Qu’est-ce que le coup de bélier ? Effet coup de bélier

Qu’est-ce que le coup de bélier ?

Un coup de bélier est un phénomène qui peut se produire dans tout système de tuyauterie où des vannes sont utilisées pour contrôler le débit de liquides ou de vapeur. Un coup de bélier est le résultat d'une surpression ou d'une onde de choc à haute pression qui se propage dans un système de tuyauterie lorsqu'un fluide en mouvement est forcé de changer de direction ou de s'arrêter brusquement. Cette onde de choc est également communément appelée choc hydraulique ou surtension hydraulique et peut être caractérisée par un bruit de claquement ou de cognement marqué sur les tuyaux immédiatement après la fermeture.

Un coup de bélier peut se produire lorsqu'une vanne ouverte se ferme soudainement, provoquant le passage de l'eau dedans, ou lorsqu'une pompe s'arrête soudainement et que le débit inverse la direction vers la pompe. L’eau étant incompressible, l’impact de l’eau provoque une onde de choc qui se propage à la vitesse du son entre la vanne et le coude suivant dans la tuyauterie ou dans la colonne d’eau après la pompe.

Formation de coups de bélier

La formation du coup de bélier peut être très bien comprise à partir des schémas ci-dessous.

Une fois le condensat formé, le flux à l’intérieur du tuyau comporte deux composants : la vapeur et le condensat. La vitesse d'écoulement de la vapeur est bien supérieure à celle du condensat. Lors d'un tel écoulement à deux phases, le condensat lourd qui s'écoule au bas du tuyau est aspiré par de la vapeur à grande vitesse. Cela entraîne la formation d’une boule d’eau beaucoup plus dense que la vapeur se déplaçant à la vitesse de la vapeur. Lorsque cette balle est arrêtée par un quelconque brusque comme un virage ou un équipement, l'énergie cinétique de la balle sera soudainement convertie en énergie de pression qui va créer une onde de choc dans l'ensemble de la tuyauterie. La tuyauterie continuera à vibrer jusqu'à ce que cette énergie soit dissipée dans la structure.

Effet de coup de bélier et mesures préventives sur le pipeline

L'eau L'effet de marteau signifie que lorsque la vanne ouverte est soudainement fermée, en raison de l'inertie du débit d'eau sous pression, l'onde de choc du débit d'eau est générée et provoque alors des dommages. C’est « l’effet coup de bélier » hydraulique, également égal au coup de bélier positif.

Au contraire, après l'ouverture soudaine de la vanne fermée, elle produira également un coup de bélier, appelé coup de bélier négatif, qui a également un certain pouvoir destructeur, mais il n'est pas aussi important que le premier.

Habituellement, l'élément de fermeture aspire soudainement dans le siège de soupape lorsque la soupape est sur le point de se fermer, ce que l'on appelle l'effet de blocage du cylindre.

Bien que le coup de bélier produise beaucoup de bruit, les véritables dégâts sont causés par une défaillance mécanique. Étant donné que l'énergie cinétique se transforme considérablement en une pression de conduite statique, le coup de bélier peut briser la conduite ou endommager le support du tuyau et endommager le joint du tuyau. Pour les vannes, un coup de bélier peut provoquer de fortes vibrations à travers le tiroir, ce qui peut entraîner la défaillance du disque, du joint ou de la garniture.

Pour les vannes, la manière d’éviter les coups de bélier est d’empêcher tout changement soudain de pression dans le système.

Pour éviter les fluctuations de pression, la vanne doit être fermée à une vitesse variable uniformément. Dans certains cas, lors de l'utilisation de la fonction d'ouverture rapide, il peut être nécessaire de passer à une caractéristique à pourcentage égal. Pour les vannes de régulation, le débit d'eau doit être étranglé à l'approche du siège, d'un actionneur avec une poussée de sortie suffisamment importante, tel qu'un actionneur pneumatique à piston ou un actionneur hydraulique, ou d'une encoche spéciale sur le manchon de course d'un opérateur à rotation manuelle. .

Le réglage d'un type d'anti-fluctuation sur le système de canalisations réduit également l'effet de coup de bélier. Cela peut être fait en utilisant un décompresseur soupape ou un réservoir tampon. De plus, du gaz peut être injecté dans le système, et l'injection de gaz peut réduire la densité du fluide et fournir une certaine compressibilité pour gérer les fluctuations soudaines.

Conseils pour éviter les coups de bélier

Évitez les vannes à fermeture rapide: Les vannes manuelles doivent être fermées lentement, surtout lorsque les pompes sont encore en marche. Les électrovannes à fermeture rapide doivent être évitées lorsque d’autres mesures d’atténuation ne sont pas installées. À des fins domestiques, les vannes à siège incliné ou les vannes à bille manuelles que l'on ferme lentement sont d'excellentes vannes à utiliser dans les systèmes d'eau potable.
Installer des vases d'expansion, des châteaux d'eau, des réservoirs de surtension ou des accumulateurs hydrauliques: Ces systèmes captent les coups de bélier en permettant la dilatation du fluide et en évitant les coups de bélier.
Réduire la pression de fonctionnement: Très souvent, la pression d'alimentation principale n'est pas nécessaire à travers le réseau de canalisations. Réduire localement la pression aidera à prévenir les coups de bélier.
Installer des tuyaux à haute pression: Cela n'empêche pas les coups de bélier mais protège contre l'endommagement du tuyau
Procédure opératoire du processus: Les procédures de démarrage et d'arrêt doivent tenir compte des effets du coup de bélier.
Installer des vannes de soufflage et des vannes d'air: Vannes d'air contribuent à réduire les zones de basse pression qui empêchent l'accélération du fluide. Les vannes de décharge permettent d'évacuer la surpression dans le débit.