coup de bélier dans le système de tuyauterie (Partie 1 )

1. qu’est-Ce que l’eau de marteau?

un coup de bélier est une montée subite ou une onde de pression qui se produit lorsqu’un fluide en mouvement est forcé de s’arrêter ou de changer la vitesse.,

un coup de bélier se produit généralement lorsqu’une vanne se ferme soudainement à l’extrémité d’un système de canalisation et qu’une onde de pression se propage dans le tuyau. Il est aussi appelé amortisseur hydraulique.

Une onde de choc de Pression importante et presque instantanée peut être générée lorsqu’une vanne s’ouvre ou se ferme trop rapidement, ou lorsqu’une pompe démarre avec une conduite de décharge vide ou s’arrête soudainement. Ce phénomène est le résultat du changement soudain de vitesse de l’écoulement du fluide en combinaison avec les caractéristiques de la tuyauterie., Cette onde de choc se manifeste par une série de sons semblables à des coups de marteau, appelés coups de bélier, qui peuvent avoir une ampleur suffisante pour provoquer une défaillance catastrophique dans le système de tuyauterie.

comprendre:

• Envisager un long tuyau AB, comme indiqué dans la Fig. relié à une extrémité à un réservoir contenant de l’eau à une hauteur de H à partir du centre de la conduite.
• à l’autre extrémité du tuyau, une vanne pour réguler le débit d’eau est prévue. Lorsque la vanne est complètement ouverte, l’eau s’écoule avec une vitesse V dans le tuyau., Si maintenant la vanne est soudainement fermée, l’élan de l’eau qui coule sera détruit et par conséquent une vague de haute pression sera mise en place.
• cette onde de haute pression sera transmise le long du tuyau avec une vitesse égale à la vitesse de l’onde sonore et peut créer un bruit appelé knock-ing. En outre, cette vague de haute pression a pour effet de marteler l’action sur les parois du tuyau et, par conséquent, elle est également connue sous le nom de coup de bélier.

2. Quand un coup de bélier se produit-il & Cause?,

– le coup de bélier se produit généralement lorsqu’une vanne est fermée soudainement à l’extrémité d’un réseau de canalisations, une panne de courant, des ruptures principales, des opérations de démarrage et d’arrêt de la pompe, un clapet anti-retour, une variation rapide de la demande, l’ouverture et la fermeture des Bouches d’incendie et une onde de pression

– Les autres causes de coup de bélier sont la défaillance de la pompe et le claquement du clapet anti-retour (en raison d’une décélération soudaine, un clapet anti-retour peut se fermer rapidement, en fonction de la caractéristique dynamique du clapet anti-retour et de la masse d’eau entre le clapet anti-retour et le réservoir).,

– p > – Si le tuyau est soudainement fermé ou ouvert à la sortie (en aval), la masse d’eau avant la fermeture avance toujours avec une certaine vitesse, créant une pression élevée et des ondes de choc et un bruit de martelage. Un coup de bélier peut provoquer la rupture des canalisations si la pression est suffisamment élevée. –> pour éviter cela, Air pièges ou stand tuyaux (ouvert en haut) sont parfois ajoutés comme des amortisseurs pour les systèmes d’eau pour fournir un coussin pour absorber la force de l’eau en mouvement afin d’éviter d’endommager le système., (Dans certaines centrales hydroélectriques, ce qui semble être un château d’eau est en fait l’un de ces dispositifs, connu sous le nom de tambour de surtension).

– d’autre part, lorsqu’une soupape dans un tuyau est fermé, l’eau en aval de la vanne va tenter de continuer à couler, créant un vide qui peut causer le tuyau d’effondrement ou d’imploser. Ce problème peut être particulièrement aigu si le tuyau est sur une pente descendante., – > pour éviter cela, des soupapes de décharge d’air et de vide, ou des Bouches d’aération, sont installées juste en aval de la vanne pour permettre à l’air de pénétrer dans la conduite et empêcher ce vide de se produire.

– ouverture ou fermeture soudaine de Vannes dans une canalisation.

– démarrage ou arrêt des pompes dans un système de pompage.

– erreurs de fonctionnement ou dysfonctionnement de l’équipement. L’électricité coupée.

– orifice de restriction:

– un mauvais fonctionnement des dispositifs de protection contre les surtensions peut faire plus de mal que de bien., Un exemple est le surdimensionnement de la soupape de décharge de surtension ou la sélection incorrecte de la soupape de décharge d’air de disjoncteur de vide.

3. Effet:

4. Prévenir / éviter:

a) les vitesses de fluide supérieures à la valeur pieds par seconde (calculées par conception ) dans les systèmes de tuyauterie en plastique augmentent l’effet de choc hydraulique résultant du démarrage et de l’arrêt des pompes et de l’ouverture et de la fermeture rapides des vannes. La vitesse du fluide ne dépassant pas la valeur pieds par seconde (calculée par conception) est considérée comme sûre et minimisera les effets des coups de bélier.,

b) installer des soupapes de surpression pour atténuer les effets des coups de bélier et soulager l’excès de pression et de débit.

c) Les vannes à fermeture lente doivent être installées pour contrôler la vitesse à laquelle les vannes s’ouvrent et se ferment. Ils peuvent être commandés électriquement ou pneumatiquement, éliminant les risques d’erreur humaine.

bonne performance de la vanne:
fonctionnement lent: ralentir le fonctionnement de la vanne en augmentant son temps de course est un bon moyen d’éviter les coups de bélier., La seule façon précise de calculer le temps de course minimum consiste à faire un modèle transitoire du système, y compris les caractéristiques correctes de la vanne (Cv par rapport à l’angle de fermeture), puis à modéliser différents temps de course jusqu’à ce qu’une limite soit trouvée. Les actionneurs peuvent être ralentis pour atteindre le temps de fermeture sûr calculé. Main robinets peuvent être équipés de réducteurs, de sorte qu’il n’est pas possible pour un opérateur de fermer brusquement. Cela devrait toujours être fait dans des situations vulnérables plutôt que de s’appuyer sur de « bonnes pratiques opérationnelles”.,
bonnes caractéristiques: les vannes peuvent être fabriquées avec un certain nombre de courbes caractéristiques différentes. De nombreuses vannes ont des courbes médiocres du point de vue de la montée subite, et elles ralentissent peu le liquide pendant la majeure partie de leur déplacement, mais provoquent ensuite un changement rapide de débit à l’approche de la fermeture, par exemple le type « ouverture rapide”. La protection contre les surtensions nécessite des changements de vitesse en douceur, et de telles vannes ne sont donc pas les bienvenues dans les systèmes sensibles aux problèmes de surtension. La courbe idéale du Cv par rapport à la position de la vanne dépend de la proportion de la chute de pression qui se produit à travers la vanne lorsque le débit est normal., Ceci est illustré dans la Figure 6. Pour une conception typique, où la chute de pression de la vanne est d’environ 10% à 20% de la chute de pression totale de friction, une caractéristique incurvée (la courbe inférieure) donne le schéma de position du débit souhaité par rapport à la vanne. La garniture de soupape connue sous le nom de type” pourcentage égal  » correspond le mieux à cela. Cela donne donc une diminution assez linéaire du débit à mesure que la vanne se ferme, et donc le ralentissement du liquide est partagé plus uniformément sur toute la course de la vanne. Ceci est idéal pour la prévention des surtensions, et le temps de course de la vanne peut être minimisé en utilisant une telle caractéristique de la vanne.,

inertie de la pompe
l’arrêt soudain d’une pompe, dû à une défaillance de la pompe ou à une défaillance de l’alimentation électrique, n’est pas possible à prévenir absolument. En fonction des conséquences d’un déclenchement, il peut être souhaitable d’augmenter l’inertie de la pompe afin de réduire son taux de ralentissement. Cela peut parfois être fait en installant un moteur surdimensionné, mais si cela n’est pas possible, il est nécessaire d’installer un volant entre le moteur et la pompe. Cela peut sembler être un arrangement inhabituel, mais il a été utilisé à de nombreuses reprises.,

matériau COMPRESSIBLE dans le tuyau
Une autre façon d’éviter les coups de bélier consiste à augmenter la compressibilité du liquide en injectant un gaz dans le flux. Les bulles de gaz augmentent effectivement la compressibilité, donc diminuent la vitesse d’onde, et diminuent la taille de n’importe quels problèmes de montée subite. L’onde
celeric peut être réduite jusqu’à 90% en ajoutant aussi peu que 1% en volume d’air dans un tuyau. Cependant, il peut être coûteux à organiser de manière fiable, et n’est pas une solution habituelle., Il convient de rappeler que chaque fois que la vitesse de l’onde est diminuée, l’avantage de la tête de Joukowski réduite (équation 1) doit être compensé par la longueur de tuyau réduite qui est admissible sans encourir de problèmes de surtension (réorganiser l’équation 2).

d) dispositifs de Protection contre les coups de bélier:

Voir la partie suivante pour en savoir plus sur:

5. COMMENT ÉVITER LES CONSÉQUENCES DES COUPS DE BÉLIER?

6. COMMENT ANALYSER UN SYSTÈME DE TUYAUTERIE POUR LE RISQUE DE COUP DE BÉLIER?

7., Résumé sur les coups de bélier:

Pls voir la prochaine partie: les coups de bélier dans les tuyauteries du système ( Partie 1 )