Hiện tượng búa nước: Nguyên nhân, Tác hại và 4 Cách khắc phục hiệu quả

Hiện tượng búa nước không chỉ là một tiếng ồn khó chịu mà còn là một lực phá hủy ngầm, có thể gây vỡ ống, hỏng hóc các thiết bị đắt tiền. Bài viết này sẽ giải thích từ A-Z: hiện tượng búa nước là gì, nguyên lý, tác hại và quan trọng nhất là các giải pháp khắc phục triệt để.

Hiện tượng búa nước là gì?

Hiện tượng búa nước (hay còn gọi là sốc thủy lực, va đập thủy lực, Water Hammer) là hiện tượng áp suất trong đường ống tăng lên một cách đột ngột khi dòng chảy đang chuyển động với vận tốc cao bị dừng lại một cách đột ngột.

Cụ thể, khi dòng chảy bị chặn lại, động năng của khối chất lỏng không biến mất mà bị chuyển hóa tức thời thành áp năng, làm áp suất tại điểm chặn tăng vọt. Sự gia tăng áp suất này tạo ra một sóng xung kích (sóng áp suất) lan truyền ngược trong đường ống với vận tốc rất lớn, gây ra các va đập mạnh lên thành ống, van và các phụ kiện. Tiếng ồn lớn mà chúng ta nghe thấy chính là kết quả của những va đập này.

Nguyên lý búa nước và các nguyên nhân chính gây ra

Nguyên lý cơ bản

Về mặt vật lý, nguyên lý búa nước dựa trên định luật bảo toàn năng lượng. Khi dòng chất lỏng đang chảy (mang động năng lớn) bị chặn lại, động năng này buộc phải chuyển hóa sang một dạng năng lượng khác, chủ yếu là thế năng (thể hiện qua sự tăng vọt của áp suất) và một phần là năng lượng âm thanh (tiếng va đập).

Các nguyên nhân phổ biến trong thực tế

Hiện tượng này có thể xảy ra ở bất kỳ hệ thống đường ống nào, từ dân dụng đến công nghiệp, do các nguyên nhân sau:

• Đóng/mở van đột ngột: Đây là nguyên nhân hàng đầu, đặc biệt khi sử dụng các loại van đóng nhanh như van bi, van bướm tay gạt.
• Máy bơm dừng hoạt động đột ngột: Khi máy bơm dừng, dòng nước mất lực đẩy và có xu hướng chảy ngược lại, va vào cánh bơm hoặc van một chiều, gây ra búa nước. Điều này rất phổ biến trong các trạm bơm công nghiệp và hệ thống cấp nước tòa nhà cao tầng.
• Thiết kế hệ thống đường ống chưa tối ưu: Các đường ống quá dài, có nhiều khúc cua 90 độ, hoặc thay đổi tiết diện đường ống đột ngột sẽ làm tăng nguy cơ xảy ra búa nước.
• Sự tồn tại của không khí trong đường ống: Các bọt khí bị kẹt lại trong ống có thể bị nén và giãn nở đột ngột khi có sự thay đổi áp suất, góp phần làm tăng cường độ của hiện tượng va đập.

Tác hại nguy hiểm của búa nước đối với hệ thống đường ống

Nếu không được xử lý, búa nước sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng và tốn kém:

• Phá hủy đường ống và các mối nối: Gây nứt, vỡ đường ống, bung các mối hàn, mối ren, đặc biệt là ở các vị trí khuỷu cùi, co, tê.
• Làm hỏng các thiết bị: Gây hư hỏng các thiết bị nhạy cảm như van, đồng hồ đo lưu lượng, cảm biến áp suất. Đối với máy bơm, nó có thể làm gãy, vỡ cánh bơm hoặc hỏng trục.
• Gây ra tiếng ồn và rung động lớn: Ảnh hưởng đến môi trường làm việc và sinh hoạt, đồng thời làm giảm tuổi thọ của toàn bộ hệ thống do các giá đỡ, kết cấu bị rung lắc liên tục.
• Tăng chi phí bảo trì, sửa chữa: Gây thiệt hại kinh tế lớn do phải thay thế thiết bị, sửa chữa đường ống và làm gián đoạn hoạt động sản xuất, sinh hoạt.

Các phương pháp khắc phục hiện tượng búa nước hiệu quả

Tùy thuộc vào quy mô và đặc điểm của hệ thống, có nhiều phương pháp để giải quyết vấn đề này.

Phương pháp 1: Lắp đặt các thiết bị chống va đập chuyên dụng

• Búa nước giảm chấn: Là một thiết bị nhỏ gọn, thường được lắp gần các van nước trong hệ thống dân dụng. Bên trong nó chứa một pít-tông với khoang khí nén hoặc lò xo để hấp thụ và triệt tiêu sóng áp suất đột ngột.
• Van một chiều giảm chấn: Sử dụng các loại van một chiều có cơ cấu đóng êm (như van một chiều đối trọng có phanh thủy lực) để ngăn dòng chảy ngược một cách từ từ thay vì đóng sập, loại bỏ nguyên nhân gây va đập.
• Van an toàn, van xả áp: Được cài đặt ở một mức áp suất nhất định. Khi áp suất trong ống vượt ngưỡng này, van sẽ tự động mở ra để xả bớt áp lực, bảo vệ hệ thống.

Phương pháp 2: Sử dụng bồn/tháp điều áp

Đây là giải pháp hiệu quả cho các hệ thống quy mô lớn, đường ống dài như nhà máy thủy điện, trạm bơm cấp nước lớn. Tháp điều áp hoạt động như một hồ chứa nhỏ, cung cấp hoặc hấp thụ nước khi có sự thay đổi đột ngột, giúp ổn định áp suất trong hệ thống.

Phương pháp 3: Tối ưu hóa vận hành hệ thống

• Thay đổi thói quen: Tập thói quen đóng/mở van từ từ, đặc biệt là các van tay gạt, để dòng chảy có thời gian giảm tốc độ một cách từ từ.
• Sử dụng biến tần cho máy bơm: Lắp đặt biến tần (VFD) giúp máy bơm khởi động và dừng một cách mềm mại, loại bỏ hoàn toàn việc thay đổi dòng chảy đột ngột từ máy bơm.

Phương pháp 4: Cải thiện thiết kế đường ống

• Hạn chế các khúc cua 90 độ, thay vào đó sử dụng các cút lơi hoặc lắp đặt các vòng lặp để hấp thụ năng lượng.
• Lắp đặt các van xả khí tự động tại các điểm cao nhất của hệ thống để loại bỏ các bọt khí bị kẹt.

Đồng hồ nước VN – Cung cấp giải pháp và thiết bị chống búa nước chuyên nghiệp

Để khắc phục hiện tượng búa nước một cách triệt để, việc lựa chọn đúng thiết bị kỹ thuật là vô cùng quan trọng. Tại Đồng hồ nước VN, chúng tôi không chỉ cung cấp sản phẩm mà còn mang đến giải pháp toàn diện, đã được chứng minh hiệu quả tại nhiều công trình, nhà máy lớn.

Chúng tôi chuyên cung cấp các sản phẩm chuyên dụng để chống búa nước:

• Van một chiều đối trọng có phanh thủy lực (FAF 2280D): Giải pháp tối ưu để đóng van êm, triệt tiêu búa nước tại các đầu đẩy máy bơm.
• Van an toàn, van giảm áp: Đa dạng kích thước và dải áp suất, bảo vệ hệ thống khỏi tình trạng quá áp.
• ….

Hiện tượng búa nước là một vấn đề kỹ thuật nghiêm trọng nhưng hoàn toàn có thể kiểm soát và khắc phục được nếu hiểu đúng nguyên nhân. Việc chủ động phòng ngừa và áp dụng các giải pháp phù hợp sẽ giúp bạn bảo vệ tài sản, tiết kiệm chi phí sửa chữa và đảm bảo hệ thống vận hành an toàn, bền bỉ.