượt quá ngưỡng an toàn hay mức cài đặt của van, áp lực này thắng độ nén của lò xo đàn hồi, đĩa van bị đẩy lên cao. Van sẽ mở nhanh với một tiếng “pop”. Quá áp thường được biểu thị bằng phần trăm của áp suất đặt. Các mã và tiêu chuẩn cung cấp các giới hạn cho áp suất tối đa. Giá trị điển hình là 10%, dao động từ 3% đến 21% tùy theo mã và ứng dụng.

     - Trạng thái đóng: Lưu chất được xả ra ngoài sẽ làm giảm đi áp suất của hệ thống tác động lên van. Khi áp suất hệ thống dần giảm xuống, lực nén lò xo sẽ làm đĩa van từ từ nén xuống đến khi đóng kín hoàn toàn. Ngoài ra van an toàn tác động trực tiếp thường được trang bị thêm tay giật, nó được sử dụng để người dùng có thể xả trước lượng lưu chất dư thừa dù áp suất chưa đến ngưỡng giới hạn. Kéo tay giật sẽ giúp mở đĩa van để xả lưu chất ra ngoài.

* Cấu tạo van an toàn tác động trực tiếp: Van an toàn tác động trực tiếp có cấu tạo cơ bản gồm các bộ phận chính sau đây.

 - Thân van (body): Thân van là bộ phận chiếm nhiều diện tích của van nhất, bảo vệ van & liên kết các bộ phận bên trong. Thân có phần kết nối với ống chính (Inlet) – ống cần giảm áp & phần kết nối với ống, dẫn lưu chất xả ra quay lại nguồn (Outlet). Trên thân van có vít điều chỉnh đầu phun. Tùy vào yêu cầu cụ thể, mà thân van thường được chế tạo từ gang, đồng, thép hoặc thép không gỉ, chúng quyết định trực tiếp tới giá thành của van.

     - Lò xo: Lò xo được ví như bộ điều khiển của van, liên kết trực tiếp với đĩa van, tạo nên áp suất đẩy và giữ đĩa van ở trạng thái đóng.

     - Nắp van: Nắp thân van được lắp ghép với thân van, được đảm bảo kín lưu chất bằng gioăng sẽ tạo nên 1 thân van hoàn chỉnh không rò rỉ.

     - Trục đĩa van: Trục van nằm gọn trong lò xo, có mục đích định hướng sự di chuyển của đĩa van chỉ trong một hành trình nhất định.

     - Đĩa van: Là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với môi chất, thường được làm bằng những vật liệu có tính chống ăn mòn, chịu áp suất & nhiệt độ tốt. Đĩa van có nhiệm vụ ngăn dòng chảy môi chất bằng cách bịt chặt đầu phun, dựa vào lực đẩy của lò xo.

     - Vít điều chỉnh: Có tác dụng điều chỉnh áp suất đầu vào van.

     - Tay giật: Tùy vào thiết kế của từng nhà sản xuất mà van có được trang bị tay giật hay không, nó được sử dụng để người dùng có thể xả trước lượng lưu chất dư thừa dù áp suất chưa đến ngưỡng giới hạn. Kéo tay giật sẽ giúp mở đĩa van để xả lưu chất ra ngoài.

* Ưu & nhược điểm của van an toàn tác động trực tiếp:

Ưu điểm:

     - Van an toàn trực tiếp có cấu tạo đơn giản, tốc độ phản ứng nhanh.

     - Phù hợp với van có kích thước nhỏ.

     - Có thể sử dụng được trong hầu hết các hệ thống.

     - Giá thành thấp hơn so với các loại van an toàn khác.

     - Đa dạng với nhiều loại kết nối: kết nối ren, kết nối mặt bích,…

Nhược điểm:

     - Kích thước van bị giới hạn bởi kích thước lò xo, nên loại van này thường không được sử dụng cho những size lớn.

     - Lò xo có thể bị ăn mòn trong trường hợp môi chất có tính ăn mòn.

     - Áp suất chảy ngược có thể ảnh hưởng tới chức năng của van.

     b. Van an toàn tác động gián tiếp: Là lựa chọn hàng đầu khi cần bảo vệ hệ thống thủy lực, nước có công suất lớn ở các vị trí mà van an toàn trực tiếp không thể sử dụng được. Loại van này có cấu tạo khá phức tạp, gồm có: Van chính (lò xo có độ cứng nhỏ và đường kính piston lớn) và van phụ (lò xo có độ cứng lớn và đường kính piston nhỏ). Tuy nhiên, tốc độ phản ứng của van khi áp suất bắt đầu tăng không được nhanh nhạy như van trực tiếp.

* Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của van an toàn gián tiếp dựa trên sự cân bằng tác dụng của những lực ngược chiều nhau tác dụng lên nút van (piston): lực đàn hồi của lò xo và áp suất lưu chất trong khoang van chính (được thiết lập bởi van phụ) với áp suất lưu chất đầu vào.

Khi áp suất đầu vào nhỏ hơn áp suất xả định mức của van phụ thì van phụ và van chính cùng đóng, áp suất trong khoang chính bằng áp suất đầu vào van phụ.

Khi áp suất đầu vào tăng thì áp suất trong khoang van chính cũng tăng, khi áp suất này lớn hơn áp suất định mức của van phụ thì van phụ sẽ mở cho lưu chất đi qua về bể hoặc bồn chứa, áp suất trong khoang van chính bằng áp suất xả định mức.

Trong trường hợp áp suất đầu vào tiếp tục tăng thì hiệu suất giữa áp suất đầu vào và áp suất định mức của van phụ cũng tăng cho đến khi lực tác động của hiệu áp suất này thắng lực đàn hồi của lò xo van chính thì van chính mở cho lưu chất qua van chính về bể/ bồn chứa.

* Cấu tạo van an toàn tác động gián tiếp: Van an toàn tác động gián tiếp có cấu tạo cơ bản gồm các bộ phận chính sau đây.

 - Thân van: Loại van này có cấu tạo thân van cơ bản giống với van an toàn trực tiếp, tuy nhiên có thể phần núm điều chỉnh được gắn vào nắp thay vì nằm trên thân van như van an toàn trực tiếp.

     - Nắp van: Ngoài mục đích làm kín & bảo vệ trục van, lò xo phía trong thì trên nắp van, có thể gắn núm điều chỉnh, mục đích điều chỉnh môi chất khi áp suất trong hệ thống mới vượt qua áp suất cài đặt ban đầu.

     - Trục van: Trục van được thay đổi bằng piston, khi đó thân van sẽ định hướng chuyển động của piston.

     - Lò xo: Khác với van an toàn tác động trực tiếp, loại tác động gián tiếp có 2 lò xo, gồm 1 lò xo chính va 1 lò xo điều chỉnh – dùng khi áp suất vượt quá áp suất thiết biên mức nhỏ.

     - Đĩa van: Giống như van an toàn tác động trực tiếp, đĩa van là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với môi chất, thường được làm bằng những vật liệu có tính chống ăn mòn, chịu áp suất & nhiệt độ tốt. Đĩa van có nhiệm vụ ngăn dòng chảy môi chất bằng cách bịt chặt đầu phun, dựa vào lực đẩy của lò xo.

* Ưu & nhược điểm của van an toàn tác động gián tiếp:

Ưu điểm:

     - Van an toàn gián tiếp có kích thước nhỏ gọn, độ kín khít cao, làm việc được trong những hệ thống có áp suất, lưu lượng lớn.

     - Có thể sử dụng được trong hầu hết các hệ thống.

     - Điều tiết áp suất định mức ở nhiều giá trị, dễ dàng hơn

     - Đa dạng với nhiều loại kết nối: kết nối ren, kết nối mặt bích,…

Nhược điểm:

     - Tốc độ phản ứng thấp hơn so với van tác động trực tiếp.

     - Cấu tạo phức tạp hơn so với loại tác động trực tiếp

     - Giá thành cao hơn so với loại van an toàn tác động trực tiếp.