1/Khái niệm

Hiện tượng búa nước cũng được gọi là hiện tượng búa nước. Trong quá trình vận chuyển nước (hoặc các chất lỏng khác), do việc mở hoặc đóng đột ngột van, van hoặc máy móc, van hoặc máy móc khác.Van bướm API, van cổng, kiểm tra van vàvan biViệc dừng đột ngột máy bơm nước, đóng mở đột ngột các cánh dẫn hướng, v.v., làm thay đổi đột ngột lưu lượng và áp suất dao động mạnh. Hiện tượng búa nước là một thuật ngữ dễ hình dung. Nó đề cập đến hiện tượng búa nước nghiêm trọng do tác động của dòng nước lên đường ống khi máy bơm nước được khởi động và dừng lại. Bởi vì bên trong đường ống nước, thành trong của ống trơn nhẵn và nước chảy tự do. Khi một van đang mở được đóng đột ngột hoặc máy bơm cấp nước dừng lại, dòng nước sẽ tạo ra áp suất lên van và thành ống, chủ yếu là van hoặc máy bơm. Vì thành ống trơn nhẵn, dưới tác động của quán tính của dòng nước tiếp theo, lực thủy lực nhanh chóng đạt đến giá trị 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 một van đang đóng được mở đột ngột hoặc máy bơm nước được khởi động, búa nước cũng sẽ xảy ra, được gọi là búa nước âm, nhưng không lớn bằng trường hợp trước. Áp lực tác động sẽ gây ra ứng suất lên thành ống và tạo ra tiếng ồn, giống như búa đập vào ống, vì vậy nó được gọi là hiệu ứng búa nước.

2/Mối nguy hiểm

Áp suất tức thời do hiện tượng búa nước tạo ra có thể đạt đến hàng chục, thậm chí hàng trăm lần áp suất hoạt động bình thường trong đường ống. Sự dao 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 van. Điều này gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến hệ thống đường ống. Để ngăn ngừa hiện tượng búa nước, hệ thống đường ống cần được thiết kế đúng cách để tránh lưu lượng quá cao. Nói chung, lưu lượng thiết kế của đường ống nên nhỏ hơn 3m/s, và tốc độ đóng mở van cần được kiểm soát.
Do việc khởi động, dừng bơm và đóng mở van quá nhanh, tốc độ dòng nước thay đổi đột ngột, đặc biệt là hiện tượng búa nước do bơm dừng đột ngột, có thể làm hư hỏng đường ống, bơm nước và van, khiến bơm nước hoạt động ngược chiều và làm giảm áp suất trong mạng lưới đường ống. Hiệu ứng búa nước cực kỳ nguy hiểm: nếu áp suất quá cao, nó sẽ gây vỡ đường ống. Ngược lại, nếu áp suất quá thấp, nó sẽ làm đường ống bị xẹp và làm hư hỏng van và các phụ kiện. Trong một thời gian rất ngắn, lưu lượng nước tăng từ 0 lên lưu lượng định mức. Vì chất lỏng có động năng và độ nén nhất định, sự thay đổi lớn về lưu lượng trong một 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 bao gồm:

1. Van đột ngột mở hoặc đóng;

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

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

4. Tổng áp suất nâng (hay áp suất làm việc) của bơm nước rất lớn;

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

6. Đường ống dẫn nước quá dài và địa hình thay đổi rất nhiều.
7. Thi công không đúng quy cách là mối nguy hiểm tiềm ẩn trong các dự án đường ống cấp nước.
(1) Ví dụ, việc sản xuất các trụ đỡ bằng xi măng cho các khớp nối chữ T, khuỷu, bộ giảm và các khớp nối khác không đáp ứng các yêu cầu.
Theo “Quy định kỹ thuật về thi công đường ống cấp nước bằng nhựa polyvinyl clorua cứng chôn ngầm”, cần lắp đặt cọc chống bằng xi măng tại các mối nối như cút chữ T, cút khuỷu, ống giảm đường kính và các loại ống khác có đường kính ≥110mm để ngăn đường ống dịch chuyển. Cọc chống bằng bê tông phải có cấp độ không thấp hơn C15 và phải được đổ tại chỗ trên nền đất ban đầu đã đào và độ dốc rãnh. Một số đơn vị thi công không chú trọng đúng mức đến vai trò của cọc chống. Họ đóng cọc gỗ hoặc chèn thanh sắt cạnh đường ống để làm cọc chống. Đôi khi thể tích cọc xi măng quá nhỏ hoặc không được đổ trên nền đất ban đầu. Mặt khác, một số cọc chống không đủ chắc chắn. Kết quả là, trong quá trình vận hành đường ống, cọc chống không hoạt động được và trở nên vô dụng, gây ra hiện tượng lệch và hư hỏng các phụ kiện đường ống như cút chữ T và cút khuỷu.
(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 địa hình gồ ghề. Ngay cả ở vùng đồng bằng có địa hình ít gợn sóng, đường ống cũng phải được thiết kế nhân tạo khi đào rãnh. Có những đoạn lên xuống, dốc lên xuống theo chu kỳ, độ dốc không nhỏ hơn 1/500, và cần thiết kế 1-2 van xả tại điểm cao nhất của mỗi kilomet.
Vì trong quá trình vận chuyển nước trong đường ống, khí trong đường ống sẽ thoát ra và tích tụ ở các phần nhô cao của đường ống, thậm chí tạo thành tắc nghẽn khí. Khi lưu lượng nước trong đường ống dao động, các túi khí hình thành ở các phần nhô cao sẽ tiếp tục bị nén và giãn nở, và áp suất sinh ra sau khi nén khí sẽ lớn hơn hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm lần so với áp suất sinh ra sau khi nén nước (nguồn: 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 cản trở dòng chảy của 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, gây ra hiện tượng vỡ đường ống.
• Khi nước từ nguồn nước cao được vận chuyển xuống hạ lưu với tốc độ nhất định nhờ trọng lực, sau khi van thượng lưu đóng nhanh, do quán tính của chênh lệch độ cao và lưu lượng, cột nước trong đường ống thượng lưu không dừng lại ngay lập tức mà vẫn tiếp tục chuyển động với tốc độ nhất định xuống hạ lưu. Lúc này, một khoảng chân không được hình thành trong đường ống vì không khí không được bổ sung kịp thời, khiến đường ống bị xẹp xuống do áp suất âm và bị hư hỏng.
(3) Đất đào rãnh và đất lấp không đáp ứng các quy định.
Các rãnh không đạt tiêu chuẩn thường thấy 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 để phá. Đáy rãnh rất gồ ghề và có nhiều đá sắc nhọn nhô ra. Khi gặp phải trường hợp này, theo các quy định liên quan, đá ở đáy rãnh phải được loại bỏ và phải trải một lớp cát dày hơn 15 cm trước khi đặt đường ống. Tuy nhiên, các công nhân xây dựng thiếu trách nhiệm hoặc làm tắt, trực tiếp trải cát mà không trải cát hoặc chỉ trải một lớp cát tượng trưng. Đường ống được đặt trên đá. Khi việc lấp đất hoàn tất và đưa nước vào vận hành, do trọng lượng của chính đường ống, áp lực đất thẳng đứng, tải trọng xe trên đường ống và sự cộng hưởng của trọng lực, đường ống được đỡ bởi một hoặc nhiều viên đá sắc nhọn nhô lên ở đáy, dẫn đến sự tập trung ứng suất quá mức, đường ống rất dễ bị hư hỏng tại điểm này và nứt dọc theo một đường thẳng. Đây là điều mà người ta thường gọi là "hiệu ứng xước".

4/Các biện pháp

Có nhiều biện pháp bảo vệ chống lại hiện tượng búa nước, nhưng cần áp dụng các biện pháp khác nhau tùy thuộc vào nguyên nhân gây ra hiện tượng này.
1. Giảm lưu lượng nước trong đường ống có thể giảm áp suất búa nước đến một mức độ nhất định, nhưng điều này sẽ làm tăng đường kính đường ống và tăng chi phí đầu tư dự án. Khi bố trí đường ống nước, cần lưu ý tránh các đoạn dốc hoặc thay đổi độ dốc đột ngột để giảm chiều dài đường ống. Đường ống càng dài, giá trị búa nước càng lớn khi máy bơm ngừng hoạt động. Từ một trạm bơm đến hai trạm bơm, người ta sử dụng giếng hút nước để kết nối hai trạm bơm này.
Hiện tượng búa nước khi máy bơm dừng hoạt động

Hiện tượng búa nước khi dừng bơm (hay còn gọi là va đập thủy lực) đề cập đến hiện tượng sốc thủy lực gây ra bởi sự thay đổi đột ngột về vận tốc dòng chảy trong bơm nước và đường ống áp lực khi van được mở và đóng 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. Độ lớn của búa nước khi bơm dừng chủ yếu liên quan đến cột áp hình học của phòng bơm. Cột áp hình học càng cao, giá trị búa nước khi bơm dừng càng lớn. Do đó, cần lựa chọn cột áp bơm hợp lý dựa trên điều kiện thực tế tại địa phương.

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

Sau khi dừng bơm do sự cố, hãy đợi cho đến khi đường ống phía sau van một chiều đầy nước trước khi khởi động lại bơm. Không được mở hoàn toàn van xả nước của bơm khi khởi động bơm, nếu không sẽ xảy ra hiện tượng búa nước mạnh. Các sự cố 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 bơm có tốc độ biến 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 điều kiện làm việc, hiện tượng áp suất thấp hoặc cao thường xuyên xảy ra trong quá trình vận hành hệ thống, 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. Việc phát hiện áp suất, điều khiển phản hồi việc khởi động và dừng bơm nước và điều chỉnh tốc độ, điều khiển lưu lượng, từ đó duy trì áp suất ở mức nhất định. Áp suất cấp nước của bơm có thể được thiết lập bằng cách điều khiển vi máy tính để duy trì áp suất cấp nước ổn định và tránh dao động áp suất quá mức. Khả năng xảy ra hiện tượng búa nước được giảm thiểu.
(2) Lắp đặt thiết bị loại bỏ búa nước
Thiết bị này chủ yếu ngăn ngừa hiện tượng búa nước khi bơm dừng hoạt động. Nó thường được lắp đặt gần ống dẫn ra của bơm nước. Thiết bị sử dụng áp suất trong chính đường ống làm nguồn năng lượng để thực hiện hoạt động tự động khi áp suất thấp. Tức là, khi áp suất trong đường ống thấp hơn giá trị bảo vệ đã cài đặt, cửa xả sẽ tự động mở để xả nước. Van giảm áp được sử dụng để cân bằng áp suất của các đường ống cục bộ và ngăn ngừa tác động của hiện tượng búa nước lên thiết bị và đường ống. Các thiết bị khử búa nước thường được chia thành hai loại: cơ khí và thủy lực. Thiết bị khử búa nước cơ khí được phục hồi thủ công sau khi hoạt động, trong khi thiết bị khử búa nước thủy lực có thể được thiết lập lại tự động.
(3) Lắp van kiểm tra đóng chậm trên ống thoát nước đường kính lớn của bơm nước

Nó có thể loại bỏ hiệu quả hiện tượng búa nước khi máy bơm dừng hoạt động, nhưng vì một lượng nước nhất định sẽ chảy ngược trở lại khi máy bơm ngừng hoạt động, nên sẽ xảy ra hiện tượng này.API 609Khi van được kích hoạt, giếng hút nước phải có ống tràn. Có hai loại van kiểm tra 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 theo nhu cầu (mời bạn theo dõi: Pump Butler). Nói chung, van sẽ đóng từ 70% đến 80% trong vòng 3 đến 7 giây sau khi mất điện. Thời gian đóng còn lại từ 20% đến 30% được điều chỉnh theo điều kiện của bơm nước và đường ống, thường trong khoảng từ 10 đến 30 giây. Điều đáng lưu ý là khi có chỗ phình trong đường ống và xảy ra hiện tượng búa nước, vai trò của van kiểm tra đóng chậm rất hạn chế.
(4) Lắp đặt tháp điều áp một chiều
Tháp điều áp một chiều được xây dựng gần trạm bơm hoặc tại vị trí thích hợp trên đường ống, và chiều cao của tháp thấp hơn áp suất trong đường ống tại vị trí 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 cột nước bị vỡ và tạo cầu nối cho hiện tượng búa nước. Tuy nhiên, hiệu quả giảm áp của nó đối với các hiện tượng búa nước khác ngoài búa nước do dừng bơm, ví dụ như búa nước do đóng van, là có hạn. Ngoài ra, hiệu suất của van một chiều được sử dụng trong tháp điều áp một chiều phải hoàn toàn đáng tin cậy. Một khi van bị hỏng, nó có thể gây ra hiện tượng búa nước lớn.
(5) Lắp đặt đường ống (van) vòng tránh tại trạm bơm
Khi hệ thống bơm hoạt động bình thường, van một chiều đóng lại vì áp suất nước ở phía bơm cao hơn áp suất nước ở phía hút. Khi xảy ra sự cố mất điện đột ngột làm dừng bơm, áp suất tại cửa ra của trạm bơm nước giảm mạnh, trong khi áp suất ở phía hút tăng mạnh. Dưới sự chênh lệch áp suất này, nước có áp suất cao tạm thời trong đường ống chính hút nước đẩy mở van một chiều và chảy vào nước có áp suất thấp tạm thời trong đường ống chính bơm nước, làm tăng áp suất nước thấp ở đó; mặt khác, hiện tượng búa nước tăng áp suất ở phía hút của bơm nước cũng giảm đi. Bằng cách này, hiện tượng búa nước tăng và giảm áp suất ở cả hai phía của trạm bơm nước được kiểm soát, từ đó giảm thiểu và ngăn ngừa hiệu quả nguy cơ búa nước.
(6) Lắp đặt van kiểm tra nhiều tầng
Trong một đường ống dẫn nước dài, hãy thêm một hoặc nhiềuvan kiểm traChia đường ống dẫn nước thành nhiều đoạn và lắp đặt van một chiều ở mỗi đoạn. Khi nước trong đường ống chảy ngược trong hiện tượng búa nước, mỗi van một chiều sẽ được đóng lại lần lượt để chia dòng chảy ngược thành nhiều đoạn. Vì cột áp thủy tĩnh trong mỗi đoạn của đường ống (hoặc đoạn dòng chảy ngược) khá nhỏ, nên lưu lượng nước giảm xuống. Biện pháp bảo vệ này có thể được sử dụng hiệu quả trong các trường hợp chênh lệch độ cao cấp nước lớn; nhưng nó không thể loại bỏ khả năng tách cột nước. Nhược điểm lớn nhất của nó là: tăng công suất tiêu thụ của bơm nước trong quá trình hoạt động bình thường và tăng chi phí cấp nước.