Solenoid là gì | Định nghĩa và phân loại solenoid valve

Solenoid là gì là câu hỏi được quan tâm rất nhiều, solenoid tên gọi khác của van điện từ, van hoạt động theo cơ chế của điện trường và từ trường. Van có giá thành rẻ và xuất hiện tại nhiều hệ thống ống dẫn lớn nhỏ tại công nghiệp hiện nay

1. Solenoid – Solenoid Valve là gì

Solenoid hay Solenoid valve là sản phẩm hoạt động dựa trên cơ chế điện từ trường. Vốn xung quanh điện luôn có từ trường và xung quanh từ trường thì xuất hiện dòng điện. Dựa theo lý thuyết này các nhà sản xuất đã sử dụng cuộn coil biến từ trường thành lực nhấc hoặc đóng chốt van điện từ.

Solenoid hoạt động theo cơ chế điện từ trường nên khả năng đóng mở cực nhanh chỉ từ 0.5 tới 1s. Không như các dòng van khác Solenoid chỉ cho khả năng đóng mở mà không hỗ trợ khả năng điều tiết lưu dẫn.

Solenoid được chia theo 2 dạng cơ bản là van điện từ thường đóng và van điện từ thường mở. Như tên gọi của mình van điện từ thường đóng chỉ mở khi có dòng điện chạy qua và đóng lại khi dòng điện ngắt. Các sản phẩm Solenoid cho khả năng đóng mở nhanh, độ bền cao, hoạt động ổn định và ít tốn năng lượng, van có kích thước nhỏ gọn và cấu tạo đơn giản.

Solenoid thường được dùng với mục đích đóng mở, phân chia, hỗ trợ trộn dầu thủy lực từ bơm thủy lực hoặc khí nén của máy nén khí. Trên là những lý do khiến Solenoid xuất hiện rất nhiều trong hệ thống khí nén, hệ rhống nước, hệ thống điều hòa

2. Hình dáng và màu sắc của Solenoid – Solenoid valve 

Solenoid có nhiều màu sắc, mẫu mã và hình thức cấu tạo khác nhau, màu sắc và hình dáng của Solenoid phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vật liệu, kiểu kết nối, dòng lưu chất.

2.1 Hình dáng của Solenoid

Hình dáng của Solenoid được quyết định bởi 3 yếu tố:

Kiểu kết nối của Solenoid

Kiểu kết nối của Solenoid gồm 2 dạng là kiểu nối ren và kiểu nối bích, đối với kiểu nối ren thì đầu nối là kiểu ren, dạng kết nối này thường được kết hợp với vật liệu đồng, nhựa và inox.

Kiểu nối bich xuất hiện với những dòng Solenoid lớn hơn, van nối bích được thiết kế theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau từ tiêu chuẩn của Đức, Anh, Mỹ tới tiêu chuẩn của Nhật. Với mỗi tiêu chuẩn mặt bích sẽ có thiết kế khác nhau.

Vật liệu chế tạo van: nhựa – gang – đồng – inox

Coil và hộp đựng coil Solenoid

Coil và hộp đựng coil Solenoid được thiết kế theo 2 hình phổ biến nhất là dạng trụ tròn và dạng vuông.

2.2 Màu sắc của Solenoid

Màu sắc của Solenoid phụ thuộc phần lớn vào vật liệu chế tạo hay lớp sơn bên ngoài của van. Bạn có thể xem hình dưới đây để biết thêm về màu sắc và hình dạng của Solenoid

3. Cấu tạo của Solenoid 

Với hầu hết Solenoid đang sử dụng tại Việt Nam, cũng như trên thế giới, van thường được chia làm 2 phần cơ bản là thân van và phần điện từ (còn được gọi là cuộn coil – hay cuộn hút). Riêng phần thân van sẽ có loại 2 cửa và loại 3 cửa. Tùy theo nhà sản xuất mà van có thể có thêm các bộ phận khác, tuy nhiên chúng ta cần tìm hiểu về các bộ phận cơ bản cấu thành nên Solenoid là gì

Thân van

Như đã giới thiệu ở phần trên, thân van thường được làm bằng đồng, inox, hoặc nhựa. Vật liệu thân van được lựa chọn phụ thuộc vào môi trường làm việc, hoặc lưu chất chảy qua van.

Thân Solenoid được trong hình minh họa ( loại phổ biến ) là thân van có 2 cửa và kết nối kiểu ren. Thực tế thân van kiểu tác động gián tiếp thường có hình dáng béo ở giữa, khác so với thân Solenoid kiểu tác đông trực tiếp.

Kiểu kết nối của Solenoid là gì/ Van cũng được kết nối phổ biến theo kiểu kết nối ren với những van kích thước nhỏ ( thường đến DN50 ), hoặc kết nối mặt bích với những van kích thước lớn ( thường từ DN65 trở lên ) sử dụng chủ yếu với van thân gang hoặc inox

Cửa vào 

Gần như 100%, cửa vào và cửa ra của van được đồng bộ chung 1 kiểu kết nối ( hoặc là ren, hoặc là kết nối mặt bích ). Kiểu kết nối, được lựa chọn phụ thuộc vào áp suất và loại môi chất.

Cửa ra

Lưu chất ( nước, dầu, khí gas hoặc hơi nóng ), sau khi đi vào van bẳng cửa số ① sẽ được chốt van ⑦ mở ra, để chảy qua khe hở ⑨, từ đó chảy vào cửa ra để đi ra ngoài van, vào hệ thống ống.

Vỏ ngoài 

Thường là vỏ nhựa cao cấp, có tính năng chống thấm và cách nhiệt, tùy vào từng hãng sản xuất mà vỏ có thể làm bằng các loại nhựa khác nhau.

Trên phần vỏ Solenoid valve, thường có gắn dây kết nối với nguồn điện ( một số hãng sản xuất gắn chân rắc cắm nguồn ), với loại van gắn dây nguồn thì có nắp bảo vệ ngăn không cho nước hoặc bụi bẩn chui vào van,

Cuộn dây điện từ – Cuộn coil

Cuộn coil thường có 2 loại cơ bản: Loại quấn bằng nhiều vòng dây và loại được đúc theo hình dạng có sẵn với lỗ rỗng bên trong. Cuộn coil thường được sơn phủ bằng lớp sơn epoxy để cách nhiệt và cách ẩm. Và được kết nối với nguồn điện thông qua dây nguồn

Trục van – Đĩa van

Đĩa van thường có dạng trục tròn, với từng kích thước và chủng loại khác nhau mà đường kính trục sẽ khác nhau. Trục van có tác dung đóng kín hoặc mở khe dẫn, cho phép lưu chất chảy qua van

Lò xo đẩy trục van luôn ở trạng thái đóng hoặc mở

Lò xo có tác dung đẩy trục van luôn ở trạng thái đóng (trường hợp ảnh minh họa), hoặc giữ van ở trạng thái mở với trường hợp lò xo nằm ở phía ngược lại

Khe hở dẫn lưu chất qua van

Khác với các loại van khác, như van cầu, van bướm hoặc van bi. Solenoid Valve cho lưu chất đi qua bằng khe hở dẫn lưu chất có kích thước lỗ nhỏ.

Xem dòng van điện từ hoạt động trong môi trường nước và môi trường khí nén: Van điện từ nước và Van điện từ khí nén

4. Nguyên lý hoạt động Solenoid

Nguyên lý hoạt động của Solenoid  thường đóng

Trạng thái thường đóng của Solenoid valve là gì? Đó là khi ở trạng thái bình thường không có nguồn điện cấp vào, van ở trạng thái đóng, do trục van được đóng kín với ghế van, bởi lực tác dụng của lò xo, đẩy piston ( trục van). Khi được cấp nguồn điện thì nguồn điện chạy qua cuộn dây điện từ, sinh ra từ trường, tạo thành lực hút trục piston, kéo trục lên và khe hở van được mở ra.

Nguyên lý hoạt đông của Solenoid thường mở

Ngược lại với van thường đóng, khi Solenoid NO ở trạng thái bình thường không cấp nguồn điện vào, van ở trạng thái mở, do trục van được đẩy ra tách khỏi ghế van, bởi lực tác dụng của lò xo. Khi được cấp nguồn điện thì nguồn điện chạy qua cuộn dây điện từ, sinh ra từ trường, tạo thành lục tác dụng lên trục piston, đẩy trục xuống ghế van làm van đóng lại.

Van điện từ tác động gián tiếp

Tác động gián tiếp của van điện từ là gì? Bài viết đã trình bày 2 nguyên lý hoạt động ở trên của van điện từ tác động trực tiếp. Đối với van tác động gián tiếp, van có màng ngăn cao su, được dùng để ngăn cách đầu ra và đầu vào, trên màng ngăng có lỗ nhỏ để môi chất có thể chảy vào khoang trên. Áp lực của lò xo tạo ra đủ lớn để đảm bảo van luôn ở trạng thái đóng. Buồng trên màng được nối với nhau bằng một kênh nhỏ đến cổng áp suất thấp.

Solenoid hoạt động gián tiếp (còn được gọi là vận hành servo) sử dụng áp lực chênh lệch của môi trường trên các cổng van để mở và đóng. Thông thường các van này cần chênh lệch áp suất tối thiểu khoảng 0,5 bar.

Do sự chênh lệch áp suất trên cả hai mặt của màng, màng sẽ được dỡ bỏ và môi chất có thể chảy từ cổng vào đến cổng ra. Buồng áp lực phụ ở trên màng hoạt động như một bộ  khuếch đại, vì vậy với một cuộn dây nhỏ vẫn có thể điều khiển tốc độ dòng chảy lớn. Solenoid gián tiếp chỉ có thể được sử dụng cho một hướng dòng chảy.

Solenoid hoạt động gián tiếp được sử dụng trong các ứng dụng có chênh lệch áp suất đủ và tốc độ dòng chảy mong muốn cao, chẳng hạn như hệ thống tưới tiêu, vòi sen hoặc hệ thống rửa xe. Van gián tiếp còn được gọi là van điều khiển servo.

Van điện từ từ tác động bán trực tiếp

Tác động bán trực tiếp của Solenoid valve là gì? Van bán trực tiếp trông giống như các van gián tiếp và cũng có một màng di chuyển với một lỗ nhỏ và áp lực phòng trên cả hai mặt. Sự khác biệt là piston và cuộn dây được kết nối trực tiếp với màng.

Solenoid valve bán trực tiếp là sự kết hợp các tính chất của van trực tiếp và gián tiếp. Điều này cho phép van làm việc mà không cần có sự chênh áp, nhưng vẫn có thể đáp ứng được tốc độ dòng chảy cao.

Khi piston được nâng lên, nó trực tiếp nâng màng lên để mở van. Đồng thời, một lỗ thứ hai được mở bởi pit tông có đường kính hơi lớn hơn lỗ đầu tiên trong màng. Điều này làm cho áp suất trong buồng phía trên màng giảm xuống.

Kết quả là, màng được nâng lên không chỉ bởi piston, mà còn bởi sự chênh lệch áp suất. Sự kết hợp này dẫn đến một van hoạt động từ thanh không, và có thể kiểm soát tốc độ dòng chảy tương đối lớn. Thông thường, van hoạt động bán trực tiếp có cuộn dây mạnh hơn van hoạt động gián tiếp.

Van hoạt động bán trực tiếp đôi khi được gọi là được hỗ trợ nâng.

5. Phân loại Solenoid theo chất liệu

Solenoid nhựa – van điện từ nhựa

Solenoid valve nhựa là sản phẩm có giá thành tốt nhất. Van được làm từ nhựa PVC và UPVC cho khả năng chịu nhiệt trong thời gian dài và khả năng làm việc trong môi trường hóa chất rất tốt.

Nhựa PVC và UPVC nhìn chung cho khả năng chịu nhiệt tốt hơn so với các dòng điện thông thường xong vẫn bị giới hạn trên nền nhiệt của vật liệu nhựa. Solenoid valve nhựa hoạt động tốt dưới nền nhiệt từ 0-80 độ C ở nhiệt độ cao hơn van dễ bị biến dạng và gây rò gỉ khu vực kết nối.

Với chất liệu nhựa van có giá thành rẻ hơn các vật liệu khác. Van phù hợp sử dụng trong môi trường nước sạch và đường ống nhỏ và vừa < DN50.

Solenoid đồng – van điện từ đồng

Đồng là vật liệu được sử dụng rất phổ biến trong các dòng van có kích cỡ nhỏ, Solenoid đồng cho khả năng kháng khuẩn cao, chịu nhiệt và áp suất vừa phải. Van được dùng rất nhiều trong môi trường hơi, môi trường nước cũng như môi trường khí nén.

Solenoid đồng có kích thước phổ biến từ DN8-DN65 xong các dòng từ DN50 – DN65 rất ít được sử dụng vì ở kích thước lớn hơn DN50 các sản phẩm Solenoid gang có giá thành rẻ hơn mà lại có nhiều ưu điểm phù hợp hơn với đường ống lớn.

Solenoid gang – van điện từ gang

Solenoid gang chỉ có kích thước từ DN50 trở lên do giới hạn của vật liệu. Solenoid gang được chế tác chủ yếu từ gang cầu, gang cầu cho độ chắc chắn và độ bền vượt trội.

Solenoid gang cho khả năng chịu áp lực từ 10bar – 16bar, khả năng chịu nhiệt tốt khoảng 450 độ C và đặc biệt van có khả năng giảm tiếng ồn và hấp thụ tiếng ồn hệ thống ống dẫn mà những dòng van chất liệu khác không có.

Solenoid gang phù hợp với môi trường khí hoặc nước không có quá nhiều hóa chất. Van hạn chế dùng trong môi trường ẩm nóng để giảm thiểu tình trạng bị oxy hóa trên bề mặt. Để khắc phục 1 phần tính bị oxy hóa thì các sản phẩm van điện từ gang được sơn 1 lớp epoxy ở bên ngoài

Solenoid inox – van điện từ inox 

Tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng, môi trường sử dụng mà có thể chúng ta sử dụng vật liệu inox khác nhau để chế tạo. Cụ thể người ta dùng 2 loại inox chế tạo đó là inox 304 ( phổ biến hơn) và inox 316.

Solenoid inox 304

Van điện từ inox 304 được sử dụng phổ biến nhất và cũng là dòng van được bán chạy nhất bởi Vimi. Các dòng van điện từ thường đóng hay thường mở đều dùng chủ yếu vật liệu là inox 304. Inox 304 cho nhiều ưu điểm như:

• Độ cứng cao và không bị oxy hóa: Các dòng van từ đồng và inox 201 vẫn còn khả năng bị oxy hóa nếu dùng trong môi trường ẩm nóng. Đến dòng inox 300 thì tình trạng này đã được khắc phục
• Khả năng chịu nhiệt tốt và chịu áp lực tốt: Các dòng van inox có nhiều ưu điểm nhưng đặc biệt tốt là tính chịu nhiệt và chịu áp lực cao. Dòng inox 304 cho khả năng chịu nhiệt trung bình là 650 độ C.
• Khả năng chịu áp lực của inox 304 cao hơn nhiều so với gang và đồng, với một số sản phẩm chất lượng cao thì van được trang bị khả năng chịu áp suất cao lên tới 40bar.
• Giá thành rẻ hơn dòng Solenoid 316 đáng kể
• Tuổi thọ cao và thích hợp lắp đặt cho nhiều hệ thống ống dẫn
• Hoạt động tốt trong môi trường có acid và bazơ cao

Van điện từ inox 316

Solenoid inox 316 là dòng van cao cấp nhất và cũng là dòng van có giá thành cao nhất. Giá thành cao nên chất lượng của van cũng rất tổt, các ưu điểm của dòng inox 300 đến từ inox 304 nay được van điện từ inox 316 kế thừa và tăng hiệu quả cao hơn, Dưới đây là những cải tiến đáng kể về van điện từ inox 316 so với van điện từ inox 304:

• Khả năng chịu nhiệt tốt hơn lên tới trên 700 độ C
• Khả năng hoạt động trong hóa chất khắc nhiệt tốt hơn
• Tuổi thọ cao
• Khả năng chịu áp lực tốt hơn inox 316
• Nói chung Solenoid inox 316 là một bản cải tiến so với van điện từ inox 304, các tính năng và khả năng làm việc được tăng lên đáng kể xong vẫn giữ được độ bền và tuổi thọ cao.
• Đi cùng chất lượng, các sản phẩm Solenoid inox 316 đắt hơn đáng kể so với van điện từ inox 304. Tuy chất lượng cao xong dòng van điện từ sử dụng chất liệu inox 316 không được ưa chuộng và chỉ chiếm 20% tổng van điện từ inox được sử dụng hiện nay.
• Các dòng van inox 304 được mua và sử dụng nhiều hơn do giá thảnh ổn hơn và vẫn giữ được chất lượng rất tốt.

6. Solenoid dùng điện áp 24V – 110V và 220V

Trên thị trường hiện nay có 3 loại Solenoid sử dụng các điện áp khác nhau, cụ thể ở Việt Nam chúng ta mức độ sử dụng van chia theo điện áp là 220V ➩ 24V ➩ 12V➩ 110V

♦ Solenoid 12V:  Đây là loại van điện từ sử dụng dòng điện 1 chiều có điện áp nhỏ nên tương đối an cho người vận hành, ngoài ra việc sử dụng điện áp này không cần phải sử dụng hệ thống dây dẫn nguồn như điện áp 220V

♦ Solenoid 220V: Là loại van tương đối phổ biến ở Việt Nam, do cùng với điện áp quốc gia, tiện lợi cho việc sử dụng điện lưới, từ đó áp dụng được ở tất cả các vị trí mà không cần phải có thiết bị đổi điện

♦ Solenoid điện 110V: Loại van này ít được sử dụng trên thị trường Việt Nam, do khác với nguồn điện 220V của chúng ta. Chúng được sản xuất để phục vụ các nước sử dụng nguồn điện 110V như Mỹ, Nhật, Đài Loan…Khi sử dụng loại van điện áp này chúng ta phải sử dụng thiết bị đổi điện từ 220V xuống 110V

7. Các kiểu kết nối của Solenoid

Van điện từ nối ren

Van điện từ nối ren dành cho những dòng van nhỏ hơn DN50, kiểu kết nối ren sẽ giúp van lắp đặt dễ dàng, dễ bảo trì và bảo dưỡng.

Với các hệ thống ống dẫn sử dụng van điện từ thường có áp suất nhỏ nên kiểu nối ren vừa đảm bảo an toàn lại tiết kiệm về chi phí. Hiện nay các sản phẩm trên thị trường chủ yếu dùng dạng nối ren, cũng có nhiều sản phẩm van điện từ nối mặt bích nhưng không được nhiều và đa dạng như kiểu kết nối này.

Van điện từ nối bích

Van điện từ mặt bích chính là thiết bị van điện từ dùng để lắp đặt trên các đường ống giúp quá trình đóng và mở một cách tự động hoàn toàn bởi dòng điện có điện áp 24V, 110V, 220V… Và đặc biệt là sản phẩm có kiểu kết nối với ống theo kiểu lắp mặt bích.

Van điện từ mặt bích được dùng cho những đường ống có kích thước lớn yêu cầu khả năng chịu áp suất và nhiệt độ cao. Với các dòng van điện từ bằng đồng hoặc inox hay nhựa dùng kiểu kết nối ren sẽ rất dễ gây rò gỉ sau một thời gian dài sử dụng, vậy kiểu kết nối mặt bích sinh ra sẽ khắc phục những điểm yếu này. Van sử dụng mặt bích vừa cho khả năng chịu áp cao vừa chống rò gỉ tốt, ngoài ra van điện từ mặt bích còn giúp người lắp đặt và vận hành dễ dàng bảo trì hoặc lắp đặt với các hệ thống ống lớn.

Mặc dù mặt bích có nhiều tiêu chuẩn lắp đặt khác nhau như: BS, DIN, JIS, ANSI… tuy nhiên sản phẩm van điện từ mặt bích lại sử dụng phần lớn tiêu chuẩn BS.

8. Ứng dụng của Solenoid

Ngày nay, công nghệ rất được ứng dụng rộng rãi cho rất nhiều lĩnh vực trong công nghiệp, cũng như trong dân dụng. Vì vậy Solenoid được sử dụng khá nhiều nơi, chúng ta có thể biết đến nó được sử dụng để tưới cây, tưới sân vườn. Đôi khi còn được lắp trong cả máy giặt quần áo, hay sử dụng bơm nước sinh hoạt, cấp thoát nước cho những nhà máy, v.v..

Trong công nghiệp chúng được sử dụng để đóng, mở, phân chia, trộn lẫn khí nén từ máy nén khí hoặc dầu thủy lực từ bơm thủy lực. Chúng thường dùng cho khí nóng và khí nén nên còn thường được gọi với tên khác là Solenoid khí nén.

Ứng dụng trong cơ khí ô tô của van điện từ là gì

♠ Sử dụng van trong hộp số tự động AT: Solenoid được dùng để điều khiển các dòng thuỷ lực tác động đến cơ cấu ly hợp hoặc điều khiển để tạo nên các tỷ số truyền mong muốn.

♠ Trong hệ thống kim phun nhiên liệu: Các ô tô hiện nay đều đều được sử dụng Solenoid để đóng/mở đầu kim phun nhiên liệu vào buồng đốt, giúp tăng độ chính xác lượng nhiên liệu được phun.

♠ Ứng dụng trong hệ thống treo khí nén: Sử dụng Solenoid có thể thay đổi áp suất khí nén trong các bóng khí để thay đổi độ cứng

♠ Ngoài ra Solenoid còn được sử dụng trong các hệ thống khác như hệ thống làm mát động cơ, hệ thống điều hòa, hệ thống bôi trơn

Ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp và chăm bón cây cảnh

♠ Ứng dụng trong hệ thống phun tưới tự động cho thửa rộng lớn: Người ta sử dụng Solenoid , vào hệ thống tưới nước hoặc chăm bón phân cho cây

♠ Trong các vườn cây có qui mô rộng, áp dụng tự động hóa trong việc phun tưới, các Solenoid thường dùng kết hợp với một số thiết bị khác để tạo nên hệ thống tưới nước tự động theo thời gian thiết lập ban đầu, phù hợp với từng loại cây riêng biệt

♠ Solenoid thường mở, dùng cho hệ thống có thời gian đóng ngắt dòng chảy ít và thời gian đóng mở tức thời