Van điện từ: Phân loại, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

  Van điện từ (Solenoid valve) là dòng van điện được thiết kế nhỏ gọn với ưu điểm đóng mở rất nhanh (~ 0.15s) và dễ dàng sử dụng. Van điện từ được ứng dụng rộng rãi từ công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng và dân dụng. Để hiểu rõ hơn về van điện từ là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào mời bạn xem qua bài viết dưới đây.

I. Van điện từ (Solenoid valve) là gì?

Van điện từ là dòng van sử dụng điện để kiểm soát dòng chảy chất lỏng hay chất khí dựa vào nguyên lý đóng mở của lực điện từ được tạo ra từ cuộn coil điện.

• Van (Valve) là thiết bị được dùng để đóng mở hay điều tiết dòng chảy qua đường ống.
• Điện từ (Solenoid) là phần cơ điện bên trong có chứa 1 cuộn dây từ. Chúng vận hành thông qua năng lượng điện để tạo ra từ trường hút trục van chuyển động thẳng.

II. Tổng hợp 18 loại van điện từ hiện nay

Phân loại theo điện áp

1. Van điện từ dùng điện xoay chiều (AC)

  Là dòng van từ sử dụng điện với điện áp xoay chiều (AC) để điều khiển van hoạt động. Điện áp xoay chiều phổ biến như 110VAC, đặc biệt là van từ 220VAC. Bởi 220V là điện lưới quốc gia nên dòng van này có thể lắp đặt ở bất kỳ đâu chỉ cần ở đó có lưới điện quốc giá mà không cần sử dụng bộ chuyển đổi nguồn điện.

  Tuy nhiên với điện áp AC khi hoạt động van sẽ phát ra tiếng ồn, đồng thời khi hoạt động liên tục trong thời gian dài cuộn coil sẽ bị nóng lên thậm chí là cháy.

  Các loại điện áp xoay chiều thường sử dụng là: 24VAC, 110VAC, 220VAC, 380VAC

2. Van điện từ dùng Điện 1 chiều (DC)

  Tốc độ và lực từ có thể thấp hơn so với van điện xoay chiều, hoạt động gần như không có tiếng kêu êm hơn, ổn định hơn và bền hơn van từ AC.

  Các loại điện áp 1 chiều thường sử dụng là: 12VDC, 24VDC

Theo ứng dụng

3. Van điện từ dùng cho nước

Van điện từ dùng cho nước là một loại van tự động được thiết kế để kiểm soát dòng chảy của nước trong các hệ thống cấp nước, xử lý nước thải, và các ứng dụng từ dân dụng đến công nghiệp khác. Van thường được làm từ chất liệu đồng, nhựa và gang, một số ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt nên dùng van inox để chống ăn mòn.

Thiết kế van điện từ dùng cho nước thường được thiết kế dạng van màng và có 2 cửa 1 cửa vào 1 cửa ra hướng điều khiển dòng chảy là 1 chiều. Cấu tạo có 2 bộ phận chính là cuộn coil solenoid và thân van.

Một số hệ thống sử dụng van nước điện từ là:

•   Hệ thống tưới cây tự động, được kết hợp với bộ hẹn giờ để thiết đặt thời gian cấp điện cho van theo yêu cầu.
•   Hệ thống cấp nước sạch
•   Hệ thống phun sương, hệ thống làm mát, hệ thống PCCC
•   …

4. Van điện từ dùng cho khí nén

Van điện từ dùng cho khí nén là một loại van tự động, sử dụng cuộn dây điện từ để kiểm soát và điều hướng dòng chảy của khí nén tới các thiết bị sử dụng khí nén.

Van điện từ khí nén có thể lắp đơn lẻ hoặc ghép cụm 1 nhóm nhiều cái hoạt động trong hệ thống. Van có rất đa dạng về chủng loại và được ứng dụng nhiều trong hệ thống sản xuất, máy móc, lĩnh vực xi lanh khí nén.

Van thường có cấu tạo dạng trục, Sử dụng Pit tông trượt trên rãnh để điều hướng dòng chảy khí nén. Ngoài ra có 2 loại là tác động đơn 1 đầu coil và tác động kép 2 đầu coil 2 bên.

5. Van điện từ dùng cho nhiệt độ cao hoặc thấp

Van từ nhiệt độ thấp là dòng van được thiết kế để hoạt động ở các hệ thống lạnh mà van vẫn có thể hoạt động bình thường. Các dòng van này thường có dải nhiệt độ hoạt động từ -40°C ~ -60°C hay -40°F ~ -76°F. Van thường được chế tạo từ các chất liệu có thể chịu lạnh như đồng hay inox và thường được sử dụng trong các thiết bị làm lạnh, thiết bị y tế, các giàn khoan ngoài khơi…

Van từ nhiệt độ cao là loại chuyên dụng trong các môi trường lưu chất có nhiệt độ cao lên đến 200°C. Chúng thường được sử dụng trong các hệ thống nước nóng, hơi nóng, khí, gas, dầu nóng, dung dịch, hoá chất …Dòng van này thường được chế tạo từ chất liệu đồng hay inox với phần gioăng làm kín được chế tạo từ PTFE bihay NBR.

6. Van điện từ chống ăn mòn

Van điện từ chống ăn mòn là loại van được thiết kế đặc biệt để sử dụng trong các môi trường có tính chất ăn mòn cao, như trong các ngành công nghiệp hóa chất, xử lý nước thải, hoặc các môi trường có chứa các chất lỏng hoặc khí ăn mòn. Các bộ phân của van này thường được làm từ các chất liệu như: inox, nhựa, PTFE, tùy vào môi trường sử dụng sẽ lựa chọn van phù hợp. Ví dụ dùng van điện từ inox trong môi trường có khả năng bị ô xi hóa, van điện từ nhựa dùng cho hóa chất,…

7. Van điện từ chống cháy nổ

 

Van điện từ chống cháy nổ là dạng van từ có phần coil điện được thiết kế chống được cháy nổ theo tiêu chuẩn EX. Dòng van này có thể làm việc tốt trong các hệ thống có nhiệt độ cao hay thường xuyên phải tiếp xúc với các chất nguy hiểm có thể gây ra cháy nổ. Ngoài ra phần vỏ bên ngoài của van còn ngăn hiện tượng tạo ra tia lửa điện có thể làm môi trường xung quanh bắt lửa gây cháy nổ cho hệ thống.

Van điện chống cháy nổ được sử dụng chủ yếu trong các môi chất xăng dầu, khí gas, các môi trường dễ xảy ra hiện tượng cháy nổ.

8. Van điện từ điều khiển thông minh bằng điện thoại

Van từ điều khiển thông minh bằng điện thoại là dòng van solenoid được kết hợp với bộ điều khiển từ xa có kết nối Wifi hay 3G, 4G để điều khiển van hoạt động hoàn toàn tự động thông qua thiết bị di động. Dòng van này có chức năng hẹn giờ và đóng mở tự động.

Van từ điều khiển bằng điện thoại thường được sử dụng trong các hệ thống cung cấp nước tự động, hệ thống chăn nuôi, hay các hệ thống tưới tự động trong nông nghiệp…

9. Van điện từ 3 ngã trong máy cà phê, khí gas.

Van điện từ 3 ngã là dòng được thiết kế đặc biệt so với các loại van thông thường khác. Đó là dòng van này được thiết kế với 3 cửa lưu thông trong đường ống với 2 cửa hoạt động đóng hay mở và 1 cửa luôn luôn đóng. Dòng van này thường được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống nước sạch, nước thải, hơi nóng, khí gas kể cả các hoá chất ăn mòn…

Chủng loại

10. Van điện từ thường đóng

  Ở trạng thái ban đầu cửa van đóng ngăn không cho dòng lưu chất đi qua. Khi cấp nguồn điện với điện áp phù hợp như 380V, 220V, 110V, 24V hay 12V sinh ra từ trường. Lực từ trường sinh ra kết hợp với áp suất dòng chảy sẽ hút trục van cùng màng cao su lên tạo khe hở. Van mở cho dòng lưu chất đi qua. Nếu muốn van duy trì trạng thái mở cần cấp điện liên tục.

  Khi ngắt nguồn điện, từ trường mất nhờ lực đàn hồi của lò xo đẩy trục van về trạng thái ban đầu. Van đóng ngăn không cho dòng lưu chất đi qua.

  Van điện từ nước dạng thường đóng được sử dụng rộng rãi ở các hệ thống cần van đóng thường xuyên, thời gian mở cho nước lưu thông qua ít. Còn đối van điện từ khí nén thường đóng thường có 2 loại là van 2/2 và van 3/2 ở trạng thái ban đầu cửa cấp khí vào bị đóng, cửa xả và cửa ra thông nhau, khi cấp điện van mở khí từ cửa vào sẽ lưu thông sang cửa ra, cửa xả sẽ đóng lại.

11. Van điện từ thường mở

  Ngược lại với dạng van thường đóng, van điện từ nước thường mở có thiết kế phần trục van dài và được cố định bởi 2 lò xo đặt ở 2 vị trí mộ đầu và một cuối. Hai lò xo này có nhiệm vụ luôn giữ cho van ở trạng thái mở để dòng nước đi qua

  Khi cấp nguồn điện cho van với điện áp phù hợp, từ trường sinh ra sẽ kéo trục và màng van đi xuống chắn khe hở. Van đóng chặn không cho dòng lưu chất đi qua.

  Khi ngừng cấp điện trục van ngay lập tức sẽ trở về trạng thái mở ban đầu để dòng nước lưu thông qua.

  Van điện từ nước dạng thường mở thường được dụng trong các hệ thống yêu cầu van thường xuyên ở trạng thái mở để dòng nước lưu thông qua. Thời gian đóng ít hơn thời gian mở hay chỉ đóng lại khi cần thiết.

12. Van 2 vị trí (trạng thái)

Van điện từ khí nén 2 trạng thái (vị trí) là một loại van điều khiển sử dụng điện từ để điều khiển dòng khí nén, với hai trạng thái hoặc vị trí khác nhau. Van 2 vị trí thường có một cuộn coil điện từ khi cuộn coil được cấp điện, lực điện từ được tạo ra sẽ di chuyển cơ cấu van từ vị trí ban đầu sang vị trí thứ hai.

• Vị trí 1 (Thường đóng NC hoặc thường mở NO): Ở trạng thái không cấp điện, van có thể ở vị trí đóng hoặc mở tùy theo thiết kế (thường đóng hoặc thường mở).
• Vị trí 2: Khi cấp điện vào cuộn coil, van sẽ chuyển sang vị trí còn lại. Nếu van ban đầu ở trạng thái đóng, nó sẽ mở, và ngược lại.

13. Van 3 vị trí

Van điện từ khí nén 3 vị trí là một loại van có ba trạng thái hoặc vị trí khác nhau. Van 3 vị trí thường có hai cuộn coil điện từ, mỗi cuộn điều khiển một trong hai vị trí chuyển động của van. Bên trong van có một cơ cấu trượt hoặc xoay cho phép van chuyển đổi giữa ba vị trí.

• Vị trí 1: Khi không có điện, van thường ở vị trí trung tâm hoặc một trong hai vị trí còn lại, tùy thuộc vào cấu hình cụ thể.
• Vị trí 2: Khi cuộn coil đầu tiên được cấp điện, van chuyển sang vị trí thứ hai, thường là để cung cấp khí nén vào một đường ống hoặc xi lanh.
• Vị trí 3: Khi cuộn coil thứ hai được cấp điện, van chuyển sang vị trí thứ ba, thay đổi hướng khí hoặc ngắt dòng khí nén.

Phương thức hoạt động

14. Van điện từ trực tiếp (Direct-acting Solenoid Valve)

• Bao gồm các bộ phận như cuộn coil,lò xo, pít-tông (trụ hút) và thân van.
• Hoạt động bằng cách sử dụng trường điện từ để di chuyển trụ, mở hoặc đóng ở phần đế trụ trên hình.

  Sở dĩ gọi là Van điện từ hoạt động trực tiếp vì van được đóng mở trực tiếp bằng điện từ mà không yêu cầu bất cứ kỳ sự chênh lệch áp suất nào giữa đầu vào và đầu ra ở cửa van để hoạt động.

Van điện từ trực tiếp thường được sử dụng trong các ứng dụng có yêu cầu dòng chảy nhỏ hoặc áp suất thấp, do khả năng của nó không phụ thuộc vào áp suất dòng chảy để hoạt động.

15. Van điện từ gián tiếp (Indirect-acting Solenoid Valve)

Ngoài những bộ phận như van trực tiếp thì dòng van này còn được cấu tạo thêm (hình trên) Màng van và cửa van phụ ở dưới trụ hút

Sử dụng sự chênh lệch áp suất qua màng để mở/đóng van.

  Van điện từ gián tiếp hoạt động cần chênh lệch áp suất tối thiểu từ khoảng 0,1 bar ~ 0,5 bar tùy thuộc vào kích thước giữa đầu vào và đầu ra

16. Van Điện Từ hoạt động bán trực tiếp (Semi-Direct Acting Solenoid Valve)

Loại van này kết hợp cả hai nguyên lý hoạt động của van từ hoạt động trực tiếp và gián tiếp. Ngoài ra phần cấu tạo trụ van sẽ được gắn trực tiếp vào màng van (lá van) Đây là dòng van thông dụng thường gặp ở van điện từ dùng cho nước hiện nay.

Theo cơ chế hoạt động

17. Van điện từ On/Off (Normally Open/Normally Closed)

Giới thiệu

Là một loại van điện từ được thiết kế để hoạt động ở hai trạng thái duy nhất: mở (NO) hoặc đóng (NC) Có nghĩa là khi chưa cấp điện van sẽ ở trạng thái ban đầu là đóng hoặc mở. Khi được cấp điện thì van sẽ chuyển sang trạng thái mở hoặc đóng. Khi ngắt điện van sẽ trở về đóng hoặc mở ban đầu.

18. Van điện từ điều khiển tỷ lệ (Proportional Solenoid Valve)

Van điện từ điều khiển tỷ lệ tên tiếng anh là Proportional Solenoid Valve. Đây là dòng van được thiết kế để điều khiển lưu lượng hay áp suất 1 cách tỉ lệ thuận với tín hiệu điều khiển được cung cấp. Cụ thể là van sẽ tự động điều chỉnh đóng hay mở 1 phần lưu lượng hay áp suất dựa trên giá trị tín hiệu đầu vào.

Nếu các loại van điện từ truyền thống là van 2 chiều có thể đóng hay mở thì van điện từ điều khiển tỷ lệ cũng có các chức năng tương tự. Ngoài ra dòng van này còn có khả năng kiểm soát tốt hơn ở các vị trí của piston và ống chỉ. Chúng có 1 loạt các vị trí để có thể đáp ứng được nhu cầu kiểm soát dòng chảy của bất kỳ hệ thống nào.

Van tỉ lệ được sử dụng rộng rãi ở các ứng dụng đòi hỏi hiệu xuất chính xác như trong lĩnh vực công nghệ, thiết bị y tế, trong khoa học đời sống, sản xuất thực phẩm và đồ uống, hệ thống HVAC….

III. Cấu tạo van điện từ

Van điện từ có cấu tạo gồm 3 phần chính là

• 1. Phần coil điện (Solenoid)
• 2. Trục hút
• 3. Phần cơ (valve)

1. Phần Coil điện

Cấu tạo phần coil điện bao gồm cuộn dây điện đồng hoặc khối đồng đúc và phần vỏ nhựa cách điện bảo vệ bên ngoài chống bụi bẩn, chống nước có thể đạt tiêu chuẩn Ip64, IP65, IP68 tùy ứng dụng có thể lựa chọn sử dụng.

2. Phần trụ van

Cấu tạo trụ bao gồm

• Lõi van (Solenoid Core):
  • Đây là phần chính trong trụ van. Lõi van có thể di chuyển lên xuống hoặc qua lại bên trong trụ van khi cuộn dây điện từ được kích hoạt. Lõi van thường được làm từ vật liệu từ tính để tương tác với từ trường sinh ra từ cuộn coil.
• Ống bọc lõi (Plunger Tube):
  • Đây là phần vỏ bọc bên ngoài, nơi lõi van di chuyển bên trong. Ống dẫn lõi thường được làm từ các vật liệu không từ tính như thép không gỉ để không bị ảnh hưởng bởi từ trường. Nó bảo vệ lõi van và tạo điều kiện cho sự di chuyển trơn tru của lõi.
• Lò xo (Spring):
  • Thường có một lò xo bên trong trụ van để đẩy lõi van trở lại vị trí ban đầu (thường đóng hoặc thường mở) khi cuộn dây không được cấp điện.   Chức

3. Phần thân van

Thân van thường được làm từ các chất liệu như inox, đồng, nhựa, gang, hợp kim nhôm có các cổng kết nối với hệ thống ống dẫn. Bên trong thân có thể là màng cao su, đĩa van hoặc lò xo được gắn với lõi van ở phần trụ dùng để ngăn hoặc điều tiết dòng chảy của khí hoặc chất lỏng khi qua van điện từ.

IV. Nguyên lý hoạt động của van điện từ

Khi cấp điện vào cuộn coil của van điện từ, lúc này từ trường sinh ra từ cuộn coil sẽ chuyển thành lực tác động lên trục van và làm chúng di chuyển. Tùy thuộc vào thiết kế của van mà trục van sẽ tác động đóng hay mở van. Khi ngắt điện, nhờ lực đàn hồi của lò xo sẽ đẩy trục van trở về vị trí ban đầu. Do vậy, trong bài này vandientu.net sẽ giải thích nguyên lý hoạt động của từng loại van điện từ trong phần Tổng hợp bên dưới.

V. Ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng van điện từ

Ưu điểm

• Loại van này đóng mở tự động, hoạt động ổn định, nhanh gần như cùng lúc với đóng nguồn điện
• Thiết kế đơn giản, nhỏ gọn, độ bền cao, thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp đặt hay bảo dưỡng thay thế
• Đa dạng vật liệu chế tạo từ đồng, inox, gang, nhựa nên phù hợp nhiều môi trường hoạt động
• Đa dạng điện áp từ 220V, 24V, 12V …Nên phù hợp nhu cầu của nhiều hệ thống
• Đa dạng kiểu kết nối nên có thể lắp đặt ở mọi không gian, diện tích
• Có thể điều khiển từ xa, giúp van có thể đóng mở ở những vị trí như trên cao, dưới lòng đất nơi mà con người khó đến để thao tác.
• Đa dạng thương hiệu sản xuất cũng như đơn vị phân phối nên dễ tìm mua
• Có thể thay thế các dòng van cửa, van cổng, van bướm ở kích thước bé nếu cần điều khiển tự động
• Giá thành van tương đối rẻ chỉ từ vài chục nghìn. Nên chi phí đầu tư thấp.

Nhược điểm

• Phải ngâm điện trong quá trình sử dụng tốn điện và sinh ra nhiệt dễ bị hỏng
• Chỉ phù hợp với hệ thống nhỏ vì kích thước hạn chế
• Không thể duy trì trạng thái hay đóng mở tay khi mất điện (tự động trả về vị trí ban đầu)
• Cần phải vệ sinh thường xuyên màng van cũng như nước hay lưu chất khác chảy qua phải không được có cặn bẩn.
• Độ bền kém hơn van mô tơ điện

VI. Câu hỏi thường gặp

1. Van điện từ lắp trước hay lắp sau bơm

Hầu như van điện từ phải lắp sau máy bơm để van hoạt động được tốt nhất, trừ một số loại chuyên dụng. Lý do, Máy bơm thường tạo ra áp lực cao để đẩy chất lỏng đi qua hệ thống. Van từ có thể không chịu được áp lực cao này và có thể gặp phải rò rỉ hoặc hỏng hóc nhanh chóng. Do đó, van thường được lắp sau máy bơm để giảm áp lực đối với van và đảm bảo hoạt động ổn định.

2. Van điện từ lắp đứng hay lắp ngang

Van điện từ thông thường chỉ có thể gặp trong một đường ống nằm ngang so với mặt đất với cuộn coil điện thẳng đứng, hướng lên trên với độ lệch tối đa là 90° nhằm giảm nguy cơ tích tụ chất bẩn bên trong van.

Nếu bạn cần lắp đặt van ở các hệ thống đường ống thẳng đứng do hạn chế về không gian hay điều kiện làm việc vui lòng thông báo với chúng tôi để được tư vấn trước khi đặt hàng. Tránh trường hợp van hoạt động không bình thường.

3. Tuổi thọ của van điện từ là bao lâu

Tuổi thọ của van điện từ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chất lượng sản phẩm, môi trường hoạt động, cách sử dụng và bảo trì. Trung bình tuổi thọ của van điện từ rơi vào khoảng từ 2 đến 5 năm tùy loại. Một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của van bao gồm:

Điều kiện hoạt động: Môi trường làm việc của van, bao gồm áp suất, nhiệt độ, hóa chất hay chất ăn mòn có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của van. Sử dụng van điện từ phù hợp với môi trường hoạt động và tuân thủ hướng dẫn vận hành sẽ giúp tăng tuổi thọ của nó.

Cách sử dụng và bảo trì: Cách sử dụng và bảo trì van điện từ đúng cách là yếu tố quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ. Đảm bảo các hoạt động vận hành đúng quy trình, kiểm tra định kỳ, làm sạch và bôi trơn van, và thay thế các linh kiện hỏng hóc theo đúng lịch trình bảo trì sẽ giúp duy trì và gia tăng tuổi thọ của van.

Cập nhật lúc 16:23 – 09/12/2024