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 của van chính làm mở đĩa van và cho môi chất đi qua. Khi không được cấp điện nữa, van điều khiển đóng cổng ở rãnh nhỏ lại không cho môi chất đi qua, ở phía bên phải môi chất tác động vào phía dưới piston làm lo xo đi lên kéo thanh truyền đi lên đóng van chính lại không cho môi chất đi qua nữa.
76 Tuy nhiên, do hoạt động bằng sự tác động của áp suất lên piston van nên tùy theo sự tăng giảm hay độ lớn của áp suất mà độ mở của van chính sẽ khác nhau. Độ mở của van chính được xác định bởi độ chênh lệch giữa áp suất tác động lên phần đỉnh của piston (p2) và áp suất tác động vào phía dưới của piston (p3).
- Nếu độ chênh lệch này là 0, van chính sẽ đóng hoàn toàn
- Nếu độ chênh lệch từ 0,2 bar hoặc lớn hơn, van chính sẽ mở hoàn toàn
- Ở độ chênh lệch (p2 – p3) là 0,07 bar – 0,2 bar, độ mở của van sẽ có tỉ lệ tương ứng nhất định.
Với van điều khiển, độ mở của cổng ở rãnh cũng xác định được độ lớn của áp suất p2. Có một lỗ gọi là lỗ cân bằng ở phía van điều khiển có tác dụng đảm bảo áp suất p2 được cân bằng phù hợp với độ mở của cổng van điều khiển.
Với loại van ICS3, được trang bị với ba cổng kết nối với các van điều khiển, vì vậy có thể tối đa hóa được chức năng điều chỉnh của van. Nếu kết nối với nhiều van điều khiển thì van chính sẽ có nhiều chức năng hơn.
Hình 4.19. Hình dạng van ICS3
Với các điểm SI, SII và P là các cổng kết nối van điều khiển:
- Khi các van ở SI và SII được kết nối chung thì các van điều khiển sẽ hoạt động như một chuỗi với nhau. Khi đó, van chính ở van ICS3 sẽ đóng hoàn toàn nếu một trong những
77 van điều khiển trong chuỗi đóng lại, van chính chỉ mở khi có cả hai van điều khiển cùng mở ở cùng thời điểm.
- Riêng đối với van điều khiển gắn ở cổng P, nó sẽ kết nối song song với hai van ở hai cổng còn lại. Có nghĩa là, van chính sẽ mở hoàn toàn nếu van điều khiển ở cổng P mở hoàn toàn, bất kể độ mở của van điều khiển ở các cổng SI, SII. Van chính sẽ đóng hoàn toàn nếu van điều khiển ở cổng P đóng hoàn toàn và có ít nhất một trong hai van điều khiển ở hai cổng còn lại cũng đóng.
4.2.3 Cụm van ICLX – EVM
a. Van EVM
Khái niệm: EVM là một loại van điện dùng để điều chỉnh lưu lượng môi chất qua van, ngoài ra nó còn có nhiệm vụ bật/tắt hoạt động của van chính được lắp đặt chung với nó nếu sử dụng dạng cụm van. Có hai loại van EVM là loại NO (thường mở) và loại NC (thường đóng), tuy nhiên loại NC thường được sử dụng phổ biến hơn, thường đóng có nghĩa là khi không có dòng điện chạy qua thì cửa van sẽ đóng và không cho môi chất đi qua. Van EVM có thể sử dụng cho cả dòng điện một chiều và xoay chiều.
Cấu tạo:
1. Cuộn dây; 2. Phần ứng
3. Ống bao phần ứng; 6. Phốt 7. Gioăng cao su;
10. Thân van; 11. Đế van A1. Gioăng cao su chữ O A2. Phốt
Hình 4.20. Cấu tạo van EVM [12]
Nguyên lý hoạt động của van EVM cũng giống như nguyên lý hoạt động của các loại van điện từ thông thường.
78
Bảng 4.3. Các thông số kỹ thuật của van EVM 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) ở MOPD/MCDP (bar) EVM – NC 65 0,28 -60/+120 21