Ngăn ngừa búa nước trong các trạm bơm.

Xin chào và chào mừng bạn đến với Controlling Water, không gian để chúng ta cùng trao đổi về van, nước, đồng hồ đo và những góc nhìn thú vị về ngành nước. Mỗi tập, chúng tôi sẽ trò chuyện cùng các chuyên gia trong ngành, những người am hiểu về mọi khía cạnh liên quan đến van, đồng hồ đo và các kiến thức thực tiễn tốt nhất trong ngành nước. Hôm nay, chúng tôi có mặt cùng Colin Kirkland từ Bermad Water Technologies, một trong những kỹ sư tại Úc.

Với hơn 30 năm kinh nghiệm trong ngành, Colin sẽ cùng chúng ta bàn sâu 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 đồng hành cùng chương trình.

Rất vui được có mặt ở đây. Cảm ơn bạn.

Tôi biết 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 trạm bơm không?

Vâng. 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 do thay đổi dòng chảy một cách rất nhanh chóng. 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 vận hành liên tục trong nhiều ngày hoặc nhiều tuần, hoặc cũng có những máy bơm có thể khởi động 20, 30, 40 lần mỗi ngày.

Tác động chung 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 cũng tạo ra sự thay đổi dòng chảy đột ngột. Vì vậy, những điều kiện như tăng tốc hoặc 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 lĩnh vực khai khoáng, nước, tưới tiêu hay bất kỳ lĩnh vực nào khác. Điều quan trọng ở đây là thực sự hiểu thiết kế của một trạm bơm, để nó hoạt động hiệu quả trong điều kiện vận hành bình thường, nhưng cũng phải tính đến các tình huống ngoài kiểm soát.

Nói cách khác, trong trường hợp mất điện hoặc 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, khi 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 sao cho 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 nghĩa là khi ai đó đến và nhấn nút khởi động, máy bơm sẽ chạy ngay lập tức, khi dừng thì cũng dừng ngay lập tức. Không có kiểm soát, rất tệ cho hiện tượng búa nước.

Ngoài ra còn có các thiết bị 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 không tốt lắm. Nhưng ngày nay đã có rất nhiều nghiên cứu về cách kiểm soát quá trình khởi động máy bơm. Có nhiều thiết bị gọi là khởi động mềm hoặc biến tần, hay còn gọi là drive. Đây là các thiết bị điện cho phép động cơ tăng tốc từ từ và có kiểm soát.

Ngược lại, khi dừng máy, chúng cũng cho phép giảm tốc từ từ. Điều mà hầu hết mọi người quan tâm khi thiết kế trạm bơm là họ thường không chú ý đến hiện tượng búa nước. Đó chỉ là yếu tố phụ. Điều họ quan tâm là muốn máy bơm hoạt động hiệu quả nhất có thể. Họ biết rằng nếu khởi động máy bơm quá nhanh, sẽ tiêu tốn rất nhiều điện năng, 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 giải pháp tốt để khởi động và dừng động cơ một cách hiệu quả.

Từ góc độ búa nước, điều chúng tôi luôn quan tâm là bạn đang khởi động và dừng máy bơm như thế nào? Chúng tôi có thể thấy tác động thực tế đến hiện tượng búa nước, nhưng thông thường họ không nhìn nhận vấn đề từ góc độ này. Họ chỉ đơn giản muốn hệ thống hoạt động và hoạt động hiệu quả.

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

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 giúp giảm thiểu hiện tượng va đập nước.

Vâng.

Tôi đoán rằng vẫn có những điều kiện mà thay đổi thiết kế này có thể sẽ 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 tăng tốc độ vòng quay của bơm một cách hơi 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 là tốt. Tuy nhiên, thiết kế tổng thể mà người vận hành nghĩ đến là – nếu tôi tăng tốc bơm lên trong vòng 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.

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 truyền đi, chỉ đơn giản là tăng tốc mà không có gì xảy ra. Và rồi đột ngột, “bùm”, nước bắt đầu chảy. Như vậy, thực tế tôi chỉ có năm giây truyền tải, điều này khá vô ích.

Ừ.

Vì vậy, để trả lời câu hỏi của bạn, nếu cột áp tĩnh mà chúng ta đang nói đến, hay nói cách khác là 15 mét cột áp đó, rất gần với cột áp khi vận hành, gọi là 60 mét, thì điều này 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. 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 búa nước, và bộ điều khiển cũng sẽ không làm được gì nhiều, nếu có làm được gì, thì cũng rất ít.

Tốt khi biết điều đó. Vậy trong trường hợp này, khi các mức 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 thể 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 sản phẩm tiêu biểu đã hoạt động ổn định trong rất nhiều năm.

Sản phẩm này thực chất làm gì? Dù tốc độ tăng dần của bơm như thế nào, điều chúng tôi muốn đạt được là tăng lưu lượng một cách từ từ khi 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 cuộn dây điện từ, và khi đủ áp suất, van sẽ mở ra với tốc độ rất chậm và kiểm soát, cho phép nước đi lên đường ống một cách từ từ. Nó giống hệt như một người vận hành nói rằng, tôi có một van cửa, tôi sẽ bắt đầu với van cửa đóng, và khi tôi khởi động bơm, người vận hành sẽ mở van cửa rất chậm, đưa nước vào đường ống một cách từ từ và dần dần. Điều này rất tuyệt vời cho việc khởi động bơm và van Bermad thực hiện điều đó 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. Nếu tôi là người vận hành và họ bảo tôi 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 dần lưu lượng, giảm dần lưu lượng, giảm dần lưu lượng. Khi lưu lượng chỉ còn 10% so với thiết kế, tôi sẽ tắt bơm, và gần như không có sự thay đổi lưu lượng, không xảy ra hiện tượng búa nước. Đó cũng chính là chức năng của van Bermad.

Vì vậy, khi có tín hiệu dừng bơm, bơm vẫn tiếp tục chạy, nhưng van sẽ ngắt điện, 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.

Yêu điều đó.

Vì vậy, đây là một loại van có thiết kế rất đơn giản, nhưng lại cực kỳ hiệu quả trong việc 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, điều khiển 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, vì mỗi máy bơm thường sẽ có một van một chiều để đảm bảo khi tắt bơm thì không có dòng chảy ngược. Chức năng này cũng được tích hợp trong chức năng hai buồng của van chúng tôi. Như vậy, đây là một van mở chậm, đóng chậm và là van một chiều, tất cả trong một.

Wow. Hãy nghỉ giải lao một chút.

Bạn đang lắng nghe Controlling Water, podcast của Bermad. Nguồn thông tin chính của bạn về mọi thứ liên quan đến công nghệ nước, van và đồng hồ đo. 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 ngắn gọn 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 bỏ van kiểm tra hiện tại không?

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

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

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

Nghe hay đấy. Và van này có thể thực hiện các chức năng nào khác ngoài chức năng đóng/mở đơn giản và chống chảy ngược không?

Vâng, van này là van điều khiển vận hành bằng màng ngăn. Cách hoạt động của nó là khi cấp nước vào buồng trên của van thì van sẽ đóng lại, còn khi xả nước ra thì van sẽ mở ra, và chúng ta có thể tích hợp nhiều tính năng bổ sung vào cùng một van.

Ví dụ, 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 đó, nhiều xe cứu hỏa sẽ lấy thêm nước từ đường ống chính. Nếu lấy quá nhiều nước từ đường ống chính và máy bơm hoạt động đến giới hạn của đường đặc tính hoặc công suất tối đa, càng bơm nhiều nước thì động cơ càng tiêu thụ nhiều năng lượng. Nếu vượt quá mức giới hạn và tiếp tục lấy thêm lưu lượng, động cơ sẽ tiêu thụ ngày càng nhiều năng lượng. Khi vượt quá ngưỡng cho phép, động cơ sẽ bị ngắt và tắt. Điều này là thảm họa trong trường hợp cháy vì đột ngột không còn áp lực nước.

Trong nhiều trường hợp, chúng tôi có thể cung cấp chức năng điều khiển lưu lượng. Ví dụ, nếu biết lưu lượng giới hạn của máy bơm này là 100 lít/giây, chúng tôi sẽ cho phép vận hành đến mức 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 điều khiển lưu lượng.

Đôi khi, tùy thuộc vào đường đặc tính 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 điều khiển lưu lượng và giữ cho máy bơm hoạt động đúng trên đường đặc tính. Điều quan trọng là phải đảm bảo máy bơm luôn vận hành 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.

Bằng cách tích hợp các chức năng bổ sung này, chúng tôi cũng có thể giới hạn các tình huống khác. Ví dụ, có thể có trường hợp bạn đang cấp nước cho một bể chứa phân phối, và có thể sẽ tạm ngưng cấp nước cho một phần và chuyển sang cấp cho một bể nhỏ hơn. Khi đó, lưu lượng giảm một nửa, áp suất lại tăng quá cao – đó là một vấn đề. Khi đó, chúng tôi có thể tích hợp chức năng giảm áp suất. Những chức năng bổ sung này có thể được thêm vào khi lắp đặt hoặc bổ sung sau này. Tóm lại, van này rất linh hoạt. Về cơ bản, các điểm chính là: đây là van một chiều, ngăn hiện tượng búa nước nhờ đóng mở chậm, có thể điều khiển lưu lượng, duy trì hoặc giảm áp suất khi cần thiết. Nói cách khác, nó giống như một con dao đa năng Thụy Sĩ với đầy đủ các công cụ nhỏ bên trong.

Nghe có vẻ đúng vậy. Tôi thích điều đó.

Vậy nếu ai đó đang cân nhắc sử dụng van điều khiển bơm, liệu điều này có gây 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. Như chúng ta biết, khi thiết kế một máy bơm và xem xét một mạng lưới, điều bạn muốn là chọn được một máy bơm thực sự hiệu quả, tiêu thụ ít điện năng, để mọi thứ hoạt động hiệu quả và thân thiện với môi trường. Nếu tôi đặt một vật gì đó trên đường dòng chảy mà gây ra tổn thất áp suất lớn, thì đột nhiên tôi sẽ cần một máy bơm lớn hơn với động cơ lớn hơn, điều này không hiệu quả.

Vì vậy, chúng tôi luôn thiết kế van phù hợp với đường ống xả của vỏ 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 giảm tổn thất áp suất. Vì vậy, nó hoàn toàn được tạo ra cho các ứng dụng điều khiển máy bơm để đảm bảo rằng gần như không có, hoặc rất ít, tổn thất áp suất.

Vì vậy, có thể thấy rằng 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. Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu có sự cố mất điện tại trạm bơm?

Được rồi. Được rồi. Vậy, 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 sẽ 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 cùng 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.