Hiệu ứng búa nước là gì? Giải mã những hậu quả khôn lường của nó

Búa nước ( tên tiếng anh gọi là Water Hammer ) là mối đe dọa nghiêm trọng đối với độ bền tổng thể và chức năng của hệ thống đường ống. Những âm thanh va chạm, va đập mạnh của hiệu ứng búa nước trong hệ thống đường ống không chỉ gây khó chịu mà thường có thể là âm thanh báo hiệu việc bạn phải sửa chữa lại hệ thống gây tốn kém trong tương lai gần.

Khi dòng chảy của chất lỏng bị dừng đột ngột, một sóng áp suất được tạo ra truyền qua các hệ thống đường ống. Khi một chất lỏng chảy theo một hướng nhất định, nó có động lượng. Khi động lượng đó đột ngột bị cản trở, chất lỏng sẽ nhanh chóng cố gắng trở lại trạng thái bình thường, khiến chất lỏng di chuyển ngược qua đường ống và tạo ra sóng xung kích. Những đợt tăng áp suất này, được gọi là hiệu ứng búa nước hoặc chấn động thủy lực, phổ biến trong hệ thống ống nước gia đình và các nhà máy xử lý công nghiệp lớn và có thể gây ra thiệt hại to lớn trong thời gian rất ngắn.

Hiệu ứng búa nước

Búa nước xảy ra khi nào?

quy mô hộ gia đình, hành động này có thể được tạo ra khi cho nước chảy vào vòi hoa sen, bồn rửa, nước rửa bát đĩa hoặc bất cứ thứ gì làm cho nước di chuyển ổn định qua đường ống dẫn nước. Khi nước bị tắt đột ngột, sóng áp suất được tạo ra. Đơn giản chỉ cần đóng các van từ từ có thể loại bỏ sóng xung kích này trong các tình huống này.

quy mô lớn hơn như nhà máy xử lý công nghiệp hoặc hệ thống nước đô thị, có một số thứ khác có thể góp phần tạo ra búa nước. Trong các hệ thống này, có nhiều yếu tố hơn có thể làm giảm lưu lượng nước đủ để tạo ra sóng áp lực. Nó có thể là kết quả của kiểu hoặc vị trí van không chính xác, hoặc do bơm chất lỏng tắt quá nhanh hoặc bất ngờ.

Tác dụng của hiệu ứng búa nước

Mặc dù  kết quả của búa nước trong đường ống có thể khác nhau, nhưng không có kết quả nào tốt cho hệ thống. Âm thanh đập lớn liên quan đến sự cố này là âm thanh của nước có áp suất đập vào van đóng, khớp nối ống nước hoặc tắc nghẽn khác, chẳng hạn như máy bơm chất lỏng. Đôi khi các lực này có thể tạo ra các xung áp suất vượt quá 5 đến 10 lần áp suất làm việc của hệ thống.

Lạm dụng nhiều lần áp suất cao lên các van và khớp nối có thể làm hỏng chúng nghiêm trọng, gây rò rỉ ở các miếng đệm khớp nối, đồng hồ đo áp suất, lưu lượng kế và tất cả các bộ phận khác liên quan đến hệ thống đường ống. Nó thậm chí còn được biết là có thể làm nứt thành ống và làm cong các giá đỡ đường ống. Những hư hỏng như thế này đối với bất kỳ phần nào của hệ thống đường ống có thể tốn kém để sửa chữa và tạo ra thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến ​​khi hệ thống không thực hiện đúng mục đích của nó.

Trong nhiều trường hợp, hiệu ứng búa nước là một vấn đề không an toàn. Áp suất cực lớn có thể làm nổ gioăng và nổ ống ngay lập tức gây nguy hiểm tức thì cho bất kỳ người nào ở gần nơi nổ.

Loại bỏ hoặc giảm búa nước bắt đầu bằng việc đào tạo thích hợp. Đảm bảo rằng người vận hành biết tầm quan trọng của việc mở và đóng van ngắt từ từ. Ngoài ra, đảm bảo rằng các van thích hợp nằm ở đúng vị trí trong toàn bộ hệ thống đường ống là cách tốt nhất để giảm khả năng xảy ra lỗi của người vận hành.

Búa nước có thể được tính toán?

Phần lớn, hiệu búa nước có thể được tính toán. Tuy nhiên, có nhiều yếu tố đóng vai trò quyết định mức độ nghiêm trọng của nước dâng trong đường ống. Cần cân nhắc đặc biệt đối với các ứng dụng hệ thống van có hệ thống bơm tăng áp, nhà máy nước có một số máy bơm đa tạp, đường dây tải điện dài, ứng dụng giếng nước hoặc hệ thống khép kín nước nóng.

Để xác định giá trị gần đúng một cách nhanh chóng và dễ dàng, bạn có thể sử dụng quy tắc ngón tay cái đơn giản là cứ mỗi 1 foot/giây thay đổi tốc độ dòng chảy, bạn sẽ tạo ra 54 psi mức tăng áp suất cao hơn áp suất hệ thống bình thường trong đường ống.

Ví dụ: nếu bạn có tốc độ dòng chảy là 10 feet/giây và đột nhiên máy bơm nước bị mất điện, bạn sẽ tạo ra áp suất tăng vọt 540 psi so với áp suất hệ thống bình thường. Nếu áp suất vận hành bình thường là 100 psi, thì áp suất tăng vọt sẽ vào khoảng 640 psi.

Trong các hệ thống có máy bơm lớn hơn, nên thực hiện phép tính chính xác hơn như trong ví dụ dưới đây. Các hình ảnh cho thấy sóng áp suất đột biến được tạo ra như thế nào dựa trên tốc độ đóng của van dựa trên một ví dụ sử dụng đường ống truyền dẫn dài 1.000 feet. Khi đóng van trong 1/2 giây sẽ tạo ra 1.450 psi so với khi đóng van trong 10 giây khi chỉ tạo ra xung điện 130 psi.

Bảng tính búa nước

Để giúp hiểu lượng thời gian nên sử dụng khi đóng van để tránh hư hỏng nghiêm trọng, hãy sử dụng phương trình sau được cung cấp bên dưới.

Thời gian đóng cổng

Đó là tất cả về các van

Một số kiểu van kiểm tra dễ gặp sự cố búa nước hơn ở vận tốc dòng chảy cao hơn, chẳng hạn như van kiểm tra xoay và van kiểm tra cửa kép đóng rất chậm mà không có chức năng đóng hỗ trợ để điều chỉnh thời gian đóng. Trong khi van kiểm tra kiểu wafer và van kiểm tra đĩa nghiêng có tốc độ đóng van được kiểm soát để có vận tốc và áp suất dòng chảy cao hơn. Bất kỳ van một chiều nào dựa vào dòng chảy ngược để đóng hoàn toàn đều có nguy cơ tạo ra cú sốc thủy lực cao hơn và khi các đĩa được đẩy trở lại đế với lực quá mạnh, nó có thể làm hỏng vòng đệm hoặc thay đổi hướng thẳng hàng của đĩa trong đế gây rò rỉ và thất bại. Nên cân nhắc sử dụng van một chiều dạng xoay có tựa đàn hồi với khả năng đóng có hỗ trợ lò xo có thể điều chỉnh tại hiện trường, như Model 745ASC của Flomatic, nên được xem xét khi có nguy cơ búa nước cao.

Van một chiều im lặng kiểu quả địa cầu từ Flomatic Series 402BTR là một lựa chọn tuyệt vời so với hầu hết các loại van kiểu xoay trong các hệ thống có thể xảy ra búa nước, vì nó được thiết kế đặc biệt để giảm búa nước đồng thời ngăn dòng chảy ngược. Các van một chiều im lặng được tải bằng lò xo bên trong được thiết kế để đóng trước khi dòng chảy ngược khi áp suất chênh lệch giảm thay vì đóng từ dòng chảy ngược. Bằng cách đóng cửa do giảm áp suất, rất khó có khả năng nó sẽ đóng sập búa nước kích động. Do đó có tên là van kiểm tra “im lặng”.

Van một chiều im lặng kiểu quả cầu lấy tên từ hình dạng thân van hình cầu của chúng. Dạng củ được thiết kế để cho phép dòng chảy ít hạn chế hơn khi chất lỏng đi quanh các bộ phận bên trong của van. Các van kiểm tra im lặng này bao gồm hai nửa được ngăn cách bởi vách ngăn bên trong. Trong van một chiều im lặng tự động, khi chất lỏng chảy qua, áp suất từ ​​dòng chảy sẽ đẩy vách ngăn ra khỏi chỗ ngồi của nó, cho phép nó đi qua van. Vách ngăn sẽ trượt dọc theo một thân nhẵn được nạp bằng lò xo để nó có thể đặt trở lại yên xe khi áp suất giảm và trước khi chất lỏng ngừng chảy. Với một van được thiết kế phù hợp với độ căng lò xo chính xác tại chỗ, quá trình đóng van bắt đầu ngay khi vận tốc dòng chảy giảm xuống, giúp giảm đáng kể khả năng xảy ra hiện tượng búa nước

Khi bơm chất lỏng vào bể qua một khoảng cách ngắn, các van kiểm tra cần phải đóng rất nhanh. Trong những tình huống này, hãy sử dụng phương trình được cung cấp trong ví dụ bên dưới để xác định áp suất tăng đột biến tối đa sẽ được tạo ra và sử dụng phương trình đó để chọn đúng kiểu van một chiều.

Áp suất tăng tối đa

Với ví dụ đã cho, tốt nhất nên sử dụng van một chiều kiểu wafer Flomatic Series 888 với áp suất nứt (áp suất mở) khoảng 2 psi sẽ giúp van đóng nhanh hơn. Van kiểm tra im lặng kiểu wafer hoạt động rất giống với van kiểm tra kiểu cầu nhưng nhỏ hơn về kích thước tổng thể. Chúng không có hình dạng củ (ngoại trừ Model 888VFD mới được cấp bằng sáng chế của Flomatic), vì vậy chúng sẽ cản trở dòng chảy nhiều hơn một chút so với kiểu hình cầu và có mức giảm áp suất cao hơn một chút. Chúng rất thuận lợi để lắp vào các vị trí chặt chẽ hơn giữa hai mặt bích đồng hành nơi van cầu có mặt bích sẽ không vừa. Loại van đóng nhanh này được khuyên dùng cho hệ thống tăng áp trong các tòa nhà cao tầng, v.v.

Flomatic cũng chế tạo van một chiều thủy lực tự động để kiểm soát tối ưu tốc độ đóng và mở nhằm giảm áp suất tăng vọt và đảm bảo vận hành trơn tru. Khi áp suất ngược dòng (đầu vào) lớn hơn áp suất hạ lưu (đầu ra), van sẽ di chuyển đến vị trí mở với tốc độ được kiểm soát bằng cách xả nước điều khiển từ khu vực màng trên của van sang phía hạ lưu thông qua một van kim có thể điều chỉnh. Khi áp suất thượng nguồn trở nên nhỏ hơn áp suất hạ lưu, van sẽ đóng lại để ngăn dòng chảy ngược ở tốc độ được kiểm soát bằng cách đưa nước điều khiển lên trên màng ngăn từ phía hạ lưu thông qua van kim điều chỉnh thứ hai. Loại van đóng chậm van này được khuyên dùng cho các đường truyền dẫn đường ống dài hơn.

Có sẵn các tùy chọn để giảm hoặc dừng búa nước trong hệ thống của bạn. Không bao giờ là quá sớm để nghĩ đến búa nước trong hệ thống đường ống, và cũng không bao giờ là quá muộn. Các hệ thống được thiết kế phù hợp nên tính đến vấn đề này trong giai đoạn thiết kế và triển khai các thành phần cũng như biện pháp thực hành trong suốt quá trình xây dựng và vận hành để giảm búa nước càng nhiều càng tốt. Tham khảo ý kiến ​​của các chuyên gia như Flomatic, những người có kinh nghiệm trong việc lựa chọn van phù hợp và vị trí đặt chúng trong suốt quá trình thiết kế và trong quá trình cải tạo. Việc thay van đơn giản có thể là tất cả những gì cần thiết để loại bỏ âm thanh khó chịu và các mối nguy hiểm về an toàn của búa nước.

Nguyên nhân gây ra hiện tượng búa nước

Hiện tượng búa nước cũng thường xuyên xảy ra với các hệ thống phân phối hơi nước. Để tạo ra những luồng hơi nóng khô dùng để xấy các sản phẩm. Một lò đun nước sẽ nấu nước để hơi nước đi qua các đường ống. Trong khi di chuyển nước sẽ đọng nằm ngang ở thành ống. Hơi nước sẽ khiến cho những dòng nước này di chuyển với tốc độ như một viên đạn va đập vào các khớp nối. Từ đó tạo ra những tiếng động lớn như búa đập và kéo căng đường ống. Kết quả gây ra vỡ đường ống nếu đường ống này bị kéo căng một thời gian dài.

Những nguyên nhân chính gây nên hiện tượng này là do bẫy hơi không tách nước.

  • Bẫy hơi hư hỏng lâu ngày không được sửa chữa. Công nhân trong nhà máy xử dụng van xả phụ để xả nước bằng tay. Chu kỳ xả nước phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm của con người. Chính điều này dẫn đến 2 hệ lụy là gây thất thoát hơi nóng nếu xả sớm và gây thủy kích (búa nước nguy hiểm) nếu xả muộn hoặc quên xả.
  • Gắn bẫy hơi ngược: đây là một thực tế đội ngũ INO đã gặp tại nhà máy. Lắp bẫy hơi như vậy sẽ khiến nước và hơi cũng không thể lưu thông. Kết quả dù nước ngập bẫy hơi nhưng van không xả vì lắp ngược. Hậu quả của việc ngập nước có nguy cơ vỡ đường ống vì búa nước.
  • Quên xả van khiến bẫy hơi không hoạt động: trong khi làm việc với hệ thống hơi, đôi khi công nhân sẽ khóa van lại để sửa chửa. Nhưng vì một lý do gì đó họ lại quên mở van xả nước khiến bẫy hơi có cũng như không. Kết quả nước thì ngập mà bẫy hơi luôn trong tình trạng mát lạnh.

Cách khắc phục tình trạng búa nước

Trước khi xây dựng một hệ thống hơi nước các nhà thầu xây dựng đã tính toán rất kỹ tất cả những rủi ro có thể ảnh hưởng đến đường ống. Vì vậy bài viết này chúng tôi sẽ không đưa ra các phương án hạn chế rủi ro trong khi xây dựng. Điều các kỹ sư quan tâm là làm thế nào để kiểm tra chính xác những hư hỏng trong hệ thống đểư đưa ra phương án sửa chữa trước khi hệ thống ngừng hoạt động.

Có thể nói rằng hầu hết hiện tượng búa nước xảy ra trong đường ống hơi nguyên nhân chính là do bẫy hơi không hoạt động đúng chức năng của nó. Vậy trong tình trạng nhà máy đang hoạt động bình thường làm thế nào để kiểm tra bẫy hơi có thể xem bài viết chi tiết bên dưới.

CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT GP
Địa chỉ:
274/75 Nguyễn Văn Lượng, P.17, Gò Vấp
Liên hệ:
0906.7373.15 (Zalo)
Email:
 info@gptech.vn
FanPage: Bơm màng khí nén GPTECH

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

error: Nội dung được bảo vệ bởi GPTech!