1/Concept

Le coup de bélier est également appelé coup de bélier. Lors du transport de l'eau (ou d'autres liquides), en raison de l'ouverture ou de la fermeture soudaine d'unVanne papillon API, vannes à guillotine, clapets anti-retour etvannes à boisseau sphériqueLes arrêts soudains des pompes à eau, l'ouverture et la fermeture brutales des aubes directrices, etc., entraînent des variations soudaines du débit et des fluctuations importantes de la pression. L'effet coup de bélier est un terme courant. Il désigne un coup de bélier violent provoqué par l'impact de l'écoulement de l'eau sur la canalisation lors du démarrage et de l'arrêt de la pompe. La paroi interne de la canalisation est lisse et l'eau s'écoule librement. Lorsqu'une vanne ouverte est soudainement fermée ou que la pompe d'alimentation est arrêtée, le débit d'eau génère une pression sur la vanne et la paroi de la canalisation, principalement sur la vanne ou la pompe. La paroi de la canalisation étant lisse, sous l'effet de l'inertie du débit d'eau, la force hydraulique atteint rapidement son maximum et produit des effets destructeurs. C'est ce qu'on appelle en hydraulique l'« effet coup de bélier », autrement dit le coup de bélier positif. À l'inverse, lorsqu'une vanne fermée est soudainement ouverte ou que la pompe est démarrée, un coup de bélier négatif se produit également, mais il est moins important. L'impact de la pression provoque une contrainte sur la paroi du tuyau et produit du bruit, tout comme un marteau frappant le tuyau, c'est ce qu'on appelle l'effet coup de bélier.

2/Dangers

La pression instantanée générée par les coups de bélier peut atteindre des dizaines, voire des centaines de fois la pression de service normale de la canalisation. De telles fluctuations de pression peuvent provoquer de fortes vibrations ou du bruit dans le réseau et endommager les joints des vannes. Elles ont un effet très néfaste sur la tuyauterie. Afin de prévenir les coups de bélier, la canalisation doit être correctement conçue pour limiter les débits excessifs. En général, le débit prévu de la canalisation doit être inférieur à 3 m/s, et la vitesse d'ouverture et de fermeture des vannes doit être contrôlée.
Le démarrage et l'arrêt de la pompe, ainsi que l'ouverture et la fermeture trop rapides des vannes, modifient radicalement la vitesse de l'eau, notamment le coup de bélier provoqué par l'arrêt brutal de la pompe. Ce coup de bélier peut endommager les canalisations, les pompes à eau et les vannes, et provoquer l'inversion de la pompe, réduisant ainsi la pression du réseau. L'effet coup de bélier est extrêmement destructeur : une pression trop élevée peut provoquer la rupture de la canalisation. À l'inverse, une pression trop basse peut provoquer l'effondrement de la canalisation et endommager les vannes et les fixations. En très peu de temps, le débit d'eau passe de zéro à son débit nominal. Les fluides possédant une énergie cinétique et une certaine compressibilité, d'importantes variations de débit sur une courte période peuvent entraîner des pressions élevées ou basses sur la canalisation.

3/générer

Les causes des coups de bélier sont multiples. Les plus fréquentes sont les suivantes :

1. La vanne s’ouvre ou se ferme soudainement ;

2. L'unité de pompe à eau s'arrête ou démarre soudainement ;

3. Un seul tuyau transporte l’eau vers un endroit élevé (la différence de hauteur du terrain d’approvisionnement en eau dépasse 20 mètres) ;

4. La hauteur de levage totale (ou pression de travail) de la pompe à eau est importante ;

5. La vitesse d’écoulement de l’eau dans la canalisation d’eau est trop grande ;

6. La conduite d’eau est trop longue et le terrain change considérablement.
7. La construction irrégulière est un danger caché dans les projets de canalisations d'approvisionnement en eau
(1) Par exemple, la production de piliers de poussée en ciment pour tés, coudes, réducteurs et autres joints ne répond pas aux exigences.
Conformément au Règlement technique relatif aux canalisations d'adduction d'eau enterrées en polychlorure de vinyle rigide, des pieux de butée en ciment doivent être installés aux joints tels que les tés, les coudes, les réducteurs et autres tuyaux d'un diamètre ≥ 110 mm afin d'empêcher tout déplacement de la canalisation. Les pieux de butée en béton ne doivent pas être de grade inférieur à C15 et doivent être coulés sur place, sur le sol de fondation et la pente de la tranchée d'origine. Certains constructeurs négligent le rôle des pieux de butée. Ils clouent un piquet en bois ou calent une broche en fer à proximité de la canalisation pour faire office de pieux de butée. Il arrive que le volume du pieux en ciment soit trop faible ou ne soit pas coulé sur le sol d'origine. D'autre part, certains pieux de butée ne sont pas suffisamment robustes. Par conséquent, pendant l'exploitation de la canalisation, les pieux de butée ne peuvent pas fonctionner et deviennent inutilisables, ce qui entraîne un désalignement et une détérioration des raccords de tuyauterie tels que les tés et les coudes.
(2) La soupape d'échappement automatique n'est pas installée ou la position d'installation est déraisonnable.
Conformément aux principes hydrauliques, des soupapes d'échappement automatiques doivent être conçues et installées aux points hauts des canalisations en zones montagneuses ou vallonnées. Même en plaine avec un terrain légèrement vallonné, les canalisations doivent être conçues artificiellement lors du creusement des tranchées. Les tranchées présentent des montées et des descentes cycliques, la pente n'est pas inférieure à 1/500, et une ou deux soupapes d'échappement sont prévues au point le plus élevé de chaque kilomètre.
Lors du transport de l'eau dans la canalisation, le gaz s'échappe et s'accumule dans les parties surélevées, formant même des bouchons d'air. Lorsque le débit fluctue, les poches d'air formées dans les parties surélevées continuent de se comprimer et de se dilater, et le gaz est comprimé. La pression générée après compression est des dizaines, voire des centaines de fois supérieure à celle générée après compression de l'eau (compte rendu public : Pump Butler). À ce stade, cette section de canalisation, qui présente des dangers cachés, peut entraîner les situations suivantes :
• Une fois l'eau passée en amont du tuyau, les gouttes disparaissent en aval. Cela est dû au fait que la poche d'air dans le tuyau bloque l'écoulement de l'eau, provoquant ainsi une séparation de la colonne d'eau. ​
• Le gaz comprimé dans le pipeline est comprimé jusqu'à la limite maximale et se dilate rapidement, provoquant la rupture du pipeline. ​
• Lorsque l'eau d'une source de crue est transportée en aval à une certaine vitesse par gravité, après la fermeture rapide de la vanne amont, en raison de l'inertie de la différence de hauteur et du débit, la colonne d'eau dans la conduite amont ne s'arrête pas immédiatement. Elle continue de se déplacer à une certaine vitesse. Cette vitesse s'écoule vers l'aval. À ce moment, un vide se forme dans la canalisation, car l'air ne peut être renouvelé à temps, ce qui provoque le dégonflage et l'endommagement de la canalisation par la pression négative.
(3) La tranchée et le sol de remblai ne sont pas conformes à la réglementation.
On observe souvent des tranchées non qualifiées en zone montagneuse, principalement en raison de la présence de nombreuses pierres. Ces tranchées sont creusées manuellement ou à l'explosif. Le fond de la tranchée est très irrégulier et présente des pierres pointues. Dans ce cas, conformément à la réglementation en vigueur, les pierres du fond de la tranchée doivent être retirées et plus de 15 centimètres de sable doivent être recouverts avant la pose de la canalisation. Cependant, les ouvriers ont fait preuve d'irresponsabilité et ont rogné sur les coûts en déposant directement le sable, sans même en recouvrir le sol. La canalisation est alors posée sur les pierres. Une fois le remblayage terminé et l'eau mise en service, le poids de la canalisation, la pression verticale des terres, la charge des véhicules et la superposition des forces gravitationnelles la soutiennent par une ou plusieurs pierres pointues surélevées au fond de la canalisation. En cas de concentration excessive des contraintes, la canalisation risque fort d'être endommagée à cet endroit et de se fissurer en ligne droite. C'est ce que l'on appelle souvent l'« effet de rayage ».

4/Mesures

Il existe de nombreuses mesures de protection contre les coups de bélier, mais différentes mesures doivent être prises en fonction des causes possibles des coups de bélier.
1. La réduction du débit des conduites d'eau peut réduire dans une certaine mesure les coups de bélier, mais elle augmente leur diamètre et augmente les investissements du projet. Lors de l'implantation des conduites d'eau, il convient d'éviter les bosses ou les changements de pente importants afin de réduire la longueur de la conduite. Plus la conduite est longue, plus le coup de bélier à l'arrêt de la pompe est important. Pour relier une station de pompage à deux autres, un puits d'aspiration est utilisé.
Coup de bélier lorsque la pompe est arrêtée

Le coup de bélier à l'arrêt de la pompe désigne le phénomène de choc hydraulique provoqué par des variations soudaines de débit dans la pompe à eau et les conduites de refoulement lors de l'ouverture et de l'arrêt de la vanne, suite à une coupure de courant ou autre. Par exemple, une panne du réseau électrique ou d'un équipement, ou une défaillance occasionnelle de la pompe à eau, peut provoquer l'ouverture et l'arrêt de la vanne de la pompe centrifuge, provoquant un coup de bélier à l'arrêt. L'ampleur du coup de bélier à l'arrêt de la pompe dépend principalement de la hauteur de refoulement de la pompe. Plus cette hauteur est élevée, plus le coup de bélier à l'arrêt est important. Par conséquent, il convient de choisir une hauteur de refoulement raisonnable en fonction des conditions locales.

La pression maximale d'un coup de bélier à l'arrêt d'une pompe peut atteindre 200 % de la pression de service normale, voire plus, ce qui peut détruire les canalisations et les équipements. Les accidents courants provoquent des fuites d'eau et des coupures d'eau ; les accidents graves peuvent inonder la salle des pompes, endommager les équipements et les installations, causer des dommages, voire des blessures, voire la mort.

Après un arrêt accidentel de la pompe, attendez que le tuyau derrière le clapet anti-retour soit rempli d'eau avant de la redémarrer. N'ouvrez pas complètement la vanne de sortie de la pompe lors du démarrage, sous peine de provoquer un fort impact d'eau. Dans de nombreuses stations de pompage, des coups de bélier majeurs surviennent fréquemment dans de telles circonstances.

2. Mettre en place un dispositif anti-coup de bélier
(1) Utilisation de la technologie de contrôle de tension constante
Un système de contrôle automatique PLC permet de contrôler la pompe à vitesse variable et de contrôler automatiquement le fonctionnement de l'ensemble du système d'alimentation en eau. La pression du réseau de canalisations d'alimentation en eau variant constamment en fonction des conditions de fonctionnement, des dépressions ou des surpressions surviennent fréquemment pendant le fonctionnement du système, ce qui peut facilement provoquer des coups de bélier et endommager les canalisations et les équipements. Un système de contrôle automatique PLC permet de contrôler le réseau de canalisations. La détection de pression, le contrôle du démarrage et de l'arrêt de la pompe, le réglage de la vitesse et le contrôle du débit permettent de maintenir la pression à un niveau donné. La pression d'alimentation de la pompe peut être réglée par micro-ordinateur afin de maintenir une pression constante et d'éviter les fluctuations excessives. Le risque de coup de bélier est ainsi réduit.
(2) Installer un éliminateur de coup de bélier
Ce dispositif prévient principalement les coups de bélier à l'arrêt de la pompe. Il est généralement installé près de la conduite de refoulement de la pompe. Il utilise la pression de la conduite elle-même pour déclencher une action automatique basse pression. Ainsi, lorsque la pression dans la conduite est inférieure à la valeur de protection définie, l'orifice de vidange s'ouvre automatiquement pour évacuer l'eau. La décharge de pression permet d'équilibrer la pression des canalisations locales et de prévenir l'impact des coups de bélier sur les équipements et les canalisations. Les éliminateurs se divisent généralement en deux types : mécaniques et hydrauliques. Les éliminateurs mécaniques se réinitialisent manuellement après actionnement, tandis que les éliminateurs hydrauliques se réinitialisent automatiquement.
(3) Installer un clapet anti-retour à fermeture lente sur le tuyau de sortie de la pompe à eau de grand diamètre

Il peut éliminer efficacement les coups de bélier lorsque la pompe est arrêtée, mais parce qu'une certaine quantité d'eau refluera lorsque laAPI 609Lorsque la vanne est activée, le puits d'aspiration doit être équipé d'un tuyau de trop-plein. Il existe deux types de clapets anti-retour à fermeture lente : à coup de bélier et à stockage d'énergie. Ce type de clapet permet d'ajuster le temps de fermeture selon les besoins (bienvenue à suivre : Pump Butler). Généralement, la vanne se ferme à 70 % à 80 % en 3 à 7 secondes après une panne de courant. Les 20 % à 30 % de temps de fermeture restants sont ajustés en fonction de l'état de la pompe à eau et de la canalisation, généralement entre 10 et 30 secondes. Il est à noter qu'en cas de bosse dans la canalisation et de coup de bélier, le rôle du clapet anti-retour à fermeture lente est très limité.
(4) Mettre en place une tour de régulation de pression à sens unique
Elle est construite à proximité de la station de pompage ou à un emplacement approprié sur la canalisation, et sa hauteur est inférieure à la pression de la canalisation. Lorsque la pression dans la canalisation est inférieure au niveau d'eau dans la tour, la tour de régulation de pression réalimente la canalisation en eau afin d'empêcher la rupture de la colonne d'eau et de limiter les coups de bélier. Cependant, son effet réducteur de pression sur les coups de bélier autres que ceux liés à l'arrêt de la pompe, comme ceux liés à la fermeture de la vanne, est limité. De plus, la performance de la vanne unidirectionnelle utilisée dans la tour de régulation de pression unidirectionnelle doit être absolument fiable. Une défaillance de la vanne peut provoquer un coup de bélier important.
(5) Installer une conduite de dérivation (vanne) dans la station de pompage
Lorsque le système de pompage fonctionne normalement, le clapet anti-retour est fermé car la pression de l'eau côté refoulement est supérieure à celle de l'eau côté aspiration. Lorsqu'une panne de courant accidentelle arrête brutalement la pompe, la pression à la sortie de la station de pompage chute brutalement, tandis que la pression côté aspiration augmente fortement. Sous cette pression différentielle, l'eau à haute pression transitoire dans la conduite principale d'aspiration ouvre la plaque du clapet anti-retour et s'écoule vers l'eau à basse pression transitoire dans la conduite principale d'eau sous pression, provoquant une augmentation de la basse pression à cet endroit. D'autre part, la pompe à eau réduit également l'augmentation de la pression due aux coups de bélier côté aspiration. De cette manière, les coups de bélier et les chutes de pression des deux côtés de la station de pompage sont maîtrisés, réduisant et prévenant ainsi efficacement les risques de coups de bélier.
(6) Installer un clapet anti-retour à plusieurs étages
Dans une longue canalisation d'eau, ajoutez un ou plusieursclapets anti-retourDivisez la conduite d'eau en plusieurs sections et installez un clapet anti-retour sur chaque section. Lorsque l'eau de la conduite reflue lors d'un coup de bélier, chaque clapet anti-retour est fermé l'un après l'autre afin de diviser le flux de contre-lavage en plusieurs sections. La charge hydrostatique étant faible dans chaque section de la conduite (ou section de flux de contre-lavage), le débit d'eau est réduit. Coup de bélier. Cette mesure de protection peut être efficace lorsque la différence de hauteur géométrique d'alimentation en eau est importante, mais elle ne peut pas éliminer le risque de séparation de la colonne d'eau. Son principal inconvénient est la consommation électrique accrue de la pompe à eau en fonctionnement normal et l'augmentation des coûts d'approvisionnement en eau.