Applications
Stations de pompage & conduites de refoulement
Protection contre les coups de bélier, régulation de pompes et clapets pour conduites de refoulement.
Les conduites de refoulement présentent certaines des conditions hydrauliques les plus exigeantes dans les infrastructures hydrauliques. Les déclenchements de pompe, la fermeture rapide de vannes et la séparation de colonne peuvent générer des transitoires de pression qui sont plusieurs fois la pression de service en régime permanent. Mettre en place la bonne stratégie de protection dès la phase de conception est bien moins coûteux que de faire face aux conséquences d'une défaillance par coup de bélier.
Présentation
Une conduite de refoulement se définit par le fait qu'elle doit fonctionner contre la gravité. Lorsqu'une pompe se déclenche, la colonne d'eau décélère puis s'inverse. La vitesse à laquelle la colonne s'inverse, et la réponse du clapet anti-retour à cette inversion, détermine si le système subit un transitoire de pression gérable ou un choc destructeur. Sur les longues conduites et les installations à forte hauteur manométrique, la différence entre un système bien protégé et un système mal protégé peut signifier la différence entre des décennies de fonctionnement fiable et des ruptures de conduite répétées.
Le problème des coups de bélier
La pression de coup de bélier sur une conduite de refoulement peut dépasser la pression de service nominale de la canalisation d'un facteur deux ou plus dans les cas graves. Les causes principales sont le déclenchement de pompe sans protection adéquate côté refoulement, la fermeture rapide des vannes d'isolement et la séparation de colonne aux points hauts où le vide se forme lors de la décélération de la pompe. Une analyse hydraulique transitoire identifiera les pressions de pointe en chaque point le long du profil de la conduite et déterminera quelle combinaison de mesures de protection est nécessaire pour les ramener dans des limites acceptables.
Clapets anti-retour sans choc
Un clapet anti-retour sans choc à ressort se ferme avant que le débit inverse significatif ne se soit développé, éliminant le choc qui se produit lorsqu'un disque de clapet à battant conventionnel est soulevé par le débit inverse puis lâché sur le siège. Pour les conduites jusqu'à DN350, les conceptions axiales à ressort compact s'intègrent dans un tronçon bridé standard et ne nécessitent aucun tuyautage externe ni commandes. Pour les conduites plus grandes de DN400 à DN1200, les clapets anti-retour à buse axiale assurent la même performance sans choc avec la perte de charge la plus faible de toutes les géométries de clapets, ce qui est une considération importante sur les longues conduites où les coûts de pompage sont significatifs.
Vannes de contrôle de pompe
Une vanne hydraulique de contrôle de pompe sur le refoulement de la pompe assure une fermeture en deux étapes : rapide sur les 80 à 90 premiers pourcents de la course pour arrêter rapidement le débit inverse, puis lente sur la portion finale pour amener la colonne à un arrêt contrôlé et limiter la montée en pression à des niveaux gérables. La vitesse de fermeture lente est réglée en ajustant une vanne à pointeau dans le circuit pilote et peut être réajustée lors de la mise en service ou lorsque les conditions d'exploitation changent. Sur les stations de surpression où la pompe démarre contre une conduite aval sous pression, la même vanne assure une séquence d'ouverture contrôlée pour prévenir le coup de bélier au démarrage.
Purge d'air sur les conduites de refoulement
Les poches d'air aux points hauts des conduites de refoulement sont une cause directe de séparation de colonne lors de la décélération de la pompe. L'air qui pénètre dans la canalisation lors de la mise en service ou par des joints défaillants s'accumule aux points hauts et réduit la section transversale effective disponible à l'écoulement. Des ventouses combinées anti-choc doivent être installées à chaque point haut sur le profil. Leur mécanisme à pointeau réglable contrôle la vitesse de réadmission lorsque l'eau arrive à la ventouse, prévenant le pic de pression qui se produirait sinon lorsque le flotteur se ferme contre un front d'eau en plein débit.
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