Hiện tượng búa nước là gì?
Hiện tượng búa nước xảy ra khi có sự cố mất điện đột ngột hoặc khi van đóng quá nhanh, do quán tính của dòng nước áp lực, một sóng xung kích của dòng nước được tạo ra, giống như một chiếc búa đập vào thành van, vì vậy nó được gọi là búa nước. Lực tạo ra bởi các sóng xung kích qua lại của dòng nước, đôi khi rất lớn, có thể làm hỏng van và máy bơm.
Khi một van đang mở đột ngột đóng lại, nước sẽ chảy ngược chiều kim đồng hồ, tác động lên van và thành ống, tạo ra áp suất. Do thành ống trơn nhẵn, dòng chảy của nước sau đó nhanh chóng đạt đến giá trị cực đại dưới tác động của quán tính và gây ra hư hỏng. Đây chính là "hiệu ứng búa nước" trong cơ học chất lỏng, tức là búa nước dương. Yếu tố này cần được xem xét trong quá trình xây dựng đường ống cấp nước.
Ngược lại, sau khi van đóng được mở đột ngột, nó cũng sẽ tạo ra hiện tượng búa nước, được gọi là búa nước âm. Hiện tượng này cũng có sức phá hoại nhất định, nhưng không lớn bằng hiện tượng trước. Khi tổ máy bơm nước điện đột ngột mất điện hoặc khởi động, nó cũng sẽ gây ra hiện tượng sốc áp suất và hiệu ứng búa nước. Sóng xung kích của áp suất này lan truyền dọc theo đường ống, dễ dẫn đến quá áp cục bộ trong đường ống, gây vỡ đường ống và hư hỏng thiết bị. Do đó, bảo vệ chống hiệu ứng búa nước đã trở thành một trong những công nghệ then chốt trong kỹ thuật cấp nước.
Các điều kiện gây ra hiện tượng búa nước
1. Van đột ngột mở hoặc đóng;
2. Máy bơm nước đột ngột dừng hoặc khởi động;
3. Cung cấp nước bằng đường ống đơn đến những nơi cao (chênh lệch độ cao địa hình cấp nước vượt quá 20 mét);
4. Cột áp tổng (hay áp suất làm việc) của bơm lớn;
5. Tốc độ dòng chảy của nước trong đường ống quá lớn;
6. Đường ống dẫn nước quá dài và địa hình thay đổi rất nhiều.
Nguy hiểm của hiện tượng búa nước
Sự gia tăng áp suất do hiện tượng búa nước có thể đạt đến gấp nhiều lần, thậm chí hàng chục lần, áp suất làm việc bình thường của đường ống. Sự dao động áp suất lớn như vậy gây hại cho hệ thống đường ống chủ yếu theo các cách sau:
1. Gây rung lắc mạnh đường ống và làm đứt khớp nối đường ống;
2. Van bị hư hỏng, áp suất quá cao gây vỡ đường ống, làm giảm áp suất trong mạng lưới cấp nước;
3. Ngược lại, nếu áp suất quá thấp, đường ống sẽ bị xẹp, và van cùng các bộ phận cố định sẽ bị hư hỏng;
4. Gây ra hiện tượng bơm nước đảo chiều, làm hư hỏng thiết bị hoặc đường ống trong phòng bơm, gây ngập lụt nghiêm trọng phòng bơm, gây thương vong và các tai nạn nghiêm trọng khác, ảnh hưởng đến sản xuất và tính mạng.
Các biện pháp bảo vệ để loại bỏ hoặc giảm thiểu hiện tượng búa nước.
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 chỗ gồ ghề hoặc thay đổi độ dốc đột ngột. Độ lớn của búa nước khi dừng bơm chủ yếu liên quan đến cột áp hình học của phòng bơm. Cột áp hình học càng cao, búa nước khi dừng bơm càng lớn. Do đó, cần lựa chọn cột áp bơm hợp lý theo điều kiện thực tế tại địa phương. Sau khi dừng bơm trong trường hợp xảy ra 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 của bơm nước khi khởi động bơm, nếu không sẽ gây ra tác động nước lớn. Hầu hết các sự cố búa nước nghiêm trọng tại nhiều trạm bơm xảy ra trong những trường hợp như vậy.
2. Lắp đặt thiết bị loại bỏ búa nước.
(1) Sử dụng công nghệ điều khiển áp suất không đổi:
Do áp suất trong mạng lưới đường ống cấp nước thay đổi liên tục theo điều kiện làm việc, hiện tượng áp suất thấp hoặc cao thường xuyên xảy ra trong quá trình vận hành hệ thống, dễ dẫn đến hiện tượng búa nước, gây hư hại đường ống và thiết bị. Hệ thống điều khiển tự động được áp dụng để kiểm soát áp suất trong mạng lưới đường ống. Hệ thống này phát hiện và điều khiển phản hồi việc khởi động, dừng và điều chỉnh tốc độ của bơm nước, kiểm soát lưu lượng, và sau đó duy trì áp suất ở một mức nhất định. Áp suất cấp nước của bơm có thể được thiết lập bằng cách điều khiển bằng vi máy tính để duy trì áp suất cấp nước ổn định và tránh dao động áp suất quá mức. Từ đó giảm thiểu nguy cơ xảy ra hiện tượng búa nước.
(2) Lắp đặt bộ khử 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 ở áp suất thấp, nghĩa là khi áp suất trong đường ống thấp hơn giá trị bảo vệ đã cài đặt, van xả sẽ tự động mở và xả nước. Việc xả áp suất giúp cân bằng áp suất của các đường ống cục bộ và ngăn ngừa tác động của búa nước lên thiết bị và đường ống. Nói chung, thiết bị khử búa nước có thể được chia thành hai loại: cơ khí và thủy lực.
3) Lắp đặt van một chiều đóng chậm trên đường ống đầu ra của máy bơm nước cỡ lớn.
Van một chiều đóng chậm có thể loại bỏ hiệu quả hiện tượng búa nước khi máy bơm dừng hoạt động, nhưng do có một lượng nước chảy ngược nhất định khi van được kích hoạt, giếng hút 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 theo nhu cầu. Thông thường, 70% đến 80% van sẽ đóng trong vòng 3 đến 7 giây sau khi mất điện, và thời gian đóng của 20% đến 30% còn lại được điều chỉnh theo điều kiện của máy bơm nước và đường ống, thường trong khoảng 10 đến 30 giây. Điều đáng chú ý là van một chiều đóng chậm rất hiệu quả khi có chỗ gồ ghề trong đường ống để giảm hiện tượng búa nước.
(4) Lắp đặt tháp chống sét lan truyền 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 cung cấp nước vào đường ống để ngăn cột nước bị vỡ và tránh hiện tượng búa nước. Tuy nhiên, hiệu quả giảm áp đối với các hiện tượng búa nước khác ngoài búa nước do dừng bơm, ví dụ như búa nước do đóng van, là có giới 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 dẫn đến các sự cố nghiêm trọng.
(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 nước áp lực của bơm cao hơn áp suất nước ở phía hút. Khi mất điện đột ngột làm dừng bơm, áp suất tại cửa ra của trạm bơm giảm mạnh, trong khi áp suất ở phía hút tăng mạnh. Dưới sự chênh lệch áp suất này, nước áp suất cao tạm thời trong đường ống chính hút nước sẽ tạo ra nước áp suất thấp tạm thời đẩy van một chiều ra và chảy vào đường ống chính nước áp lực, làm tăng áp suất nước thấp ở đó; mặt khác, hiện tượng búa nước tăng áp ở phía hút của bơm nước cũng giảm đi. Bằng cách này, sự tăng giảm của búa nước ở cả hai phía của trạm bơm được kiểm soát, từ đó giảm thiểu và ngăn ngừa hiệu quả các nguy cơ búa nước.
(6) Đặt van kiểm tra nhiều tầng
Trong đường ống dẫn nước dài hơn, hãy lắp thêm một hoặc nhiều van một chiều, chia đường ống dẫn nước thành nhiều đoạn và đặt một van một chiều ở mỗi đoạn. Khi nước trong đường ống chảy ngược trong quá trình búa nước, các van một chiều sẽ đóng lần lượt để chia dòng chảy ngược thành nhiều đoạn. Vì cột áp thủy tĩnh trong mỗi đoạn của đường ống dẫn nước (hoặc đoạn dòng chảy ngược) khá nhỏ, nên lưu lượng nước được 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: công suất tiêu thụ của máy bơm nước tăng lên trong quá trình hoạt động bình thường, và chi phí cấp nước tăng lên.
(7) Các thiết bị xả và cung cấp khí tự động được lắp đặt ở điểm cao nhất của đường ống để giảm tác động của búa nước lên đường ống.
Thời gian đăng bài: 23/11/2022