Sélection des clapets anti-retour sans choc pour les conduites de refoulement

Les clapets anti-retour à battant standard défaillent sur les conduites de refoulement parce qu'ils se ferment trop tard. À mesure que la pompe décélère après un déclenchement, le débit dans la conduite de refoulement ralentit puis s'inverse. Le disque d'un clapet à battant suit le débit inverse en s'accélérant avant de claquer sur le siège à grande vitesse. Le transitoire de pression résultant peut être plusieurs fois la pression de service en régime permanent et peut fracturer des joints de tuyaux, faire éclater des raccords et endommager le clapet lui-même. La bonne réponse est une vanne qui se ferme avant que le débit inverse significatif ne se soit développé.

Comment le claquement se produit

Lorsque le débit de la pompe diminue, la colonne d'eau dans la conduite de refoulement continue à décélérer sous l'effet de la gravité et du frottement. Dans la période entre le déclenchement de la pompe et la fermeture du disque, la colonne s'inverse : l'eau reflue à travers le clapet anti-retour. Le disque s'accélère dans ce débit inverse, prenant de l'élan, avant de frapper le siège à grande vitesse. L'impact génère une onde de pression qui remonte la conduite de refoulement.

La sévérité du claquement dépend de la vitesse du débit inverse au moment de la fermeture. Celle-ci est déterminée par le profil de la canalisation, la hauteur statique, la constante de temps de l'ensemble pompe-moteur et la proximité du clapet par rapport à la pompe. Sur les longues conduites et les fortes pentes, les vitesses inverses à la fermeture peuvent être suffisamment élevées pour produire des pressions transitoires bien au-dessus de la classe de pression de la canalisation. Les clapets à battant standard sans ressort n'ont aucun mécanisme pour se fermer avant que le débit inverse ne se développe.

Conception axiale à ressort : DN50 à DN350

Les clapets anti-retour sans choc à ressort utilisent un ressort coaxial pour maintenir le disque en position quasi-fermée pendant la décélération de la pompe, de sorte que le disque atteigne le siège avant que le débit inverse significatif ne se soit développé. Lorsque le débit de la pompe commence, le disque s'ouvre contre le ressort ; lorsque le débit diminue, le ressort ferme progressivement le disque plutôt que d'attendre que le débit inverse le pousse. La fermeture est douce et la vitesse du disque à l'assise est faible.

Pour DN50 à DN350, la conception axiale à ressort est suffisamment compacte pour s'intégrer dans un tronçon bridé standard. Aucun tuyautage externe ni raccordement pilote n'est nécessaire. La constante de ressort peut être spécifiée pour la pression d'ouverture requise, qui doit être adaptée au débit minimal attendu de la pompe en service continu afin d'éviter une fermeture partielle involontaire en conditions de faible débit.

La perte de charge est plus élevée qu'un clapet à battant en plein débit parce que le disque coaxial crée plus d'obstruction qu'un disque écarté. Pour la plupart des applications de conduites de refoulement, cette pénalité est acceptable. Sur les très longues conduites où le coût énergétique de pompage domine le coût sur la durée de vie, un corps de plus grand calibre pour une vitesse plus faible peut être justifié.

Clapets à buse axiale : DN400 à DN1200

Pour DN400 et au-delà, le disque axial à ressort devient peu pratique : la force du ressort nécessaire pour fermer un grand disque à vitesse sûre est trop élevée pour maintenir une faible perte de charge. Les clapets à buse axiale utilisent une géométrie différente. Un corps en forme de buse concentre l'écoulement à travers une section venturi, et un disque conique sur une tige guide centrale se ferme contre la gorge de la buse.

La géométrie venturi convertit l'énergie cinétique en récupération de pression en aval du disque, produisant une perte de charge globale plus faible que toute autre conception de clapet anti-retour. Combiné à un ressort de fermeture léger, le disque se ferme doucement à mesure que le débit décélère sans attendre le débit inverse. Le résultat est une performance sans choc avec un coefficient de perte de charge inférieur à un clapet à battant bien conçu, ce qui est précieux sur les grandes conduites où les coûts d'énergie de pompage sur une durée de vie de 30 ans sont significatifs.

L'installation doit prévoir la dimension face à face étendue du corps de buse, qui est plus longue qu'un tronçon bridé standard du même diamètre. La vanne doit être installée sur un axe horizontal ou légèrement incliné vers le haut pour permettre le drainage à l'arrêt de la pompe.

Exigences d'installation

Les clapets anti-retour sans choc doivent être installés aussi près que possible du refoulement de la pompe : dans les cinq à dix diamètres de canalisation, c'est idéal. Plus la vanne est éloignée de la pompe, plus le débit inverse a le temps de se développer avant la fermeture du disque.

Un minimum de cinq diamètres de canalisation de tuyau droit en amont est requis pour éviter que les tourbillons n'atteignent le disque. Les coudes, les tés et les vannes d'isolement partiellement ouvertes dans cette distance créeront des profils de vitesse non uniformes qui entraînent des oscillations du disque en conditions de faible débit, fatiguant finalement le guide du disque ou le ressort.

La vanne doit être capable de se fermer complètement contre la contre-pression maximale que le système peut imposer, y compris la hauteur statique de la conduite de refoulement en pleine colonne. Spécifier la pression différentielle maximale à la fermeture au fabricant, car la sélection du ressort doit tenir compte de cette charge.