Savoir-faire – Soupapes de détente

Dans la recherche des méthodes appropriées pour atténuer ou même empêcher les coups de bélier, il faut auparavant tenir compte de certains aspects. Nous commencerons par répondre aux questions suivantes:

Qu'est-ce qu'un coup de bélier et quand se produit un coup de bélier?

Qu’est-ce qu’un coup de bélier?

Les coups de bélier sont des changements de pression dynamiques. Ils peuvent se produire lors d'un changement brusque de la vitesse d'écoulement du fluide. L'énergie cinétique du fluide est convertie en une modification de la pression. Celle-ci peut se présenter sous la forme d'une augmentation ou d'une diminution de la pression et se produire aussi bien dans le sens de l'écoulement que dans le sens inverse du système. La modification de la pression peut être si importante que soit la pression maximale autorisée dans le système est dépassée, soit une cavitation se produit dans le système en raison d‘une baisse de pression.

Endommagements possibles selon le type de coup de bélier

Dans le fonctionnement des tuyauteries, les variations de pression dynamiques sont généralement inévitables, mais doivent être maintenues dans des limites admissibles. Des charges de coups de bélier inadmissibles peuvent entraîner des endommagements importants:

Quand se produit un coup de bélier?

Les coups de bélier en général

• Au démarrage ou à l'arrêt de la pompe en fonctionnement normal
• Si le débit s'arrête soudainement, par exemple en cas d'incendie ou de panne de courant
• Lorsqu’une vanne d’arrêt se ferme soudainement

Ce sont tous des cas typiques où des coups de bélier peuvent se produire. Et pour cela, il existe des vannes qui permettent de remédier à ce problème.

Les coups de bélier dans la pratique

• Lors du démarrage des pompes par accélération de la masse de liquide 
• Rupture de la colonne de liquide lors de l’arrêt des pompes 
• Arrêt brusque d'un liquide en mouvement par une vanne à fermeture rapide
• Changement soudain de la direction d’écoulement par des électrovannes 
• Variation soudaine de la section de la conduite par des rétrécissements et des étranglements 
• Des variations de pression transitoires peuvent se produire dans les systèmes de tuyauterie à faible pente ou à faible inclinaison

Les vannes automotrices de contrôle anti-coup de bélier

Ces vannes fonctionnent indépendamment de toute énergie auxiliaire externe et ne nécessitent aucune pièce de commande pneumatique ou électrique supplémentaire. Elles sont donc particulièrement adaptées aux systèmes de pompage, aux pompes de production, aux puits profonds et aux sites isolés difficiles à entretenir, ainsi qu'aux systèmes anciens.

Les vannes industrielles automotrices typiques pour les applications présentant des problèmes de coups de bélier sont les vannes dites de décharge de pression SRV (surge relief valve) ainsi que les vannes d'amortissement de surpression et de décharge SAV (surge anticipation valve).

Dans certains cas, les vannes de décharge de pression peuvent être une alternative économique à un réservoir d'expansion ou à un réservoir hydropneumatique.

Mode de fonctionnement des vannes de contrôle pour les applications avec la problématique des coups de bélier

Les vannes de décharge de pression SRV (surge relief valve) s'ouvrent lorsque la pression de réglage est atteinte et dépassée afin d'évacuer le fluide du système. Puis, elles se ferment lentement de manière contrôlée pour ne pas créer de coup de bélier. Après une panne de courant, qui peut souvent entraîner une impulsion de pression rapide et brusque, la SRV peut éventuellement être trop lente pour s'ouvrir. C'est pourquoi la SRV est généralement utilisée pour réduire les augmentations de pression progressives et pour contrôler en permanence la surpression aux points critiques le long de la tuyauterie ou dans la conduite de by-pass au niveau des pompes.

Les vannes d’amortissement de surpression et de décharge SAV (surge anticipation valve) s'ouvrent lorsque la pression de réglage inférieure est atteinte ou est trop basse, dans l'attente d'une montée en pression élevée vers l‘atmosphère qui s'ensuit (pression de réglage supérieure). La SAV détecte ainsi d'abord l'onde de basse pression, typique d'un arrêt d'urgence de la pompe (ou en cas de panne de courant), raison pour laquelle la SAV est généralement installée dans un by-pass sur la pompe. Grâce à la pré-ouverture, la SAV est déjà ouverte lorsque l'onde haute pression de retour atteint la SAV. La détection de la surpression de l'onde haute pression est nécessaire pour déclencher l'ouverture de la SAV. La SAV se ferme lentement de manière contrôlée afin de ne pas créer de coup de bélier. Par rapport à la SRV, la SAV est un peu plus adaptée aux changements brusques et transitoires de pression, car elle peut réagir et s'ouvrir plus rapidement.

Pour compenser une onde de dépression (par exemple des coups de cavitation) et casser le vide, une solution complète de  désaérateurs/aérateurs et casses-vide est nécessaire en plus de la SRV et de la SAV.

désaérateur et aérateur     Savoir-faire casses-vide

Sélection du type de vanne et du diamètre nominal

Pour que vos vannes de décompression (SRV + SAV) fonctionnent correctement, elles doivent être conçues avec précision pour votre application. La nature de l'installation est déterminante pour la conception, par exemple, le débit varie en fonction du nombre de vannes et de pompes en service.

En règle générale, les vannes de décharge fonctionnent à environ 25% du débit maximal de la tuyauterie. Une attention particulière doit être accordée au débit (valeur K_vs) et aux pressions de réponse. 

Un surdimensionnement (SRV + SAV), une valeur K_vs trop élevée ou une pression de réglage inférieure (SAV) mal choisie peuvent, en cas de coup de bélier, décharger trop de fluide de service dans l'atmosphère et rendre ainsi impossible la récupération de la pression de l'installation, car la vanne reste ouverte jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de différence de pression au niveau de la vanne. Cette perte de fluide de service persiste jusqu'à ce que la tuyauterie soit vide, ou bien il se produit un arrachement de la colonne de liquide suivi d'une forte augmentation de la pression lorsque les colonnes de liquide se réunissent (macrocavitation).

Avant de concevoir les vannes, nous recommandons donc d'effectuer une analyse complète des coups de bélier (surge analysis) auprès d'un prestataire de services d'ingénierie qualifié. Si nécessaire, nous discutons de l'analyse avec vous et le prestataire de services et nous vous conseillons volontiers sur le bon choix de la vanne (SRV + SAV).

Demander un contact maintenant

Sélection des matériaux

Les vannes Mankenberg sont disponibles en matériaux tels que l'acier inoxydable ou l'acier duplex. Les élastomères pour les joints toriques et les joints d'étanchéité sont conçus pour répondre aux exigences du fluide et de la température de service. 

Étanchéité du siège

Les SRV et SAV ne sont toutefois pas des organes d'arrêt garantissant une fermeture étanche de la vanne. En position de fermeture, elles peuvent présenter un taux de fuite correspondant aux classes de fuite III ou V, voire IV en option, selon la norme DIN EN 60534-4 et/ou ANSI FCI 70-2.

Classe de fuite III (cône de vanne à étanchéité métallique) = 0,1 % de la valeur K_vs
Classe de fuite IV (cône de vanne à étanchéité PTFE) = 0,01 % de la valeur K_vs
Classe de fuite V (cône de vanne à étanchéité souple) = 1,8 x 10^-5 x Δp x D* [l/h]
*D=diamètre du siège