VAN TIẾT LƯU : PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO

Chúng ta đã tìm hiểu khá nhiều về van thủy lực. Bài hôm nay mình sẽ trình bày tiếp một loại van thủy lực, đó là van tiết lưu. Van tiết lưu có công dụng điều chỉnh lưu lượng chất lỏng trong hệ thủy lực hoặc một bộ phận hệ thủy lực, qua đó điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp hành: động cơ thủy lực.

Để điều chỉnh lưu lượng, từ công thức Q=V.S dẫn tới có thể điều chỉnh vận tốc hoặc tiết diện dòng chảy. Với chất lỏng thực sự thay đổi vận tốc liên quan trực tiếp tới sự hao phí áp suất – hay chính là độ tụt áp suất qua van (cái này thì đo khá dễ đó là lắp 2 cái đồng hồ đo áp suất trước vào sau van ). Do đó ta vấn đề điều chỉnh lưu lượng có thể thu được từ điều chỉnh độ tụt áp suất  Δp. Hao phí áp suất qua van có thể là hao phí do ma sát theo độ dài hoặc hao phí do trở lực cục bộ.

Phân loại van tiết lưu:

-      Phân loại theo chế độ chảy: van tiết lưu chảy tầng, van tiết lưu chảy rối

-    Phân loại theo khả năng điều chỉnh: van tiết lưu điều chỉnh được và van tiết lưu không điều chỉnh được.

-  Phân loại theo quan hệ giữa độ tụt áp suất và lưu lượng qua van: van tiết lưu tuyến tính Δp=f(Q) và van tiệt lưu phi tuyến ( chính xác là tỷ lệ bình phương) Δp=f(Q²).

Vấn đề chế độ chảy và van tiết lưu:

Chế độ chảy tầng:
Ta biết rằng đối với chất lỏng thực khi chảy qua một ống dẫn có kích thước l/d>10 thì chế độ chảy của chất lỏng đó trong ống được coi là chảy tầng. Như hình dưới là ví dụ van tiết lưu chảy tầng đơn giản. 

l₀ – chiều dài đoạn quá độ, l₁ – chiều dài đoạn thiết lập chế độ chảy tầng vớiRe<2300.

Δp=p₁ - p₂.

l₀=0,03×Re×d.
Ở chế độ chảy tầng hao phí áp suất chủ yếu là do hao phí ma sát theo độ dài rãnh:

Trong biểu thức của Δp khi chiều dài đoạn thiết lập lớn khi đó Δp₁ >> Δp₀  và Δp≈ Δp₁.

Khi đó ta quan hệ giữa độ tụt áp suất và lưu lượng có dạng  Δp=f(Q). Đó chính là một van tiết lưu tuyến tính. Đặc tính tuyến tính chỉnh là ưu điểm của van tiết lưu chảy tầng. Các bạn sẽ thấy điều đó khi đi sâu vào nghiên cứu điều khiển hệ thống. Từ công thức trên ta còn thấy Δp ngoài phụ thuộc vào lưu lượng, tiết diện van còn phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng. Điều đó có nghĩa là Δp phụ thuộc vào nhiệt độ chất lỏng. Đó chỉnh là nhược điểm van tiết lưu chảy tầng.

Phương pháp tăng chiều dài thiết lập cho van tiết lưu chảy tầng thể hiện ở hình dưới. 

1-vỏ van, 2-Vít vặn

Trong van kiểu này chất lỏng đi theo rãnh xoắn. Có thể thay đổi chiều dài bằng cách tăng giảm số vòng xoắn nhờ một vít vặn. Số vòng xoắn và tiết diện rãnh liên quan trực tiếp tới giá trị tụt áp suất Δp theo yêu cầu.

Chế độ chảy rối:

Chế độ của chất lỏng qua van tiết lưu với chảy rối đặc trưng cho dạng van tiết lưu phi tuyến. Ở dạng van này độ tụt áp suất tỷ lệ với bình phương lưu lượng chảy qua vanΔp=f(Q²). Hao phí áp suất trong trường hợp này chủ yếu là do biến dạng dòng chất lỏng và tạo xoáy – đó chính là dạng hao phí do trở lực cục bộ. Điều chỉnh Δp bằng cách điều chinh tiết diện van hoặc hệ số trở lực cục bộ. Tiết diện van lớn nhất ứng với van mở hoàn toàn. Tiết diện van nhỏ nhất ứng với điều kiện ngăn ngừa hiện tượng tạo lớp phân tử phân cực. 

(Hiện tượng tạo lớp phân tử phân cực –  là một quá trình hóa học phức tạp tạo các phân tử phân cực bám vào thành ống dẫn. Khi thiết kế mạch thủy lực và các thiết bị thủy lực cần tính tới ngăn ngừa hiện tượng này. Có thể hiện tượng tạo lớp phân tử phân cực không gây ảnh hưởng khi tiết diện ống dẫn lớn. Nhưng đôi với van tiết lưu, tiết diện thường nhỏ, các lớp phân tử phân cực được tạo thành không những làm giảm tiết diện van mà còn tạo điều kiện cho các cặn kim loại có trong dầu bám vào. Trường hợp tệ nhất có thể xảy ra là lớp phần tử phân cực kết hợp với lắng cặn lâu ngày sẽ bit kín van. Dẫn tới gây tắc nghẽn mạch.)

Ở hình dưới ( a, b , c , e) là van phi tuyến điều chỉnh được.

Và hình ( d, f ) là van phi tuyến không điều chỉnh được.

Ở đó hình a - van tiết lưu dạng kim chặn, b - van tiết lưu dạng liên bợp, c - van tiết lưu dạng khoang rỗng xoay, d - van tiết lưu dạng vách ngăn tổ hợp, e - van tiết lưu dạng nút xoay lệch tâm,  f - van tiết lưu dạng vách ngăn đơn.
1- vỏ van, 2 - kim van, 3,5- vách van, 4 - nút xoay, 6 - ống lót.

Đặc điểm các van tiết lưu phi tuyến là rút ngắn chiều dài van, chính nhờ đó mà sự tụt áp và lưu lượng không phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng, cũng chính là không phụ thuộc vào nhiệt độ chất lỏng. Đặc điểm này làm cho van phi tuyến làm việc ổn định hơn và là ưu điểm chính của van phi tuyến. Nhưng quan hệ tỷ lệ bình phương lại chính là nhược điểm cho vấn đề điều khiển.

Hình f )  là một van tiết lưu dạng vách ngăn, trở lực phụ thuộc vào đường kính lỗ (d_min ≥0,5 mm ). 

Quan hệ lưu lượng và độ sụt áp thể hiện bằng biểu thức:

Ở đó µ - hệ số lưu lượng, S – tiết diện van, ρ – khối lượng riêng của chất lỏng. C – trở lực thủy lực. Hệ số  µ  phụ thuộc vào cấu trúc của van, chuẩn số Reynolds, dạng và kích thước lỗ vách.

Vấn đề kích thước lỗ vách càng nhỏ càng dễ xảy ra hiện tượng tạo lớp phân tử phân cực. Mà để tạo ra một sự sụt áp lớn thì cần phải giảm tiết diện van. Khác phục nhược điểm này bằng cách sử dụng tổ hợp nhiều vách chắn đặt liên tiếp như hình d . Ở van tiết lưu dạng này yêu cầu mặt cấu trúc : khoảng cách giữa các vách l ≥ (3…5)d  và bề dày vách s≤ (0,4…0,5) d. Ở đây có một câu hỏi cho các bạn: Đó là tại sao các lỗ lại phải thiết kế lệch nhau?

Lúc này độ sụt áp của van là tổng độ sụt áp qua từng vách.

Nguồn :  http://blogthuyluc.blogspot.com/2012/06/van-tiet-luu-phan-1-phan-loai-va-cau.html#.Vq99cbKLTIV

Rất cảm ơn anh Nguyễn Trung Dũng - Admin Blog Thủy Lực vì bài viết hữu ích này !