Búa nước là gì?

Búa nước là hiện tượng áp suất tăng hoặc giảm đột ngột do dòng chảy chất lỏng tăng hoặc giảm tốc đột ngột bên trong một hệ thống kín. Hiện tượng va đập thủy lực này tạo ra sóng áp suất mạnh có thể vượt quá áp suất vận hành bình thường.

Khi van đóng nhanh hoặc bơm dừng đột ngột, dòng chất lỏng đang chuyển động với tốc độ cao buộc phải dừng lại, tạo ra sóng áp suất truyền ngược trở lại hệ thống. Lực của sóng này có thể gây ra rung động, tiếng ồn, hoặc thậm chí là hỏng kết cấu.

Mặc dù thường được quan sát thấy trong đường ống dẫn nước, nhưng những hiệu ứng tương tự cũng xảy ra trong hệ thống hơi nước, nơi mà người ta thường gọi là búa hơi .

Hiện tượng búa hơi trong hệ thống đường ống công nghiệp

Hiểu về mối nguy hiểm của hiện tượng búa nước

Thiệt hại do búa nước bao gồm:

Đối với các nhà máy sử dụng lưu lượng kế xoáy , lưu lượng kế khối lượng Coriolis hoặc lưu lượng kế điện từ , búa nước có thể làm sai lệch nghiêm trọng các số đọc hoặc làm hỏng vĩnh viễn thân cảm biến.

Nguyên nhân gốc rễ của hiện tượng búa nước

Hiện tượng búa nước thường xảy ra do sự thay đổi đột ngột về vận tốc dòng chảy. Hiểu rõ những nguyên nhân này là chìa khóa để phòng ngừa hiệu quả:

(1) Vận hành van nhanh

Khi van được mở hoặc đóng quá nhanh, dòng chất lỏng sẽ dừng hoặc bắt đầu chảy đột ngột, tạo ra sóng xung kích xuyên qua mạng lưới đường ống. Đây là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra sốc thủy lực.

(2) Khởi động hoặc dừng bơm đột ngột

Khi máy bơm dừng đột ngột—ví dụ như do mất điện—động lượng của chất lỏng sẽ đẩy ngược lại máy bơm và van, tạo ra áp suất tăng đột biến lớn.

(3) Ngưng tụ tốc độ cao trong đường ống hơi nước

Trong hệ thống hơi nước, nước ngưng tụ có thể tích tụ và di chuyển với tốc độ cao. Khi nước ngưng tụ này va chạm với thành ống hoặc phụ kiện, nó tạo ra một búa nước mạnh, đôi khi được gọi là búa ngưng tụ hơi nước .

High-speed condensate produces water hammer	The condensation of steam suddenly causes water hammer
High-speed condensate creates water hammer when it collides with the pipe	Water hammer occurs when steam condenses rapidly and collides

(4) Thiết kế đường ống và địa hình

Đường ống có độ dốc lớn hoặc thay đổi độ cao đột ngột dễ bị ảnh hưởng hơn. Khi nước được bơm lên độ cao hơn 20 mét, thế năng hấp dẫn sẽ khuếch đại áp suất dâng.

(5) Vận tốc dòng chảy quá mức

Nếu vận tốc dòng chảy trong đường ống cung cấp quá cao, ngay cả những nhiễu động nhỏ cũng có thể gây ra những thay đổi áp suất động lớn, làm tăng nguy cơ xảy ra hiện tượng búa nước.

(6) Hệ thống đường ống dài và phức tạp

Đường ống càng dài và địa hình càng thay đổi thì sóng áp suất càng có khả năng phản xạ và khuếch đại, gây ra hiệu ứng búa liên tục.

Giải pháp phòng ngừa búa nước

Giải pháp phòng ngừa búa nước toàn diện

Việc loại bỏ hoàn toàn hiện tượng búa nước rất khó khăn, nhưng một số biện pháp kỹ thuật có thể giảm thiểu hoặc ngăn ngừa hiệu quả tác động của nó:

(1) Lắp đặt bộ chống búa nước

(2) Thêm một bình tích áp hoặc buồng khí

Trong các hệ thống sử dụng bơm piston hoặc bơm pít-tông, một bộ tích lũy ở phía thượng lưu của lưu lượng kế có thể làm giảm xung động và ổn định dòng chảy.

(3) Sử dụng hoạt động van điều khiển

Tránh chuyển động van nhanh. Sử dụng van đóng mở chậm hoặc van điều khiển tự động có tốc độ mở có thể điều chỉnh để giảm tốc độ thay đổi lưu lượng.

(4) Tối ưu hóa điều khiển bơm

Sử dụng bộ điều khiển khởi động mềm hoặc bộ biến tần (VFD) trên máy bơm để tăng hoặc giảm tốc độ máy bơm một cách từ từ, giảm thiểu hiện tượng tăng hoặc giảm tốc độ dòng chảy đột ngột.

(5) Bố trí đường ống hợp lý

Thiết kế đường ống với chênh lệch độ cao tối thiểu và tránh các khúc cua gấp nếu có thể. Lắp đặt lưu lượng kế ở những vị trí ít bị ảnh hưởng bởi biến động áp suất.

(6) Lắp đặt van một chiều

Van một chiều hoặc van một chiều có thể ngăn dòng chảy ngược và giảm khả năng xảy ra đột biến áp suất ngược.

(7) Sử dụng lưu lượng kế chất lượng cao có tính năng bảo vệ

Hãy chọn đồng hồ đo lưu lượng được thiết kế để chịu được sự tăng áp đột biến. Ví dụ, Silver Automation Instruments cung cấp đồng hồ đo lưu lượng dạng xoáy và Coriolis với thân bằng thép không gỉ chắc chắn và phụ kiện giảm chấn búa nước tùy chọn, đảm bảo tuổi thọ dài hơn trong môi trường thủy lực khắc nghiệt.

Khi nào nên lắp đặt bộ loại bỏ búa nước

Việc thực hiện các biện pháp phòng ngừa này đảm bảo độ chính xác lâu dài của lưu lượng kế, giảm chi phí bảo trì và bảo vệ thiết bị quy trình có giá trị.

Kết luận: Bảo vệ đường ống của bạn khỏi hiện tượng búa nước

Búa nước là một vấn đề nghiêm trọng có thể đe dọa đến sự an toàn và độ tin cậy của bất kỳ hệ thống vận chuyển chất lỏng nào. Bằng cách hiểu rõ nguyên nhân và áp dụng các giải pháp phòng ngừa—chẳng hạn như lắp đặt bộ chống búa nước , bình tích áp và kiểm soát van đúng cách—các ngành công nghiệp có thể giảm đáng kể nguy cơ hỏng hóc thiết bị.

Việc bảo vệ các thiết bị như lưu lượng kế , máy bơm và van khỏi va chạm thủy lực không chỉ là vấn đề bảo trì; đó là bước quan trọng để duy trì hiệu quả hệ thống, độ chính xác của phép đo và an toàn vận hành.