Búa nước trong đường ống là hiện tượng tăng áp suất tức thời. Sự khác biệt có liên quan đến sự thay đổi mạnh về tốc độ của dòng nước. Tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về cách xảy ra va đập thủy lực trong đường ống.
Chính ảo tưởng
Kết quả của việc chất lỏng làm đầy khoang chứa quá pít-tông trong động cơ có cấu hình tương ứng (pít-tông) bị coi là va đập thủy lực một cách sai lầm. Kết quả là, piston không đạt được tâm chết và bắt đầu nén nước. Điều này dẫn đến hỏng động cơ. Đặc biệt, gãy thanh truyền hoặc thanh nối, gãy các đinh tán ở đầu xi lanh, vỡ gioăng đệm.
Phân loại
Theo hướng tăng áp suất, búa nước có thể là:
- Tích cực. Trong trường hợp này, sự gia tăng áp suất xảy ra do máy bơm khởi động mạnh hoặc đường ống bị tắc.
- Tiêu cực. Trong trường hợp này, chúng ta đang nói về việc giảm áp suất do mở van điều tiết hoặc tắt máy bơm.
Theo thời giansự truyền sóng và khoảng thời gian đóng van (hoặc các van ngắt khác), trong đó búa nước hình thành trong các đường ống, nó được chia thành:
- Thẳng (đầy đủ).
- Gián tiếp (không đầy đủ).
Trong trường hợp đầu tiên, mặt trước của sóng hình thành di chuyển theo hướng ngược lại với hướng ban đầu của dòng nước. Chuyển động xa hơn sẽ phụ thuộc vào các phần tử của đường ống, nằm trước van đóng. Có khả năng là phía trước sóng sẽ truyền nhiều lần theo hướng tiến và lùi. Với một búa nước không hoàn chỉnh, dòng chảy không chỉ có thể bắt đầu di chuyển theo hướng khác mà còn một phần đi qua van nếu nó không được đóng hoàn toàn.
Hậu quả
Nguy hiểm nhất được coi là búa nước dương trong hệ thống sưởi ấm hoặc cấp nước. Nếu áp suất tăng quá cao, đường dây có thể bị hỏng. Đặc biệt, các vết nứt dọc xuất hiện trên các đường ống, sau đó dẫn đến sự chia cắt, vi phạm độ kín của các van. Do những hư hỏng này, các thiết bị đường ống dẫn nước bắt đầu hỏng: bộ trao đổi nhiệt, máy bơm. Về vấn đề này, phải ngăn ngừa hoặc giảm va đập thủy lực. Áp suất nước trở thành cực đại trong quá trình giảm tốc dòng chảy khi tất cả động năng được chuyển cho công kéo căng các thành của ống chính và nén cột chất lỏng.
Nghiên cứu
Nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết về hiện tượng vào năm 1899 Nikolai Zhukovsky. Nhà nghiên cứu đã xác địnhnguyên nhân gây ra va đập thủy lực. Hiện tượng này là do trong quá trình đóng đường mà chất lỏng chảy qua, hoặc khi nó nhanh chóng được đóng lại (khi kênh cụt được nối với nguồn năng lượng thủy lực), sự thay đổi mạnh về áp suất và vận tốc nước được hình thành. Nó không nằm trên toàn bộ đường ống cùng một lúc. Trong trường hợp này, nếu một số phép đo nhất định được thực hiện, thì có thể tiết lộ rằng sự thay đổi tốc độ xảy ra theo hướng và độ lớn, và áp suất - cả theo hướng giảm và tăng so với giá trị ban đầu. Tất cả điều này có nghĩa là một quá trình dao động diễn ra trong dòng. Nó được đặc trưng bởi sự giảm và tăng áp suất theo chu kỳ. Toàn bộ quá trình này được đặc trưng bởi tính tạm thời và gây ra bởi sự biến dạng đàn hồi của chính chất lỏng và thành ống. Zhukovsky đã chứng minh rằng tốc độ truyền sóng tỷ lệ thuận với khả năng nén của nước. Lượng biến dạng của thành ống cũng rất quan trọng. Nó được xác định bởi môđun đàn hồi của vật liệu. Tốc độ sóng cũng phụ thuộc vào đường kính của đường ống. Sự gia tăng áp suất đột ngột không thể xảy ra trong một đường dây chứa đầy khí, vì nó nén khá dễ dàng.
Tiến trình
Trong hệ thống cấp nước tự động, chẳng hạn như nhà ở nông thôn, máy bơm giếng khoan có thể được sử dụng để tạo áp lực trong đường dây. Búa nước xảy ra khi việc tiêu thụ chất lỏng đột ngột dừng lại - khi tắt vòi. Một dòng nước di chuyển dọc theođường cao tốc, không thể dừng lại ngay lập tức. Cột chất lỏng theo quán tính đâm vào "đầu cụt" của hệ thống ống nước, được hình thành khi vòi được đóng lại. Trong trường hợp này, rơ le không lưu từ búa nước. Nó chỉ phản ứng với sự tăng vọt, tắt máy bơm sau khi van đóng và áp suất vượt quá giá trị lớn nhất. Việc tắt máy, giống như ngừng dòng nước, không phải là ngay lập tức.
Ví dụ
Người ta có thể coi một đường ống có áp suất không đổi và chuyển động của chất lỏng có tính chất không đổi, trong đó một van bị đóng đột ngột hoặc van cửa bị đóng đột ngột. Trong hệ thống cấp nước giếng khoan, búa nước thường xảy ra khi van một chiều cao hơn mực nước tĩnh (9 mét trở lên) hoặc bị rò rỉ trong khi van tiếp theo ở trên đang giữ áp suất. Trong cả hai trường hợp, phóng điện cục bộ xảy ra. Lần tiếp theo khi máy bơm được khởi động, nước vận tốc cao sẽ lấp đầy chân không. Chất lỏng cản trở van một chiều đã đóng và dòng chảy phía trên van, gây ra sự gia tăng áp suất. Kết quả là búa nước. Nó không chỉ góp phần hình thành các vết nứt và phá hủy các khớp. Khi tăng áp suất xảy ra, máy bơm hoặc động cơ điện (và đôi khi cả hai phần tử cùng một lúc) bị hỏng. Hiện tượng này có thể xảy ra trong hệ thống truyền động thủy lực dịch chuyển tích cực khi sử dụng van ống. Khi một trong các kênh xả bị chặn bởi ống đệmcác quy trình phát sinh chất lỏng được mô tả ở trên.
Bảo vệ chống lại búa nước
Cường độ của nước dâng sẽ phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy trước và sau khi đường cao tốc bị chặn. Chuyển động càng mạnh, tác động càng mạnh khi dừng đột ngột. Tốc độ của dòng chảy chính nó sẽ phụ thuộc vào đường kính của dòng. Tiết diện càng lớn thì chất lỏng chuyển động càng yếu. Từ đó có thể kết luận rằng việc sử dụng các đường ống lớn làm giảm khả năng xảy ra búa nước hoặc làm suy yếu nó. Một cách khác là tăng thời gian ngắt nguồn cấp nước hoặc bật máy bơm. Các phần tử đóng ngắt kiểu van được sử dụng để đóng dần đường ống. Đặc biệt đối với máy bơm, bộ khởi động mềm được sử dụng. Chúng không chỉ cho phép tránh búa nước trong quá trình bật mà còn tăng đáng kể tuổi thọ hoạt động của máy bơm.
Bồi thường
Tùy chọn bảo vệ thứ ba liên quan đến việc sử dụng thiết bị điều tiết. Nó là một bình giãn nở màng, có thể "dập tắt" sự gia tăng áp suất gây ra. Máy bù búa nước hoạt động theo một nguyên lý nhất định. Nó nằm ở chỗ, trong quá trình tăng áp suất, piston chuyển động cùng chất lỏng và phần tử đàn hồi (lò xo hoặc không khí) bị nén lại. Kết quả là, quá trình sốc được chuyển thành một quá trình dao động. Do sự tiêu tán năng lượng, phần sau phân hủy khá nhanh mà không làm tăng đáng kể áp suất. Bộ bù được sử dụng trong dây chuyền chiết rót. Nó đang được tính phíkhí nén ở áp suất 0,8-1,0 MPa. Tính toán được thực hiện gần đúng, phù hợp với các điều kiện hấp thụ năng lượng của cột nước dẫn động từ bình làm đầy hoặc bình tích điện đến bộ bù.
