Van điện từ

Van điện từ là gì?
Van điện từ hay còn gọi là solenoid vavle là loại van chặn đóng mở nhờ lực của cuộn dây điện từ. Van điện từ là một thiết bị thừa hành. Tùy theo cấu tạo, van điện từ có thể là van chặn (loại 1 ngả) hoặc van chuyển dòng (nhiều ngả). Van điện từ được sử dụng trong hệ thống nước, khí nén, gas lạnh nên tên gọi của van điện từ tương ứng với hệ thống đó như van điện từ nước, van điện từ khí nén, van điện từ hệ thống khí nén, van điện từ hệ thống điều hòa, van điện từ tự động ...

Phân loại van điện từ
- Van điện từ 1 ngả (van khác van chặn) dùng để đóng mở tự động dòng chất lỏng hoặc chất khí, hơi môi chất tải lạnh từ xa.
- Van điện từ 2 hoặc 3 ngã (van chuyển dòng) dùng để thay đổi tự động đóng mở trực tiếp, gián tiếp hoặc phối hợp.
- Van điện từ đóng mở trực tiếp là loại van chỉ sử dụng lực điện từ để đóng mở clape (direct operation)
- Van điện từ đóng mở trực tiếp là loại van chỉ sử dụng lực điện từ để đóng mở clape phụ, clape chính được đóng mở nhờ dòng chất lỏng hoặc khí đi qua clape phụ (servo operation)
- Van điện từ đóng mở phối hợp là loại van có cấu trúc kết hợp được các đặc điểm của trực tiếp hoặc gián tiếp, đóng mở van vừa bằng lực điện từ vừa bằng áp suất của chất lỏng hoặc chất khí của dòng chảy (forced servo operation) hoặc pilot
- Van điện từ thường đóng hoặc thường mở. Theo vị trí lá van khi tác động còn có thẻ chia ra loại van thường đóng hay thường mở
- Van thường đóng là loại van đóng khi cuộn dây điện từ không có điện và mở khi cuộn dây điện từ có điện. (NC – Normal Closed)
- Van thường mở ngược lại là loại van mở khi cuộn dây không có điện và đóng khi cuộn dây điện từ có điện (NO – Normal Open)

Van điện từ tác động trực tiếp
- Van điện từ tác động trực tiếp thường có năng suất lưu lượng nhỏ dùng cho cả chất khí và chất lỏng. Đường kính van thường < 10mm
- Trên đế van của thân van 1 có bố trí cửa vào ra cho môi chất. Trên hình 2 giới thiệu kiểu nối ống đồng loe với đầu ren và mũ ốc nhưng cũng có thể có kiểu nối ống bằng mối hàn bạc tùy theo nhà chế tạo.

Kiểu nối bích không sử dụng ở đây mà chỉ dùng cho các van điện từ loại lớn.

Clape 3 của van đóng mở trên đế van 2 nhờ chuyển động lên xuống của lõi sắt 5 khi có điện hoặc không có điện. Ống 4 vừa làm nhiệm vụ ống dẫn hướng cho lõi sắt 5 vừa làm nhiệm vụ ngăn cách khoang môi chất kín bên trong với môi trường bên ngoài nên được cố định và làm kín cùng thân van. Ống 4 được chế tạo từ vật liệu không nhiễm từ để đảm bảo sự làm việc hoàn toàn của lõi sắt. Cùng với ống 4 và lõi cố định 6, khoang trong của vam hoàn toàn kín với môi trường bên ngoài.

Bên ngoài ống 4 là cuộn dây điện từ. Để đảm bảo độ kín cho cuộn dây người ta sử dụng cao su để chèn đầu dây tiếp điểm 11 ra. Vỏ cuộn dây điện từ 7 được cố định với thân van bằng vít 9.
- Nếu không có điện vào cuộn dây thì do lực lò xo 13 dãn ra và do trọng lượng của lõi sắt ép xuống, cửa van bị đóng lại (đối với loại van NC  - thường đóng)
- Khi được tiếp điện, cuộn dây sinh ra từ trường hút lõi sắt lên phía trên, mở cửa thoát của van cho dòng gas lạnh đi qua.
- Để giảm độ rung và ồn của lõi sắt khi tiếp điện cho cuộn dây vào mạng điện xoay chiều người ta gắn vào lõi cố định 6 một vòng khuyên 10 đóng vai trò vòng đoạn mạch.

Hình 1 giới thiệu nguyên tắc cấu tạo và làm việc của một van điện từ tác động trực tiếp.

Hình 1. Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của một van điện từ tác động trực tiếp
1. Thân van, 2. Đầu ren nối loe, 3. Kim van, 4. Lõi sắt mang kim van. 5. Lò xo, 6. Ống Inox, 7. Cuộn dây, 8. Vỏ bảo vệ cuộn dây, 9. Dây tiếp điểm

Trên thân van 1 có bố trí đế van và một ống inox bên trong có lõi thép mang kim van và lò xo đóng van. Ống đồng hoàn toàn kín, phía trong là gas lạnh hoặc môi chất. Cuộn dây điện từ được lắp lên ống inox. Để bạo vệ cuộn dây điện từ người ta bố trí vỏ bảo vệ 8. Đối với loại thường đóng NC, lò xo áp kim van lên đế van. Khi có dòng điện đi qua, lõi thép bị hút lên phía trên và van được mở ra.

Hình 2. Hình cắt một loại van điện từ tác động trực tiếp
1. Thân van, 2. Đế van, 3. Clape, 4. Ống inox, 5. Lõi sắt, 6. Lõi cố định, 7. Nắp bảo vệ cuộn dây, 8. Cuộn dây điện từ, 9. Vít 10. Vòng đoản mạch, 11. Dây tiếp điện, 12. Đai ốc nối loe, 13. Lò xo
Van điện từ tác động gián tiếp hay có trợ động (servo operation).

Hình 3. Van điện từ tác động gián tiếp
a. Cấu tạo, b. Nguyên tắc vận hành
1. Thân, 2. Nắp van, 3. Cuộn dây điện từ, 4. Lõi cố định, 5. Lõi sắt động. 6, Clape van phụ 7. Màng cao su, 8. Clape van chính, 9. Lò xo, 10. Vít mở cưỡng bức bằng tay, 11. Tấm đệm lọc
- Hình 3 giới thiệu một van điện từ Dy 50 tác động gián tiếp của Nga.

Van điện từ tác động gián tiếp thường có đường kính van từ 10 đến 200mm. Thân van có thể bằng phôi dập, đục hoặc kết cấu hàn. Khác biệt cơ bản ở đây là van điện từ chỉ làm nhiệm vụ lái van chính đóng mở theo tín hiệu áp suất giữa hai phía. Van cũng có hai loại, thường đóng NC và thường mở NO. Van điện từ chỉ làm nhiệm vụ đóng mở tín hiệu áp suất để lái van chính sẽ đóng mở theo tín hiệu đó. Tấm van chính thường được dẫn hướng bằng một trục hoặc bằng một pittong lên xuống. Van được bố trí một vít phía dưới để có thể mở cưỡng bức bằng tay. Van điện từ trên sử dụng trục dẫn hướng và màng cao su để đóng mở van. Van điện từ hoạt động như sau:
+ Màng cao su của van chính ngăn cách hai khoang A và B của van, tuy nhiên hai khoang này vẫn được thông với nhau bằng một lỗ nhỏ, môi chất có thể đí từ khoang A vào khoang B qua một tấm đệm lọc 11 và màng 7. Kích thước khe hở rất nhỏ (khoảng 0.3mm) nên có thể ngăn được chất bẩn tránh gây tắc van lái. Trên ống lót của van chính có rãnh rất nhỏ. Như vậy chất lỏng đi vào khoang B qua khe vòng, qua lỗ trên tấm đệm lọc và đi vào rãnh trên ống lót van chính.
+ Khi cuộn dây điện từ không có điện, van lái đóng, môi chất đi vào khoang B nhưng không đi ra được do đó trọng lượng cũng như áp suất trong khoang B tăng lên, cộng với trọng lượng của chính cụm tấm van và lực lò xo, tấm van sẽ đi xuống đóng kín cửa thoát và giữ ở vị trí đóng.
+ Khi cuộn dây có điện, van lái mở ra, môi chất từ khoang b chảy ra van lái ra phía hạ áp. Môi chất từ khoang A vào khoang B có áp suất thấp, màng cao su bị kéo lên, mang theo tấm van mở ra. Áp suất thấp ở khoang B duy trì tấm van ở vị trí mở.
+ Đặc điểm cấu tạo của van được đặc trưng bằng sự trễ đóng và sự trễ mở. Sự trễ đóng và sự trễ mở cũng không giống nhau. Sự trễ được đo bằng thời gian cần thiết để phân bố lại áp suất trong các khoang của van. Sự trễ này phụ thuộc vào kích thước của các khe và lỗ bố trí cho dòng môi chất đi qua. Sự trễ có thể dao động từ phần 10 giây đến 10 hoặc 15 giây.
+ Nói chung, sự trễ này xét về mặt thủy động là có lợi vì nó không gây ra các hiện tượng va đập thủy lực trong ống dẫn. Trong trường hợp cần thiết, van chính có thể được mở bằng tay nhờ vít 10. Mũ bảo vệ vít đồng thời là chìa khóa để mở.
 
Van điện từ tác động phối hợp
+ Van điện từ tác động phối hợp được chế tạo với đường kính ống danh nghĩa từ 15 đến 20 mm. Nguyên tắc làm việc phối hợp thường là đóng trực tiếp và mở là gián tiếp bằng áp suất đẩy lên màng đẩy của áp suất dầu vào môi chất.
+ Nguyên tắc cấu tạo cũng giống như các van điện từ khác gồm thân van, nắp van, ống dẫn hướng không nhiễm từ, lõi cố định và di động, clape van chính và phụ, cuộn dây điện từ.
+ Giống như van tác động gián tiếp, để mở van và giữ van ở trạng thái mở cần thiết phải có một hiệu áp tuy rất nhỏ. Hiệu áp của nhiều van do hãng Danfoss chế tạo chỉ yêu cầu hiệu áp cần thiết từ 0,05 đến 0,07 bar. Đối với các van tác động trực tiếp không cần hiệu áp, hay hiệu áp yêu cầu bằng 0.
+ Van điệnt từ tự động (servo operation) của Danfoss.

Hình 4 giới thiệu van điện từ tự động (tác động gián tiếp) của Danfoss EVR10 loại thường đóng, hình 5 (EVR25) thường đóng

Hình 4. Van điện từ trợ động Danfoss EVR 10
 

Hình 5. Van điện từ trợ động Danfoss EVR 25

Hình 6. Van điện từ trợ động Danfoss EVR 32 và 40
- 4. Cuộn dây điện từ, 16, lõi động, 18. tấm van, 20. đầu dây nối đất, 24. đầu nối mềm vào vỏ kim loại, 28. đệm kín, 29. cửa thoát van phụ, 30. đệm hình chữ O, 36. cọc tiếp điện theo DIN, 37. ổ cắm điện theo DIN 43650, 40. mũ bảo vệ, 43. nắp van, 44. đệm hình chữ O, 45. đệm kín nắp van. 49. thân van, 50. đệm kín, 51. ốc bịt kín, 53. trục vít mở van, 73. lỗ cân bằng, 74. kênh chảy chính, 75. kênh chảy phụ, 76. lò xo nén, 80. màng ngăn, 83. đế van, 84. tấm van, 90. lỗ bắt chặt khi lắp đặt van.      
- Hình 6 giới thiện van trợ động EVR 32 và 40 cũng của Danfoss nhưng cách bố trí clape chính theo kiểu nằm ngang. Nguyên lý hoạt động của các van này là hoàn toàn giống nhau. Van sử dụng cho các môi chất lạnh R22, R134a, R404a, 12, 502 cho lỏng, hơi hút, hơi đẩy. 1,3  - 57 kW đường hơi hút và 5,0 – 231 kW đường hơi đẩy. Nhiệt độ làm việc từ - 400C đến 105 0C, áp suất làm việc từ 0 – 28 bar hoặc 35 bar, hiệu áp suất yêu cầu khi đóng và mở van là 0,05 đến 0,07 bar.
- Các loại van EVR 6 ÷ 22 là loại van điện từ gián tiếp hoặc van điện từ phụ, van điện từ trợ động (servo) vận hành với một mảng “nổi” di động 80. Lỗ pilot (lái) 29 bằng thép không gỉ được bố trí chính giữa màng. Tấm van pilot bằng teflon 18 được cố định trực tiếp lên lõi sắt 16. khi cuộn dây không có điện thì lỗ thoát chính và lỗ pilot là đồng. Trạng thái đóng được duy trì nhờ trọng lực của lõi sát cộng thêm lực lò xo và hiệu áp suất của cửa vào và ra của van.
- Khi tiếp điện cho cuộn dây thì lõi sắt được nâng lên nhờ từ trường của cuộn dây và lỗ pilot mở ra. Khi lỗ pilot mở ra, khoang trên của màng được thông với khoang dưới. Khi đó hiệu áp giữa cửa vào và cửa ra của van sẽ tác động đẩy màng khỏi đế van và mở hoàn toàn cho dòng chảy đi qua. Chính vì vậy ần thiết phải có hiệu áp suất tối thiểu để có thể mở van và duy trì nó ở trạng thái mở.
- Đối với van điện từ EVR 6 ÷ 22 thì hiệu áp tối thiểu đó là 0.05 bar.
- Khi ngắt điện cuộn dây thì lỗ thoát pilot đóng lại. Khi đó áp suất phía trên màng dần dần tăng lên bằng áp suất cửa vào nhờ lỗ cân bằng 73 bố trí trên màng, và màng sẽ đóng kín lỗ thoát chính.
- Van điện từ EVR 25, 32 và 40 là loại servo (trợ động) nhờ pittong. Van đóng lại khi cuộn dây không có điện. Pittong servo 80 với tấm vân chính 84 đóng kín lên đế van 83 nhờ hiệu áp suất giữa cửa vào và cửa ra của van cộng với lực lò xo nén 76 và có thể thêm trọng lực của pittong (trường hợp EVR 25).
- Khi tiếp điện cho cuộn dây, lỗ thoát servo 29 mở, áp suất phía lò xo của pittong hạ xuống. Hiệu áp suất sẽ mở van. Hiệu áp suất tối thiểu cần thiết để có thể mở được van là 0.07 bar. Van thường mở NO sẽ có tác động ngược với van thường đóng NC nghĩa là nó ở trạng thái mở khi cuộn dây không có điện và đóng khi cuộn dây có điện.