Le coup de bélier est la surtension qui se propage dans une conduite lorsque l'écoulement d'un liquide est arrêté ou démarré trop rapidement.
La colonne de liquide en mouvement possède de la quantité de mouvement, et quand une vanne se ferme brutalement ou qu'une pompe se déclenche, cette quantité de mouvement se convertit en un pic de pression brutal qui peut éclater des tuyaux, fissurer des raccords et détériorer des pompes et des clapets anti-retour.
Le liquide est presque incompressible, donc une colonne se déplaçant dans une conduite se comporte comme un lourd train rapide sans freins. L'arrêter soudainement et son énergie cinétique n'a d'autre issue que la pression.
L'amplitude de la surtension dépend de la rapidité de l'arrêt de l'écoulement et de la vitesse de propagation de l'onde de pression: la relation de Joukowsky montre que l'augmentation de pression maximale est égale à la densité du fluide multipliée par la célérité de l'onde de pression et par la variation de vitesse. Un arrêt rapide d'un fort écoulement produit un pic très important.
La solution principale consiste à ralentir la variation de vitesse. Fermez les vannes lentement, utilisez des vannes actionnées avec des temps de fermeture contrôlés, et installez des clapets anti-retour de taille appropriée, à action rapide ou assistés par ressort.
Côté pompe, un démarrage et un arrêt contrôlés avec un démarreur progressif ou variateur de fréquence (VFD) montent progressivement le débit au lieu de le commuter. Des protections contre les surpressions, telles que des chambres à air, des accumulateurs et des réservoirs d'absorption, offrent à l'onde de pression un endroit où se dissiper.
Les mêmes transitoires rapides qui provoquent le coup de bélier peuvent aussi faire chuter la pression d'aspiration suffisamment pour déclencher la cavitation, et les surtensions répétées fatiguent les raccords, les supports et les éléments internes de la pompe. Faire fonctionner un système de façon régulière, près du point efficace de la pompe et avec une NPSH (hauteur nette positive d'aspiration) adéquate, évite ces deux problèmes.
Les pics de pression et les vibrations qu'ils provoquent sont précisément ce qu'une plateforme de surveillance peut suivre. Les surtensions répétées apparaissent comme des événements de pression et de vibration, et les signaler transforme une défaillance par fatigue progressive en un travail planifié. Fabrico lit ce signal et oriente l'intervention. Réservez une démonstration Fabrico pour le voir.
Un changement soudain de la vitesse d'écoulement : une vanne qui se ferme trop rapidement, une pompe qui s'arrête, ou un clapet anti-retour qui claque lors d'une inversion d'écoulement. La quantité de mouvement du liquide se convertit en une surtension de pression.
Ralentir la variation de vitesse : fermer les vannes lentement, contrôler le démarrage et l'arrêt des pompes, installer des clapets anti-retour à action rapide, et ajouter des protections contre les surpressions comme des chambres à air ou des réservoirs d'absorption.
Oui. La surtension de pression et l'écoulement inverse peuvent faire claquer des clapets anti-retour, fissurer les carters et les raccords, et les chocs répétés fatiguent les composants internes de la pompe et les supports de tuyauterie.
Ce sont des phénomènes différents, mais les mêmes transitoires rapides qui causent le coup de bélier peuvent faire chuter la pression d'aspiration et déclencher la cavitation, donc un système fonctionnant de manière régulière évite les deux.
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