Hiện tượng búa nước | Nguyên lý và cách khắc phục

Hiện tượng búa nước là hiện tượng thường gặp nhất trong các hệ thống đường ống hiện nay, ống nước càng lớn và dòng chảy càng mạnh thì búa nước sảy ra càng dữ dội. Nguyên lý làm việc của hiện tượng này ra sao ? Khắc phục như thế nào thì hãy cùng Vật Tư AZ chúng tôi tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

1. Búa nước là gì – Hiện tượng búa nước

Hiện tượng búa nước hay còn có tên gọi tiếng anh là water hammer là hiện tượng mà áp lực của nước bị tăng hoặc giảm một cách đột ngột. Hiện tượng này được tạo ra khi một dòng chất lưu dẫn đang chuyển động thì bị chặn lại đột ngột. Tại điểm mà nước bị chặn sẽ tạo ra một áp lực rất lớn có thể gây ra nổ. 

Nguyên lý búa nước xảy ra là do dòng nước đang di chuyển nhanh và mạnh thì bị chặn lại đột ngột. Dòng nước di chuyển nhanh cùng động năng lớn, với vận tốc càng lớn thì động năng càng có giá trị cao. Khi nước bị chặn đột ngột thì động năng của nước chuyển dịch trực tiếp vào cánh van cũng như vào thành ống và lực từ nước khu vực bị chặn sẽ quay trở lại dữ dội, động năng do lực trong lòng ống tạo ra khiến ống bị rung lắc mạnh có thể dẫn tới nguy cơ làm hỏng và vỡ đường ống nếu như không có hệ thống chặn búa nước bảo vệ.

2. Nguyên nhân gây ra hiện tượng búa nước

Búa nước là gì? Nguyên nhân gây ra hiện tượng búa nước?

Nguyên nhân do đường ống bị chặn đột ngột lại cửa ra (hạ lưu). Khối nước phía trước cửa ra đã bị đóng vẫn còn đang di chuyển, do áp suất bị tích tụ lên cao và tạo ra sóng xung kích. Điều này sẽ tạo ra một tiếng nổ lớn, giống như một tiếng ồn to do búa đập. Búa nước có thể gây ra vỡ đường ống nếu đủ áp suất đủ lớn. Các bẫy không khí hoặc các ống đứng (hở ở bên trên) đôi khi được lắp đặt vào hệ thống đường ống vì chúng có tác dụng như là các bộ giảm chấn, hấp thụ các lực phá hoại tiềm năng do chuyển động của nước.

Hiện tượng này thường xảy ra với các hệ thống phân phối hơi nước. Để tạo ra những luồng hơi khô nóng dùng để sấy các sản phẩm. Bộ phận lò đun nước sẽ nấu hơi nước đi qua đường ống. Khi di chuyển nước sẽ đọng nằm ngang thành ống. Khi những hơi nước mới được đun nóng đi vào sẽ khiến dòng nước đọng chuyển động. Chúng va vào thành ống như tiếng búa đập và kéo căng đường ống. Kết quả là đường ống sẽ bị vỡ nếu kéo căng một thời gian dài.

3. Các giai đoạn hình thành búa nước là gì?

Búa nước được hình thành qua 3 giai đoạn:

•  Giai đoạn 1 : Máy bơm đang hoạt động bình thường thì dừng đột ngột và máy bơm vẫn quay theo quán tính. Tốc độ vòng quay của cánh máy bơm sẽ giảm dần xuống là cho lưu lượng và cột giảm áp cũng giảm theo.
• Giai đoạn 2 : Do mất điện đột ngột áp suất trong đường ống giảm. Cột áp nước trong đường ống hồi ngược. Lúc này Cánh bơm vẫn tiếp tục quay. Và áp lực hồi ngược sẽ gây áp lực đẩy lên của máy bơm. Chuỗi các áp lực không ổn định này gây lên sự ma sát xung đột làm nhiễu dòng lưu lượng. Khi đó áp lực nước tăng lên nhanh chóng và cột áp nước hồi ngược lại .

• Giai đoạn 3 : Vòng quay của cánh bơm tiếp tục giảm, các cánh bơm dừng quay. Áp lực hồi ngược của cột áp nước sẽ tác dụng cánh bơm và gây nên hiện tượng cánh bơm quay theo chiều ngược lại và nó gây hỏng máy bơm. Hiện tượng hỏng bơm thường xảy ra khi có hiện tượng búa nước nếu không lắp đặt một van một chiều trước máy bơm để ngăn nước ngược trở lại.

4. Hậu quả của búa nước là gì?

Hiện tượng búa nước tạo ra một áp lực lớn gây nên những hậu quả nghiêm trong. Cùng Vattuaz.vn điểm một vài hậu quả của nó nhé.

Hiện tượng búa nước xảy ra trong đường ống thì van là bộ phận bị ảnh hưởng đầu tiên. Áp lực nước là tăng đột ngột thì sẽ tác động đến đĩa van làm đĩa van ép chặt hơn, nặng hơn gây biến dạng đĩa hoặc nặng hơn là rạn nứt đĩa van, van.

Bộ phận chịu ảnh hưởng thứ 2 là đường ống. Việc áp suất tăng cao đột ngột sẽ tạo ra các vết nứt vỡ hoặc nặng nề hơn là bục nổ đường ống.

Sóng áp lực tăng lên do việc tụt áp suất. Khiến áp lực dòng chảy phản hồi có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho hệ thống. Lúc áp lực chân không được hình thành khiến hệ thống rơi vào trạng thái áp suất âm. Dẫn đến hiện tượng hệ thống bị móp méo. Bên cạnh đó áp lực phản hồi không chỉ tác động lên các van mà cả hệ thống lặp đi lặp lại sẽ gây ra thiệt hại vô cùng nặng nề.

4. Cách khắc phục hiện tượng búa nước

Búa nước là gì và cách khắc phục hiện tượng búa nước?

Búa nước có thể gây tai nạn hoặc thậm chí là tử vong đối với các đường ống lớn lưu lượng chất lỏng chảy qua nhiều. Còn với các đường ống có kích thước nhỏ thì thiệt hại chỉ hạn chế ở mức hỏng hóc hệ thống. Bởi vậy mà chúng ta phải chú ý một số điểm sau để tránh những rủi ro lớn nhất có thể xảy ra.

• Lắp đặt bảng điều khiển trung tâm cho các tòa nhà giúp việc điều chỉnh áp lực nước dễ dàng hơn.
• Nên đóng van từ từ. Van cấp nước nhà vệ sinh các tòa nhà thường dùng van tính nên việc đóng van từ từ sẽ giúp hạn chế việc búa nước xảy ra.
• Sử dụng những đường ống chất lượng, có khả năng chịu áp lực cao.
• Nên lắp đặt thêm bộ phận thủy khí tương tự với nguyên tắc của thiết bị giảm sốc. Bộ phận này nên được lắp ỏ giữa đường ống nước và máy móc. Chúng giúp hấp thụ sốc và giảm va đập.
• Giảm độ dài đường ống thẳng thay vào đó sử dụng các thêm các ống nối gấp khúc, chữ U hay uốn cong. Búa nước có liên quan đến tốc độ của chất lưu dẫn bên trong đường ống. Việc gấp khúc đường ống sẽ giúp dòng chảy chậm lại hơn hạn chế búa nước xảy ra.
• Bố trí các đường ống lớn hơn cho các mạch chính, nhỏ dần về các mạch nhánh.