Búa nước xảy ra trong đường hơi và hệ thống thu hồi nước ngưng thường được phân thành 02 loại như sau:
- Nguyên nhân do nước ngưng tụ tốc độ cao đóng sầm lại trong đường ống.
- Nguyên nhân do sự ngưng tụ đột ngột của hơi nước tạo ra các bức tường nước ngưng va đập vào nhau.
Búa nước được hình thành do nước ngưng tốc độ cao
Việc mất nhiệt do bức xạ gây nên sự ngưng tụ nước bên trong đường ống hơi, từ sự hỗn loạn này, nước ngưng dần dần hình thành và được hơi nước cuốn theo. Hơi nước thổi với tốc độ cao trong đường ống kéo theo nước ngưng và gây ra các gợn sóng. Điều này tương tự như các con sóng cao được hình thành bởi cơn gió rất mạnh.
Trong trường hợp này, búa nước xảy ra khi dòng nước ngưng đi qua một đoạn cong hoặc van trong đường ống.
Búa nước được hình thành do sự ngưng tụ đột đột của hơi nước
Khi hơi nước mất nhiệt, nó chuyển sang trạng thái ngưng tụ, ở thể lỏng thì thể tích của nó nhỏ hơn 1000 lần so với thể tích của hơi. Vì vậy, khi hơi nước tiếp xúc với nước ngưng lạnh hơn và ngưng tụ thì thể tích của nó lập tức giảm xuống gần như không còn gì.
Trong quá trình ngưng tụ, không gian của hơi nước trở thành vùng chân không, và nước ngưng sẽ dân lên chiếm chỗ vùng chân không đó. Búa nước xảy ra khi bức tường sóng dân lên va đập vào nhau. Đây là dạng thứ hai của búa nước, được gọi là búa nước do hơi gây ra.
Như vậy, sự trộn lẫn giữa nước ngưng tụ lạnh và hơi sẽ gây ra sự nguy hiểm cho đường ống. Tuy nhiên, đây là tiêu chuẩn trong đường ống thu hồi nước ngưng và các hệ thống tương tự, nên dạng búa nước này khó ngăn chặn.
Mặc dù, dạng búa nước được hình thành từ túi hơi được giới hạn trong hệ thống thu hồi nước ngưng, nhưng nó cũng có thể xảy ra trên đường ống phân phối hơi và thiết bị sử dụng hơi khi nước ngưng không được thoát nhanh (hiện tượng búa nước do nước ngưng gây ra)
Tác động mạnh có thể gây ra 2 loại búa hơi trên, tuy nhiên xảy ra với tần số nhiều hơn thường là loại búa nước do hơi gây ra.
Nhiệt độ nước ngưng ảnh hưởng đến búa nước như thế nào?
Trước đây, người ta tin rằng nhiệt độ của chất ngưng tụ càng thấp thì búa nước tạo ra càng lớn. Tuy nhiên, các thí nghiệm được thực hiện tại TLV đã tiết lộ một sự thật đáng ngạc nhiên. Người ta phát hiện ra rằng tác động nghiêm trọng nhất từ búa nước xảy ra khi chất ngưng tụ ở nhiệt độ chỉ thấp hơn một chút so với nhiệt độ của hơi nước.
Cụ thể hơn, ở nhiệt độ hơi nước 100 ° C, người ta thấy rằng nước ngưng từ 70 ° C đến 80 ° C gây ra búa nước trên quy mô lớn hơn so với ngưng tụ từ 50 ° C đến 60 ° C.
Trên thực tế, tác động do búa nước gây ra có thể được tính toán bằng toán học, và kết quả của các phép tính đó cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa cường độ của búa nước và thể tích của hơi nước ngưng tụ (gọi là 'túi hơi nước').
Nhìn kỹ hơn vào biểu đồ, có thể xác định ba vùng nhiệt độ ngưng tụ:
- Vùng phía bên trái của biểu đồ, hơi nước tiếp xúc với nước ngưng lạnh và lập tức ngưng tụ. Trường hợp này, sự ngưng tụ diễn ra trong quy mô các bong bóng hơi nhỏ, và các túi hơi lớn không hình thành, vì thế chỉ xảy ra búa nước nhỏ.
- Vùng giữa biểu đồ là đáng quan tâm hơn. Do sự khác biệt nhỏ giữa nhiệt độ nước ngưng và hơi là 20-300C, nên hơi nước không ngưng tụ hết một lần, mà chỉ dần dần. Khi tiến trình ngưng tụ diễn ra chậm chạp, nó sẽ tiến đến 1 điểm mà tại đó tất cả hơi nước ngưng tụ hết một cách đột ngột. Độ trể được tạo ra giữa thời gian hơi nước đến tiếp xúc với nước ngưng và thời gian nó ngưng tụ đột ngột là điều cho phép hình thành túi hơi lớn hơn và vì thế búa nước lớn hơn.
- Vùng bên phải biểu đồ, hơi nước tiếp xúc với nước ngưng ở cùng nhiệt độ. Trong trường hợp này, hơi nước không ngưng tụ ngay lập tức nên hiện tượng búa nước không xảy ra. Điều này có thể xác nhận rằng búa nước không xuất hiện ngay đầu ra của bẫy hơi nơi mà nước ngưng bảo hòa cùng tồn tại với hơi giãn áp trong cùng nhiệt độ.
Chúng ta biết rằng nhiệt độ nước ngưng giữa 70-800C là nguyên nhân làm tăng kích thước của túi hơi và điều này gây nên búa nước nghiêm trọng nhất. Vậy điều gì kích hoạt quá trình này? Tìm hiểu Búa nước: nguyên nhân và vị trí.
