Van cầuVan cầu đã là một trụ cột trong việc điều khiển chất lỏng trong 200 năm và hiện nay được tìm thấy ở khắp mọi nơi. Tuy nhiên, trong một số ứng dụng, thiết kế van cầu cũng có thể được sử dụng để điều khiển việc đóng hoàn toàn dòng chảy chất lỏng. Van cầu thường được sử dụng để điều khiển lưu lượng chất lỏng. Việc sử dụng van cầu đóng/mở và điều chỉnh lưu lượng có thể được thấy ở bên ngoài nhà ở và các công trình thương mại, nơi van thường được lắp đặt.

Hơi nước và nước là những yếu tố thiết yếu đối với cuộc Cách mạng Công nghiệp, nhưng những chất tiềm ẩn nguy hiểm này cần được kiểm soát.van cầuVan cầu là thiết bị đầu tiên cần thiết để hoàn thành nhiệm vụ này một cách hiệu quả. Thiết kế van cầu đã thành công và được ưa chuộng đến mức phần lớn các nhà sản xuất van truyền thống lớn (Crane, Powell, Lunkenheimer, Chapman và Jenkins) đều nhận được bằng sáng chế ban đầu của họ.

Van cổngVan tiết lưu được thiết kế để sử dụng ở cả vị trí mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn, trong khi van cầu có thể được sử dụng như van chặn hoặc van cách ly nhưng được thiết kế để mở một phần nhằm kiểm soát lưu lượng khi điều chỉnh. Cần thận trọng trong các quyết định thiết kế khi sử dụng van cầu cho các van vận hành cách ly và van đóng mở, vì việc duy trì độ kín khít khi có lực đẩy đáng kể lên đĩa van là rất khó khăn. Lực của chất lỏng sẽ giúp đạt được độ kín tốt và giúp việc làm kín dễ dàng hơn khi chất lỏng chảy từ trên xuống dưới.

Van cầu rất phù hợp cho các ứng dụng van điều khiển nhờ chức năng điều chỉnh của nó, cho phép điều chỉnh cực kỳ chính xác bằng các bộ định vị và bộ truyền động được liên kết với nắp và trục van cầu. Chúng hoạt động xuất sắc trong nhiều ứng dụng điều khiển chất lỏng và được gọi trong các ứng dụng này là "Các phần tử điều khiển cuối cùng".

đường dẫn dòng chảy gián tiếp

Van cầu (hay còn gọi là van địa cầu) xuất phát từ hình dạng tròn ban đầu của nó, che giấu bản chất phức tạp và ngoằn ngoèo của đường dẫn dòng chảy. Với các kênh trên và dưới được thiết kế răng cưa, một van cầu mở hoàn toàn vẫn thể hiện ma sát hoặc lực cản đáng kể đối với dòng chảy chất lỏng, trái ngược với một van cổng hoặc van bi mở hoàn toàn. Ma sát chất lỏng do dòng chảy nghiêng làm chậm quá trình đi qua van.

Hệ số dòng chảy, hay “Cv,” của van được sử dụng để tính toán lưu lượng chảy qua van. Van cổng có điện trở dòng chảy cực kỳ nhỏ khi ở vị trí mở, do đó Cv sẽ khác biệt đáng kể giữa van cổng và van cầu có cùng kích thước.

Đĩa hoặc nút van, đóng vai trò là cơ cấu đóng van cầu, có thể được chế tạo với nhiều hình dạng khác nhau. Lưu lượng dòng chảy qua van có thể thay đổi đáng kể dựa trên số vòng quay của trục van khi van mở bằng cách thay đổi hình dạng của đĩa. Thiết kế đĩa cong phổ biến hơn hoặc "truyền thống" được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng vì nó phù hợp hơn các thiết kế khác với một chuyển động (quay) cụ thể của trục van. Đĩa hình chữ V phù hợp với tất cả các kích cỡ van cầu và được thiết kế để điều chỉnh lưu lượng dòng chảy một cách chính xác trên các tỷ lệ mở khác nhau. Điều chỉnh lưu lượng tuyệt đối là mục tiêu của các loại van kim, tuy nhiên chúng thường chỉ có đường kính nhỏ hơn. Một miếng đệm mềm, đàn hồi có thể được lắp vào đĩa hoặc đế van khi cần đóng hoàn toàn van.

Van cầu điều chỉnh

Trong van cầu, sự đóng kín thực sự giữa các bộ phận được đảm bảo bởi trục van. Van cầu bao gồm đế van, đĩa van, trục van, vòng đệm và đôi khi cả các chi tiết kim loại nối trục van với đĩa. Hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của bất kỳ van nào đều phụ thuộc vào thiết kế và vật liệu cấu thành van, nhưng van cầu dễ bị hư hỏng hơn do ma sát chất lỏng cao và đường dẫn dòng chảy phức tạp. Vận tốc và độ nhiễu loạn tăng lên khi đế van và đĩa van tiến lại gần nhau. Do tính chất ăn mòn của chất lỏng và vận tốc tăng lên, có thể làm hỏng các bộ phận cấu thành van, dẫn đến tăng đáng kể lượng rò rỉ khi van đóng. Hiện tượng "tạo sợi" (stringing) là thuật ngữ chỉ lỗi thỉnh thoảng xuất hiện dưới dạng các mảnh nhỏ trên đế van hoặc đĩa van. Một đường rò rỉ nhỏ ban đầu có thể phát triển và trở thành một vết rò rỉ đáng kể nếu không được khắc phục kịp thời.

Nút van trên các van cầu bằng đồng nhỏ thường được làm bằng cùng vật liệu với thân van, hoặc đôi khi là hợp kim đồng cứng hơn. Vật liệu trục van phổ biến nhất cho van cầu gang là đồng. IBBM, hay “Thân sắt, lắp bằng đồng”, là tên gọi của bộ phận bằng sắt này. Có nhiều vật liệu bộ phận khác nhau dành cho van thép, nhưng thường thì một hoặc nhiều bộ phận được làm bằng thép không gỉ mactenxit серии 400. Ngoài ra, các vật liệu cứng như stellite, thép không gỉ серии 300 và hợp kim đồng-niken như Monel cũng được sử dụng.

Van cầu có ba kiểu hoạt động cơ bản. Kiểu hình chữ “T”, với trục van vuông góc với dòng chảy trong ống, là kiểu phổ biến nhất.
​
Tương tự như van chữ T, van góc xoay dòng chảy bên trong van 90 độ, hoạt động như cả thiết bị điều khiển lưu lượng và khuỷu ống 90 độ. Trên các giàn khoan dầu khí ("cây thông Noel"), van cầu góc là loại van điều chỉnh đầu ra cuối cùng vẫn thường được sử dụng trên đỉnh nồi hơi.
​
Thiết kế hình chữ “Y”, là thiết kế thứ ba, nhằm mục đích siết chặt thiết kế cho các ứng dụng đóng/mở đồng thời giảm thiểu dòng chảy rối xảy ra trong thân van cầu. Nắp, trục và đĩa của loại van cầu này được đặt nghiêng một góc 30-45 độ để làm cho đường dẫn dòng chảy thẳng hơn và giảm ma sát chất lỏng. Do ma sát giảm, van ít bị hư hại do ăn mòn và đặc tính dòng chảy tổng thể của hệ thống đường ống được cải thiện.