Van chân không là một thiết bị quan trọng giúp điều tiết dòng khí hoặc chất lỏng trong hệ thống chân không, đóng vai trò then chốt trong việc vận hành buồng chân không. Van được thiết kế để cách ly và bảo vệ hệ thống khỏi áp suất khí quyển, đồng thời cho phép dẫn dòng một cách có kiểm soát. Chất liệu, thiết kế và loại gioăng kín của van ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của nó trong các điều kiện chân không khác nhau. Trong các hệ thống này, van chân không đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì sự ổn định và hiệu quả, đảm bảo các điều kiện chân không được kiểm soát chính xác cho các ứng dụng từ nghiên cứu khoa học đến sản xuất công nghiệp. Bằng cách kiểm soát sự tiếp xúc với áp suất khí quyển và cho phép điều chỉnh mức chân không chính xác, các van này rất quan trọng trong việc duy trì tính toàn vẹn và chức năng của toàn bộ hệ thống chân không.
Các bộ phận và chức năng chính
Các bộ phận chính của van chân không
- Thân van: Là cấu trúc chính của van, thường được làm từ thép không gỉ hoặc hợp kim nhôm để đảm bảo độ bền và khả năng chống ăn mòn.
- Đế van và bộ truyền động (actuator): Là bộ phận phối hợp để đóng/mở van, điều tiết dòng chảy trong hệ thống chân không.
- Gioăng kín: Từ gioăng cao su đến các loại chuyên dụng hơn, cơ chế làm kín đảm bảo đóng kín tuyệt đối, ngăn không khí lọt vào làm ảnh hưởng đến điều kiện chân không.
Chức năng dẫn dòng và kiểm soát lưu lượng
Dẫn dòng (conductance) trong van chân không đề cập đến khả năng cho phép khí lưu thông qua. Các loại van khác nhau như van bướm hay van cửa có mức độ dẫn dòng khác nhau, phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. Việc hiểu rõ kích thước và chủng loại van sẽ giúp lựa chọn đúng loại van cho từng yêu cầu ứng dụng riêng biệt.
Các loại van chân không
Van cách ly (Isolation Valves)
Van góc (Angle Valves)
Van góc có cổng vào và cổng ra đặt vuông góc với nhau, giúp chúng linh hoạt trong nhiều ứng dụng khác nhau. Với cơ chế điều tiết dòng khí chính xác, loại van này rất lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu. Chúng thường được sử dụng để cách ly dòng khí trong các đường dẫn của hệ thống chân không và giảm thiểu các chất gây ô nhiễm. Van góc phù hợp với các thiết bị như máy quang phổ khối (mass spectrometry) và lò chân không. Van có nhiều cấu hình khác nhau và có thể vận hành bằng tay, bằng khí nén hoặc bằng điện từ. Thường được chế tạo từ nhôm hoặc thép không gỉ, van có thể sử dụng nhiều loại vật liệu làm kín khác nhau, bao gồm cả gioăng kim loại cho các ứng dụng chân không siêu cao (UHV).
Xem bài viết chi tiết: Lò tôi chân không
Van bi (Ball Valves)
Van bi là loại van quay 1/4 vòng, sử dụng phần tử đóng hình cầu kết hợp với bề mặt tiếp xúc phù hợp để tạo độ kín đồng đều. Với kết cấu chắc chắn và khả năng chống nhiễm bẩn từ hạt bụi, van bi rất thích hợp cho các ứng dụng chân không “bẩn” và thường được dùng trong các quy trình MOCVD, PVD và CVD. Van có các dạng 2 chiều và 3 chiều, có thể vận hành bằng tay, khí nén hoặc điện. Cơ chế tự làm sạch của bề mặt kín giúp tăng độ tin cậy và tuổi thọ cho van.
Van trượt (Gate Valves)
Van trượt – còn gọi là van dao hoặc van trượt ngang – sử dụng một phần tử đóng phẳng trượt vào dòng chảy để đóng van. Thường được sử dụng để cách ly và làm kín buồng chân không, đảm bảo dòng chảy xuyên suốt và không bị gián đoạn. Van trượt rất phù hợp cho các ứng dụng chân không cao và siêu cao (UHV), vì chúng có lực cản dòng thấp và đường kính mở lớn, giúp tối đa hóa khả năng dẫn dòng. Chúng đặc biệt hữu ích trong hệ thống chân không siêu cao và có thể được lắp đặt giữa buồng chân không và khoang nạp tải (load lock). Van có thể được trang bị các loại gioăng khác nhau, như gioăng FPM cho phiên bản chân không cao, hoặc gioăng kim loại cho phiên bản UHV.
Van con lắc (Pendulum Valves)
Van con lắc hoạt động bằng cách đưa phần tử đóng vào vị trí kín bằng chuyển động đung đưa, giúp cách ly hiệu quả máy bơm hút chân không khỏi buồng chân không. Chúng được sử dụng để duy trì tính toàn vẹn của buồng chân không bằng cách ngăn cách máy bơm ra khỏi hệ thống. Ngoài ra, van con lắc còn có thể được dùng trong các ứng dụng điều áp, khiến chúng trở thành một lựa chọn đa năng cho các hệ thống chân không.
Van điều áp (Pressure Control Valves)
Van bướm (Butterfly Valves)
Van bướm điều chỉnh lưu lượng bằng một đĩa tròn xoay nằm trong thân van. Với thiết kế nhỏ gọn và chi phí hợp lý, van bướm rất phù hợp cho các hệ thống chân không sạch nhờ cơ chế làm kín dạng đĩa hở. Chúng đóng vai trò quan trọng trong điều khiển quy trình chính xác, đặc biệt trong các ngành công nghiệp bán dẫn và phủ bề mặt. Van bướm có độ tin cậy cao trong vận hành lặp lại và sử dụng cơ chế đặc biệt giúp đóng kín không ma sát. Thân van có thể được làm từ thép không gỉ hoặc nhôm.
Van con lắc (chức năng điều áp)
Ngoài chức năng cách ly, van con lắc còn có thể được sử dụng như van điều áp, giúp điều chỉnh lưu lượng khí trong hệ thống chân không để kiểm soát áp suất một cách chính xác. Tính năng kép này khiến van con lắc trở nên quan trọng trong việc duy trì sự ổn định và hiệu suất cho hệ thống chân không, đặc biệt trong các ứng dụng vừa cần cách ly, vừa cần điều áp.
Xem bài viết chi tiết: Van tiết lưu là gì?
Ứng dụng trong ngành công nghiệp
Van chân không được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, mỗi ngành có những yêu cầu riêng biệt. Trong các ngành được nêu dưới đây, chúng chủ yếu dùng để kiểm soát và duy trì điều kiện chân không, chứ không trực tiếp xử lý vật liệu. Ví dụ:
- Dược phẩm: Van chân không rất quan trọng trong việc tạo môi trường vô trùng và kiểm soát áp suất – thiết yếu cho các quy trình như sấy thăng hoa (lyophilization) hoặc đóng gói vô trùng.
- Hóa chất: Đóng vai trò trong việc chứa và chuyển giao các chất nguy hiểm một cách an toàn, đặc biệt trong các quy trình cần môi trường kiểm soát.
- Thực phẩm và mỹ phẩm: Giúp duy trì điều kiện vệ sinh, quan trọng trong quy trình đóng gói chân không hoặc đảm bảo tiêu chuẩn phòng sạch.
Mặc dù van chân không rất quan trọng trong các lĩnh vực này, vai trò chính của chúng vẫn là quản lý điều kiện chân không để đảm bảo tính toàn vẹn và an toàn quy trình.
So sánh van chân không và van phân đoạn bi (ball segment valves)
Van chân không và van phân đoạn bi phục vụ các mục đích khác nhau và được thiết kế cho các chức năng riêng biệt:
- Van chân không: Được sử dụng để điều khiển luồng khí trong các hệ thống chân không. Chức năng chính là duy trì và điều chỉnh điều kiện chân không trong hệ thống – điều rất quan trọng trong các quy trình như sản xuất chất bán dẫn, nghiên cứu khoa học và các ứng dụng đòi hỏi môi trường chân không kiểm soát. Van này không dùng để xử lý vật rắn mà để điều khiển áp suất và dòng khí.
- Van phân đoạn bi: Ngược lại, loại van này được thiết kế chủ yếu để xử lý vật liệu rắn, đặc biệt trong ngành dược, thực phẩm và hóa chất. Van có một đĩa hình cầu phân đoạn, đóng kín hoàn toàn nhờ một gioăng bơm phồng, giúp kiểm soát chính xác dòng vật liệu. Loại van này nổi bật ở khả năng xử lý vật liệu ăn mòn hoặc mài mòn, dùng trong các quy trình cần kiểm soát dòng vật rắn.
Tóm lại: Sự khác biệt cốt lõi nằm ở ứng dụng – van phân đoạn bi dùng để kiểm soát dòng vật liệu rắn, còn van chân không dùng để điều tiết dòng khí trong môi trường chân không.
Tham khảo bài viết khác: Máy ép chân không
