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, hỏng hóc xảy ra do yếu tố ngẫu nhiên. Tuy nhiên, có nhiều rủi ro có thể tránh được nhờ chăm sóc và lập kế hoạch phù hợp. Đối với hệ thống cấp nước và mọi hệ thống dẫn nước, một trong những rủi ro cơ bản là hiện tượng được gọi là búa nước. Các nghiên cứu cho thấy hiện tượng này gây ra gần 80% tổng số sự cố xảy ra trên 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 các vấn đề khác trong bài viết.
Búa nước - cơ sở lý thuyết của hiện tượng
Búa nước là thuật ngữ dùng để chỉ sự gia tăng áp suất đột ngột do tốc độ dòng chảy trong đường ống thay đổi nhanh chóng, ngoài dự kiến và bị cưỡng bức trong thời gian ngắn. Tên gọi của hiện tượng bắt nguồn từ âm thanh đặc trưng phát ra trong quá trình diễn ra, giống như tiếng búa gõ. Theo định nghĩa chuyên ngành, búa nước là "hiện tượng do quán tính của khối chất lỏng chuyển động trong đường ống gây ra, khi tốc độ dòng chảy của chất lỏng thay đổi đột ngột". Hơn nữa, "sự thay đổi mạnh về tốc độ và lưu lượng thể tích của chất lỏng chảy qua làm thay đổi cục bộ tỷ trọng giữa năng lượng động năng và thế năng trong tổng năng lượng của mặt cắt, biểu hiện bằng sự tăng hoặc giảm áp suất trong dòng chảy. Trong điều kiện tốc độ dòng chảy bị hãm lại rất nhanh, động năng giảm mạnh, làm thế năng tăng lên; điều này biểu hiện ra bên ngoài bằng sự gia tăng lớn của áp suất".
Tùy thuộc vào tính chất 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 được gọi là búa nước xảy ra? Có nhiều nguyên nhân, nhưng thực tế cho thấy hai yếu tố chính là:
- van một chiều trên đường ống dẫn từ máy bơm được lắp cao hơn chín mét so với mực nước,
- van một chiều lắp trên đường ống dẫn từ máy bơm bị rò rỉ, trong khi van một chiều tiếp theo được lắp cao hơn van trước vẫn kín.
Các 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 tuột, rung động của các bộ phận chịu biến dạng,
- hiện tượng xâm thực, do tốc độ dòng nước quá cao, chênh lệch lớn giữa áp suất tại một độ cao nhất định và áp suất hóa hơi của chất lỏng ở nhiệt độ đó, 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 đầu nguồn hoặc trung gian của mạng lưới,
- vận hành hệ thống không đúng cách, thể hiện qua việc đột ngột tắt tất cả máy bơm cấp cho cùng đường ống, 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 đồng 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 tốc độ 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 dựa trên đặc tính của hệ thống đang được phân tích.
Làm thế nào để phòng ngừa?
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 vòng,
- đưa vào hệ thống nhiều thiết bị và cơ chế khác nhau giúp xả chất lỏng khỏi đường ống hoặc giữ chất lỏng trong một không gian nhất định bên ngoài hệ thống; cụ thể là sử dụng bình tích nước-khí, bình tích nước-khí có lỗ tiết lưu vi sai lắp trên đường xả, van thông khí hoặc van an toàn.
