Diaphragm valve là gì? Đặc điểm, phân loại và ứng dụng của van màng

Diaphragm valve (van màng) là một loại van điều khiển dòng chảy trong hệ thống đường ống. Trong bài viết này, HCTECH sẽ giúp bạn đọc nắm được khái niệm diaphragm valve là gì, những đặc điểm của van màng cũng như ứng dụng thực tiễn của van màng và bơm màng.

1. Van màng – diaphragm valve là gì?

1.1 Khái niệm

Van màng có màng đàn hồi được bịt kín bằng một đế để kiểm soát dòng chảy của chất lỏng. Màng linh hoạt này đóng vai trò là thiết bị kiểm soát dòng chảy, có thể cản trở, điều chỉnh hoặc cô lập dòng chảy của chất lỏng.

Van màng hoạt động bằng cách điều chỉnh vị trí của màng để điều chỉnh lưu lượng chất lỏng. Khi màng ép chặt vào đế của nó, van sẽ đóng lại và dòng chảy dừng lại. Các van này sử dụng chuyển động tuyến tính để quản lý và kiểm soát dòng chảy của chất lỏng thông qua cơ chế chuyển động tuyến tính.

Kiểu van này được đặt tên theo giubo chặn dòng chảy khi tiếp xúc với đế van, van màng dựa vào màng phản ứng với áp suất này để tạo ra lực cần thiết để mở, đóng hoặc điều chỉnh chức năng của van. Không giống như van kẹp sử dụng lớp lót trong thân van, van màng sử dụng màng để hoạt động.

1.2 Các bộ phận và thiết kế của van màng

• Bộ truyền động (A): Van màng thủ công có tay quay để truyền động. Bộ truyền động khí nén và điện cũng có thể được sử dụng thay cho tay quay để tự động hóa và vận hành từ xa.
• Thân (B): Thân kết nối bộ truyền động với máy nén. Bộ truyền động di chuyển thân lên và xuống, di chuyển máy nén lên và xuống.
• Máy nén (C): Máy nén có hình đĩa. Nó kết nối thân với màng ngăn và phân phối lực của thân để cải thiện khả năng điều tiết và kiểm soát.
• Màng ngăn (D): Màng ngăn là một đĩa cao su nâng lên để cho phép dòng chảy và hạ xuống van để chặn dòng chảy.
• Bonnet (E): Bonnet được bu lông vào thân van. Nó bảo vệ thân van và đệm khỏi môi trường. Bonnet trong van màng hoạt động bình thường không tương tác với môi trường.
• Thân van (F): Chất lưu chảy qua van màng đi qua thân van. Thể tích của thân van quyết định lưu lượng của van khi mở hoàn toàn.

1.3 Cách thức hoạt động của van màng

Van điều khiển màng ngăn sử dụng màng ngăn đàn hồi hoặc nhựa để kiểm soát lưu lượng qua van. Van màng ngăn là van nhiều vòng, nghĩa là thân van phải xoay lớn hơn 360° để van mở hoặc đóng hoàn toàn. Khi được kích hoạt, màng ngăn di chuyển về phía hoặc ra khỏi đế van. Lượng màng ngăn được nâng lên khỏi đế sẽ kiểm soát lưu lượng. Khi màng ngăn đóng lại, các cạnh của nó sẽ ép vào các cạnh của đế van và phần còn lại của màng ngăn sẽ biến dạng. Hình dạng của màng ngăn, khi biến dạng, sẽ vừa khít với đáy đế van và tạo ra một lớp đệm kín.

Van màng rất phù hợp để xử lý nhiều loại phương tiện, bao gồm chất lỏng, khí và các chất bán rắn như bùn, keo, bùn đặc và nước lợ. Thiết kế của chúng làm cho chúng đặc biệt hiệu quả để xử lý chất lỏng có chứa các hạt rắn.

Một trong những ưu điểm của diaphragm valve là cấu trúc đơn giản của chúng. Với tiếp xúc bên trong tối thiểu, chúng ít tích tụ cặn và màng sinh học, giúp duy trì hiệu suất của chúng. Đặc điểm này làm cho van màng có giá trị cao trong các ngành công nghiệp như thực phẩm và dược phẩm, xử lý nước và nước thải, sản xuất thiết bị điện tử và sản xuất bột giấy và giấy.

2. Các loại van màng

2.1 Phân loại theo thiết kế

Van màng có hai loại chính: van màng đập và van màng thẳng/toàn phần.

Van đập

Van đập (van chắn) có gờ nổi hoặc gờ chắn đặc biệt ở giữa thân van, nơi màng chắn được bịt kín để điều chỉnh hoặc ngăn dòng chảy.

• Thiết kế đập tràn giúp giảm thiểu khoảng cách di chuyển của màng ngăn để đạt được độ kín hoàn toàn, giảm ứng suất và mài mòn vật liệu, đặc biệt hiệu quả trong việc quản lý cả lưu lượng thấp và cao.
• Thiết kế kiểu đập tràn là thiết kế phổ biến nhất, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng tiết lưu và kiểm soát dòng chảy chất lỏng ở tốc độ dòng chảy thấp.
• Nó sử dụng hệ thống máy nén hai mảnh để điều chỉnh lưu lượng chính xác, với máy nén bên trong nâng phần trung tâm của màng ngăn trong các giai đoạn di chuyển thân ban đầu. Thiết kế này không chỉ kéo dài tuổi thọ của màng ngăn bằng cách yêu cầu ít vật liệu hơn mà còn làm cho van màng ngăn phù hợp với các ứng dụng chân không và áp suất cao.
• Van chắn được khuyến nghị để xử lý khí, chất lỏng sạch và đồng nhất, thậm chí cả chất ăn mòn, nguy hiểm và mài mòn. Tuy nhiên, chúng có thể gặp phải tình trạng giảm áp suất tăng trên van và dễ bị tích tụ cặn và keo từ chất lỏng nhớt ở cả hai bên yên.
• Các cụm nắp chụp trong các van này đảm bảo an toàn bằng cách ngăn chất lỏng thoát ra nếu màng ngăn bị hỏng và tính năng tự thoát nước của chúng khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng chế biến thực phẩm.

Van thẳng

Van màng toàn phần hoặc van màng thẳng có đế van phẳng, cho phép chất lỏng chảy theo đường thẳng với ít cản trở nhất.

• Thiết kế thẳng có đặc điểm là giảm áp suất thấp hơn so với van đập tràn, phù hợp hơn cho các ứng dụng có lưu lượng dòng chảy cao.
• Màng ngăn trong các van này phải có độ linh hoạt cao để bịt kín với đáy phẳng, khiến màng ngăn dễ bị hao mòn hơn, đòi hỏi phải thay thế thường xuyên hơn.
• Van thẳng có khả năng xử lý các chất bán rắn như bùn, bùn đặc và chất lỏng nhớt nhờ đường dẫn dòng chảy không bị cản trở.
• Chúng cũng có lợi thế cho các ứng dụng dòng chảy hai chiều vì không có yên cản trở sự đảo ngược dòng chảy.

2.2 Phân loại theo ứng dụng

Có những kiểu van nào và ứng dụng của diaphragm valve là gì? Van màng có thể được phân loại dựa trên ứng dụng cụ thể của chúng như sau:

Van màng vệ sinh

Van màng vệ sinh là thiết yếu trong các ngành công nghiệp đòi hỏi tiêu chuẩn cao về độ tinh khiết và sạch của chất lỏng, chẳng hạn như ngành sản xuất rượu vang, sữa, đồ uống, thực phẩm và dược phẩm. Các van này đảm bảo môi trường vô trùng cho chất lỏng, ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn, nấm và vi-rút. Chúng có nhiều thiết kế khác nhau để quản lý chất lỏng, khí và môi trường bán rắn.

Van công nghệ sinh học

Van màng sinh học được thiết kế để xử lý chất lỏng có vi sinh vật, tế bào và các vật liệu sinh học khác. Thường được sử dụng trong các đường ống kết nối với lò phản ứng sinh học, máy lên men, máng lọc và sắc ký, và thiết bị đông lạnh-tan băng, các van này rất quan trọng trong các ứng dụng công nghệ sinh học. Chúng được sử dụng trong các lĩnh vực như y học, nông nghiệp, dược phẩm và khoa học thực phẩm.

Van vệ sinh

Van màng vệ sinh được thiết kế để giảm thiểu các khu vực mà chất lỏng có thể ứ đọng, khiến chúng trở nên thiết yếu trong việc xử lý các sản phẩm dùng cho con người. Các van này rất quan trọng đối với quy trình Vệ sinh tại chỗ (CIP) và Vệ sinh ngoài chỗ (COP) và được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền chế biến thực phẩm và đồ uống.

Van xử lý

Van quy trình được sử dụng để kiểm soát lưu lượng của cả chất lỏng và chất khí. Diaphragm valve có nhiều chức năng khác nhau như van quy trình, bao gồm tiết lưu, đóng và cô lập.

Van tĩnh điện

Van tĩnh không là thiết yếu trong ngành dược phẩm để quản lý chất lỏng quy trình với tác động tối thiểu đến các hệ thống quan trọng như Nước tiêm (WFI) hoặc Nước tinh khiết. Các van đa cổng này tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển, thoát, lấy mẫu hoặc chuyển hướng chất lỏng trong khi loại bỏ các chân chết để ngăn ngừa ô nhiễm và ứ đọng. Nắp chụp của van tĩnh không định vị đập tràn trực tiếp trên đường kính bên trong của đường ống.

3. Vật liệu sử dụng trong chế tạo van màng diaphragm

3.1 Màng van

Màng ngăn trong van thường được chế tạo từ vật liệu đàn hồi, linh hoạt. Những vật liệu này, mặc dù đa năng, nhưng lại hạn chế về mức nhiệt độ và áp suất của van màng ngăn. Nhiệt độ và áp suất cao có thể làm yếu những vật liệu này. Do đó, việc lựa chọn vật liệu màng ngăn phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ và áp suất vận hành, bản chất của chất lỏng được xử lý và tần suất vận hành van.

EPDM

Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) là một loại elastomer tổng hợp, đa dụng. Nó có khả năng chống ăn mòn tốt và phù hợp để xử lý axit, kiềm và rượu. Nó cũng có khả năng chống lại ozone. Tuy nhiên, nó không tương thích với dầu và các sản phẩm dầu mỏ. EPDM cũng phù hợp để khử trùng bằng hơi nước. Màng ngăn EPDM hoạt động trong khoảng từ -20°F đến 230°F.

PTFE

Polytetrafluoroethylene (PTFE), thường được gọi là Teflon, là một loại fluoropolymer tổng hợp nổi tiếng với khả năng chống ăn mòn và hóa chất đặc biệt, khiến nó trở nên lý tưởng để xử lý axit mạnh, kiềm và dung môi. Độ cứng của nó cung cấp lực bịt kín mạnh mẽ, mặc dù nó đòi hỏi nỗ lực vận hành lớn hơn. Màng PTFE hoạt động hiệu quả trong phạm vi nhiệt độ từ -300°F đến 3000°F. Để tăng cường độ nén, khả năng chống mài mòn và mài mòn, cũng như khả năng chịu áp suất, PTFE thường được gia cố bằng sợi thủy tinh.

Cao su tổng hợp

Neoprene là một loại cao su tổng hợp thường được sử dụng làm vật liệu màng ngăn trong đường ống nước thải. Nó có khả năng chống ăn mòn và mài mòn tốt. Nó có thể xử lý chất lỏng có dầu bị cuốn theo, cũng như axit, kiềm, dầu mỏ, chất nổ và phân bón. Màng ngăn Neoprene hoạt động trong khoảng từ -20°F đến 200°F.

Cao su Butyl

Cao su butyl được biết đến với khả năng thấm hơi và khí thấp, khiến nó trở nên lý tưởng cho môi trường khí. Nó cũng có thể chịu được quá trình khử trùng bằng hơi nước và nhiều loại axit và kiềm. Màng ngăn cao su butyl hoạt động hiệu quả trong khoảng từ -4°F đến 248°F.

Cao su Nitrile

Cao su nitrile là vật liệu đa năng có độ bền cao và khả năng chống mài mòn. Nó xử lý tốt các loại khí, nhiên liệu, chất béo, dầu, rượu và dầu mỏ nhưng không phù hợp với axeton, xeton, ozon và một số hydrocacbon biến tính. Màng ngăn cao su nitrile hoạt động trong khoảng từ -14°F đến 134°F.

Cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên có khả năng chống mài mòn tốt và có thể xử lý axit và kiềm vừa phải. Nó được sử dụng trong chất mài mòn, axit khoáng loãng và quy trình sản xuất bia. Màng ngăn cao su thiên nhiên hoạt động trong khoảng từ -40°F đến 134°F.

Viton

Viton, một chất đàn hồi fluorocarbon, có khả năng chống chịu tuyệt vời với hầu hết các hóa chất, dung môi và dầu, ngay cả ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, nó không phù hợp để khử trùng bằng hơi nước hoặc xử lý amoniac và dung môi phân cực. Màng ngăn Viton hoạt động trong khoảng từ -20°F đến 300°F.

3.2 Chế tạo thân van

Thân van và nắp van được chế tạo từ vật liệu chắc chắn để đảm bảo bảo vệ các thành phần van màng. Trong khi nắp van có thể được làm từ vật liệu có khả năng chống ăn mòn thấp hơn một chút do cách ly với phần van bị ướt, thân van thường có lớp lót mịn để ngăn ngừa tắc nghẽn và bám dính từ chất lỏng dính hoặc nhớt.

Tương tự như vật liệu màng ngăn, thân van phải chống ăn mòn và có khả năng chịu được các quy trình khử trùng. Để tăng cường vệ sinh, có thể chọn vật liệu có đặc tính kháng khuẩn, chẳng hạn như đồng thau và đồng. Ngoài ra, thân van có thể được lót bằng vật liệu kháng khuẩn để cải thiện vệ sinh hơn nữa.

Các vật liệu thông dụng được sử dụng cho thân van bao gồm thép không gỉ, gang, gang dẻo, thép đúc, đồng thau, đồng, PVC, U-PVC và CPVC.

4. Ưu điểm và nhược điểm của van màng là gì?

4.1 Ưu điểm của van màng

1. Hoạt động không rò rỉ: Màng ngăn cung cấp lớp đệm hiệu quả giữa thân van và thân van, giảm đáng kể nguy cơ rò rỉ. Điều này đặc biệt có lợi trong các ứng dụng mà rò rỉ có thể gây nguy hiểm hoặc tốn kém.
2. Kiểm soát ô nhiễm: Vì vật liệu chỉ tiếp xúc với thân van và màng ngăn nên nguy cơ ô nhiễm được giảm thiểu. Thiết kế này giảm thiểu các khu vực có thể tích tụ cặn hoặc màng sinh học, giúp các van này cực kỳ sạch và phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi mức độ vệ sinh cao .
3. Kiểm soát lưu lượng tuyệt vời: Diaphragm valve cung cấp khả năng kiểm soát lưu lượng chính xác trên nhiều tốc độ dòng chảy, phù hợp cho các ứng dụng tiết lưu.
4. Phù hợp với môi trường có tính ăn mòn: Các van này đặc biệt hiệu quả đối với môi trường có tính ăn mòn, nhớt và mài mòn, bao gồm cả bùn, do thiết kế chắc chắn và lựa chọn vật liệu phù hợp.
5. Bảo trì đơn giản: Màng ngăn có thể dễ dàng thay thế mà không cần phải tháo van ra khỏi đường ống, giúp bảo trì dễ dàng và giảm thời gian chết.

4.2 Nhược điểm của diaphragm valve

1. Giới hạn áp suất và nhiệt độ: Vật liệu màng ngăn có thể hạn chế khả năng hoạt động của van ở nhiệt độ và áp suất cao, khiến chúng không phù hợp với một số ứng dụng nhất định.
2. Hao mòn màng ngăn: Màng ngăn dễ bị hao mòn, cần bảo dưỡng hoặc thay thế thường xuyên hơn so với một số loại van khác. Ngoài ra, việc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tiết lưu nghiêm ngặt có thể dẫn đến xói mòn màng ngăn, ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của van.
3. Tốc độ truyền động chậm hơn: Van màng thường có thời gian phản hồi chậm hơn do hoạt động nhiều vòng, điều này có thể không lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ truyền động nhanh.
4. Nhiệt độ và áp suất đường ống ở mức trung bình: Các van này phù hợp nhất với điều kiện trung bình, vì nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt có thể vượt quá khả năng của màng ngăn.
5. Hạn chế với áp suất thủy tĩnh cao: Thiết kế của màng ngăn có thể hạn chế việc sử dụng trong các hệ thống có áp suất thủy tĩnh cao, có khả năng hạn chế phạm vi ứng dụng của nó.
6. Các vấn đề về thoát nước: Van tràn có thể ngăn không cho hệ thống đường ống thoát nước hoàn toàn, đây có thể là nhược điểm đáng kể trong một số ứng dụng yêu cầu hệ thống thoát nước hoàn toàn.

Kết Luận

Hy vọng những chia sẻ trên đây đã giúp bạn đọc hiểu được khái niệm diaphragm valve là gì cũng như những thông tin cần thiết xung quanh nó. Van màng diaphragm valve là giải pháp điều khiển dòng chảy hiệu quả nhất đối với các hệ thống yêu cầu về độ an toàn, vệ sinh và khả năng vận hành dễ dàng. Việc lựa chọn loại van phù hợp sẽ giúp tối ưu hoá hiệu suất và tiết kiệm chi phí trong quá trình vận hành.

Tham khảo thêm bài viết: Công tắc áp suất máy nén khí