Compensateur de coups de bélier dans les systèmes d'alimentation en eau internes FAR. Compensateurs de coups de bélier Compensateurs de chocs hydrauliques

(VT.CAR19.I) L'amortisseur de coups de bélier à membrane VT.CAR 19 est conçu pour compenser les coups de bélier qui se produisent lors de l'ouverture ou de la fermeture soudaine des vannes d'arrêt dans les systèmes d'alimentation en eau résidentiels. L'appareil joue également le rôle d'un vase d'expansion, recevant l'excès d'eau qui se produit dans les canalisations lors du chauffage naturel en l'absence de prise d'eau. Le compensateur de coups de bélier VT.CAR 19 est un réservoir miniature en acier inoxydable AISI 304L avec une membrane de séparation interne en élastomère EPDM. De petites convexités à la surface de la membrane assurent sa connexion lâche avec le corps et la zone de contact maximale de la membrane avec le milieu transporté. La capacité de l'absorbeur de coups de bélier VT.CAR 19 est de 0,162 l, le réglage d'usine de la pression dans la chambre à air est de 3,5 bars, la pression de fonctionnement maximale dans l'alimentation en eau protégée de l'appartement est de 10 bars, la pression maximale lors des coups de bélier est de 20 bar, la température maximale de fonctionnement est de 100°C. Le diamètre du filetage de raccordement est de 1/2". Les dimensions (hauteur x diamètre) du produit sont de 112 x 88, mm. Le réglage d'usine offre une protection aux canalisations avec une pression de service nominale de 3 bars. Lors de l'utilisation du compensateur dans des systèmes avec d'autres paramètres, le réservoir doit être reconfiguré pour que la pression dans la chambre à air dépasse la pression nominale de 0,5 bar.

Informations générales sur les coups de bélier

Le coup de bélier est un changement brusque de la pression d'un fluide circulant dans une canalisation sous pression qui se produit lorsqu'il y a un changement soudain de la vitesse d'écoulement. Dans un sens plus large, le coup de bélier est une alternance rapide de « sauts » et de « creux » de pression, accompagnés d'une déformation des parois du liquide et des tuyaux, ainsi que d'un effet acoustique similaire à celui d'un coup de marteau sur un tuyau en acier. Avec de faibles chocs hydrauliques, le son apparaît sous la forme de clics « métalliques », mais même avec de tels chocs apparemment insignifiants, la pression dans le pipeline peut augmenter de manière assez significative.

Les étapes du coup de bélier peuvent être illustrées par l'exemple suivant ( Fig. 1) : laissez installer un robinet ou un mitigeur monocommande à l'extrémité de la canalisation de l'appartement reliée à la colonne montante de la maison (ce sont précisément ces mitigeurs qui permettent de couper le débit relativement rapidement).

Fig. 1. Étapes du coup de bélier

Lorsque le robinet est fermé, les processus suivants se produisent :

  1. Pendant que le robinet est ouvert, le liquide se déplace dans la canalisation de l'appartement à une vitesse de " ν " Dans le même temps, la pression dans la colonne montante et dans la canalisation de l'appartement est la même ( p).
  2. Lorsque le robinet est fermé et que le débit est brusquement ralenti, l'énergie cinétique du débit se transforme en travail de déformation des parois des canalisations et du liquide. Les parois du tuyau sont étirées et le liquide est comprimé, ce qui entraîne une augmentation de la pression de Δp(pression de choc). La zone dans laquelle la pression a augmenté est appelée zone de compression par l'onde de choc, et sa section extrême est appelée front de l'onde de choc. Le front d’onde de choc se propage vers la colonne montante à la vitesse « c ». Je voudrais ici noter que l'hypothèse d'incompressibilité de l'eau, adoptée dans les calculs hydrauliques, ne s'applique pas dans ce cas, car La vraie eau est un liquide compressible avec un taux de compression volumétrique de 4,9x10 -10 1/Pa. Autrement dit, à une pression de 20 400 bars (2 040 MPa), le volume d'eau est réduit de moitié.
  3. Lorsque le front de l'onde de choc atteint la colonne montante, tout le liquide présent dans le pipeline de l'appartement sera comprimé et les parois du pipeline de l'appartement seront étirées.
  4. Le volume de liquide dans le système de la maison est beaucoup plus important que dans le câblage de l'appartement. Par conséquent, lorsque le front de l'onde de choc atteint la colonne montante, l'excès de pression du liquide est en grande partie lissé en raison de l'expansion de la section transversale et de l'inclusion. du volume total de liquide dans le système domestique. La pression dans la canalisation de l'appartement commence à s'égaliser avec la pression de la colonne montante. Mais en même temps, le pipeline de l'appartement, grâce à l'élasticité du matériau du mur, restaure sa section transversale d'origine, comprimant le liquide et le pressant dans la colonne montante. La zone d'élimination des déformations des parois de la canalisation s'étend vers le robinet à une vitesse de " Avec».
  5. Au moment où la pression dans la canalisation de l'appartement est égale à la pression initiale, ainsi que la vitesse du fluide, le sens d'écoulement sera inversé (« point zéro »).
  6. Maintenant, le liquide dans le pipeline à une vitesse de " ν « A tendance à « se détacher » du robinet. Une « zone de raréfaction des ondes de choc » apparaît. Dans cette zone, la vitesse d'écoulement est nulle et la pression du liquide devient inférieure à la pression initiale, ce qui entraîne une compression des parois des canalisations (réduction du diamètre). L'avant de la zone de vide se déplace vers la colonne montante à une vitesse de " Avec" A un débit initial important, le vide dans la canalisation peut entraîner une diminution de la pression en dessous de la pression atmosphérique, ainsi qu'une violation de la continuité de l'écoulement (cavitation). Dans ce cas, une bulle de cavitation apparaît dans la canalisation près du robinet, dont l'effondrement conduit au fait que la pression du liquide dans la zone de l'onde de choc réfléchie devient supérieure au même indicateur dans l'onde de choc directe.
  7. Lorsque le front de compression de l'onde de choc de la colonne montante est atteint, la vitesse d'écoulement dans la canalisation de l'appartement est nulle et la pression du liquide est inférieure à la pression initiale et à la pression dans la colonne montante. Les parois du pipeline sont comprimées.
  8. La différence de pression entre le liquide dans la colonne montante et la canalisation de l'appartement provoque l'écoulement du liquide dans la canalisation de l'appartement et égalise les pressions à la valeur d'origine. À cet égard, les parois du tuyau commencent également à reprendre leur forme d'origine. C'est ainsi qu'une onde de choc réfléchie se forme, et les cycles se répètent jusqu'à extinction complète. Dans ce cas, la période de temps pendant laquelle se produisent toutes les étapes et tous les cycles de coup de bélier ne dépasse généralement pas 0,001 à 0,06 s. Le nombre de cycles peut varier et dépend des caractéristiques du système.

Sur riz. 2 Les étapes du coup de bélier sont représentées graphiquement.

Riz. 2. Graphiques des changements de pression lors des coups de bélier.

Programmer pour riz. 2a montre l'évolution d'un choc hydraulique lorsque la pression du fluide dans la zone de décharge de l'onde de choc ne descend pas en dessous de la pression atmosphérique (ligne 0).

Programmer pour riz. 2b affiche une onde de choc dont la zone de vide est inférieure à la pression atmosphérique, mais la continuité hydraulique du milieu n'est pas violée. Dans ce cas, la pression du liquide dans la zone de vide est inférieure à la pression atmosphérique, mais l'effet de cavitation n'est pas observé.

Programmer pour Figure 2c représente le cas où la continuité hydraulique de l'écoulement est perturbée, c'est-à-dire qu'une zone de cavitation se forme dont l'effondrement ultérieur entraîne une augmentation de la pression dans l'onde de choc réfléchie.

Types de chocs hydrauliques et dispositions de conception de base

Selon la rapidité avec laquelle le robinet d’arrêt de la canalisation se ferme, le coup de bélier peut être « direct » ou indirect. « Direct » est un impact dans lequel le flux est bloqué dans un temps plus court que la période d'impact, c'est-à-dire que la condition est remplie :

T3 ≤ 2L/s,

T3– heure de fermeture de l'organe d'arrêt, s ; L– longueur de la canalisation depuis le dispositif d'arrêt jusqu'au point où une pression constante est maintenue (dans un appartement - jusqu'à la colonne montante), m ; Avec– vitesse de l'onde de choc, m/s.

Sinon, le coup de bélier est dit indirect. En cas d'impact indirect, la surpression est beaucoup plus faible, car une partie de l'énergie du flux est amortie par une fuite partielle à travers l'élément d'arrêt.

Selon le degré de blocage du débit, le coup de bélier peut être complet ou incomplet. Un coup complet est un coup dans lequel l'organe d'arrêt bloque complètement le flux. Si cela ne se produit pas, c'est-à-dire qu'une partie du débit continue de s'écouler à travers la vanne d'arrêt, le coup de bélier sera alors incomplet. Dans ce cas, la vitesse calculée pour déterminer l'ampleur du choc hydraulique sera la différence des débits avant et après le blocage. L'ampleur de l'augmentation de pression lors d'un choc hydraulique complet direct peut être déterminée par la formule N.E. Joukovski (dans la littérature technique occidentale, la formule est attribuée à Alievi et Michaud) :

Δp = ρ ν c, Pa,

ρ – densité du liquide transporté, kg/m3 ; ν – vitesse du liquide transporté avant le moment du freinage brusque, m/s ; Avec– vitesse de propagation de l'onde de choc, m/s.

À son tour, la vitesse de propagation de l'onde de choc c est déterminée par la formule :

c 0- vitesse de propagation du son dans un liquide (pour l'eau – 1425 m/s, pour d'autres liquides elle peut être prise selon tableau 1); D– diamètre du pipeline, m; δ – épaisseur de paroi du tuyau, m ; E– module volumétrique d'élasticité du liquide (peut être pris selon tableau 2), Pa ; Manger– module d'élasticité du matériau de la paroi du tuyau, Pa (peut être pris selon tableau 3).

Tableau 1. Caractéristiques du liquide


Tableau 2. Caractéristiques des matériaux des parois des tuyaux


Si l'on tient compte du fait que la vitesse de l'eau dans les systèmes d'appartements ne doit pas dépasser 3 m/s (clause 7.6. SNiP 2.04.01), alors pour les canalisations constituées de divers matériaux, il est possible de calculer le montant de l'augmentation de pression avec une éventuelle coup de bélier direct et complet. Ces données récapitulatives pour certaines canalisations sont présentées dans tableau 3.

Tableau 3. Augmentation de la pression lors d'un coup de bélier à une vitesse d'écoulement de 3 m/s


Matériau et dimensions des tuyaux

Vitesse de l'onde de choc, m/s

Δр, bar

Polymère métallique

Polyéthylène

Polypropylène

Acier (tuyaux normaux VGP)

En cas de coup de bélier indirect, l'augmentation de pression est calculée à l'aide de la formule :

DANS tableau 4 Le temps de réponse moyen des principaux équipements de l'appartement est indiqué. Pour chaque type de ce raccord, la longueur de la canalisation est calculée, au-delà de laquelle le coup de bélier cesse d'être direct.

Tableau 4. Longueur de la section à impact direct pour les vannes d'arrêt d'eau


Type d'aménagement de l'appartement

Temps de réponse

Longueur de la section à impact direct, m

Pour pipeline non métallique

Pour canalisation métallique

Robinet à levier ou mitigeur

Interrupteur de douche (inverseur)

Électrovanne lave-linge

Électrovanne lave-vaisselle

Électrovanne de protection contre les fuites (1/2")

Robinet de remplissage des toilettes

Conséquences possibles d'un coup de bélier

Dans les réseaux résidentiels, l'apparition de coups de bélier n'entraîne bien entendu pas de conséquences destructrices aussi importantes que sur les canalisations principales de grand diamètre. Cependant, même ici, ils peuvent causer beaucoup de problèmes et de pertes si vous ne tenez pas compte de la possibilité de leur apparition.

Des chocs hydrauliques périodiquement répétés dans les canalisations résidentielles peuvent provoquer les problèmes suivants :

– réduction de la durée de vie des canalisations. La durée de vie standard des canalisations internes est déterminée par l'ensemble des caractéristiques (température, pression, temps) dans lesquelles la canalisation est exploitée. Même de tels coups de bélier et creux de pression alternés à court terme, mais souvent répétés, qui se produisent lors d'un choc hydraulique, déforment considérablement l'image des conditions d'exploitation du pipeline, réduisant ainsi la période de son fonctionnement sans problème. Cela s'applique dans une plus grande mesure aux pipelines en polymère et multicouches ;

– essorer les joints et les joints des raccords et des connecteurs de canalisations. Les éléments tels que les réducteurs de pression à piston, les robinets à tournant sphérique, les vannes et les mélangeurs avec bagues de presse-étoupe en caoutchouc, les bagues d'étanchéité des connecteurs à sertir et à sertir, ainsi que les demi-anneaux de raccord (« femmes américaines ») y sont sensibles. Dans les compteurs d'eau d'appartement, l'écrasement de la bague d'étanchéité entre la chambre de mesure et le mécanisme de comptage peut entraîner la pénétration d'eau dans le mécanisme de comptage (Fig. 3) ;

Riz. 3. Eau pénétrant dans le mécanisme de comptage du compteur d'eau suite à l'écrasement du joint

– même un seul coup de bélier peut désactiver complètement les instruments de contrôle et de mesure installés dans l’appartement. Par exemple, la flexion de l'aiguille du manomètre due à l'interaction avec la goupille de limitation est un signe clair d'un coup de bélier qui s'est produit (Fig. 4) ;

Riz. 4. Dommages typiques du manomètre dus à un choc hydraulique

– chaque coup de bélier dans une canalisation résidentielle en matériaux polymères, réalisée avec des connecteurs à sertir, à presser ou à coulisser, entraîne inévitablement un « glissement » microscopique du connecteur depuis la canalisation. En fin de compte, un moment peut arriver où le prochain coup de bélier devient critique - le tuyau « rampe » complètement hors du connecteur (Fig. 5) ;

Riz. 5. Défaillance de la connexion à sertir MPT suite à un coup de bélier

– les phénomènes de cavitation, qui peuvent accompagner les coups de bélier, sont souvent à l'origine de l'apparition de cavités dans le tiroir et le corps de vanne. L'effondrement des bulles de vide lors de la cavitation « ronge » simplement les morceaux de métal de la surface sur laquelle elles se forment. En conséquence, le tiroir cesse de remplir sa fonction, c'est-à-dire que l'étanchéité de l'organe d'arrêt est rompue. Et le corps de tels raccords tombera en panne très rapidement (Fig. 6) ;

Riz. 6. Destruction par cavitation de la surface interne de la décharge devant l'électrovanne

– un danger particulier pour les canalisations résidentielles constituées de canalisations multicouches est la zone de décharge de l'onde de choc lors d'un choc hydraulique. Si la couche adhésive est de mauvaise qualité ou s'il y a des zones non collées, le vide formé dans le tuyau arrache la couche interne du tuyau, provoquant son « effondrement » (Fig. 7, 8).

Riz. 7. Multicouche tuyau en polypropylène, endommagé par un coup de bélier

Riz. 8. Tuyau métal-polymère « effondré »

Une fois partiellement effondré, le tuyau continuera à remplir sa fonction, mais avec une résistance hydraulique bien plus grande. Cependant, un effondrement complet peut également se produire - dans ce cas, le tuyau sera bloqué par sa propre couche interne. Malheureusement, GOST 53630-2009 « Tuyaux sous pression multicouches » n'exige pas de tester des échantillons de tuyaux à une pression interne inférieure à la pression atmosphérique. Cependant, un certain nombre de fabricants, conscients de ce problème, incluent dans les spécifications techniques une clause obligatoire sur le contrôle de la canalisation sous vide. En particulier, chaque rouleau de tuyaux multicouches VALTEC est relié à une pompe à vide qui porte la pression absolue dans le tuyau à 0,2 atm (–0,8 bar manométrique). Ensuite, à l'aide d'un compresseur, une boule de mousse de polystyrène d'un diamètre légèrement inférieur au diamètre interne prévu du tuyau est entraînée à travers le tuyau. Les rouleaux par lesquels la balle n'a pas pu passer sont impitoyablement rejetés et détruits ;

– un autre danger réside dans la présence de conduites d’eau chaude internes dues aux coups de bélier. Comme on le sait, le point d’ébullition de l’eau dépend étroitement de la pression ( tableau 5).

Tableau 5. Dépendance de la température d'ébullition de l'eau sur la pression


Si, par exemple, le pipeline de l'appartement reçoit eau chaudeà une température de 70 °C, et dans la zone de raréfaction du coup de bélier, la pression diminue jusqu'à une valeur absolue de 0,3 atm, puis dans cette zone l'eau se transformera en vapeur. Considérant que le volume de vapeur dans des conditions normales est près de 1 200 fois supérieur au volume de la même masse d'eau, il faut s'attendre à ce que ce phénomène puisse conduire à une augmentation encore plus importante de la pression dans la zone de compression de l'onde de choc.

Méthodes de protection contre les coups de bélier dans les systèmes d'appartements

Le moyen le plus efficace et le plus fiable de se protéger contre les coups de bélier consiste à augmenter la durée pendant laquelle la vanne d'arrêt coupe le débit. Cette méthode est utilisée sur les canalisations principales. La fermeture en douceur de la vanne ne provoque aucune perturbation destructrice du débit et élimine le besoin d'installer des dispositifs d'amortissement encombrants et coûteux. Dans les systèmes d'appartements, cette méthode n'est pas toujours acceptable, car Les mitigeurs à levier « à un bras », les électrovannes pour appareils électroménagers et autres équipements capables de couper le débit en peu de temps sont devenus solidement ancrés dans notre vie quotidienne. À cet égard, les systèmes d'ingénierie des appartements, déjà au stade du projet, doivent être conçus en tenant compte du risque de coup de bélier. Les mesures constructives, telles que l'utilisation d'inserts élastiques, de boucles d'expansion et d'extenseurs, ne sont pas largement utilisées. Les plus populaires à l'heure actuelle sont les raccords spécialement conçus à cet effet - amortisseurs de coups de bélier pneumatiques (piston, Fig. 9a et membrane, Fig. 9b) ou à ressort (Fig. 9c).

Riz. 9. Types d'amortisseurs de coups de bélier

Dans les amortisseurs pneumatiques, l'énergie cinétique du flux liquide est éteinte par l'énergie de compression de l'air dont la pression varie de manière adiabatique avec un indice de K = 1,4. Le volume de la chambre à air de l'amortisseur pneumatique est déterminé à partir de l'expression :

où P 0 est la pression initiale dans la chambre à air, P K est la pression finale (ultime) dans la chambre à air. Dans la formule ci-dessus, le côté gauche est une expression de l’énergie cinétique de l’écoulement du fluide et le côté droit est l’énergie de compression de l’air.

Les paramètres de ressort pour les compensateurs à ressort sont obtenus à partir de l'expression :

où D pr est le diamètre moyen du ressort, I est le nombre de tours du ressort, G est le module de cisaillement, F k est la force finale agissant sur le ressort, F 0 est la force initiale agissant sur le ressort.

Parmi les concepteurs et les installateurs, il existe une opinion selon laquelle les clapets anti-retour et les réducteurs de pression ont également la capacité d'absorber les coups de bélier.

En effet, les clapets anti-retour, coupant une partie du pipeline au moment d'un blocage soudain du débit, réduisent la longueur estimée du pipeline, transformant un coup direct en un coup indirect de moindre énergie. Cependant, en se fermant brusquement sous l'influence de l'étape de compression de l'onde de choc, la vanne elle-même devient la cause d'un coup de bélier dans la canalisation située devant elle. Pendant la phase de vide, la vanne s'ouvre à nouveau et, en fonction du rapport des longueurs des tuyaux avant et après la vanne, il peut arriver un moment où les ondes de choc des deux sections s'additionnent, augmentant ainsi la surpression. Les réducteurs de pression à piston ne peuvent pas servir d'amortisseurs hydrauliques en raison de leur inertie élevée - en raison du travail des forces de friction dans les joints de piston, ils n'ont tout simplement pas le temps de réagir à un changement instantané de pression. De plus, ces boîtes de vitesses elles-mêmes doivent être protégées contre les coups de bélier, ce qui provoque l'expulsion des bagues d'étanchéité des sièges de piston.

Les réducteurs de pression à membrane ont la capacité d'absorber partiellement l'énergie des coups de bélier, mais ils sont conçus pour des effets de force complètement différents, de sorte que les travaux visant à amortir les coups de bélier fréquents les mettront rapidement hors service. De plus, un chevauchement brutal de la boîte de vitesses lors d'une onde de choc entraîne, comme dans le cas de clapet anti-retour, à l'émergence d'une onde de choc dans la zone allant jusqu'à la boîte de vitesses, non protégée par une membrane.

Entre autres choses, les amortisseurs de coups de bélier pour appartements, en plus de remplir leur tâche principale, remplissent plusieurs autres fonctions importantes pour le fonctionnement en toute sécurité des canalisations d'appartement. Ces fonctions seront abordées à l'aide de l'exemple de l'amortisseur hydraulique à membrane VALTEC VT.CAR19 (Fig. 10).

Amortisseur de coups de bélier VT.CAR19

Riz. 10. Amortisseur de coups de bélier VALTEC VT.CAR19

L'amortisseur de coups de bélier résidentiel VALTEC VT.CAR19 est structurellement constitué (Fig. 11) d'un corps sphérique en acier inoxydable AISI 304L ( 1 ), avec une membrane EPDM roulée ( 2 ). Grâce aux petites convexités à la surface de la membrane, sa connexion lâche avec le corps et la surface de contact maximale de la membrane avec le milieu transporté sont assurées. La chambre à air du registre est à une pression d'usine de 3,5 bars, ce qui assure la protection des canalisations résidentielles dont la pression ne dépasse pas 3 bars. L'amortisseur peut également protéger les canalisations avec une pression de service allant jusqu'à 10 bars, mais dans ce cas il est nécessaire d'utiliser une pompe reliée au mamelon ( 3 ) augmenter la pression dans la chambre à air à 10,5 bars. Dans les cas où la pression de service dans le réseau résidentiel est inférieure à 3 bars, il est recommandé de passer par le raccord ( 3 ) libérer une partie de l'air de la chambre jusqu'à la valeur Prab + 0,5 bar.

Figure 11. Conception de l'amortisseur VALTEC VT.CAR19

Caractéristiques et les dimensions hors tout de l'amortisseur sont données en tableau 6.

Tableau 6. Caractéristiques techniques du VALTEC VT.CAR19


Nom de la caractéristique

Signification

Volume de travail

Valeur d'usine de la prépression dans la chambre à air

Pression maximale au coup de bélier

Pression de service maximale dans la canalisation résidentielle protégée

Plage de température de l'environnement de travail


Dimensions (voir croquis) :



H – hauteur

O – diamètre

G – fil de connexion

Matériel:



Acier inoxydable AISI 304L

Membrane

L'amortisseur est capable de protéger les canalisations contre les coups de bélier, dont la pression augmente jusqu'à 20 bars. Par conséquent, avant d'installer l'amortisseur, il est nécessaire de vérifier l'ampleur des coups de bélier qui peuvent se produire dans une canalisation résidentielle particulière. Calcul de la pression possible lors d'un coup de bélier Рг peut être calculé à l'aide de la formule :

, bar

Le rapport Ewater/Eat pour les canalisations constituées de différents matériaux est pris en fonction de tableau 2.

Protégeant de manière fiable les canalisations des appartements contre les coups de bélier, le registre VT.CAR19, de par ses caractéristiques de conception, est capable d'absorber l'excès d'eau généré lors du chauffage de l'eau froide entrante lors d'une interruption de la consommation d'eau. Par exemple, si de l'eau à une température de +5°C était fournie à un appartement équipé à l'entrée d'un réducteur ou d'un clapet anti-retour, et qu'elle réchauffait pendant la nuit jusqu'à 25°C (température habituelle de l'air dans la salle de bain), alors la pression dans la section coupée du pipeline augmentera de :

ΔP = β t Δt/β v = 0,00015 · (25 – 5) / 4,9 · 10 –9 = 61,2 bars.

Dans la formule donnée βt est le coefficient de dilatation thermique de l'eau, et β v est le coefficient de compression volumétrique de l'eau (l'inverse du module élastique). La formule ne prend pas en compte la dilatation thermique du matériau du tuyau lui-même, mais la pratique montre que chaque degré d'augmentation de la température de l'eau dans le pipeline augmente la pression de 2 à 2,5 bars.

C’est là que la deuxième fonction de l’amortisseur de coups de bélier à membrane entre en jeu. En absorbant une partie de l'eau de la canalisation de chauffage, cela la soulagera d'une charge excessive et contribuera à éviter une urgence. DANS tableau 7 Les longueurs maximales de canalisations protégées par l'amortisseur VT.CAR19 de la dilatation thermique du liquide sont indiquées.

Tableau 7. Longueur limite des canalisations protégées de la dilatation thermique (à ΔТ = 20°C)


En ce qui concerne les conduites d'alimentation en eau chaude résidentielles, le registre VT.CAR19 remplit ici également la tâche importante d'empêcher l'eau de bouillir dans la zone de décharge des ondes de choc. En absorbant l'énergie du choc hydraulique, l'amortisseur élimine ce danger.

La plus grande efficacité de l'amortisseur de coups de bélier est obtenue lorsqu'il est installé directement devant les raccords protégés. Dans ce cas, la possibilité de coups de bélier est complètement éliminée (Fig. 12).

Riz. 12. Installation des registres directement devant les appareils protégés

Dans les systèmes d'appartements où les canalisations n'ont pas une longueur significative, il est permis d'installer un registre par groupe d'appareils. Dans ce cas, il convient de vérifier que la longueur totale des sections de canalisation protégées par un amortisseur ne dépasse pas les valeurs indiquées dans tableau 8.

Tableau 8. Longueur des sections de pipeline protégées par un amortisseur


Si les valeurs indiquées dans le tableau sont dépassées, il est nécessaire d'installer non pas un, mais plusieurs registres. Dans le cas où la pression calculée lors d'un coup de bélier dépasse la pression maximale admissible pour un amortisseur donné (20 bars pour VT.CAR19), un autre type de dispositif avec des caractéristiques de résistance plus élevées doit être sélectionné.

Conformément à la clause 7.1.4. SP 30.13330.2012 « Approvisionnement en eau et assainissement internes des bâtiments », dont les dispositions sont entrées en vigueur le 1er janvier 2013, la conception des vannes d'alimentation en eau et d'arrêt doit assurer une ouverture et une fermeture en douceur du débit d'eau. Mais il est peu probable que cette exigence soit satisfaite, car le commerce offre aux résidents une vaste gamme d'équipements et d'appareils dans lesquels une régulation fluide est impossible. Compte tenu de cela, les principaux organismes de conception et de construction de notre pays prévoient déjà l'installation d'amortisseurs de coups de bélier résidentiels dans leurs projets. Par exemple, DSK-1 dans la ville de Moscou restructure la production pour mettre en œuvre des unités d'alimentation en eau résidentielles selon le schéma illustré à la Fig. 13.

Riz. 13. Unité d'entrée d'alimentation en eau de l'appartement

DANS Dernièrement De plus en plus de cas de destruction de certains éléments du système de chauffage ou de la plomberie sont signalés. La cause de la panne était un coup de bélier. Un compensateur de coup de bélier (absorbeur) vous évite de tels problèmes. De quel type d'appareil s'agit-il, comment et où l'installer - lisez cet article.

Qu'est-ce qu'un coup de bélier dans un pipeline, ses causes

Coup de bélier- il s'agit d'une forte augmentation de la pression dans les systèmes transportant du liquide, qui se produit lorsqu'il y a un changement brusque de la vitesse de déplacement du liquide. Une surpression peut provoquer la destruction de certains éléments du système. Les ruptures se produisent lorsque la résistance à la traction d'une connexion ou d'un matériau est dépassée.

Si nous parlons de nos maisons et appartements, des coups de bélier se produisent dans les systèmes de chauffage et d'approvisionnement en eau. Dans les systèmes de chauffage des maisons privées - lors du démarrage ou de l'arrêt de la pompe de circulation. Oui, cela ne crée pas de pression en soi. Mais une forte accélération ou un arrêt du liquide de refroidissement est une charge qui agit sur les parois des tuyaux et des appareils à proximité. Dans les systèmes de chauffage de type fermé, cela coûte. Il compense les coups de bélier si la pompe est à proximité. Dans ce cas, des appareils supplémentaires ne seront peut-être pas nécessaires. Vous pouvez vérifier la nécessité d'installer un compensateur à l'aide d'un manomètre. Si l’aiguille ne bouge pas ou bouge à peine, tout va bien.

La cause la plus fréquente des coups de bélier est la fermeture brusque du robinet.

Dans les systèmes de chauffage centralisés, les coups de bélier se produisent lorsque le registre est soudainement fermé lorsque les robinets sont ouverts rapidement pour remplir le système après réparation/prévention. Selon les règles, cela devrait se faire lentement et progressivement, mais dans la pratique, cela se passe différemment...

Dans l'approvisionnement en eau, les coups de bélier se produisent même lorsqu'un robinet ou une autre vanne d'arrêt est soudainement fermé. Des « effets » plus prononcés sont obtenus dans les systèmes remplis d’air. Lorsque l’eau se déplace, elle heurte des poches d’air, ce qui crée des charges de choc supplémentaires. Nous pouvons entendre des clics ou des crépitements. Et si l'alimentation en eau est acheminée par des tuyaux en plastique, pendant le fonctionnement, vous remarquerez comment ces tuyaux tremblent. C'est ainsi qu'ils réagissent aux coups de bélier. Vous avez probablement remarqué comment le tuyau tressé en métal se contracte. La raison est la même : les coups de bélier. Tôt ou tard, ils conduiront au fait que soit le tuyau éclatera au plus vite. point faible, ou la connexion fuira (ce qui est plus probable et plus courant).

Pourquoi ce phénomène n’a-t-il pas été observé auparavant ? Parce que maintenant, la plupart des robinets ont un robinet à tournant sphérique et le débit se ferme/s'ouvre très brusquement. Auparavant, les robinets étaient du type à valve et la valve s'abaissait lentement et progressivement.

Comment faire face aux coups de bélier dans le chauffage et l'approvisionnement en eau ? Vous pouvez bien entendu apprendre aux habitants d'un appartement ou d'une maison à ne pas ouvrir brusquement les robinets. Mais on ne peut pas enseigner une machine à laver ou un lave-vaisselle attitude prudente aux tuyaux. Et la pompe de circulation ne peut pas être ralentie pendant le processus de démarrage et d'arrêt. Par conséquent, des compensateurs de coups de bélier sont ajoutés au système de chauffage ou d'alimentation en eau. On les appelle aussi amortisseurs, amortisseurs.

Qu'est-ce qu'un compensateur de coup de bélier : types, conception, principe de fonctionnement

Il existe deux types de compensateurs de coups de bélier : à membrane et à clapet à ressort. Ils remplissent la même fonction : ils acceptent l'excès de liquide, réduisant ainsi la charge sur les autres éléments du système. Étant donné que ces appareils sont de petite taille, ils protègent les appareils situés à proximité.

Le compensateur de coups de bélier est un petit appareil, mais il change considérablement la donne

Comment fonctionne et fonctionne un compensateur à membrane

Un compensateur de coups de bélier à membrane est un récipient divisé en deux parties par une membrane élastique. L'une des pièces est remplie d'air, la seconde est vide à l'état normal. L'air dans la pièce remplie est pompé sous une certaine pression. Pour vérifier/gonfler la pression, il y a un distributeur à tiroir (mamelon) dans cette partie du corps. Les produits sont fournis en usine avec une pression initiale de 3 bars. Il s'agit de la valeur « standard » pour la plupart des systèmes de chauffage des maisons privées à un étage. Si la pression doit être modifiée, une pompe est connectée au mamelon et portée à la valeur requise. Cette valeur est 20 à 30 % plus élevée que celle qui fonctionne dans un système particulier. Mais elle devrait être nettement inférieure à la limite de performance du compensateur lui-même.

Tant que la pression dans le système ne dépasse pas la pression dans cette partie du réservoir, rien ne se passe. Lorsqu'un coup de bélier se produit, sous l'influence d'une pression accrue, la membrane s'étire, une partie du liquide pénètre dans le réservoir. En se normalisant, la membrane élastique a tendance à reprendre son état normal, repoussant le fluide dans le système. Ainsi, le saut est lissé.

Caractéristiques d'un amortisseur de coups de bélier à ressort

Le deuxième type de compensateurs de coups de bélier fonctionne sur le même principe : le liquide passe dans le boîtier à mesure que la pression augmente. Mais l’accès au conteneur est bloqué par un disque en plastique soutenu par un ressort. La pression à laquelle le liquide commence à s'écouler à l'intérieur dépend de la force élastique du ressort. Il ne peut en aucun cas être réglé (du moins, aucun modèle réglable n'a encore été rencontré), vous devez donc sélectionner un appareil avec des paramètres appropriés.

Le principe de fonctionnement de cet amortisseur est similaire à celui décrit ci-dessus. Alors que la pression dans le système est normale, le ressort presse le disque contre le corps. Lorsqu'un coup de bélier se produit, il se contracte et l'eau pénètre dans le boîtier. À mesure que la pression diminue, elle devient inférieure à la force élastique du ressort. Il se desserre progressivement, renvoyant le liquide dans le pipeline.

Comme vous pouvez le constater, les deux appareils fonctionnent selon un principe similaire. Les modèles à ressort sont considérés comme plus fiables, car leurs éléments de travail sont moins sujets à l'usure (ressort métallique et plastique durable). Mais les membranes sont également fabriquées à partir de matériaux qui longue durée ne perdent pas leur élasticité. Un avantage supplémentaire est la possibilité de régler la pression à laquelle la membrane commence à s'étirer. Mais l'inconvénient est la nécessité de vérifier régulièrement la pression et, si nécessaire, de la gonfler.

Le compensateur de coups de bélier est de petite taille : seule une petite quantité d'eau peut entrer dans le boîtier (généralement moins de 200 ml). Il s'installe à proximité immédiate de la source du coup de bélier : un robinet à tournant sphérique, un peigne à eau, sur un tuyau d'accès à un lave-linge ou un lave-vaisselle, après une pompe de circulation, sur un peigne pour sol chauffant.

Vous pouvez le fixer dans n'importe quelle position : vers le haut, vers le bas, sur le côté. Pour les modèles à membrane, il est seulement important qu'il y ait un libre accès au mamelon. Quelle que soit la conception, il n'est pas recommandé d'installer l'appareil sur de longues branches de la ligne principale. La section du tuyau d'alimentation doit être aussi courte que possible.

Lors du choix, faites attention à la pression maximale de fonctionnement et de compensation. Le deuxième point est le diamètre de connexion. Habituellement, il s'agit de 1/2 pouce, mais il existe également des 3/4 et pouces.

Lors du raccordement d'un lave-linge et/ou d'un lave-vaisselle, un té est installé sur le tuyau. Une sortie libre du té va à la machine et un compensateur de coup de bélier est installé sur la seconde.

Autres moyens de lutter contre les coups de bélier

Un des options possibles la neutralisation des coups de bélier a déjà été annoncée - fermez les robinets en douceur. Mais ce n’est pas une panacée et cela n’est pas pratique à notre époque où tout va si vite. Et il y a aussi l’électroménager, on ne peut pas leur apprendre. Cependant, certains fabricants tiennent compte de ce point et les derniers modèles sont fabriqués avec une vanne qui ferme l'eau en douceur. C'est pourquoi les compensateurs et les neutralisants deviennent si populaires.

Compensateur de coup de bélier - un petit appareil (comparaison avec un robinet à tournant sphérique en laiton)

Vous pouvez lutter contre les coups de bélier en utilisant d'autres méthodes :

  • Lors de l'installation ou de la reconstruction de systèmes d'alimentation en eau ou de chauffage, insérez un morceau de tuyau élastique devant la source du coup de bélier. Il s'agit de caoutchouc renforcé résistant à la chaleur ou de plastique PPS. La longueur de l'insert élastique est de 20 à 40 cm. Plus le tuyau est long, plus l'insert est long.
  • Achat d'appareils électroménagers et de vannes d'arrêt et de régulation avec mouvement fluide des vannes. Lorsqu'il s'agit de chauffage, des problèmes surviennent souvent. Tous les servos ne fonctionnent pas correctement lors de la fermeture du flux. La solution consiste à installer des thermostats/thermostats avec une course de piston douce.
  • Utilisez des pompes avec démarrage et arrêt progressifs.

Les coups de bélier sont une chose vraiment dangereuse pour un système fermé. Il casse des radiateurs et fait éclater des canalisations. Pour éviter les problèmes, il est préférable de réfléchir à l'avance aux mesures de contrôle. Si tout fonctionne déjà, mais que des problèmes surviennent, le moyen le plus intelligent et le plus simple consiste à installer des compensateurs. Oui, ils ne sont pas bon marché, mais les réparations coûteront plus cher.

Fabricants, caractéristiques, prix

Il est préférable d'acheter un compensateur de coup de bélier auprès d'entreprises renommées. Ce n’est pas un domaine dans lequel il convient d’économiser de l’argent. Les plus populaires sont plusieurs entreprises :


Il existe d'autres sociétés, mais elles ne sont pas si populaires. certains parce qu'ils sont trop chers, d'autres n'ont pas gagné la confiance. Au moins pour l'instant.

Informations générales sur les coups de bélier

Le coup de bélier est un changement brusque de la pression d'un fluide circulant dans une canalisation sous pression qui se produit lorsqu'il y a un changement soudain de la vitesse d'écoulement. Dans un sens plus large, le coup de bélier est une alternance rapide de « sauts » et de « creux » de pression, accompagnés d'une déformation des parois du liquide et des tuyaux, ainsi que d'un effet acoustique similaire à celui d'un coup de marteau sur un tuyau en acier. Avec de faibles chocs hydrauliques, le son apparaît sous la forme de clics « métalliques », mais même avec de tels chocs apparemment insignifiants, la pression dans le pipeline peut augmenter de manière assez significative.

Les étapes du coup de bélier peuvent être illustrées par l'exemple suivant ( Fig. 1) : laissez installer un robinet ou un mitigeur monocommande à l'extrémité de la canalisation de l'appartement reliée à la colonne montante de la maison (ce sont précisément ces mitigeurs qui permettent de couper le débit relativement rapidement).

Fig. 1. Étapes du coup de bélier

Lorsque le robinet est fermé, les processus suivants se produisent :

  1. Pendant que le robinet est ouvert, le liquide se déplace dans la canalisation de l'appartement à une vitesse de " ν " Dans le même temps, la pression dans la colonne montante et dans la canalisation de l'appartement est la même ( p).
  2. Lorsque le robinet est fermé et que le débit est brusquement ralenti, l'énergie cinétique du débit se transforme en travail de déformation des parois des canalisations et du liquide. Les parois du tuyau sont étirées et le liquide est comprimé, ce qui entraîne une augmentation de la pression de Δp(pression de choc). La zone dans laquelle la pression a augmenté est appelée zone de compression par l'onde de choc, et sa section extrême est appelée front de l'onde de choc. Le front d’onde de choc se propage vers la colonne montante à la vitesse « c ». Je voudrais ici noter que l'hypothèse d'incompressibilité de l'eau, adoptée dans les calculs hydrauliques, ne s'applique pas dans ce cas, car La vraie eau est un liquide compressible avec un taux de compression volumétrique de 4,9x10 -10 1/Pa. Autrement dit, à une pression de 20 400 bars (2 040 MPa), le volume d'eau est réduit de moitié.
  3. Lorsque le front de l'onde de choc atteint la colonne montante, tout le liquide présent dans le pipeline de l'appartement sera comprimé et les parois du pipeline de l'appartement seront étirées.
  4. Le volume de liquide dans le système de la maison est beaucoup plus important que dans le câblage de l'appartement. Par conséquent, lorsque le front de l'onde de choc atteint la colonne montante, l'excès de pression du liquide est en grande partie lissé en raison de l'expansion de la section transversale et de l'inclusion. du volume total de liquide dans le système domestique. La pression dans la canalisation de l'appartement commence à s'égaliser avec la pression de la colonne montante. Mais en même temps, le pipeline de l'appartement, grâce à l'élasticité du matériau du mur, restaure sa section transversale d'origine, comprimant le liquide et le pressant dans la colonne montante. La zone d'élimination des déformations des parois de la canalisation s'étend vers le robinet à une vitesse de " Avec».
  5. Au moment où la pression dans la canalisation de l'appartement est égale à la pression initiale, ainsi que la vitesse du fluide, le sens d'écoulement sera inversé (« point zéro »).
  6. Maintenant, le liquide dans le pipeline à une vitesse de " ν « A tendance à « se détacher » du robinet. Une « zone de raréfaction des ondes de choc » apparaît. Dans cette zone, la vitesse d'écoulement est nulle et la pression du liquide devient inférieure à la pression initiale, ce qui entraîne une compression des parois des canalisations (réduction du diamètre). L'avant de la zone de vide se déplace vers la colonne montante à une vitesse de " Avec" A un débit initial important, le vide dans la canalisation peut entraîner une diminution de la pression en dessous de la pression atmosphérique, ainsi qu'une violation de la continuité de l'écoulement (cavitation). Dans ce cas, une bulle de cavitation apparaît dans la canalisation près du robinet, dont l'effondrement conduit au fait que la pression du liquide dans la zone de l'onde de choc réfléchie devient supérieure au même indicateur dans l'onde de choc directe.
  7. Lorsque le front de compression de l'onde de choc de la colonne montante est atteint, la vitesse d'écoulement dans la canalisation de l'appartement est nulle et la pression du liquide est inférieure à la pression initiale et à la pression dans la colonne montante. Les parois du pipeline sont comprimées.
  8. La différence de pression entre le liquide dans la colonne montante et la canalisation de l'appartement provoque l'écoulement du liquide dans la canalisation de l'appartement et égalise les pressions à la valeur d'origine. À cet égard, les parois du tuyau commencent également à reprendre leur forme d'origine. C'est ainsi qu'une onde de choc réfléchie se forme, et les cycles se répètent jusqu'à extinction complète. Dans ce cas, la période de temps pendant laquelle se produisent toutes les étapes et tous les cycles de coup de bélier ne dépasse généralement pas 0,001 à 0,06 s. Le nombre de cycles peut varier et dépend des caractéristiques du système.

Sur riz. 2 Les étapes du coup de bélier sont représentées graphiquement.

Riz. 2. Graphiques des changements de pression lors des coups de bélier.

Programmer pour riz. 2a montre l'évolution d'un choc hydraulique lorsque la pression du fluide dans la zone de décharge de l'onde de choc ne descend pas en dessous de la pression atmosphérique (ligne 0).

Programmer pour riz. 2b affiche une onde de choc dont la zone de vide est inférieure à la pression atmosphérique, mais la continuité hydraulique du milieu n'est pas violée. Dans ce cas, la pression du liquide dans la zone de vide est inférieure à la pression atmosphérique, mais l'effet de cavitation n'est pas observé.

Programmer pour Figure 2c représente le cas où la continuité hydraulique de l'écoulement est perturbée, c'est-à-dire qu'une zone de cavitation se forme dont l'effondrement ultérieur entraîne une augmentation de la pression dans l'onde de choc réfléchie.

Types de chocs hydrauliques et dispositions de conception de base

Selon la rapidité avec laquelle le robinet d’arrêt de la canalisation se ferme, le coup de bélier peut être « direct » ou indirect. « Direct » est un impact dans lequel le flux est bloqué dans un temps plus court que la période d'impact, c'est-à-dire que la condition est remplie :

T3 ≤ 2L/s,

T3– heure de fermeture de l'organe d'arrêt, s ; L– longueur de la canalisation depuis le dispositif d'arrêt jusqu'au point où une pression constante est maintenue (dans un appartement - jusqu'à la colonne montante), m ; Avec– vitesse de l'onde de choc, m/s.

Sinon, le coup de bélier est dit indirect. En cas d'impact indirect, la surpression est beaucoup plus faible, car une partie de l'énergie du flux est amortie par une fuite partielle à travers l'élément d'arrêt.

Selon le degré de blocage du débit, le coup de bélier peut être complet ou incomplet. Un coup complet est un coup dans lequel l'organe d'arrêt bloque complètement le flux. Si cela ne se produit pas, c'est-à-dire qu'une partie du débit continue de s'écouler à travers la vanne d'arrêt, le coup de bélier sera alors incomplet. Dans ce cas, la vitesse calculée pour déterminer l'ampleur du choc hydraulique sera la différence des débits avant et après le blocage. L'ampleur de l'augmentation de pression lors d'un choc hydraulique complet direct peut être déterminée par la formule N.E. Joukovski (dans la littérature technique occidentale, la formule est attribuée à Alievi et Michaud) :

Δp = ρ ν c, Pa,

ρ – densité du liquide transporté, kg/m3 ; ν – vitesse du liquide transporté avant le moment du freinage brusque, m/s ; Avec– vitesse de propagation de l'onde de choc, m/s.

À son tour, la vitesse de propagation de l'onde de choc c est déterminée par la formule :

c 0- vitesse de propagation du son dans un liquide (pour l'eau – 1425 m/s, pour d'autres liquides elle peut être prise selon tableau 1); D– diamètre du pipeline, m; δ – épaisseur de paroi du tuyau, m ; E– module volumétrique d'élasticité du liquide (peut être pris selon tableau 2), Pa ; Manger– module d'élasticité du matériau de la paroi du tuyau, Pa (peut être pris selon tableau 3).

Tableau 1. Caractéristiques du liquide

Tableau 2. Caractéristiques des matériaux des parois des tuyaux

Si l'on tient compte du fait que la vitesse de l'eau dans les systèmes d'appartements ne doit pas dépasser 3 m/s (clause 7.6. SNiP 2.04.01), alors pour les canalisations constituées de divers matériaux, il est possible de calculer le montant de l'augmentation de pression avec une éventuelle coup de bélier direct et complet. Ces données récapitulatives pour certaines canalisations sont présentées dans tableau 3.

Tableau 3. Augmentation de la pression lors d'un coup de bélier à une vitesse d'écoulement de 3 m/s

Matériau et dimensions des tuyaux

Vitesse de l'onde de choc, m/s

Δр, bar

Polymère métallique

Polyéthylène

Polypropylène

Acier (tuyaux normaux VGP)

En cas de coup de bélier indirect, l'augmentation de pression est calculée à l'aide de la formule :

DANS tableau 4 Le temps de réponse moyen des principaux équipements de l'appartement est indiqué. Pour chaque type de ce raccord, la longueur de la canalisation est calculée, au-delà de laquelle le coup de bélier cesse d'être direct.

Tableau 4. Longueur de la section à impact direct pour les vannes d'arrêt d'eau

Conséquences possibles d'un coup de bélier

Dans les réseaux résidentiels, l'apparition de coups de bélier n'entraîne bien entendu pas de conséquences destructrices aussi importantes que sur les canalisations principales de grand diamètre. Cependant, même ici, ils peuvent causer beaucoup de problèmes et de pertes si vous ne tenez pas compte de la possibilité de leur apparition.

Des chocs hydrauliques périodiquement répétés dans les canalisations résidentielles peuvent provoquer les problèmes suivants :

– réduction de la durée de vie des canalisations. La durée de vie standard des canalisations internes est déterminée par l'ensemble des caractéristiques (température, pression, temps) dans lesquelles la canalisation est exploitée. Même de tels coups de bélier et creux de pression alternés à court terme, mais souvent répétés, qui se produisent lors d'un choc hydraulique, déforment considérablement l'image des conditions d'exploitation du pipeline, réduisant ainsi la période de son fonctionnement sans problème. Cela s'applique dans une plus grande mesure aux pipelines en polymère et multicouches ;

– essorer les joints et les joints des raccords et des connecteurs de canalisations. Les éléments tels que les réducteurs de pression à piston, les robinets à tournant sphérique, les vannes et les mélangeurs avec bagues de presse-étoupe en caoutchouc, les bagues d'étanchéité des connecteurs à sertir et à sertir, ainsi que les demi-anneaux de raccord (« femmes américaines ») y sont sensibles. Dans les compteurs d'eau d'appartement, l'écrasement de la bague d'étanchéité entre la chambre de mesure et le mécanisme de comptage peut entraîner la pénétration d'eau dans le mécanisme de comptage (Fig. 3) ;

Riz. 3. Eau pénétrant dans le mécanisme de comptage du compteur d'eau suite à l'écrasement du joint

– même un seul coup de bélier peut désactiver complètement les instruments de contrôle et de mesure installés dans l’appartement. Par exemple, la flexion de l'aiguille du manomètre due à l'interaction avec la goupille de limitation est un signe clair d'un coup de bélier qui s'est produit (Fig. 4) ;

Riz. 4. Dommages typiques du manomètre dus à un choc hydraulique

– chaque coup de bélier dans une canalisation résidentielle en matériaux polymères, réalisée avec des connecteurs à sertir, à presser ou à coulisser, entraîne inévitablement un « glissement » microscopique du connecteur depuis la canalisation. En fin de compte, un moment peut arriver où le prochain coup de bélier devient critique - le tuyau « rampe » complètement hors du connecteur (Fig. 5) ;

Riz. 5. Défaillance de la connexion à sertir MPT suite à un coup de bélier

– les phénomènes de cavitation, qui peuvent accompagner les coups de bélier, sont souvent à l'origine de l'apparition de cavités dans le tiroir et le corps de vanne. L'effondrement des bulles de vide lors de la cavitation « ronge » simplement les morceaux de métal de la surface sur laquelle elles se forment. En conséquence, le tiroir cesse de remplir sa fonction, c'est-à-dire que l'étanchéité de l'organe d'arrêt est rompue. Et le corps de tels raccords tombera en panne très rapidement (Fig. 6) ;

Riz. 6. Destruction par cavitation de la surface interne de la décharge devant l'électrovanne

– un danger particulier pour les canalisations résidentielles constituées de canalisations multicouches est la zone de décharge de l'onde de choc lors d'un choc hydraulique. Si la couche adhésive est de mauvaise qualité ou s'il y a des zones non collées, le vide formé dans le tuyau arrache la couche interne du tuyau, provoquant son « effondrement » (Fig. 7, 8).

Riz. 7. Tuyau en polypropylène multicouche endommagé par un coup de bélier

Riz. 8. Tuyau métal-polymère « effondré »

Une fois partiellement effondré, le tuyau continuera à remplir sa fonction, mais avec une résistance hydraulique bien plus grande. Cependant, un effondrement complet peut également se produire - dans ce cas, le tuyau sera bloqué par sa propre couche interne. Malheureusement, GOST 53630-2009 « Tuyaux sous pression multicouches » n'exige pas de tester des échantillons de tuyaux à une pression interne inférieure à la pression atmosphérique. Cependant, un certain nombre de fabricants, conscients de ce problème, incluent dans les spécifications techniques une clause obligatoire sur le contrôle de la canalisation sous vide. En particulier, chaque rouleau de tuyaux multicouches VALTEC est relié à une pompe à vide qui porte la pression absolue dans le tuyau à 0,2 atm (–0,8 bar manométrique). Ensuite, à l'aide d'un compresseur, une boule de mousse de polystyrène d'un diamètre légèrement inférieur au diamètre interne prévu du tuyau est entraînée à travers le tuyau. Les rouleaux par lesquels la balle n'a pas pu passer sont impitoyablement rejetés et détruits ;

– un autre danger réside dans la présence de conduites d’eau chaude internes dues aux coups de bélier. Comme on le sait, le point d’ébullition de l’eau dépend étroitement de la pression ( tableau 5).

Tableau 5. Dépendance de la température d'ébullition de l'eau sur la pression

Si, par exemple, de l'eau chaude d'une température de 70 ° C pénètre dans la canalisation de l'appartement et que dans la zone de raréfaction du coup de bélier, la pression diminue jusqu'à une valeur absolue de 0,3 atm, alors dans cette zone, l'eau se transformera en vapeur. Considérant que le volume de vapeur dans des conditions normales est près de 1 200 fois supérieur au volume de la même masse d'eau, il faut s'attendre à ce que ce phénomène puisse conduire à une augmentation encore plus importante de la pression dans la zone de compression de l'onde de choc.

Méthodes de protection contre les coups de bélier dans les systèmes d'appartements

Le moyen le plus efficace et le plus fiable de se protéger contre les coups de bélier consiste à augmenter la durée pendant laquelle la vanne d'arrêt coupe le débit. Cette méthode est utilisée sur les canalisations principales. La fermeture en douceur de la vanne ne provoque aucune perturbation destructrice du débit et élimine le besoin d'installer des dispositifs d'amortissement encombrants et coûteux. Dans les systèmes d'appartements, cette méthode n'est pas toujours acceptable, car Les mitigeurs à levier « à un bras », les électrovannes pour appareils électroménagers et autres équipements capables de couper le débit en peu de temps sont devenus solidement ancrés dans notre vie quotidienne. À cet égard, les systèmes d'ingénierie des appartements, déjà au stade du projet, doivent être conçus en tenant compte du risque de coup de bélier. Les mesures constructives, telles que l'utilisation d'inserts élastiques, de boucles d'expansion et d'extenseurs, ne sont pas largement utilisées. Les plus populaires à l'heure actuelle sont les raccords spécialement conçus à cet effet - amortisseurs de coups de bélier pneumatiques (piston, Fig. 9a et membrane, Fig. 9b) ou à ressort (Fig. 9c).

Riz. 9. Types d'amortisseurs de coups de bélier

Dans les amortisseurs pneumatiques, l'énergie cinétique du flux liquide est éteinte par l'énergie de compression de l'air dont la pression varie de manière adiabatique avec un indice de K = 1,4. Le volume de la chambre à air de l'amortisseur pneumatique est déterminé à partir de l'expression :

où P 0 est la pression initiale dans la chambre à air, P K est la pression finale (ultime) dans la chambre à air. Dans la formule ci-dessus, le côté gauche est une expression de l’énergie cinétique de l’écoulement du fluide et le côté droit est l’énergie de compression de l’air.

Les paramètres de ressort pour les compensateurs à ressort sont obtenus à partir de l'expression :

où D pr est le diamètre moyen du ressort, I est le nombre de tours du ressort, G est le module de cisaillement, F k est la force finale agissant sur le ressort, F 0 est la force initiale agissant sur le ressort.

Parmi les concepteurs et les installateurs, il existe une opinion selon laquelle les clapets anti-retour et les réducteurs de pression ont également la capacité d'absorber les coups de bélier.

En effet, les clapets anti-retour, coupant une partie du pipeline au moment d'un blocage soudain du débit, réduisent la longueur estimée du pipeline, transformant un coup direct en un coup indirect de moindre énergie. Cependant, en se fermant brusquement sous l'influence de l'étape de compression de l'onde de choc, la vanne elle-même devient la cause d'un coup de bélier dans la canalisation située devant elle. Pendant la phase de vide, la vanne s'ouvre à nouveau et, en fonction du rapport des longueurs des tuyaux avant et après la vanne, il peut arriver un moment où les ondes de choc des deux sections s'additionnent, augmentant ainsi la surpression. Les réducteurs de pression à piston ne peuvent pas servir d'amortisseurs hydrauliques en raison de leur inertie élevée - en raison du travail des forces de friction dans les joints de piston, ils n'ont tout simplement pas le temps de réagir à un changement instantané de pression. De plus, ces boîtes de vitesses elles-mêmes doivent être protégées contre les coups de bélier, ce qui provoque l'expulsion des bagues d'étanchéité des sièges de piston.

Les réducteurs de pression à membrane ont la capacité d'absorber partiellement l'énergie des coups de bélier, mais ils sont conçus pour des effets de force complètement différents, de sorte que les travaux visant à amortir les coups de bélier fréquents les mettront rapidement hors service. De plus, un arrêt brutal de la boîte de vitesses lors d'une onde de choc entraîne, comme dans le cas d'un clapet anti-retour, l'apparition d'une onde de choc dans la zone en amont de la boîte de vitesses non protégée par une membrane.

Entre autres choses, les amortisseurs de coups de bélier pour appartements, en plus de remplir leur tâche principale, remplissent plusieurs autres fonctions importantes pour le fonctionnement en toute sécurité des canalisations d'appartement. Ces fonctions seront abordées à l'aide de l'exemple de l'amortisseur hydraulique à membrane VALTEC VT.CAR19 (Fig. 10).

Amortisseur de coups de bélier VT.CAR19

Riz. 10. Amortisseur de coups de bélier VALTEC VT.CAR19

L'amortisseur de coups de bélier résidentiel VALTEC VT.CAR19 est structurellement constitué (Fig. 11) d'un corps sphérique en acier inoxydable AISI 304L ( 1 ), avec une membrane EPDM roulée ( 2 ). Grâce aux petites convexités à la surface de la membrane, sa connexion lâche avec le corps et la surface de contact maximale de la membrane avec le milieu transporté sont assurées. La chambre à air du registre est à une pression d'usine de 3,5 bars, ce qui assure la protection des canalisations résidentielles dont la pression ne dépasse pas 3 bars. L'amortisseur peut également protéger les canalisations avec une pression de service allant jusqu'à 10 bars, mais dans ce cas il est nécessaire d'utiliser une pompe reliée au mamelon ( 3 ) augmenter la pression dans la chambre à air à 10,5 bars. Dans les cas où la pression de service dans le réseau résidentiel est inférieure à 3 bars, il est recommandé de passer par le raccord ( 3 ) libérer une partie de l'air de la chambre jusqu'à la valeur Prab + 0,5 bar.

Figure 11. Conception de l'amortisseur VALTEC VT.CAR19

Les caractéristiques techniques et les dimensions d'encombrement du registre sont données dans tableau 6.

Tableau 6. Caractéristiques techniques du VALTEC VT.CAR19

Nom de la caractéristique

Signification

Volume de travail

Valeur d'usine de la prépression dans la chambre à air

Pression maximale au coup de bélier

Pression de service maximale dans la canalisation résidentielle protégée

Plage de température de l'environnement de travail

Dimensions (voir croquis) :

H – hauteur

O – diamètre

G – fil de connexion

Matériel:

Acier inoxydable AISI 304L

Membrane

L'amortisseur est capable de protéger les canalisations contre les coups de bélier, dont la pression augmente jusqu'à 20 bars. Par conséquent, avant d'installer l'amortisseur, il est nécessaire de vérifier l'ampleur des coups de bélier qui peuvent se produire dans une canalisation résidentielle particulière. Calcul de la pression possible lors d'un coup de bélier P gu peut être calculé à l'aide de la formule :

, bar

Le rapport Ewater/Eat pour les canalisations constituées de différents matériaux est pris en fonction de tableau 2.

Protégeant de manière fiable les canalisations des appartements contre les coups de bélier, le registre VT.CAR19, de par ses caractéristiques de conception, est capable d'absorber l'excès d'eau généré lors du chauffage de l'eau froide entrante lors d'une interruption de la consommation d'eau. Par exemple, si de l'eau à une température de +5°C était fournie à un appartement équipé à l'entrée d'un réducteur ou d'un clapet anti-retour, et qu'elle réchauffait pendant la nuit jusqu'à 25°C (température habituelle de l'air dans la salle de bain), alors la pression dans la section coupée du pipeline augmentera de :

ΔP = β t Δt/β v = 0,00015 · (25 – 5) / 4,9 · 10 –9 = 61,2 bars.

Dans la formule donnée βt est le coefficient de dilatation thermique de l'eau, et β v est le coefficient de compression volumétrique de l'eau (l'inverse du module élastique). La formule ne prend pas en compte la dilatation thermique du matériau du tuyau lui-même, mais la pratique montre que chaque degré d'augmentation de la température de l'eau dans le pipeline augmente la pression de 2 à 2,5 bars.

C’est là que la deuxième fonction de l’amortisseur de coups de bélier à membrane entre en jeu. En absorbant une partie de l'eau de la canalisation de chauffage, cela la soulagera d'une charge excessive et contribuera à éviter une urgence. DANS tableau 7 Les longueurs maximales de canalisations protégées par l'amortisseur VT.CAR19 de la dilatation thermique du liquide sont indiquées.

Tableau 7. Longueur limite des canalisations protégées de la dilatation thermique (à ΔТ = 20°C)

En ce qui concerne les conduites d'alimentation en eau chaude résidentielles, le registre VT.CAR19 remplit ici également la tâche importante d'empêcher l'eau de bouillir dans la zone de décharge des ondes de choc. En absorbant l'énergie du choc hydraulique, l'amortisseur élimine ce danger.

La plus grande efficacité de l'amortisseur de coups de bélier est obtenue lorsqu'il est installé directement devant les raccords protégés. Dans ce cas, la possibilité de coups de bélier est complètement éliminée (Fig. 12).

Riz. 12. Installation des registres directement devant les appareils protégés

Dans les systèmes d'appartements où les canalisations n'ont pas une longueur significative, il est permis d'installer un registre par groupe d'appareils. Dans ce cas, il convient de vérifier que la longueur totale des sections de canalisation protégées par un amortisseur ne dépasse pas les valeurs indiquées dans tableau 8.

Tableau 8. Longueur des sections de pipeline protégées par un amortisseur

Si les valeurs indiquées dans le tableau sont dépassées, il est nécessaire d'installer non pas un, mais plusieurs registres. Dans le cas où la pression calculée lors d'un coup de bélier dépasse la pression maximale admissible pour un amortisseur donné (20 bars pour VT.CAR19), un autre type de dispositif avec des caractéristiques de résistance plus élevées doit être sélectionné.

Conformément à la clause 7.1.4. SP 30.13330.2012 « Approvisionnement en eau et assainissement internes des bâtiments », dont les dispositions sont entrées en vigueur le 1er janvier 2013, la conception des vannes d'alimentation en eau et d'arrêt doit assurer une ouverture et une fermeture en douceur du débit d'eau. Mais il est peu probable que cette exigence soit satisfaite, car le commerce offre aux résidents une vaste gamme d'équipements et d'appareils dans lesquels une régulation fluide est impossible. Compte tenu de cela, les principaux organismes de conception et de construction de notre pays prévoient déjà l'installation d'amortisseurs de coups de bélier résidentiels dans leurs projets. Par exemple, DSK-1 dans la ville de Moscou restructure la production pour mettre en œuvre des unités d'alimentation en eau résidentielles selon le schéma illustré à la Fig. 13.

Riz. 13. Unité d'arrivée d'eau pour appartement DSK-1

Les coups de bélier sont une augmentation soudaine de la pression dans une canalisation, provoquée par un changement rapide de la vitesse d'écoulement de l'eau. Un coup de bélier positif se produit en raison d'une fermeture brusque de la vanne, et un coup de bélier négatif se produit en raison d'une ouverture brusque. Les coups de bélier positifs sont très indésirables pour les systèmes de chauffage et d'alimentation en eau.

Les conséquences peuvent être des fissures dans les canalisations, une panne de la pompe, de l'échangeur de chaleur, du compteur d'eau, du manomètre et d'autres équipements fonctionnant sous pression, et bien sûr, l'arrêt de l'approvisionnement en eau et en chaleur de la maison, l'inondation des voisins de l'appartement par le étages inférieurs. Le plus désagréable est une rupture de pipeline. Une exposition constante aux chocs peut conduire à la dépressurisation même d’un nouveau système d’approvisionnement en eau.

Causes des coups de bélier

  • Fermeture/ouverture brusque des vannes d'arrêt
  • Présence d'air dans les canalisations (il est nécessaire de purger l'air du système)
  • Interruptions de fonctionnement ou panne de la pompe
  • Erreurs lors de l'installation du système

Dans un système moderne, au lieu de vannes filetées, qui assurent un arrêt en douceur du débit d'eau, elles sont plus souvent utilisées Vannes à bille, ce qui a brusquement arrêté le système. Ils sont pratiques et fiables à utiliser, mais le nombre de coups de bélier augmente avec leur utilisation dans le système.

Si le système d'alimentation en eau n'est pas installé correctement, des coups de bélier peuvent également se produire lors de l'utilisation de vannes. La raison principale - transitions brusques dans le diamètre du tuyau. Lorsqu'un liquide se déplace sous pression à travers un tuyau de grand diamètre et atteint un endroit où le tuyau « se rétrécit », cela peut également causer des problèmes, car tout obstacle sur le chemin du liquide se déplaçant à grande vitesse modifie son volume et, par conséquent, la pression. Ceci s'applique également aux virages serrés et coudes de pipeline. Les canalisations d'un diamètre allant jusqu'à 100 mm et distribuées sur de longues distances sont les moins protégées contre un tel impact.

Les coups de bélier se produisent également en raison de la formation de vides d'air, en particulier au niveau d'un coude de tuyau.

La figure ci-dessous montre clairement ce qui arrive au tuyau lorsque le robinet est brusquement fermé - coup de bélier :

Moyens de prévenir les coups de bélier

Il existe différentes manières de protéger le système d'alimentation en eau d'une maison ou d'un appartement :

  • Tout d'abord, il est nécessaire d'inspecter l'ensemble du système pour détecter les fuites, son aptitude générale à l'utilisation, ainsi que le degré d'usure des tuyaux. Il est préférable de remplacer les anciens tuyaux par des neufs. La fiabilité du système dépend de la qualité des matériaux et d'une installation correcte.
  • Installation de vannes d'arrêt de type vanne. Fermez doucement le robinet pour que la pression dans le système d'alimentation en eau s'égalise en douceur.
  • Utiliser des tuyaux de plus grand diamètre . Choisissez un diamètre de tuyau supérieur à 100 mm. Plus le diamètre des tuyaux est grand, plus le débit d'eau et, par conséquent, le coup de bélier sont faibles.
  • Évitez les longues sections de pose de tuyaux et sans coudes brusques, car des poches d'air ne s'y formeront pas.
  • Évitez les changements brusques de température dans la conduite d’eau. Lors de la conception d'une maison, il est nécessaire de prendre en compte le fait que les tuyaux se dirigent vers des endroits et des pièces où la différence de température sera minime. Isolez les tuyaux.
  • Effectuer régulièrement une maintenance préventive :
  1. Vérifier le fonctionnement du groupe de sécurité : manomètre, purgeur d'air, soupape de sécurité.
  2. Vérifiez régulièrement l’état des filtres qui retiennent le sable et la rouille.
  • Utilisez un équipement de compensation.

Compensateurs et amortisseurs de coups de bélier- des dispositifs spéciaux capables d'absorber une partie du liquide du système général lorsque la pression augmente, la réduisant ainsi.

Si votre maison est alimentée en eau provenant d'une source autonome utilisant un équipement de pompage, utilisez accumulateur hydraulique. Cela fait partie de stations de pompage et est un réservoir avec une membrane en caoutchouc, dans lequel l'excès d'eau sera évacué lors d'un coup de bélier jusqu'à ce que la pression du système se normalise. Un pressostat est un élément qui ne vous évitera pas les coups de bélier, mais éteindra la pompe lorsque vous fermez le robinet et que la pression dépasse une certaine valeur. Il convient de garder à l’esprit que la pompe ne s’arrêtera pas instantanément. Utilisez une pompe avec un convertisseur de fréquence, qui régule automatiquement son fonctionnement et assure un démarrage et un arrêt en douceur. Une forte augmentation de la pression dans le système, entraînant des coups de bélier, est exclue.

Un tuyau en plastique élastique ou en caoutchouc renforcé résistant à la chaleur peut être utilisé comme amortisseur, qui absorbera l'énergie du choc hydraulique.

Les longs pipelines, par exemple les planchers chauffants, sont les plus vulnérables aux coups de bélier. Pour sécuriser un tel système, il est équipé d'une vanne thermostatique.

Thermostat avec super protection. Parfois, un thermostat avec une protection spéciale contre les coups de bélier est utilisé. De tels appareils disposent d'un mécanisme à ressort installé entre la vanne et la tête thermique. En cas de surpression, le ressort s'active et ne permet pas à la vanne de se fermer complètement ; dès que la puissance du coup de bélier diminue, la vanne se ferme en douceur. Installez un tel thermostat strictement dans le sens de la flèche sur le corps.

Schéma du compensateur de choc hydraulique

Les schémas ci-dessus montrent des exemples de la façon dont les joints de dilatation doivent être installés correctement. Ils peuvent être montés horizontalement ou verticalement, sur des collecteurs d'eau froide et chaude ou sur n'importe quelle section de la canalisation menant au point final de consommation d'eau.

Ici, il faut faire attention au fait que l'eau ne doit pas stagner à l'entrée du compensateur, sinon des bactéries pourraient commencer à se multiplier dans le système. Par conséquent, la notice ne permet pas son installation en haut de la contremarche.

Selon les statistiques, plus de la moitié des accidents de pipelines ne sont pas dus à la corrosion ou à la fatigue des matériaux. Ils sont causés par des coups de bélier dans le système d’alimentation en eau. Mais ils peuvent être complètement évités si vous installez immédiatement le système selon toutes les règles et l'équipez de dispositifs spéciaux qui amortissent l'onde de choc.

Les mesures de protection énumérées ci-dessus seront plus efficaces si elles sont appliquées de manière globale, et vous pourrez toujours neutraliser les effets désagréables des coups de bélier et prolonger la durée de vie des canalisations et des appareils électroménagers.