Sự thay ựổi ựột ngột lưu lượng và vận tốc chuyển ựộng của chất lỏng gây nên sự tăng áp suất rất nhanh gọi là hiện tượng nước va, phần áp lực tăng thêm ∆H gọi là áp lực nước va.
Khi nghiên cứu hiện tượng nước va khơng thể coi chất lỏng là chất hồn tồn khơng bị nén. Chẳng hạn, khi ựột ngột ựĩng khĩa trên ống ựẩy sẽ cĩ hiện tượng chảy ngược lại trong ống ựẩy, ựầu tiên lớp nước ở sát ựĩa khĩa dừng lại và áp suất tăng lên làm cho lớp nước ựĩ bị nén lại, ựồng thời thành ống bị dãn ra nhường chỗ cho những lớp nước phắa trên tiếp tục chảy về. Do ựĩ sự tăng áp suất và ngừng chảy khơng phải ựồng thời xảy ra trên tồn bộ ựường ống mà xảy ra ở trước ựĩa khĩa rồi truyền dần lên trên với một tốc ựộ cĩ hạn. Như vậy nghĩa là chất lỏng cũng cĩ tắnh ựàn hồi.
Nếu cĩ chế ựộ quản lý trạm bơm và bơm làm việc ở ựiều kiện bình thường thì khơng xảy ra hiện tượng nước va. Nước va chỉ xuất hiện khi ựĩng khĩa hoặc dừng máy ựột ngột (do mất ựiện chẳng hạn).
Ở thời ựiểm ựầu tiên khi máy bơm vừa dừng lại, tồn bộ khối chất lỏng trong ống hút và ống ựẩy vẫn chuyển ựộng theo quán tắnh lên bể chứa với vận tốc giảm dần ựến Ộ0Ợ ựồng thời bánh xe cơng tác của bơm cũng quay chậm dần rồi dừng lại. Ngay sau khi khối nước trong ựường ống tạm thời dừng lại, do tác dụng của cột nước, nĩ lại chuyển ựộng ngược lại máy bơm với vận tốc tăng dần lên ựến lớn nhất. Khi ựĩ sẽ xảy ra một trong hai trường hợp:
Nếu trên ống ựẩy khơng ựặt van một chiều, nước sẽ chảy qua máy bơm và ống hút về bể hút. Khi ựĩ bơm sẽ làm việc như một tuốc bin, chiều quay của nĩ ngược với chiều quy ựịnh. Trong
trường hợp này, ựộng cơ ựiện lại nhận năng lượng và làm việc ở chế ựộ của máy phát. Do vậy, hiện tượng quay ngược cĩ thể gây hư hỏng tổ máy.
Nếu trên ống ựẩy ựặt van một chiều thì khi nước chảy ngược lại van sẽ ựĩng hồn tồn và tức thời, hiện tượng nước va xuất hiện. Khi ựĩ ngay tại van dịng chảy dừng lại, VC = 0. Sau một thời gian ∆t cĩ một lớp nước 0a- mm dày∆L dừng lại và bị nén nên áp lực tăng lên một lượng
∆H, ựồng thời các lớp nước phắa trên vẫn chảy về vận tốc V0 và áp lực H0 như trước khi van ựĩng (H-124). Giả sử ống cĩ chiều dài L , van ựặt ở A. Lấy A làm gốc trục và chiều dương hướng về bể chứa. Viết phương trình ựộng lượng cho lớp nước 0a - mm theo phương L cĩ:
γ H0 ω - γ (H0 + ∆H)ω = [(γ/g ω∆L)(0-V0)] / ∆t
Do ựĩ
∆H = 1/g ∆L/∆t V0 (8.14)
Sau ựĩ các lớp nước phắa trên cũng lần lượt dừng lại và áp lực cũng tăng lên. Như vậy sự ngừng chảy và tăng áp lực ựược truyền dần lên phắa trên với tốc ựộ:
C = lim∆L→0 ∆L / ∆t (8.15) Thay vào (8.14) cĩ:
∆H = CV0 / g (8.16)
Trong ựĩ
∆H áp lực nước va, tắnh bằng m cột nước C tốc ựộ truyền sĩng nước va, tắnh bằng m/s V0 tốc ựộ vịng chảy trong ống trước khi ựĩng van g gia tốc trọng trường, tắnh bằng m/s2
Bằng tắnh tốn, xuất phát từ phương trình (8.15) và (8.16) người ta tìm ựược tốc ựộ truyền sĩng nước va.
C = √ gEn / γ (1+DEn / δE) m/s (8.17) Trong ựĩ
D ựường kắnh trong của ống, tắnh bằng m
δ chiều dày thành ống, tắnh bằng m
En mơựun ựàn hồi của nước ; En = 21000 kG /cm2 E mơựun ựàn hồi của vật liệu ống, tắnh bằng kG/cm2
γ trọng lượng riêng của nước, tắnh bằng kG/m3
Như ựã mơ tả ở trên, sự ngừng chảy và tăng áp suất bắt ựầu từ van truyền lên bể với tốc ựộ C. Lúc này tồn bộ khối nước trong ựường ống ở trạng thái tĩnh và bị nén. Do ựĩ chênh áp lực ∆H
giữa trong ống và ngồi bể nên nước từ trong ống chảy về bể và áp lực giảm xuống. Nếu bỏ qua ma sát thì tốc ựộ chảy này cũng bằng V0 và ựộ giảm áp lực cũng bằng ∆H. Sự chảy về bể và giảm áp lực cũng truyền về van A với tốc ựộ C. Tới gần van do khơng cĩ lượng nước bổ sung ở sau van nên các lớp nước dừng lại và dãn ra làm cho áp lực lại giảm ựi một lượng ∆H. Sự ngừng chảy và giảm áp suất cũng truyền lên bể với tốc ựộ C và khi t = 3L / C thì tới bể. Lúc này áp lực trong ựường ống lại nhỏ hơn áp lực ngồi bể nên nước từ bể lại chảy vào ống với vận tốc V0, áp lực trở lại bình thường. Hiện tượng này ựược truyền dần từ bể xuống và khi t = 4L/C thì tới van A. Nhưng ngay lúc ựĩ các lớp nước gần van lại bị ngừng chảy và tăng áp suất. Hiện tượng trên lại lặp lại. Như vậy hiện tượng nước va cĩ chu kỳ:
TC = 4L / C
Khoảng thời gian ựể sĩng nước va truyền từ van ựến bể rồi lại từ bể ngược về van gọi là pha nước va.
Tp = 2L / C
Nếu kể ựến tổn thất do ma sát h thì áp lực nước va sẽ là:
∆H = C2V0 / g - h (8.18)
Hiện tượng nước va rất nguy hiểm ựối với sự làm việc bình thường của tổ máy. Aùp lực nước va phụ thuộc vào cột áp cơng tác của bơm và chiều cao bơm nước ựịa hình, nĩ cĩ thể ựạt tới vài trăm at mốt phe. Sự tăng áp lực này, kéo theo sự tăng ứng suất rất lớn của vật liệu ống, cĩ thể phá vỡ các mối nối và ựường ống.
để khắc phục hiện tượng nước va cĩ thể dùng van một chiều ựĩng chậm (loại ựể phanh dầu) hoặc ựặt van an tồn loại ựịn bẩy (hai loại lị xo ở sau van một chiều tắnh theo chiều dịng chảy).