1/Khái niệm

Búa nước còn được gọi là búa nước. Trong quá trình vận chuyển nước (hoặc các chất lỏng khác), do đóng mở đột ngộtVan bướm Api, van cửa, kiểm tra van vàvan bi. máy bơm nước dừng đột ngột, cánh dẫn hướng đóng mở đột ngột, v.v., lưu lượng thay đổi đột ngột và áp suất dao động đáng kể. Hiệu ứng búa nước là một thuật ngữ sống động. Nó đề cập đến búa nước nghiêm trọng do tác động của dòng nước lên đường ống khi máy bơm nước khởi động và dừng lại. Bởi vì bên trong đường ống nước, thành trong của đường ống trơn nhẵn và nước chảy tự do. Khi van mở đột ngột đóng hoặc máy bơm cấp nước dừng lại, dòng nước sẽ tạo ra áp lực lên van và thành ống, chủ yếu là van hoặc máy bơm. Bởi vì thành ống trơn nhẵn, dưới tác động của quán tính của dòng nước tiếp theo, lực thủy lực nhanh chóng đạt đến cực đại và tạo ra tác động phá hoại. Đây là "hiệu ứng búa nước" trong thủy lực, tức là búa nước dương. Ngược lại, khi van đóng đột ngột mở hoặc máy bơm nước khởi động, búa nước cũng sẽ xảy ra, được gọi là búa nước âm, nhưng nó không lớn bằng loại trước. Áp lực tác động sẽ khiến thành ống chịu ứng suất và tạo ra tiếng ồn, giống như búa đập vào ống, nên được gọi là hiệu ứng búa nước.

2/Nguy cơ

Áp suất tức thời do búa nước tạo ra có thể đạt tới hàng chục, thậm chí hàng trăm lần áp suất vận hành bình thường trong đường ống. Biến động áp suất lớn như vậy có thể gây ra rung động hoặc tiếng ồn mạnh trong hệ thống đường ống và có thể làm hỏng các khớp nối van. Điều này gây ra hậu quả rất nghiêm trọng cho hệ thống đường ống. Để ngăn ngừa búa nước, hệ thống đường ống cần được thiết kế chính xác để tránh lưu lượng quá cao. Lưu lượng thiết kế của đường ống thường nhỏ hơn 3m/s và tốc độ đóng mở van cần được kiểm soát.
Do bơm được khởi động, dừng lại và van được mở và đóng quá nhanh, tốc độ của nước thay đổi mạnh, đặc biệt là búa nước do bơm dừng đột ngột, có thể làm hỏng đường ống, bơm nước và van, đồng thời khiến bơm nước đảo ngược và làm giảm áp suất của mạng lưới đường ống. Hiệu ứng búa nước cực kỳ phá hoại: nếu áp suất quá cao, nó sẽ khiến đường ống bị vỡ. Ngược lại, nếu áp suất quá thấp, nó sẽ khiến đường ống bị sập và làm hỏng van và phụ kiện. Trong một thời gian rất ngắn, lưu lượng nước tăng từ 0 đến lưu lượng định mức. Vì chất lỏng có động năng và một mức độ nén nhất định, những thay đổi lớn về lưu lượng trong một khoảng thời gian rất ngắn sẽ gây ra tác động áp suất cao và thấp lên đường ống.

3/tạo ra

Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng búa nước. Các yếu tố phổ biến như sau:

1. Van đột nhiên mở hoặc đóng;

2. Máy bơm nước đột nhiên dừng hoặc khởi động;

3. Một đường ống duy nhất vận chuyển nước lên nơi cao (chênh lệch độ cao của địa hình cấp nước vượt quá 20 mét);

4. Tổng lực nâng (hoặc áp suất làm việc) của máy bơm nước lớn;

5. Tốc độ dòng nước trong đường ống dẫn nước quá lớn;

6. Đường ống dẫn nước quá dài và địa hình thay đổi rất nhiều.
7. Xây dựng không đúng quy trình là mối nguy hiểm tiềm ẩn trong các dự án đường ống cấp nước
(1) Ví dụ, việc sản xuất trụ chống xi măng cho chữ T, cút, khớp nối giảm và các mối nối khác không đáp ứng được yêu cầu.
Theo “Quy định kỹ thuật về kỹ thuật đường ống cấp nước bằng polyvinyl clorua cứng chôn ngầm”, trụ đẩy xi măng phải được lắp đặt tại các mối nối như tê, khuỷu, ống thu và các loại ống khác có đường kính ≥110mm để ngăn đường ống di chuyển. “Trụ đẩy bê tông” Không được thấp hơn mác C15 và phải được đúc tại chỗ trên nền đất ban đầu đã đào và mái dốc rãnh. Một số bên thi công không chú ý đầy đủ đến vai trò của trụ đẩy. Họ đóng cọc gỗ hoặc chêm một ngạnh sắt bên cạnh đường ống để làm trụ đẩy. Đôi khi thể tích của trụ xi măng quá nhỏ hoặc không được đổ lên đất ban đầu. Mặt khác, một số trụ đẩy không đủ chắc chắn. Kết quả là, trong quá trình vận hành đường ống, trụ đẩy không thể hoạt động và trở nên vô dụng, khiến các phụ kiện đường ống như tê, khuỷu bị lệch và hư hỏng.
(2) Van xả tự động không được lắp đặt hoặc vị trí lắp đặt không hợp lý.
Theo nguyên lý thủy lực, van xả tự động nên được thiết kế và lắp đặt tại các điểm cao của đường ống ở vùng núi hoặc đồi có độ nhấp nhô lớn. Ngay cả ở vùng đồng bằng có địa hình nhấp nhô nhỏ, đường ống khi đào rãnh phải được thiết kế nhân tạo. Có độ dốc lên xuống theo chu kỳ, độ dốc không nhỏ hơn 1/500, và thiết kế 1-2 van xả tại điểm cao nhất của mỗi km.
Bởi vì trong quá trình vận chuyển nước trong đường ống, khí trong đường ống sẽ thoát ra và tích tụ ở các phần nhô lên của đường ống, thậm chí tạo thành tắc nghẽn không khí. Khi lưu lượng nước trong đường ống dao động, các túi khí hình thành ở các phần nhô lên sẽ tiếp tục bị nén và giãn nở, và áp suất khí sinh ra sau khi nén sẽ lớn hơn hàng chục, thậm chí hàng trăm lần so với áp suất sinh ra sau khi nước bị nén (tài khoản công khai: Pump Butler). Lúc này, đoạn đường ống tiềm ẩn nguy hiểm này có thể dẫn đến các tình huống sau:
• Sau khi nước chảy ngược dòng qua ống, nước nhỏ giọt sẽ biến mất ở hạ lưu. Điều này là do túi khí trong ống chặn dòng nước, gây ra hiện tượng tách cột nước.
• Khí nén trong đường ống bị nén đến giới hạn tối đa và giãn nở nhanh chóng, khiến đường ống bị vỡ.
• Khi nước từ nguồn nước cao được vận chuyển về hạ lưu với một tốc độ nhất định theo dòng chảy trọng lực, sau khi van thượng lưu đóng lại nhanh chóng, do quán tính của chênh lệch độ cao và lưu lượng, cột nước trong ống thượng lưu không dừng lại ngay lập tức mà vẫn di chuyển với một tốc độ nhất định. Tốc độ dòng chảy hạ lưu tăng lên. Lúc này, do không khí không được bổ sung kịp thời, tạo ra chân không trong đường ống, khiến đường ống bị xẹp do áp suất âm và hư hỏng.
(3) Đất đào rãnh và đất đắp không đạt quy định.
Các rãnh không đạt tiêu chuẩn thường xuất hiện ở vùng núi, chủ yếu là do có nhiều đá ở một số khu vực. Các rãnh được đào thủ công hoặc dùng thuốc nổ. Đáy rãnh rất gồ ghề và có đá sắc nhọn nhô ra. Khi gặp phải trường hợp này, theo quy định hiện hành, cần phải loại bỏ đá ở đáy rãnh và trải lớp cát dày hơn 15 cm trước khi đặt đường ống. Tuy nhiên, công nhân thi công đã thiếu trách nhiệm hoặc cắt xén, trực tiếp trải cát mà không trải cát hoặc trải cát tượng trưng. Đường ống được đặt trên đá. Khi hoàn thành việc lấp đất và đưa nước vào vận hành, do trọng lượng của chính đường ống, áp lực đất thẳng đứng, tải trọng xe cộ trên đường ống và sự chồng chất của trọng lực, đường ống được đỡ bởi một hoặc nhiều đá sắc nhọn nhô lên ở đáy đường ống. Khi ứng suất tập trung quá mức, đường ống rất có thể bị hư hỏng tại điểm này và nứt theo đường thẳng tại điểm này. Đây là điều mà mọi người thường gọi là "hiệu ứng ghi điểm".

4/ Biện pháp

Có nhiều biện pháp bảo vệ chống búa nước, nhưng cần áp dụng các biện pháp khác nhau tùy theo nguyên nhân có thể gây ra búa nước.
1. Việc giảm lưu lượng đường ống dẫn nước có thể làm giảm áp lực búa nước ở một mức độ nhất định, nhưng sẽ làm tăng đường kính đường ống và tăng chi phí đầu tư dự án. Khi bố trí đường ống dẫn nước, cần cân nhắc tránh các gờ nổi hoặc thay đổi độ dốc đột ngột để giảm chiều dài đường ống. Đường ống càng dài, giá trị búa nước khi dừng bơm càng lớn. Từ một trạm bơm đến hai trạm bơm, cần sử dụng một giếng hút nước để kết nối hai trạm bơm.
Búa nước khi dừng bơm

Hiện tượng búa nước dừng bơm là hiện tượng va đập thủy lực xảy ra do sự thay đổi đột ngột về lưu lượng dòng chảy trong bơm nước và đường ống áp lực khi van mở và dừng do mất điện đột ngột hoặc các lý do khác. Ví dụ, sự cố hệ thống điện hoặc thiết bị điện, sự cố bất thường của cụm bơm nước, v.v. có thể khiến bơm ly tâm mở van và dừng lại, dẫn đến hiện tượng búa nước khi bơm dừng. Kích thước của búa nước khi bơm dừng chủ yếu liên quan đến áp suất hình học của buồng bơm. Áp suất hình học càng cao, giá trị búa nước khi bơm dừng càng lớn. Do đó, cần lựa chọn áp suất bơm hợp lý dựa trên điều kiện thực tế tại địa phương.

Áp suất tối đa của búa nước khi máy bơm dừng hoạt động có thể đạt tới 200% áp suất làm việc bình thường, thậm chí cao hơn, có thể phá hủy đường ống và thiết bị. Các tai nạn thông thường gây ra hiện tượng "rò rỉ nước" và mất nước; các tai nạn nghiêm trọng có thể gây ngập phòng bơm, hư hỏng thiết bị và hư hỏng cơ sở vật chất, gây thiệt hại hoặc thậm chí gây thương tích hoặc tử vong.

Sau khi dừng bơm do tai nạn, hãy đợi cho đến khi đường ống phía sau van một chiều được đổ đầy nước trước khi khởi động bơm. Không mở hoàn toàn van xả của bơm nước khi khởi động bơm, nếu không sẽ xảy ra va đập nước lớn. Các vụ tai nạn búa nước nghiêm trọng ở nhiều trạm bơm thường xảy ra trong những trường hợp như vậy.

2. Lắp đặt thiết bị loại bỏ búa nước
(1) Sử dụng công nghệ điều khiển điện áp không đổi
Hệ thống điều khiển tự động PLC được sử dụng để điều khiển máy bơm với tốc độ tần số thay đổi và tự động điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống phòng bơm cấp nước. Do áp suất của mạng lưới đường ống cấp nước liên tục thay đổi theo những thay đổi trong điều kiện làm việc, nên áp suất thấp hoặc áp suất cao thường xảy ra trong quá trình vận hành hệ thống, điều này dễ gây ra hiện tượng búa nước, dẫn đến hư hỏng đường ống và thiết bị. Hệ thống điều khiển tự động PLC được sử dụng để điều khiển mạng lưới đường ống. Phát hiện áp suất, điều khiển phản hồi việc khởi động và dừng máy bơm nước và điều chỉnh tốc độ, điều khiển lưu lượng, do đó duy trì áp suất ở một mức nhất định. Áp suất cấp nước của máy bơm có thể được thiết lập bằng cách điều khiển máy vi tính để duy trì nguồn cung cấp nước áp suất không đổi và tránh biến động áp suất quá mức. Khả năng xảy ra hiện tượng búa nước được giảm thiểu.
(2) Lắp đặt bộ loại bỏ búa nước
Thiết bị này chủ yếu ngăn ngừa hiện tượng búa nước khi bơm dừng. Nó thường được lắp đặt gần ống thoát nước của bơm. Nó sử dụng áp suất của chính đường ống làm năng lượng để thực hiện hành động tự động áp suất thấp. Nghĩa là, khi áp suất trong đường ống thấp hơn giá trị bảo vệ đã cài đặt, cổng xả sẽ tự động mở để xả nước. Giảm áp được sử dụng để cân bằng áp suất của đường ống cục bộ và ngăn ngừa tác động của búa nước lên thiết bị và đường ống. Bộ loại bỏ thường có thể được chia thành hai loại: cơ khí và thủy lực. Bộ loại bỏ cơ khí được khôi phục thủ công sau khi hoạt động, trong khi bộ loại bỏ thủy lực có thể được tự động thiết lập lại.
(3) Lắp van kiểm tra đóng chậm trên đường ống ra của máy bơm nước đường kính lớn

Nó có thể loại bỏ hiệu quả hiện tượng búa nước khi máy bơm dừng lại, nhưng vì một lượng nước nhất định sẽ chảy ngược trở lại khiAPI 609Khi van được kích hoạt, giếng hút nước phải có ống tràn. Có hai loại van một chiều đóng chậm: loại búa và loại tích trữ năng lượng. Loại van này có thể điều chỉnh thời gian đóng van trong một phạm vi nhất định khi cần thiết (vui lòng tham khảo: Pump Butler). Thông thường, van sẽ đóng 70% đến 80% trong vòng 3 đến 7 giây sau khi mất điện. Thời gian đóng còn lại 20% đến 30% được điều chỉnh tùy theo tình trạng của bơm nước và đường ống, thường trong khoảng từ 10 đến 30 giây. Cần lưu ý rằng khi đường ống có gờ và xảy ra hiện tượng búa nước, vai trò của van một chiều đóng chậm rất hạn chế.
(4) Lắp đặt tháp điều chỉnh áp suất một chiều
Tháp điều áp được lắp đặt gần trạm bơm hoặc tại vị trí thích hợp trên đường ống, và chiều cao của tháp điều áp một chiều thấp hơn áp suất đường ống tại đó. Khi áp suất trong đường ống thấp hơn mực nước trong tháp, tháp điều áp sẽ bổ sung nước vào đường ống để ngăn chặn hiện tượng vỡ cột nước và làm cầu nối với búa nước. Tuy nhiên, tác dụng giảm áp của tháp điều áp đối với búa nước, ngoài búa nước chặn bơm, chẳng hạn như búa nước đóng van, còn hạn chế. Ngoài ra, hiệu suất của van một chiều được sử dụng trong tháp điều áp một chiều phải tuyệt đối đáng tin cậy. Một khi van bị hỏng, nó có thể gây ra hiện tượng búa nước lớn.
(5) Lắp đặt đường ống bypass (van) tại trạm bơm
Khi hệ thống bơm hoạt động bình thường, van một chiều đóng lại vì áp suất nước ở phía áp suất của bơm cao hơn áp suất nước ở phía hút. Khi mất điện đột ngột làm bơm dừng lại, áp suất ở đầu ra của trạm bơm nước giảm mạnh, trong khi áp suất ở phía hút tăng mạnh. Dưới chênh lệch áp suất này, nước áp suất cao tức thời trong đường ống chính hút nước đẩy mở tấm van van một chiều và chảy vào nước áp suất thấp tức thời trong đường ống chính nước áp suất, khiến áp suất nước thấp ở đó tăng lên; mặt khác, áp suất búa nước của bơm nước tăng ở phía hút cũng giảm. Bằng cách này, áp suất búa nước tăng và giảm áp suất ở cả hai phía của trạm bơm nước được kiểm soát, do đó giảm thiểu và ngăn ngừa hiệu quả các nguy cơ búa nước.
(6) Lắp đặt van kiểm tra nhiều cấp
Trong một đường ống nước dài, thêm một hoặc nhiềuvan kiểm tra, chia đường ống nước thành nhiều đoạn và lắp đặt van một chiều trên mỗi đoạn. Khi nước trong đường ống chảy ngược do hiện tượng búa nước, từng van một chiều sẽ lần lượt đóng lại để chia dòng chảy ngược thành nhiều đoạn. Do áp suất thủy tĩnh tại mỗi đoạn của đường ống nước (hay đoạn dòng chảy ngược) khá nhỏ nên lưu lượng nước bị giảm. Tăng áp búa. Biện pháp bảo vệ này có thể được sử dụng hiệu quả trong trường hợp chênh lệch độ cao hình học của nguồn cấp nước lớn; nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn khả năng tách cột nước. Nhược điểm lớn nhất của nó là: tăng mức tiêu thụ điện năng của máy bơm nước trong quá trình vận hành bình thường và tăng chi phí cấp nước.