Mỗi sự cố đều gây gián đoạn hoạt động bình thường của hệ thống và phát sinh chi phí liên quan đến việc mua các bộ phận cần thiết cũng như tiến hành sửa chữa. Tất nhiên, trong phần lớn trường hợp, sự cố là vấn đề ngẫu nhiên. Tuy nhiên, có nhiều nguy cơ có thể tránh được nhờ chăm sóc và lập kế hoạch phù hợp. Đối với các hệ thống cấp nước và mọi hệ thống nước, một trong những nguy cơ cơ bản là hiện tượng gọi là búa nước. Theo các nghiên cứu, hiện tượng này là nguyên nhân của gần 80% tổng số sự cố xảy ra trên các đường ống mạng lưới cấp nước không được trang bị thiết bị bảo vệ. Vậy búa nước là gì? Nguyên nhân gây ra hiện tượng này là gì? Và cần làm gì để phòng ngừa? Chúng tôi giải đáp những câu hỏi này cùng nhiều câu hỏi khác trong bài viết.
Búa nước - cơ sở lý thuyết của hiện tượng
Búa nước là thuật ngữ chỉ sự gia tăng áp suất đột ngột do vận tốc dòng chảy trong đường ống bị thay đổi nhanh chóng, ngoài dự kiến và trong thời gian ngắn. Tên gọi của hiện tượng bắt nguồn từ âm thanh đặc trưng phát ra trong quá trình này, giống như tiếng búa gõ. Theo định nghĩa chuyên môn, búa nước là hiện tượng “do quán tính của khối chất lỏng chuyển động trong đường ống gây ra, khi vận tốc dòng chảy của chất lỏng thay đổi đột ngột”. Hơn nữa, “sự thay đổi đột ngột của vận tốc và lưu lượng thể tích của chất lỏng chảy qua gây ra sự thay đổi cục bộ về tỷ trọng năng lượng động và thế trong tổng năng lượng của tiết diện, biểu hiện bằng sự tăng hoặc giảm áp suất trong dòng chảy. Khi vận tốc dòng chảy bị hãm lại rất nhanh, năng lượng động giảm mạnh, làm tăng năng lượng thế, biểu hiện bên ngoài là áp suất tăng đáng kể”.
Tùy thuộc vào đặc điểm của hiện tượng, có thể xảy ra búa nước dương (tăng áp suất) hoặc búa nước âm (giảm áp suất đột ngột). Bất kể loại nào, búa nước cũng có thể gây ra nhiều vấn đề, chẳng hạn như:
- phá hủy đường ống,
- hư hỏng máy bơm,
- hư hỏng động cơ,
- hư hỏng van một chiều,
- làm gián đoạn dòng nước đang chảy.
Nguyên nhân của vấn đề là gì?
Điều gì khiến hiện tượng tiêu cực búa nước xảy ra? Có thể có nhiều nguyên nhân, nhưng thực tế cho thấy hai yếu tố chính là:
- van một chiều trên đường ống đi từ máy bơm được lắp cao hơn chín mét so với mực nước,
- van một chiều lắp trên đường ống đi từ máy bơm bị rò rỉ, trong khi van một chiều tiếp theo được lắp cao hơn van trước vẫn kín.
Những nguyên nhân khác có thể dẫn đến vấn đề gồm:
- các sự cố như đường ống bị vỡ, máy bơm bị khóa đột ngột, thân van bị xoắn hoặc ren van cổng bị đứt, rung động của các bộ phận chịu biến dạng,
- hiện tượng xâm thực, do vận tốc dòng nước quá lớn, chênh lệch lớn giữa áp suất và áp suất hóa hơi của chất lỏng ở nhiệt độ nhất định, việc đóng van cổng hoặc vị trí điểm mạng lưới quá cao gây ra,
- các sự kiện ngẫu nhiên, bao gồm mất điện đột ngột, thay đổi điều kiện ban đầu của dòng chảy, thay đổi dòng chảy tại các nút, thay đổi mực nước trong các bể chứa mạng lưới đầu nguồn hoặc trung gian,
- vận hành hệ thống không đúng cách, thể hiện ở việc đột ngột tắt tất cả các máy bơm cấp cho cùng đường ống này, đóng hoặc mở van cổng không đúng cách, bảo trì và sửa chữa không đúng quy trình,
- rung động liên quan đến hoạt động không đều của máy bơm hoặc hoạt động của van phao.
Tuy nhiên, đó chưa phải là tất cả. Một nguyên nhân khác của vấn đề có thể là sử dụng các giải pháp không phù hợp, chẳng hạn như đưa một đường ống mới có đường kính nhỏ hơn vào bên trong đường ống cũ (khiến vận tốc dòng chất lỏng tăng lên). Cần nhớ rằng mọi thay đổi đều có thể dẫn đến hư hỏng ngoài dự kiến, vì vậy các giải pháp mới phải được lựa chọn tùy theo đặc điểm của hệ thống đang được phân tích.
Phòng ngừa như thế nào?
Điều quan trọng là có thể phòng ngừa búa nước và những vấn đề liên quan. Một số biện pháp gồm:
- lựa chọn đúng tiết diện và thiết bị bảo vệ, lựa chọn van và van cổng phù hợp, đồng thời ngăn ngừa hiện tượng cộng hưởng,
- cố gắng loại bỏ hiện tượng búa nước bằng cách trực tiếp thay đổi cấu hình hệ thống, bao gồm điều chỉnh tuyến ống, chiều dài đường ống, đường kính, vật liệu đường ống, các mối nối hoặc đường ống vòng,
- đưa vào hệ thống nhiều thiết bị và cơ cấu khác nhau để chất lỏng được xả khỏi đường ống hoặc được giữ lại trong một không gian nhất định bên ngoài hệ thống; cụ thể là sử dụng bình tích áp thủy khí, bình tích áp thủy khí có lỗ tiết lưu vi sai lắp trên đường xả, van thông khí hoặc van an toàn.
