Qu'est-ce qu'un coup de bélier et comment y remédier ?

Qu'est-ce qu'un coup de bélier ?

Un coup de bélier se produit lors d'une panne de courant soudaine ou d'une fermeture trop rapide d'une vanne. L'inertie du débit d'eau sous pression génère une onde de choc, semblable à celle d'un coup de marteau. La force générée par ces ondes de choc, parfois très importantes, peut endommager les vannes et les pompes.

Lorsqu'une vanne ouverte est brusquement fermée, l'eau s'écoule contre la vanne et la paroi de la canalisation, créant une pression. Grâce à la paroi lisse de la canalisation, le débit d'eau atteint rapidement son maximum sous l'effet de l'inertie et provoque des dommages. C'est ce qu'on appelle l'« effet coup de bélier » en mécanique des fluides, autrement dit le coup de bélier positif. Ce facteur doit être pris en compte lors de la construction des canalisations d'approvisionnement en eau.

À l'inverse, l'ouverture soudaine d'une vanne fermée peut également provoquer un coup de bélier, appelé coup de bélier négatif. Ce coup de bélier possède également une certaine puissance destructrice, mais est moins important. Une panne ou un démarrage soudain de la pompe à eau électrique peut également provoquer un choc de pression et un effet de bélier. L'onde de choc se propage le long de la canalisation, ce qui peut facilement entraîner une surpression locale, entraînant sa rupture et des dommages aux équipements. C'est pourquoi la protection contre les coups de bélier est devenue une technologie clé en ingénierie de l'approvisionnement en eau.
Conditions de coup de bélier

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

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

3. Distribution d'eau par tuyau unique dans les endroits élevés (la différence de hauteur du terrain d'alimentation en eau dépasse 20 mètres) ;

4. La hauteur manométrique totale (ou pression de service) de la pompe est importante ;

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

6. La conduite d’eau est trop longue et le terrain change considérablement.

Les dangers du coup de bélier

L'augmentation de pression provoquée par les coups de bélier peut atteindre plusieurs fois, voire des dizaines de fois, la pression de service normale de la canalisation. Ces importantes variations de pression peuvent endommager le réseau de canalisations, principalement pour les raisons suivantes :

1. Provoquer de fortes vibrations de la canalisation et la déconnexion du joint de la canalisation ;

2. La vanne est endommagée et la pression est trop élevée pour provoquer l'éclatement du tuyau, et la pression du réseau d'alimentation en eau est réduite ;

3. Au contraire, si la pression est trop basse, le tuyau s'effondrera et la vanne et les pièces de fixation seront endommagées ;

4. Provoquer l'inversion de la pompe à eau, endommager l'équipement ou les canalisations de la salle des pompes, provoquer gravement l'immersion de la salle des pompes, provoquer des blessures corporelles et d'autres accidents majeurs, et affecter la production et la vie.

Mesures de protection pour éliminer ou atténuer les coups de bélier

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. Réduire le débit de la conduite d'eau peut réduire dans une certaine mesure les coups de bélier, mais cela augmentera le diamètre de la conduite et l'investissement du projet. Lors de la pose des conduites d'eau, il convient d'éviter les bosses ou les changements de pente importants. L'ampleur du coup de bélier à l'arrêt de la pompe est principalement liée à la hauteur de chute géométrique de la salle des pompes. Plus cette hauteur est élevée, plus le coup de bélier à l'arrêt de la pompe est important. Par conséquent, il convient de choisir une hauteur de chute raisonnable en fonction des conditions locales. Après un arrêt accidentel de la pompe, attendre que la conduite derrière le clapet anti-retour soit remplie d'eau avant de la redémarrer. N'ouvrez pas complètement la vanne de refoulement de la pompe lors du démarrage, sous peine de provoquer un fort impact d'eau. La plupart des accidents de coup de bélier majeurs dans de nombreuses stations de pompage surviennent dans de telles circonstances.

2. Mettre en place un dispositif anti-coup de bélier

(1) En utilisant la technologie de contrôle de pression constante :
La pression du réseau d'alimentation en eau évoluant constamment en fonction des conditions de fonctionnement, des dépressions ou des surpressions surviennent fréquemment pendant le fonctionnement du système, ce qui favorise les coups de bélier et endommage les canalisations et les équipements. Un système de contrôle automatique est utilisé pour contrôler la pression du réseau. La détection, le contrôle du démarrage, de l'arrêt et le réglage de la vitesse de la pompe à eau permettent de contrôler le débit et 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 coups de bélier est ainsi réduit.

(2) Installer l'éliminateur de coup de bélier

Cet équipement 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 pour déclencher un fonctionnement automatique basse pression. Lorsque la pression dans la conduite est inférieure à la valeur de protection définie, le drain s'ouvre automatiquement et évacue l'eau. La décharge de pression équilibre la pression des canalisations locales et prévient l'impact des coups de bélier sur les équipements et les canalisations. Les éliminateurs se divisent généralement en deux types : mécaniques et hydrauliques.

3) Installer un clapet anti-retour à fermeture lente sur le tuyau de sortie de la pompe à eau de gros calibre

Il peut efficacement éliminer les coups de bélier à l'arrêt de la pompe. Cependant, en raison d'un certain reflux d'eau lors de l'actionnement de la vanne, 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. Généralement, 70 % à 80 % de la vanne se ferme dans les 3 à 7 secondes suivant une panne de courant, et le temps de fermeture des 20 % à 30 % restants est ajusté en fonction de l'état de la pompe à eau et de la canalisation, généralement entre 10 et 30 secondes. Il est à noter que le clapet anti-retour à fermeture lente est très efficace en cas de bosse dans la canalisation pour pallier les coups de bélier.

(4) Installer une tour de surtension unidirectionnelle

Elle est construite à proximité de la station de pompage ou à un emplacement approprié de 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 alimente la canalisation en eau pour éviter la rupture de la colonne d'eau et les coups de bélier. Cependant, son effet dépressurisant sur les coups de bélier autres que ceux à l'arrêt de la pompe, comme ceux à la fermeture de la vanne, est limité. De plus, la vanne unidirectionnelle utilisée dans la tour doit être absolument fiable. Une défaillance de la vanne peut entraîner des accidents graves.

(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 à l'aspiration. Lorsqu'une panne de courant arrête brutalement la pompe, la pression à la sortie de la station de pompage chute brutalement, tandis que la pression à l'aspiration augmente fortement. Sous cette pression différentielle, l'eau à haute pression transitoire dans la conduite principale d'aspiration est l'eau à basse pression transitoire qui repousse la plaque du clapet anti-retour et s'écoule vers la conduite principale d'eau sous pression, augmentant ainsi la basse pression de l'eau à cet endroit. D'autre part, la pompe à eau réduit également les coups de bélier côté aspiration. De cette façon, les coups de bélier sont contrôlés des deux côtés de la station de pompage, réduisant et prévenant ainsi efficacement les risques de coups de bélier.
(6) Ensemble de clapet anti-retour à plusieurs étages

Dans les conduites d'eau les plus longues, ajoutez un ou plusieurs clapets anti-retour, divisez la conduite 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, les clapets anti-retour se ferment l'un après l'autre pour 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 en cas de différence de hauteur géométrique importante entre les conduites d'eau, mais elle ne permet pas d'éliminer le risque de séparation de la colonne d'eau. Son principal inconvénient est l'augmentation de la consommation électrique de la pompe à eau en fonctionnement normal, ce qui augmente le coût de l'alimentation en eau.

(7) Des dispositifs d'échappement et d'alimentation en air automatiques sont installés au point haut du pipeline pour réduire l'impact des coups de bélier sur le pipeline.