Phòng ngừa hiện tượng búa nước trong đường ống bằng cách sử dụng các thiết kế van xả khí khác nhau.

Xin chào và chào mừng bạn đến với Controlling Water, một không gian để chúng ta cùng trò chuyện về đồng hồ nước và những hiểu biết thú vị về ngành nước. Mỗi tập, chúng tôi sẽ có cuộc trò chuyện với các chuyên gia trong ngành, những người chuyên về tất cả các lĩnh vực như van, đồng hồ đo và kiến thức thực tiễn tốt nhất trong ngành nước. Hôm nay, chúng tôi có mặt cùng Colin Kirkland, đến từ BERMAD Australia, một trong những kỹ sư của BERMAD AU.

Anh ấy có hơn 30 năm kinh nghiệm trong ngành, làm việc với các đường ống có thể chịu tác động của hiện tượng búa nước. Colin, tôi thực sự rất hào hứng được trò chuyện với anh về búa nước ngày hôm nay. Đây là một thuật ngữ mà chúng ta nghe rất nhiều. Đó là một vấn đề rất phổ biến. Nó có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng trên toàn bộ đường ống trong nhiều tình huống khác nhau, vì vậy thật tuyệt khi chúng ta có cơ hội bàn luận sâu về chủ đề này hôm nay.

Trước khi chúng ta đi vào một số tình huống cụ thể, và tôi biết tôi cũng có một câu chuyện về búa nước muốn kể cho anh, vậy thực chất búa nước là gì? Anh sẽ mô tả nó như thế nào?

Hiện tượng búa nước là một hiện tượng xảy ra trong bất kỳ đường ống cấp nước nào khi bạn thấy nước tăng đột ngột, vượt xa mức bình thường, thường do sự thay đổi dòng chảy nhanh chóng gây ra. Vì vậy, nếu chúng ta thấy dòng chảy thay đổi đột ngột, chẳng hạn như khi ai đó đóng van rất nhanh, chúng ta thường thấy áp suất tăng vọt, sau đó phản hồi trở lại hệ thống.

Búa nước này có thể di chuyển với tốc độ đáng kinh ngạc. Nếu một đường ống được bơm đầy nước và chúng ta di chuyển qua, ví dụ, một đường ống thép, nó có thể di chuyển lên đến một kilomet mỗi giây, tức một nghìn mét mỗi giây.

Wow.

Nhưng nếu đó là một ống linh hoạt hơn, áp suất thấp hơn, như ống polly, thì sóng áp suất có thể di chuyển với tốc độ từ ba đến 400 mét mỗi giây, nhưng đó vẫn là một sóng áp suất di chuyển rất nhanh, giống như lan truyền trong một mạng lưới do ai đó đóng van. Vậy, hiện tượng búa nước là gì? Đó là sự thay đổi nhanh hoặc tăng áp suất đột ngột vượt quá điều kiện vận hành bình thường, được tạo ra bởi sự thay đổi dòng chảy một cách nhanh chóng.

Thật thú vị. Thật thú vị. Và nó cũng tạo ra âm thanh tuyệt vời này khi áp suất thay đổi.

Nó có thể, đúng vậy. Nó cũng hơi đáng sợ nữa.

Đúng vậy, nó có thể xảy ra, thật sự có thể! Tôi nhớ hồi trước tôi từng sống trong một tòa nhà chung cư và chúng tôi đã gặp hiện tượng búa nước. Đó là một tòa nhà rất cũ, rất đẹp, và hệ thống ống nước cũng đã cũ. Hiện tượng búa nước xuất hiện và nó thật sự gây phiền toái, có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong ngày hay đêm, hoàn toàn không thể đoán trước được, bạn sẽ nghĩ rằng mọi thứ đều yên tĩnh rồi thì đột nhiên lại nghe tiếng gõ và nghĩ, không, lại nữa rồi.

Đúng vậy. Tình huống đó xảy ra khá thường xuyên. Tôi vẫn còn nhớ con trai tôi từng làm ca đêm và nó về nhà tắm vào ban đêm, sau khi tắt vòi sen thì đêm nào cũng nghe tiếng “bùm, bùm, bùm”, bạn biết đấy? Vậy nên đúng là chuyện này xảy ra cả trong gia đình và như trường hợp của bạn, có lẽ Sarah là người mở và đóng van rất nhanh. Nếu bạn nghĩ lại nhiều năm trước, chúng ta không có loại vòi bật tắt nhanh. Khi ra bồn rửa, chúng ta dùng loại vòi phải vặn, mất nhiều thời gian để đóng lại. Ngày xưa hiện tượng “búa nước” không nghiêm trọng như bây giờ, nhưng ngày nay chúng ta tạo ra rất nhiều thứ khiến dòng nước thay đổi đột ngột. Đó chính xác là nguyên nhân. Vậy nên trong trường hợp của bạn, có thể ai đó đã bật tắt van liên tục. Cũng có thể trong hệ thống nước nóng có không khí bị nén lại. Có rất nhiều nguyên nhân, nhưng đây là hiện tượng phổ biến, ở đâu cũng có. Nó sẽ không bao giờ biến mất, nhưng chúng ta có thể xử lý và khắc phục nó.

Tôi rất vui khi nghe điều đó. Vậy van xả khí trong đường ống giúp giảm tác động của hiện tượng búa nước như thế nào?

Đúng vậy. Câu hỏi hay đấy. Ngay cả khi tôi quay lại câu hỏi bạn đặt ra về tòa nhà chung cư của bạn, gần như mọi kỹ sư thủy lực đều luôn cố gắng có một hệ thống. Nếu trong đó có nguồn cấp nước thì chỉ nên có nước, chúng ta không muốn có không khí trong đó vì nếu có không khí trong đường ống nước, nó sẽ bị nén được. Vì vậy, nếu nó bị nén và chúng ta mở van cho nước chảy, rồi đóng lại ngay lập tức, nó có thể tạo ra hiệu ứng dội lại khiến các ống rung lắc và mọi thứ xảy ra.

Điều tương tự cũng xảy ra ở các tòa nhà thương mại lớn, trong mỏ hoặc hệ thống tưới tiêu, tất cả đều hoạt động giống nhau. Vậy van xả khí mới trở thành một phần của hệ thống như thế nào? Van xả khí được thiết kế để tự động xả bất kỳ không khí bị mắc kẹt nào nếu có trong sản phẩm từ đường ống. Như vậy chỉ còn nước trong đó, điều này có thể tạo ra ảnh hưởng lớn.

Đó chỉ là một khía cạnh. Khía cạnh khác là bạn có thể sử dụng van xả khí để ngăn ngừa hiện tượng búa nước. Ví dụ, nếu tôi bơm nước vào ống quá nhanh, tôi có thể tạo ra hiện tượng búa nước. Nếu tôi lắp van chống dội, tôi có thể kiểm soát tốc độ bơm nước vào. Như vậy nước sẽ chảy ra với tốc độ kiểm soát và tránh được hiện tượng búa nước.

Vì vậy, van xả khí có thể được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng khác nhau trong bất kỳ mạng lưới cấp nước nào để đảm bảo chúng ta giảm thiểu hiện tượng búa nước một cách tối đa.

Tôi sẽ hỏi bạn về chống va đập trong chốc lát, nhưng trước đó, bạn có nhắc đến hiện tượng chân không khi có không khí trong đường ống. Việc phá vỡ chân không có gây ra vấn đề gì không?

Đúng vậy. Như tôi đã nói trước đó, lý tưởng nhất là chúng ta không muốn có không khí trong đường ống. Nhưng trong một số điều kiện, nếu tôi đưa ra một ví dụ cơ bản nhất, hãy tưởng tượng chúng ta có một máy bơm ở điểm thấp bơm nước lên qua một ngọn đồi và khi xuống phía bên kia đồi, nước chảy vào một bể chứa. Nếu chúng ta tắt máy bơm, nước đang di chuyển lên đỉnh đồi sẽ dừng lại, nhưng nước ở trên đỉnh đồi sẽ chảy xuống bể chứa. Lúc đó, chúng ta tạo ra hiện tượng tách cột nước. Đây là hiện tượng áp suất trong ống giảm xuống dưới áp suất khí quyển và không khí bị hút vào trong ống.

Bây giờ, khi không khí bị hút vào và cột nước sau đó hợp lại, nếu không khí thoát ra quá nhanh, nó sẽ tạo ra hiện tượng búa nước. Đó là vấn đề tách cột nước. Vì vậy, chúng ta có thể lắp một van xả khí cho phép không khí vào rất nhanh, nhưng thoát ra rất chậm với tốc độ kiểm soát để tránh hiện tượng búa nước. Và đó chính là, như bạn đã đề cập trước đó, chức năng của van chống va đập.

Hmm. Thú vị thật. Rất thú vị. Vậy nghe có vẻ như các van xả khí thực sự có thể tạo ra hiện tượng búa nước theo một số cách.

Tôi thực sự rất buồn khi phải nói rằng… vâng, họ có thể, đúng vậy.

Hiện nay có rất nhiều phần mềm mô phỏng mà các kỹ sư sử dụng để thiết kế đường ống và xem xét các khía cạnh về hiện tượng búa nước, và họ thực sự có thể mô phỏng các tình huống xảy ra hiện tượng tách cột nước. Việc sử dụng một loại van được thiết kế chuyên biệt cho hiện tượng tách cột nước, như van Fox RFP mà chúng tôi gọi là van chống đóng sập hoặc van xả khí chống va đập, như tôi đã nói, cho phép không khí vào rất nhanh nhưng ở tốc độ được kiểm soát, rồi xả ra. Và chúng tôi biết điều đó hiệu quả. Ngày nay, có rất nhiều thông tin về cách chúng ta có thể tận dụng những thiết bị này và nếu bạn có các tiêu chí phù hợp, bạn nhập vào phần mềm mô phỏng và có thể thấy kết quả rất, rất tốt.

Vì vậy, nó an toàn và đã được chứng minh ngày nay. 15-20 năm trước, điều này hầu như chưa từng được biết đến. Nhưng ngày nay, khi mọi thứ đều phát triển, công nghệ cũng tiến bộ, đây là một cách rất tốt để tận dụng sản phẩm nhằm giảm thiểu hiện tượng búa nước và van xả khí trong toàn bộ hệ thống chỉ là một thành phần rất nhỏ. Thường chỉ chiếm một tỷ lệ rất, rất nhỏ trong tổng chi phí của cả mạng lưới, nhưng lại có thể mang lại hiệu quả to lớn. Một số người nghĩ rằng, ừ, nó không đủ đắt, nhưng nếu bạn đưa nó vào phần mềm và xem kết quả, điều đó đã được chứng minh.

Thú vị thật. Thú vị thật. Và phần mềm này thực sự có vẻ như bạn có thể giảm bớt một số rủi ro và giảm bớt một số phức tạp có thể xảy ra với hiện tượng búa nước, đồng thời thực sự hiểu được tình huống của mình sẽ như thế nào bằng cách xem mô phỏng.

Bạn đang nhìn thấy nó theo thời gian thực, Sarah.

Vậy, những gì bạn đang thấy là, hãy tắt bơm sau năm giây, rồi tắt sau mười giây, hãy tắt sau hai mươi giây và xem sóng áp suất thực sự hoạt động như thế nào. Hãy xem các thành phần vận hành ra sao trong tình huống đó. Và đúng vậy, nó loại bỏ hoặc giảm thiểu rủi ro, đó là điều then chốt, bởi vì nó mô phỏng, hy vọng rằng, những gì sẽ xảy ra, miễn là bạn nhập đúng thông tin. Và đó là điều mà chúng tôi tại Bermad hiểu rất rõ, đó là cách hỗ trợ người dùng các sản phẩm đó để đảm bảo chúng được mô hình hóa chính xác, nhằm đạt được kết quả đúng.

Thật quý giá.

Vâng.

Hãy nghỉ giải lao một chút trước khi chúng ta quay lại để trò chuyện về cách giảm thiểu hiện tượng va đập nước trong các hệ thống lắp đặt phức tạp với địa hình thay đổi.

Bạn đang lắng nghe chương trình kiểm soát nước, podcast của Bermad. Nguồn thông tin chính của bạn về mọi thứ liên quan đến công nghệ nước, van và đồng hồ đo nước. Để biết thêm thông tin về bất kỳ sản phẩm hoặc chủ đề nào được thảo luận trong tập này, cùng với nhiều tài nguyên và bài viết được thiết kế để hỗ trợ bạn với tư cách là các chuyên gia về nước, hãy truy cập https://www.bermad.com.au.

Bây giờ, chúng ta quay lại chương trình.

Tôi nhận thấy rằng chúng ta đã nói về một số phần mềm mô phỏng trong một tập khác về hiện tượng va đập nước. Và chúng tôi sẽ bổ sung những thông tin đó vào ghi chú của tập này, điều này thật thú vị.

Tuyệt vời!

Tuyệt vời.

Vậy, tôi muốn đưa ra cho bạn một tình huống, Colin, giả sử thiết kế đường ống của bạn rất phức tạp, hoặc nằm trên địa hình dốc. Những giải pháp khả thi nào mà bạn có thể nghĩ đến để giảm thiểu hiện tượng va đập thủy lực trong trường hợp này?

Chính xác. Vì vậy, có rất nhiều giải pháp khác nhau, có thể có, Sarah. Trong địa hình dốc, thường có áp suất tĩnh cao, như chúng tôi gọi. Khi các máy bơm không hoạt động, chúng ta vẫn có áp suất rất cao trong đường ống, nhưng khi máy bơm bắt đầu chạy, chúng ta tăng áp suất đó để nước có thể chảy. Một số giải pháp tiềm năng, tùy thuộc vào kết quả như thế nào, có thể là bình giảm chấn hoặc bồn giảm chấn một chiều. Đây là những bình chứa rất lớn với kích thước cụ thể, bên trong có màng ngăn hoặc áp suất khí, giúp hấp thụ sóng hồi lưu và đảm bảo không có không khí lọt vào mạng lưới. Chúng lấp đầy khoảng trống nếu có hiện tượng tách cột nước, là công nghệ rất tốt, đã được kiểm chứng, nhưng đắt tiền, kích thước lớn, là giải pháp rất tốt nhưng trong một số trường hợp thực tế thì không khả thi.

Ví dụ, nếu chúng ta ở một thành phố lớn và có một trạm trung chuyển lớn, phải đặt hai bồn chứa 20.000 lít cạnh đường, thì điều đó không thực tế. Vậy còn những giải pháp nào khác? Có thể là van xả áp. Nói cách khác, là các van xả áp hoạt động rất nhanh, có thể loại bỏ ngay lập tức áp suất tăng đột ngột. Hoặc có thể là van xả khí, cho phép không khí vào và kiểm soát việc xả khí ra ngoài. Hoặc thậm chí có thể có một thiết bị gắn vào máy bơm để kiểm soát việc máy bơm ngừng hoạt động quá nhanh; gọi là điều khiển máy bơm. Về cơ bản, khi máy bơm bắt đầu chạy, chúng ta sẽ mở van rất chậm và từ từ, để nước từ từ chảy vào mạng lưới. Và khi tắt máy bơm, trước khi tắt, chúng ta sẽ đóng van này lại thật chậm và từ từ, rồi mới tắt khi lưu lượng gần như bằng không. Vì vậy, có rất nhiều giải pháp cho các ứng dụng khác nhau, cho các chất lượng nước khác nhau, các phân khúc thị trường khác nhau, nhằm tạo ra mức giá phù hợp, giải pháp phù hợp và thực tế cho vấn đề có thể xảy ra.

Thật thú vị, vậy hãy thử đảo ngược tình huống một chút.

Chắc chắn rồi.

Giả sử bạn có một địa hình bằng phẳng. Những giải pháp nào sẽ phù hợp?

Đúng vậy. Có hai tình huống rất khác nhau. Hãy lấy một ví dụ thực tế về một trang trại ở vùng nông thôn rất bằng phẳng, nơi có một hệ thống ống dẫn nước rất dài chạy ra các vòi phun, chẳng hạn. Khi bạn không có nhiều áp suất tĩnh, tức là áp suất khi máy bơm tắt, thì khả năng xảy ra hiện tượng tách cột nước là rất cao. Đó là khi áp suất trong ống giảm xuống dưới 0, không khí bị hút vào với số lượng lớn. Và tất nhiên, khi không khí đó nằm trong đường ống, nó có thể bị nén lại và tạo ra hiện tượng búa nước. Vì vậy, chúng ta cần những sản phẩm có thể giảm thiểu điều đó và giải phóng không khí với tốc độ được kiểm soát.

Vì vậy, mặc dù những thiết bị như bình tích áp sẽ là lý tưởng trong tình huống đó, nhưng chúng có thể quá lớn và quá đắt đối với một người trồng trọt sử dụng hệ thống tưới tiêu để mua. Điều đó không thực tế.

Đúng.

Nhưng nếu đó là một cơ quan quản lý nước, họ có thể quyết định, ừ thì không, chúng tôi có đất, chúng tôi có không gian. Chúng tôi có thể quyết định làm điều đó. Vậy nên, điều gì thực tế cho từng công trình lắp đặt. Không phải là chống lại bên nào, mà là chọn đúng giải pháp cho đúng công việc.

Chắc chắn rồi. Chắc chắn rồi. Và có những lựa chọn giá rẻ không?

Vâng.

Điều đó có tồn tại không?

Chắc chắn rồi. Van xả khí thực sự là một ví dụ kinh điển về điều đó, bởi vì một van xả khí trong một hệ thống ống dài năm kilomet có thể chỉ là một khoản đầu tư 5.000 đô la trong tổng số 10 triệu đô la cho cơ sở hạ tầng. Nhưng hiệu quả của sản phẩm này trong việc vận hành và kiểm soát việc xả khí có thể rất tuyệt vời và đã được chứng minh. Nó có thể được mô phỏng, có thể quan sát được. Ngày nay, công nghệ phát triển đã thực sự chứng minh các sản phẩm này hoạt động tốt và hiệu quả. Vì vậy, chúng tôi rất tự hào khi được liên kết với loại sản phẩm này, nhưng không chỉ đơn giản là có sản phẩm, mà còn phải biết lắp đặt đúng ứng dụng, đúng vị trí, và có thể mô phỏng chính xác để đảm bảo vận hành đúng như thiết kế, phù hợp với mục đích sử dụng.

Chắc chắn rồi. Có vẻ như việc cân nhắc và hiểu rõ tất cả các yếu tố liên quan là vô cùng quan trọng để tìm ra giải pháp phù hợp. Vì vậy, tôi muốn nói về van chống va đập.

Những thiết kế van khí khác nhau trong van chống va đập giúp ngăn hiện tượng búa nước là gì?

Chắc chắn rồi. Ở Úc, Sarah, có một phần riêng biệt mô tả các chức năng khác nhau là gì. Và có lẽ có khoảng bốn hoặc năm loại thiết kế chính mà nhiều nhà sản xuất áp dụng, nhưng thông thường chúng được phân thành hai chức năng chính. Một trong số đó về cơ bản là, và trong ngành thường gọi là RFP, tức là ngăn ngừa làm đầy nhanh. Điều đó có nghĩa là: tôi sẽ cho phép không khí thoát ra với tốc độ kiểm soát ở mức an toàn, nhưng nếu nó vượt quá mức kiểm soát, nói cách khác, tốc độ khí thoát ra khỏi van quá lớn và sẽ tạo ra hiện tượng búa nước, tôi sẽ làm chậm lại.

Đúng.

Vậy nên nó được cho là phù hợp với mục đích sử dụng. Tốt. Tôi để van nạp đầy và điều đó thực sự tuyệt vời. Và cho phép một lượng lớn không khí quay trở lại đường ống, nhưng vẫn an toàn. Tình huống khác mà chúng ta gặp phải là chúng ta có cái gọi là van không khí chống va đập, được thiết kế để xử lý vấn đề búa nước. Đây là khi xảy ra hiện tượng tách cột nước. Đây là lúc một lượng lớn không khí đi vào đường ống rất nhanh để ngăn hiện tượng chân không. Sau đó, chúng ta có một lỗ nhỏ xả không khí ra với tốc độ rất, rất chậm và được kiểm soát. Như vậy, nó sử dụng túi khí bên trong đường ống để nén và làm cho hai phần nước hợp lại với nhau một cách nhẹ nhàng.

Do đó thuật ngữ chống va đập.

Chống va đập! Chính xác là như vậy, bởi vì dù tôi không muốn thừa nhận, các van khí cũng có thể gây ra hiện tượng búa nước. Nhưng các van chống va đập được thiết kế để ngăn chặn điều đó.

Thật tuyệt vời. Thật thú vị. Vậy nếu thiết kế lỗ xả cố định, như loại chống va đập, là tốt nhất, thì chúng ta có nên sử dụng loại van khí này dọc theo toàn bộ đường ống không?

Nhìn xem, điều này có thể thực hiện được, Sarah, nhìn chung là tốt nhưng không thực tế vì hầu hết các đường ống đều được nạp đầy trong phần lớn thời gian sử dụng. Chúng chỉ thực sự được xả hết khi bảo trì hoặc khi xảy ra một sự kiện lớn nào đó. Tuy nhiên, cũng có nhiều đường ống, ví dụ như các tuyến ống nước thải áp lực, bắt đầu và dừng lại 300 lần mỗi ngày và sẽ được nạp đầy rồi xả một phần mỗi ngày.

Vì vậy, nếu chúng ta lắp van chống va đập ở mọi vị trí, do chúng có lỗ thoát khí nhỏ nên việc xả khí sẽ mất nhiều thời gian để đường ống được nạp đầy. Do đó, việc lắp đặt ở tất cả các vị trí thường không thực tế trừ khi đường ống luôn được nạp đầy trong suốt thời gian sử dụng. Thông thường, chúng tôi sẽ xem xét lắp van chống va đập với lỗ cố định tại các vị trí chiến lược, nơi thực sự quan trọng. Ví dụ như tại trạm bơm, tại điểm mà bạn đã mô phỏng sự phân tách cột nước, hoặc có thể trước một van chính, nơi khi đóng một van lớn, chúng tôi chỉ muốn đảm bảo rằng sự phân tách cột nước sẽ hợp lại một cách từ từ. Vì vậy, đây là một loại van chiến lược được thiết kế để giải quyết vấn đề búa nước.

Và có vẻ như, khi quay lại với kinh nghiệm mà Bermad có cũng như phần mềm mô phỏng mà chúng ta đã nói đến, việc có thể đưa ra những quyết định chiến lược về vị trí lắp đặt loại van cụ thể này trở nên rất quan trọng.

Và đó là điều mà phần mềm mô phỏng có thể làm một cách chính xác, điều mà tôi không thể. Tôi có cảm giác khá tốt về nơi điều đó sẽ xảy ra, nhưng phần mềm sẽ cho bạn biết chính xác tại vị trí đó. Đôi khi bạn xem báo cáo và nghĩ rằng nó có vẻ không đúng, nhưng đó là sự thật. Và đó là lý do tại sao đôi khi khi lắp đặt, mọi người sẽ thắc mắc và nói rằng không hiểu tại sao lại không lắp ở đây, nhưng dù sao thì đó là những gì chúng ta sẽ làm. Nhưng phần mềm thực sự xác định được điều đó.

Tuyệt vời, thật thú vị. Colin, cảm ơn bạn đã tham gia cùng tôi hôm nay. Đây là một cuộc trò chuyện tuyệt vời về hiện tượng búa nước. Tôi đã học được rất nhiều điều.

Rất hân hạnh. Cảm ơn bạn.

Để tìm hiểu thêm về ngành công nghiệp nước, bao gồm các sản phẩm, mẹo, lắp đặt, vận hành và kỹ thuật bảo trì, hãy truy cập Bermad.com ngay hôm nay. Bạn cũng có thể đăng ký nhận bản tin ngành của chúng tôi. Bạn sẽ gia nhập hơn 3000 chuyên gia trong ngành và học hỏi từ đội ngũ chuyên gia giàu kinh nghiệm của Bermad.

Cảm ơn bạn đã theo dõi tập này của Controlling Water. Để xem thêm các tập khác, tài nguyên và hướng dẫn, hãy truy cập https://www.bermad.com.au ngay hôm nay.