Phòng ngừa hiện tượng búa nước trong các trạm bơm.

Xin chào và chào mừng bạn đến với Controlling Water, không gian để chúng ta cùng trò chuyện về van, nước, đồng hồ đo và những góc nhìn thú vị về ngành nước. Mỗi tập, chúng tôi sẽ có cuộc trò chuyện với các chuyên gia trong ngành, những người am hiểu về mọi thứ liên quan đến 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 tại Úc.

Với hơn 30 năm kinh nghiệm trong ngành, Colin sẽ tham gia cùng chúng tôi hôm nay để nói nhiều hơn về hiện tượng búa nước. Lần này, chúng ta sẽ thảo luận về việc phòng ngừa búa nước tại các trạm bơm. Chào mừng Colin quay trở lại. Thật tuyệt khi luôn có bạn ở đây.

Thật vui khi có mặt ở đây. Cảm ơn bạn.

Vậy tôi chắc đây là một câu hỏi khá dài, nhưng trước tiên, bạn có thể giải thích tại sao hiện tượng búa nước xảy ra, đặc biệt là trong một trạm bơm không?

Đúng vậy. Trong các tập trước, chúng ta đã thảo luận về hiện tượng búa nước là gì, và tất nhiên, đó là sự tăng áp suất đột ngột được tạo ra bởi một sự thay đổi dòng chảy rất nhanh. Đây chính là điều mà trạm bơm thực hiện hàng ngày. Chúng ta có thể thấy có nhiều trạm bơm mà các máy bơm có thể khởi động và chạy liên tục trong nhiều ngày, nhiều tuần, hoặc cũng có thể có những máy bơm khởi động 20, 30, 40 lần mỗi ngày.

Hiệu ứng tổng thể là, tại một trạm bơm, khi bạn khởi động máy bơm, bạn đang tạo ra sự thay đổi dòng chảy. Khi bạn tắt máy bơm đó, bạn đang tạo ra một sự thay đổi dòng chảy đột ngột. Vì vậy, những điều kiện như tăng tốc có kiểm soát, giảm tốc có kiểm soát sẽ xảy ra, dù bạn muốn hay không. Kết quả cuối cùng phụ thuộc vào cách bạn kiểm soát quá trình đó.

Vì vậy, các trạm bơm có lẽ là một trong những nguyên nhân lớn nhất gây ra hiện tượng búa nước trong tất cả các ngành công nghiệp, dù bạn làm trong ngành khai khoáng, nước, tưới tiêu hay bất kỳ lĩnh vực nào. Điều quan trọng ở đây là thực sự hiểu thiết kế của một trạm bơm, và làm sao để nó hoạt động hiệu quả trong điều kiện vận hành bình thường, cũng như trong các điều kiện không kiểm soát được.

Nói cách khác, trong trường hợp mất điện, hoặc trong các điều kiện không kiểm soát được. Vì vậy, các trạm bơm chắc chắn là nguyên nhân lớn nhất gây ra hiện tượng búa nước mà tôi từng gặp trong nhiều năm qua.

Vậy các nhà thiết kế thường làm thế nào để giảm thiểu tình trạng này?

Được rồi. Vậy nếu chúng ta đang thiết kế một trạm bơm, nếu nghĩ về các loại bơm thông thường, chúng ta có thể có một động cơ điện, một khớp nối và một máy bơm. Khi thiết kế các máy bơm này, họ thường thiết kế một máy bơm có thể tạo ra đủ lưu lượng và năng lượng để chuyển nước đến nơi cần thiết. Và hầu hết mọi người khi lắp đặt bộ bơm này và cân nhắc sử dụng động cơ điện, họ cũng sẽ xem xét các cách khác nhau để có thể khởi động và dừng động cơ đó.

Có rất nhiều quy trình đã tồn tại từ rất lâu. Có cái gọi là DOL, tức là khởi động trực tiếp, và khởi động trực tiếp về cơ bản có nghĩa là khi ai đó đến và nhấn nút khởi động, bùm, máy bơm khởi động ngay lập tức và bắt đầu hoạt động, khi dừng thì nó cũng dừng ngay lập tức. Không có kiểm soát, rất tệ cho hiện tượng búa nước.

Rồi còn có những thứ như khởi động sao-tam giác. Khởi động sao-tam giác giống như một thiết lập theo từng giai đoạn và sẽ thực hiện trong một khoảng thời gian kiểm soát để tăng tốc dần. Thường thì quá trình giảm tốc cũng rất kém. Nhưng ngày nay đã có rất nhiều nghiên cứu về cách kiểm soát việc khởi động máy bơm. Có rất nhiều thiết bị gọi là khởi động mềm hoặc biến tần, hoặc còn gọi là drive. Đây là các thiết bị điện cho phép động cơ tăng tốc từ từ và kiểm soát.

Ngược lại, khi dừng máy, chúng cũng cho phép giảm tốc dần. Điều mà hầu hết mọi người quan tâm là khi thiết kế trạm bơm, họ thường không chú ý đến hiện tượng búa nước. Đó là yếu tố thứ yếu. Điều họ quan tâm là muốn máy bơm hoạt động hiệu quả nhất có thể. Và họ biết rằng nếu khởi động máy bơm quá nhanh, nó sẽ tiêu thụ rất nhiều điện năng. Vì vậy, cần nhiều hơn 30% công suất để khởi động máy bơm. Nhưng nếu sử dụng biến tần và tăng tốc nhẹ nhàng, sẽ không cần nhiều điện năng như vậy. Như vậy, động cơ sẽ nhỏ hơn, hạ tầng nhỏ hơn và hiệu quả hơn, nên có rất nhiều tình huống tốt để khởi động và dừng các động cơ này một cách hiệu quả.

Điều chúng tôi luôn quan tâm, từ góc độ búa nước, là xem bạn đang khởi động và dừng máy bơm như thế nào. Chúng tôi có thể thấy tác động tổng thể đến hiện tượng búa nước, nhưng họ thường không nhìn nhận từ góc độ đó. Họ chỉ đơn thuần muốn nó hoạt động và hoạt động hiệu quả.

Vì vậy, ngày nay, hầu hết các kỹ sư thiết kế khi thiết kế trạm bơm sẽ tích hợp một trong các phương pháp khởi động để khởi động các máy bơm đó, dù là biến tần, khởi động mềm hay DOL. Điều quan trọng là, từ góc độ búa nước, chúng tôi muốn một hệ thống tăng tốc và giảm tốc dần, nhẹ nhàng cho hệ thống. Một số hệ thống này có thể hỗ trợ phòng tránh búa nước, nhưng chắc chắn không phải tất cả đều làm được điều đó.

Tốt khi biết điều đó. Tốt khi biết điều đó. Colin, tôi muốn đề cập đến một điều mà anh đã nói trước đó. Anh có nhắc rằng trong nhiều trường hợp, thiết kế có thể giảm thiểu hiện tượng va đập nước.

Vâng.

Tôi đoán rằng vẫn có những điều kiện mà sự thay đổi thiết kế này có thể không thực sự hiệu quả. Một số điều kiện đó là gì?

Được rồi. Nếu chúng ta nói về những thiết bị khởi động cơ bản mà chúng ta đã đề cập – khởi động trực tiếp, tốc độ khởi động rất nhanh, dừng nhanh, thực sự không ảnh hưởng gì đến hiện tượng búa nước.

Đúng.

Khởi động trực tiếp sao-tam giác có ảnh hưởng nhẹ vì nó làm tốc độ quay của bơm tăng lên từ từ, điều này không quá tệ, nhưng khởi động mềm có thể mang lại hiệu quả rất tốt.

Vì vậy, một bộ khởi động mềm hoặc biến tần có thể tăng tốc từ từ và đưa lưu lượng cũng như áp suất vào đường ống một cách dần dần, điều này rất tốt. Tuy nhiên, thiết kế tổng thể mà người vận hành nghĩ là – nếu tôi tăng tốc bơm trong 60 giây, giả định là lưu lượng sẽ tăng dần trong 60 giây đó, nhưng thực tế không phải lúc nào cũng như vậy.

Khi bơm bắt đầu tăng tốc, nó bắt đầu tạo ra áp suất. Lưu lượng chỉ bắt đầu di chuyển khi bạn đã vượt qua được cột áp tĩnh. Để đơn giản, hãy tưởng tượng tôi đang bơm nước lên một ngọn đồi cách đó một cây số, và ngọn đồi cao 50 mét. Cho đến khi bơm tạo ra được năng lượng tương đương 51 mét, thì nó mới vượt qua được toàn bộ năng lượng tĩnh mà bơm phải chống lại và nước mới bắt đầu chảy.

Bây giờ, nếu bơm tăng tốc trong 60 giây, nhưng mất 50 giây để đạt đến 51 mét, thì trong thời gian đó không có lưu lượng nào được chuyển đi, chỉ đơn giản là tăng tốc mà không làm gì cả. Và đột nhiên, bùm, nó mở ra. Vậy thực ra tôi chỉ có năm giây để truyền tải, điều này khá vô ích.

Ừ.

Vậy, để trả lời câu hỏi của bạn, nếu cột áp tĩnh mà chúng ta đang nói đến, nói cách khác, 15 mét cột áp đó, rất gần với cột áp khi vận hành, gọi là 60 mét, thì điều đó khó có thể mang lại hiệu quả tốt đối với hiện tượng búa nước, vì nó sẽ không làm tăng lưu lượng một cách từ từ. Và quan trọng hơn, nó cũng sẽ không làm giảm lưu lượng một cách từ từ.

Ngay khi bạn bắt đầu giảm lưu lượng sau 10 giây, nó sẽ dừng dòng chảy ngay lập tức. Tóm lại, nếu cột áp tĩnh rất gần với cột áp khi vận hành, thì nó thực sự không hiệu quả đối với hiện tượng búa nước, và bộ điều khiển cũng sẽ không làm được gì nhiều, nếu có làm được gì.

Tốt khi biết điều đó. Vậy trong điều kiện này, khi áp suất rất giống nhau, bạn có thể làm gì để đạt được kết quả tương tự? Tôi chắc rằng với kinh nghiệm của bạn qua nhiều năm, bạn có lẽ đã tìm ra một số giải pháp.

Vâng Sarah, chúng tôi có. Chúng tôi có một giải pháp rất tốt gọi là van điều khiển bơm Bermad model 740. Sản phẩm này đã có mặt kể từ khi tôi gia nhập tổ chức và thực sự là một tiêu chuẩn về sản phẩm hoạt động ổn định qua rất nhiều năm.

Chức năng thực sự của sản phẩm này là, bất kể tốc độ tăng dần của bơm như thế nào, điều chúng tôi muốn đạt được là sự tăng lưu lượng dần dần khi chúng tôi bơm nước lên dốc. Van điều khiển bơm hay Bermad model 740 là một van điện từ. Nghĩa là khi tôi khởi động bơm, tôi cấp điện cho van điện từ, và khi áp suất đủ lớn, van sẽ mở ra với tốc độ rất chậm và kiểm soát, cho phép lượng nước ít hơn đi lên đường ống. Nó giống hệt như một người vận hành nói rằng, tôi có một van cửa, và tôi sẽ bắt đầu với van cửa đóng, khi tôi khởi động bơm và bơm bắt đầu chạy, tôi sẽ cho người vận hành mở van cửa rất chậm và đưa nước vào đường ống một cách từ từ, dần dần. Điều đó rất tuyệt vời cho việc khởi động bơm và van Bermad thực hiện điều này rất tốt, đơn giản và đáng tin cậy.

Điều thực sự quan trọng là hiện tượng búa nước thường xảy ra nhiều hơn khi tắt bơm. Vì vậy, nếu tôi là người vận hành và họ nói với tôi, hãy đảm bảo tắt bơm một cách an toàn. Tôi sẽ giữ cho bơm chạy và từ từ đóng van cửa trong vòng một hoặc hai phút. Tôi sẽ giảm lưu lượng, giảm lưu lượng, giảm lưu lượng. Khi lưu lượng giảm xuống còn 10% so với thiết kế, tôi sẽ tắt bơm, và gần như không có sự thay đổi lưu lượng, không có hiện tượng búa nước. Đó cũng chính là điều mà van Bermad thực hiện.

Vì vậy, khi có tín hiệu dừng bơm, bơm vẫn tiếp tục chạy, nhưng van sẽ ngắt điện cho bộ điều khiển và dây đai, và van sẽ từ từ đóng lại với tốc độ tuyến tính được kiểm soát, và khi van đóng đến 90%, sẽ có một công tắc vi mô báo hiệu tắt bơm. Tất cả đều được thực hiện tự động.

Thích điều đó.

Vì vậy, đây là một van có vẻ ngoài rất đơn giản, nhưng thực sự lại vô cùng hiệu quả trong việc cung cấp sự tăng dần lưu lượng, giảm dần lưu lượng, bất kể thiết kế như thế nào. Do đó, trong các ứng dụng như bơm nước cho các tòa nhà cao tầng, trong các mỏ khai thác chuyển nước đi xa, trong cấp nước hoặc tưới tiêu, kiểm soát bơm là một công cụ thực sự hiệu quả.

Và, hiệu quả tổng thể là vì đây là van thủy lực hai buồng, nó cũng là một van một chiều. Điều này có nghĩa là mỗi máy bơm thường sẽ có một van một chiều để đảm bảo rằng khi chúng ta tắt máy bơm, sẽ không có dòng chảy ngược. Chức năng này cũng được tích hợp trong chức năng hai buồng của van chúng tôi. Vì vậy, đây là một van mở chậm, đóng chậm và là van một chiều, tất cả trong một chức năng.

Wow. Hãy nghỉ giải lao một chút.

Bạn đang lắng nghe Controlling Water, podcast của Bermad. Nguồn thông tin chính 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 ngành nước, hãy truy cập https://www.bermad.com.au.

Bây giờ, chúng ta quay lại chương trình.

Colin, theo hiểu biết sơ bộ của tôi về hầu hết các trạm bơm thì chúng luôn có một van một chiều ở đầu ra của bơm. Điều này có nghĩa là bạn có thể tháo van một chiều hiện tại không?

Đúng vậy. Đó là một câu hỏi quan trọng, Sarah, bởi vì bạn không nên lắp các van một chiều nối tiếp nhau. Vì van điều khiển bơm của chúng ta đã là van không hồi lưu, về cơ bản bạn đang lắp thêm một sản phẩm phụ mà không mang lại lợi ích thực sự nào.

Vấn đề có thể xảy ra là nếu bạn có các van một chiều đóng ở các tốc độ khác nhau, thực tế có thể xảy ra hiện tượng tích tụ áp suất giữa hai van khi chúng đang đóng lại, điều này có thể gây ra hiện tượng dội và búa nước, những điều không mong muốn.

Vì vậy, để trả lời câu hỏi của bạn, chúng tôi không thích sử dụng van một chiều phụ khi đã dùng van điều khiển bơm, vì nó đã thực hiện chức năng đó rồi. Loại bỏ van phụ là tốt. Như vậy bạn sẽ bớt phải lo lắng về tổn thất áp suất, bảo trì, v.v.

Nghe hay đấy. Và van có thể thực hiện các chức năng nào khác ngoài chức năng đóng-mở và không chảy ngược không?

Vâng, vì vậy van này là một van điều khiển hoạt động bằng màng ngăn. Cách hoạt động là bằng cách cấp nước vào buồng trên của van, van sẽ đóng lại, và khi ngừng cấp nước thì van sẽ mở ra, chúng ta có thể tích hợp nhiều tính năng bổ sung chỉ trong một thiết bị.

Và lấy một vài ví dụ, giả sử khi máy bơm đang hoạt động và cung cấp nước cho mạng lưới phân phối, giả sử có một đám cháy xảy ra. Trong tình huống cháy đó, có nhiều xe cứu hỏa lấy thêm nước từ đường ống chính. Nếu bạn lấy quá nhiều nước từ đường ống chính và máy bơm đạt đến giới hạn của đường cong hoặc công suất tối đa, càng bơm nhiều nước thì động cơ càng tiêu thụ nhiều năng lượng. Nếu bạn đạt đến mức giới hạn và vẫn tiếp tục lấy thêm lưu lượng, bạn sẽ tiêu thụ nhiều năng lượng hơn nữa. Và khi vượt quá giới hạn, động cơ sẽ bị ngắt và tắt. Điều này là thảm họa trong trường hợp cháy vì đột ngột không còn áp lực nước nữa.

Vì vậy, trong nhiều trường hợp, chúng tôi có thể cung cấp chức năng kiểm soát lưu lượng. Ví dụ, nếu chúng tôi biết lưu lượng giới hạn của máy bơm này là 100 lít mỗi giây, chúng tôi sẽ cho phép nó hoạt động đến giá trị đó. Nhưng nếu nhu cầu thực tế vượt quá công suất của máy bơm, tôi sẽ đảm bảo máy bơm không bị tắt, đó chính là chức năng kiểm soát lưu lượng.

Đôi khi, tùy thuộc vào đường cong của máy bơm là dốc hay phẳng, chúng tôi cũng có thể sử dụng chức năng duy trì áp suất, có tác dụng tương tự như kiểm soát lưu lượng và giữ cho máy bơm hoạt động đúng đường cong, bởi vì điều quan trọng là bạn luôn phải đảm bảo máy bơm hoạt động hiệu quả và không rơi vào vùng xâm thực. Nếu van bị xâm thực, nó có thể bị hỏng sớm và gây mài mòn nhiều bên trong máy bơm cũng như các bộ phận khác.

Vì vậy, bằng cách bổ sung các chức năng này, chúng tôi cũng có thể giới hạn điều đó. Thậm chí có thể có một chức năng khi bạn cung cấp nước cho một bể chứa phân phối, và có thể họ sẽ tắt một phần nguồn cấp nước đó để cung cấp cho một bể nhỏ hơn. Đột nhiên, lưu lượng chỉ còn một nửa, áp suất tăng quá cao – đó là một vấn đề. Vì vậy, chúng tôi có thể tích hợp chức năng giảm áp. Chúng tôi có thể thêm các chức năng bổ sung này khi lắp đặt hoặc sau này. Tóm lại, nó rất linh hoạt. Về cơ bản, những điểm chính là: đây là một van không hồi lưu, là van chống búa nước nhờ đóng mở chậm, và có thể kiểm soát lưu lượng, duy trì hoặc giảm lưu lượng nếu cần thiết. Nói cách khác, nó giống như một con dao đa năng Thụy Sĩ với đầy đủ các công cụ nhỏ.

Nghe có vẻ đúng vậy. Tôi rất thích điều đó.

Vậy nếu ai đó đang cân nhắc sử dụng van điều khiển bơm, liệu điều này có tạo ra tổn thất cột áp bổ sung nào tại trạm bơm không? Ừm, tôi cho rằng hiệu suất bơm là yếu tố then chốt trong bất kỳ thiết kế nào.

Chắc chắn rồi. Đúng vậy, hoàn toàn đúng Sarah. Vì vậy, chúng ta biết rằng khi bạn thiết kế một máy bơm và xem xét một hệ thống mạng, điều bạn đang cố gắng làm là chọn một máy bơm thực sự hiệu quả, sử dụng ít điện năng, để bạn có thể giữ mọi thứ khá hiệu quả và thân thiện với môi trường. Nếu tôi đặt một vật gì đó vào dòng chảy, gây ra tổn thất áp suất lớn, thì đột nhiên điều này có nghĩa là tôi cần một máy bơm lớn hơn với động cơ lớn hơn, điều đó không hiệu quả.

Vì vậy, chúng tôi luôn thiết kế van phù hợp với đường ống xả của vỏ máy bơm, nhưng đảm bảo rằng tổn thất áp suất gần như không đáng kể. Thiết kế dạng chữ Y của Bermad cực kỳ hiệu quả trong việc tạo ra tổn thất áp suất thấp. Vì vậy, nó hoàn toàn được tạo ra cho ứng dụng điều khiển máy bơm để đảm bảo rằng gần như không có, hoặc rất ít, nếu có, tổn thất áp suất.

Và như vậy, có vẻ như van điều khiển bơm là một thiết kế linh hoạt và hiệu quả có thể giảm tác động của hiện tượng búa nước trong mọi điều kiện khởi động bơm. Điều gì sẽ xảy ra nếu có sự cố mất điện tại trạm bơm?

Được rồi. Được rồi. Vậy, um, những gì chúng ta vừa giải thích là những gì van thực sự có thể làm, hoặc quá trình có thể thực hiện, trong điều kiện kiểm soát bình thường. Nếu mất điện, tất cả các bộ phận đều tắt, van sẽ đóng lại và bạn không muốn biết chuyện gì xảy ra sau đó đâu. Vậy bây giờ chúng ta đang nói về hiện tượng búa nước trong điều kiện không kiểm soát. Có lẽ đó là chủ đề cho podcast tiếp theo. Sarah, bạn nghĩ sao?

Có vẻ như đó có thể là Colin.

Vậy là chúng ta đã kết thúc tập tuần này về cách ngăn ngừa hiện tượng búa nước tại các trạm bơm, kiểm tra van và các thiết kế nhằm giảm thiểu búa nước.

Cảm ơn bạn đã theo dõi, và chúng tôi mong chờ tập tiếp theo. Để tìm hiểu thêm về ngành nước, bao gồm sản phẩm, mẹo, lắp đặt, vận hành và kỹ thuật bảo trì, hãy truy cập https://www.bermad.com.au và 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.