Khái niệm
Khi sử dụng máy bơm nước, một vấn đề lớn được quan tâm đó là bơm dừng vận hành đột ngột. Áp suất nước cộng hưởng với ma sát cao trong hệ thống quán tính của bơm sẽ khiến cột nước trong bơm bị dội ngược về và va mạnh vào các van đang đóng. Lúc bấy giờ trong hệ thống đường ống, một sức ép đáng kể sẽ được tạo ra trong đường ống gây nên "hiệu ứng búa nước" làm đường ống bị rung lắc và phát ra âm thanh va đập. Lực được tạo ra trong đường ống khi xảy ra hiện tượng búa nước là rất lớn nhất là đối với hệ thống sử dụng máy bơm công nghiệp do lượng nước bơm lớn. Trong trường hợp bơm chỉ bị dừng một lần, nó chỉ đơn giản tạo ra một số âm thanh khó chịu. Tuy nhiên nếu hiện tượng này lặp lại nhiều lần thì các van và khớp nối đường ống sẽ nhanh lẹ bị mòn.
Các giai đoạn của hiện tượng búa nước
Giai đoạn 1 : Máy bơm đang hoạt động bình thường tự nhiên bị mất điện đột ngột nhưng cánh bơm vẫn quay do quán tính. Tuy nhiên tốc độ quay của cánh bơm sẽ giảm xuống làm cho lưu lượng và cột áp giảm theo. Lúc này sự chuyển động của máy bơm và lưu lượng vẫn theo chiều bình thường.
Giai đoạn 2 : Vì bị mất điện nên chiều cao cột áp đẩy sẽ tiếp tục giảm xuống và cột áp nước trong đường ống sẽ hồi ngược lại nếu áp lực cột nước thấp hơn áp lực tính trong đường ống.
Cánh bơm vẫn tiếp tục quay và áp lực hồi ngược (áp lực nén xuống) sẽ gây áp lực đẩy của máy bơm (áp lực đẩy lên) từ đó sinh ra một chuỗi các áp lực không ổn định và gây ra sự ma sát và xung đột bên trong đường ống. Đây là hiện tượng búa nước hay hiện tượng nước va. Khi đó áp lực bên trong đường ống tăng lên nhanh chóng và cột áp nước hồi ngược sẽ tạo ra một lực tác động nguy hại lên các cánh bơm đang chuyển đọng làm giảm nhanh tốc độ quay và lưu lượng nước.
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.
Khắc phục hiện tượng búa nước
Theo lý thuyết ở trên, giải pháp được đưa ra để dừng bỏ vấn đề này là giảm dần dần lưu lượng nước trong đường ống khi chuẩn bị dừng bơm. Tuy nhiên, bây giờ các hệ thống đường ống được cài đặt đặt rất phức tạp, từ đó, sẽ không đủ hiệu quả nếu ta chỉ dừng động cơ với phát động mềm điều khiển bằng dốc điện áp. Mô-men động cơ cần được điều chỉnh để giảm dần lưu lượng nước trong đường ống một cách tối ưu nhất. Có 2 biện pháp chống búa nước đó là sử dụng van chống búa nước và điều khiển momen
1. Van chống búa nước
- Van 1 chiều dạng lò xo: chạy để phòng tránh bi kịch dội ngược cột áp phía trong đường ống. Khi bơm dừng làm việc, van 1 chiều sẽ tự động đóng lại sao cho tránh được xung đột giữa áp lực nước từ trên nén xuống và sức ép đẩy của loại nước lên (do lúc này cánh bơm vẫn quay theo quán tính).
- Van thu nạp búa nước: thu nạp sức ép không ổn định trong đường ống Sau khi van 1 chiều đóng lại. Van thu nhận búa nước cũng có tác động giảm tiếng ồn và độ rung lắc của hệ thống đường ống.
- Van an toàn: Có chức năng xả sức ép trong đường ống khi sức ép này vượt quá mức an toàn
- Van búa nước giảm chấn: Chức năng thu áp lực không ổn định phía trong đường ống do sự đóng lại của van 1 chiều. Giúp giảm độ ồn và rung lắc đường ống do sự xung đột áp lực trong đường ống gây ra. Búa giảm chấn sẽ hấp thụ áp lực sinh ra bởi dòng nước hồi ngược lại khi bơm dùng đột ngột. Nếu áp lực này cao hơn mức giới hạn an toàn cho phép thì van an toàn sẽ tự động mở ra nhằm xả bớt áp lực đảm bảo an toàn tốt nhất hệ thống.
2. Điều khiển momen
Cách thức điều khiển momen sử dụng một thuật toán cấp cao để điều khiển momen của động cơ trong quá trình phát động và dừng động cơ, tính năng này được phát triển dựa trên vòng điều khiển kín bằng cách đo lường cả điện áp và hãng điện. Một vài số liệu này sẽ cung cấp cơ sở để tính toán momen động cơ với độ xác thực cao. Điện áp đầu ra cho động cơ lúc bấy giờ sẽ được điều chỉnh để momen của động cơ duy trì ở mức yêu cầu.
Các nhà khoa học đã tạo nên thiết bị điều kiển momen dựa trên phát động mềm PSE và PST(B) của ABB. Người sử dụng chỉ cần cài đặt và kích hoạt công năng điều khiển momen.
Hiện tượng búa nước chủ yếu xảy ra trên các hệ thống cấp nước nhà cao tầng.. Khi chọn mua máy bơm quý khách nên chọn mua những sản phẩm có chất lượng tốt để giảm thiểu những sự cố kĩ thuật không đáng có xảy ra với máy bơm.