Khái niệm: Van an toàn là một loại van có tác dụng bảo vệ hệ thống khi áp suất trong hệ thống tăng cao vượt qua mức cài đặt hay quy định. Khi áp suất vượt qua mức cài đạt đó thì van an toàn sẽ làm giảm áp suất bằng cách xả bớt các yếu tố đang làm tăng áp suất bên trong hệ thống, giúp đảm bảo sự an toàn cho hệ thống.
Có 2 loại van an toàn là van an toàn tác động trực tiếp (bằng tay) và van an toàn tác động gián tiếp (tự động).
Cấu tạo:
1- Thân van; 2- Bộ phận kết nối vào đường ống: 3- Phần xoay xả lưu chất ra ngoài: 4- Đệm Lò xo; 5 – Đĩa; 6 - Nắp chụp bảo vệ; 7 - Lò xo; 8
- Nút bịt; 9 - Vít điều chỉnh; 10 - Tay giật
Hình 4.6. Cấu tạo van an toàn
Nguyên lý hoạt động: Cả hai loại van an toàn đều có một nguyên tắc hoạt động giống nhau. Chỉ khác là với van an toàn tác động trực tiếp thì khi có trường hợp khẩn cấp thì có thể dùng tay để tác động lên van còn với van an toàn tác động gián tiếp thì có thể tự động.
Khi van an toàn được lắp trên hệ thống thì van an toàn đã được cài đặt mức độ an toàn nhất định. Khi hệ thống hoạt động, các yếu tố gây ra áp suất và áp lực sẽ được luân chuyển qua van an toàn. Ở trạng thái làm việc bình thường thì van an toàn gần như không hoạt động, Khi hệ thống có xảy ra một sự cố nào đó, do cố ý, hoặc chủ ý làm hệ thống tăng áp dần, tăng áp đột ngột thì khi đó áp lực sẽ phá vỡ cân bằng với lực lò xò, khi áp lực lớn hơn mức cài đặt thì van an toàn sẽ mở và xả bớt lưu chất trong hệ thống giúp cho áp lực giảm như vậy, sẽ đảm bảo được an toàn cho hệ thống. Khi áp lực trong hệ thống giảm qua mức cài đặt thì van an toàn lại trở về vị trí đóng ban đầu.
66
Hình 4.7. Ký hiệu van an toàn trên bản vẽ 4.1.3 Van tiết lưu tay
Khái niệm: van tiết lưu là loại van có khả năng điều chỉnh lưu lượng môi chất sau khi ra khỏi dàn ngưng trong hệ thống lạnh. Van tiết lưu tay có nhiệm vụ điều tiết lưu lượng phù hợp cho dàn bay hơi để cho ra công suất lạnh cũng như là nhiệt độ bay hơi theo yêu cầu.
Cấu tạo: van tiết lưu tay có cấu tạo giống với loại van chặn thông thường, tuy nhiên có các điểm khác biệt sau:
- Kim van có độ chính xác cao để thể dễ dàng điều chỉnh lưu lượng của môi chất - Điều chỉnh kim van mượt hơn và chính xác hơn
Hình 4.8. Van tiết lưu tay REG của Danfoss và ký hiệu van tiết lưu tay trên bản vẽ
Ưu điểm của van tiết lưu tay: có cấu tạo đơn giản (giống van chặn), giá thành rẻ, có thể điều chỉnh bằng tay.
Van tiết lưu tay rất thích hợp cho các hệ thống lạnh có công suất lớn, có lưu lượng ổn định, vì vậy nên hệ thống kho lạnh 4200MT sử dụng rất nhiều. Bên cạnh đó, van tiết lưu tay còn được bố trí tắt sau hệ thống bơm tuần hoàn cấp lỏng, phòng khi trường hợp có sửa chữa
67 hoặc bảo trì hệ thống. Tuy nhiên, khi sử dụng van tiết lưu tay cần kết hợp với van điện từ ở phía trước vì khi có sự cố xảy ra, môi chất lỏng có thể tràn ngược lại máy nén do van tiết lưu tay phải đóng mở bằng tay.
Nhược điểm của van tiết lưu tay là chỉ sử dụng với lưu lượng môi chất ổn định, không thích hợp nếu muốn thay đổi tải liên tục ở dàn bay hơi.
4.1.4 Van điện từ
Khái niệm: van điện từ (solenoid valve) là một loại van hay một thiết bị cơ điện, dùng để kiểm soát và điều chỉnh dòng chảy của lưu chất dựa vào nguyên lý đóng/mở do lực tác động của cuộn dây điện từ.
Van điện từ có rất nhiều loại khác nhau được phân loại theo nhiều chức năng và cấu tạo khác nhau như: van 2 ngã, van 3 ngã, van thường đóng (NC), van thường mở (NO), van inox, van đồng… Cấu tạo: 1. Thân van 2. Đường dẫn môi chất 3. Đường dẫn môi chất rỗng 4. Vỏ ngoài
5. Cuộn dây từ 6. Dây điện 7. Trục van hay lõi sắt 8. Lò xo
9. Khe hở để môi chất lưu thông
Hình 4.9. Cấu tạo van điện từ
Nguyên lý hoạt động: tuy có nhiều loại khác nhau nhưng các loại van điện từ đều hoạt động chung một nguyên lý. Cuộn điện được kết nối với lò xo, lò xo lại đè lên lõi sắt, lõi sắt lại đè lên một gioăng cao su. Bình thường nếu không được cấp điện, lõi sắt đè lên làm kín khe hở và không cho môi chất đi qua. Nếu có điện từ cuộn điện, sinh ra từ trường tác dụng và hút lõi sắt lên, thắng được lực của lò xo, kéo lõi sắt lên, khe hở mở ra làm van mở và cho môi chất lưu thông. Khi ngắt điện, lõi sắt rơi xuống trở lại vị trí ban đầu, van đóng lại.
68
Ưu điểm của van điện từ:
- Có thời gian đóng mở rất nhanh, độ trễ nhỏ, gần như cùng lúc với dòng điện.
- Độ chính xác cao, hoạt động bền bỉ, độ bền cao và chịu được nhiều môi trường làm việc khác nhau do được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau.
- Giá thành không đắt, được sử dụng khá nhiều, dễ tìm dễ mua. - Kích thước nhỏ, gọn, tiện dụng, dễ lắp đặt và thay thế.
Nhước điểm của van điện từ
- Độ chênh lệch của lưu lượng bị ảnh hưởng do tổn thất - Hoạt động bằng điện nên có khả năng gây chập, cháy
Hình 4.10. Ký hiệu van điện từ trên bản vẽ 4.2 Các loại van DANFOSS sử dụng trong hệ thống
4.2.1 Van ICS1 và van ICS3
Khái niệm: Van ICS là một loại van điều khiển tự động có cơ cấu servo – một cơ cấu bao gồm một thiết bị tự động có sử dụng cảm biến để phản hồi nhằm điều chỉnh hành động của một cơ cấu khác. Van ICS thuộc họ van điều khiển công nghiệp (ICV).
Chức năng: van ICS có nhiệm vụ đảm bảo áp suất của môi chất đi qua van được ổn định, dùng để điều chỉnh áp suất, có thể dùng với chức năng bật/tắt trong hệ thống lạnh. Van được sử dụng cho cả hai trường hợp có áp suất cao và áp suất thấp trên các đường ống có môi chất không biến đổi pha. Tuy nhiên, chức năng của van ICS phụ thuộc vào áp suất được cài đặt của van điều khiển (pilot valve) gắn bên ngoài.
69
Hình 4.11. Van ICS và ký hiệu van ICS trên bản vẽ
Cấu tạo: Van ICS có ba phần chính là thân van, mô đun chức năng và phần nắp trên.
Ưu điểm của van ICS:
- Được thiết kế để làm việc với áp suất cao (52 bar/ 754 psi) phục vụ trong lạnh công nghiệp.
- Sử dụng được với nhiều loại môi chất khác nhau (HCFC, HFC, NH3, CO2) - Kết nối trực tiếp bằng nhiều cách ghép như hàn, kết nối ren.
- Thân làm bằng thép chịu được nhiệt độ thấp, trọng lượng thấp và thiết kế nhỏ gọn - Mô đun chức năng có độ chính xác cao, nón điều chỉnh chữ V đảm bảo độ chính xác tối ưu nhất.
- Có các cổng kết nối đồng hồ, áp kế để đo áp suất bên trong van, nắp trên có thể điều chỉnh mà không ảnh hưởng đến hoạt động của van.
- Có thể kết nối với rất nhiều loại van hoa tiêu khác nhau như CVC, CVP, EVM, CVPP, CVE và CVH.
4.2.2 Cụm van ICS1 – CVC và van ICS1 – CVP
Khái niệm: là cụm van được kết hợp giữa hai loại van ICS1 và van CVC, lắp trên các đường ống có áp suất cao, dùng để đảm bảo áp suất hoặc điều chỉnh áp suất của môi chất đi qua đường ống được cố định.
a. Van điều khiển CVC và CVP.
Khái niệm: CVC và CVP là hai loại van thuộc hệ van điều khiển (pilot valve), được thiết kế để điều khiển cơ học một van chính khác và được lắp trực tiếp lên nắp trên của van chính đó tạo thành một cụm van.
70 Hệ van điều khiển có rất nhiều loại khác nhau như:
- CVP: có áp suất không đổi - CVPP: có áp suất chênh lệch
- CVC: có áp suất không đổi tại một điểm gốc bên ngoài - CVE: van vận hành điện tử với áp suất không đổi - EVM (NC/NO): van điện từ
Van CVP
Khái niệm: Là loại van điều khiển có áp suất không đổi, có áp suất làm việc tối đa là 52 bar, với ba phạm vi cài đặt bao gồm các cài đặt từ -0,66 đến 52 bar.
Van CVP được dùng để duy trì áp suất không đổi ở phía đầu vào của van chính, sử dụng được với rất nhiều hệ thống lạnh khác nhau.
Cấu tạo: 1. Nắp bảo vệ; 2. Trục chính 3. Chốt nắp; 4. Bảo vệ trục chính 5. Phốt cơ khí; 6. Lò xo 7. Tấm thép lò xo 8. Màng ráp; 9. Nắp capo 10. Đệm bảo vệ 11. Gioăng cao su dự phòng 12. Giăng cao su 13. Phần thép 14. Phốt cơ khí (sợi) 15,16. Gioăng cao su
71
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật của van CVP của hãng Danfoss [12]
Loại van Áp suất làm việc tối đa
(bar)
Tốc độ dòng chảy qua van Kv/Cv (m3/h) Dải nhiệt độ làm việc (oC) Dải áp suất làm việc (cài đặt) (bar) CVP-L 52 0,4 -60/+120 -0,66 - 7 CVP-M 52 0,4 -60/+120 4 – 28 CVP-h 52 0,4 -60/+120 25 – 52 Van CVC
Khái niệm: Là một loại van điều khiển có áp suất tại một điểm bên ngoài không đổi, cho áp suất làm việc tối đa là 52 bar với các dải áp suất cài đặt từ -0,66 – 28 bar.
Van CVC được thiết kế để duy trì áp suất không đổi tại một điểm chuẩn bên ngoài hệ thống, van CVC được kết hợp với van ICS tạo ra một cụm van có tác dụng:
- Điều chỉnh áp suất đầu ra để điều chỉnh tối đa áp lực hút trong máy nén
- Điều chỉnh áp suất đầu ra như một bộ giới hạn áp suất, ví dụ trong hệ thống xả băng bằng gas nóng.
* Lưu ý: Áp suất tại điểm bên ngoài phải được kết nối với phía áp suất thấp của hệ thống.
72
Cấu tạo:
1. Vỏ bảo vệ; 2. Trục chính; 3. Phốt nắp; 4. Vòng bít; 5. Phốt thép; 6. Lò xo;
7. Tấm thép lò xo; 8. Màng ráp; 9. Nắp capo; 10. Phốt bảo vệ; 11. Gioăng cao su dự phòng; 12. Gioăng cao su;
13.Phần thép cơ sở; 14,16,18. Phốt đệm sợi; 15,20,21,22. Giăng cao su;
17. Điểm kết nối với áp suất bên ngoài; 19. Banjo thép.
Hình 4.13. Cấu tạo van CVC [12]
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật của van CVC Danfoss [12]
Loại van Áp suất làm việc tối đa
(bar)
Tốc độ dòng chảy qua van Kv/Cv (m3/h) Dải nhiệt độ làm việc (oC) Dải áp suất làm việc (cài đặt) (bar) CVC-L 52 0,2 -60/+120 -0,66 - 7 CVP-M 52 0,2 -60/+120 4 – 28
b. Cụm van ICS1-CVP trên hệ thống
Khái niệm: Là cụm van bao gồm hai loại van chính ICS1 và van điều khiển CVP, với nhiệm vụ duy trì áp suất không đổi trên đường ống.
Với hệ thống lạnh trên thì cụm van này dùng để duy trì áp suất không đổi trên đường về của hơi môi chất từ dàn lạnh về bình chứa hạ áp, đảm bảo áp suất nhằm bảo vệ bình chứa và hệ thống. Ở trước và sau của van cụm van được trang bị hai van chặn nhằm mục đích bảo vệ đường ống khi có sự cố xảy ra với cụm van.
73
Hình 4.14. Cụm van ICS1 – CVP trên hệ thống
Hệ thống kho lạnh 4200MT của Tân Long sử dụng cụm van CVP của hãng Danfoss có tác dụng để duy trì áp suất không đổi từ các dàn lạnh về bình chưa hạ áp và từ đó về đầu hút của máy nén. Sở dĩ phải làm như vậy bởi vì hệ thống này có công suất lớn, đặc biệt là sử dụng rất nhiều dàn lạnh có nhiệt độ bay hơi khác nhau:
- Với dàn lạnh chính có nhiệt độ bay hơi là -32 oC - Với dàn lạnh hành lang có nhiệt độ bay hơi là -5 oC
Vì vậy người ta phải cần đặt một cụm van trước bình chứa hạ áp trên đường về của hơi môi chất, hai luồng môi chất có nhiệt độ bay hơi khác nhau sẽ đi qua van và được van điều chỉnh xuống một áp suất chung là áp suất của bình chứa hạ áp, nhờ cụm van này mà bình chứa nói riêng hay hệ thống nói chung sẽ được an toàn và tránh xảy ra sự cố. Cụm van này hoạt động như một bộ điều chỉnh áp suất bay hơi.
Ngoài ra, ở một số hệ thống lạnh khác, cụm van này cũng được sử dụng để bảo vệ tránh sự đóng băng của nước do chênh lệch áp suất trong các thiết bị bay hơi.
74
c. Cụm van ICS1 – CVC
Khái niệm: là cụm van bao gồm hai van, van chính ICS1 và van điều khiển CVC, có nhiệm vụ duy trì áp suất không đổi của hệ thống so với một điểm có áp suất bên ngoài.
Với hệ thống lạnh 4200MT của Tân Long, sử dụng cụm van ICS1 – CVC của Danfoss nhằm mục đích kiểm soát, điều chỉnh và duy trì áp suất trên đường ống môi chất đi xả băng bằng nhiệt độ cao. Việc sử dụng cụm van này giúp cho việc xả băng của hệ thống lạnh được bảo vệ an toàn hơn, tránh việc áp suất tăng giảm đột ngột của môi chất trên đường ống, tránh sự cố xảy ra làm vỡ đường ống và ảnh hưởng đến hệ thống.
Cụm van này cũng được lắp đặt kèm với hai van chặn ở hai đầu để bảo vệ khi có sự cố xảy ra.
Hình 4.16. Ký hiệu của cụm van ICS1 – CVC trên hệ thống
Khi lượng môi chất đi xả băng ở dàn lạnh có nhiệt độ và áp suất tăng đột ngột, van chính ICS sẽ tác động làm giảm lưu lượng môi chất đi qua đường ống, từ đó làm giảm được áp suất của môi chất, đảm bảo an toàn hệ thống.
Ngoài ra, ở một số hệ thống lạnh lớn có sử dụng máy nén có công suất lớn, người ta thường dụng cụm van ICS – CVP gắn ở đầu hút để điều chỉnh áp suất trục khuỷu bên trong máy nén, chống lại việc áp suất tăng quá cao làm hư hại máy nén.
75
d. Nguyên tắc hoạt động chung của cụm van chính ICS và van điều khiển
Tuy có rất nhiều loại khác nhau nhưng cụm van ICS + van điều khiển (pilot valve) đều có một nguyên tắc hoạt động chung như nhau, chỉ khác nhau ở chức năng của van điều khiển. Dựa vào nguyên tắc hoạt động của cụm van chính – van điều khiển (Pilot – operated servo valve).
1. Cuộn dây phần ứng; 2. Van điều khiển;
3. Thanh truyền van chính; 4. Piston;
5. Van chính; 6. Vỏ bảo vệ;
7. Rãnh môi chất đi vào van điều khiển; 10. Miếng thép chèn
Hình 4.18. Cấu tạo cụm van
Van chính ICS kết hợp với các loại van điều khiển để điều chỉnh áp suất của môi chất bằng cách điều chỉnh lưu lượng của môi chất qua van. Van chính ICS có một trục dẫn động (thanh truyền) tác động lên một đĩa van, độ mở của đĩa van điều chỉnh lưu lượng của môi chất qua van. Các van điều khiển (pilot valve) có nhiệm vụ điều khiển van chính khi áp suất tác động lên van chính sẽ làm mở đĩa van cho môi chất đi qua.
Khi được cấp điện, van điều khiển mở ra cho phép môi chất đi vào rãnh nhỏ, môi chất đi qua rãnh bị bay hơi tạo nên một áp suất tác động lên piston, piston tác động lên thanh truyền