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CHAP V : PROTECTION DE LA CONDUITE DE REFOULEMENT CONTRE LES COUPS DE BELIER

  1. Définition du coup de Bélier

Le coup de Bélier est un phénomène oscillatoire caractérisé par une surpression ou une dépression dont les causes principales sont les suivantes :

  • Arrêt brutal du moteur d’entraînement d’une pompe ou démarrage brusque de celui-ci ;
  • Fermeture instantanée ou trop rapide d’une vanne de sectionnement ou d’un robinet d’obturation placé au bout d’une conduite d’adduction.

Dans le cas où les conduites ne sont pas protégées, des cas de cassure de la conduite peuvent avoir lieu.

V.2. Valeur numérique du coup de bélier

Le coup de Bélier est donné par la formule suivante :

                                                                                         (5.1)

Où :

: célérité de l’onde provoquée par le coup de Bélier ( )

est la vitesse initiale de l’eau ( )

est l’accélération de la pesanteur ( )

La valeur de ‘’  ‘’ se calcule par la formule d’ALLIEVI :

                                                                            (5.2)

Où :

est le diamètre de la conduite de refoulement

est le coefficient de rugosité égal à 1 pour la fonte

 est l’épaisseur de la conduite de refoulement

V.3. Méthodes de protection des conduites de refoulement contre les

       coups de Bélier

Pour éviter les dépressions exagérées et la cavitation, on peut utiliser les dispositifs suivants :

  • Les volants de l’inertie qui permettent de limiter la dépression ;
  • Les soupapes de décharge qui interviennent pour limiter la suppression ;
  • Les réservoirs et les cheminées d’équilibre qui ont les deux fonctions à la fois ;
  • Les clapets d’entrée d’air.

V.4. Méthode adoptée

Comme le réservoir d’air permet de limiter la suppression et la dépression à la fois, nous allons utiliser ce genre d’équipement, et pour calculer, nous adoptons la méthode simplifiée.

Cette méthode est applicable dans le cas des installations de faible importance (la longueur de la conduite de refoulement est inférieure à 1200m et quand le débit de refoulement est inférieur à 30l/s.

Elle consiste à calculer le volume d’un réservoir dans le but de protéger cette dernière contre les coups de Bélier.

V.4.1 Exposé de la méthode de calcul simplifié

En marche normal, les caractéristiques de l’air contenu dans le réservoir sont :

  • La pression absolue égale à la hauteur géométrique de refoulementaugmentée de ()
  • Le volume de l’air contenu dans le réservoir.

A la fin de la dépression, l’air occupe un volume plus grand et sa pression est minimale, soit . Par contre, à la fin de la surpression, l’air occupe un volume très réduit et la pression, dans ce gaz ; est maximal, soit. On peut visualiser cela sur les schémas suivants.

Principe de fonctionnement du réservoir d’air.

 
 
 
 

Fig. V.1 : Schéma de principe de fonctionnement du réservoir d’air

VI.4.2. Calcul du réservoir d’air par la méthode de calcul simplifiée

VI.4.2.1. Données du problème

  • Longueur de la conduite :
  • Diamètre de la conduite :
  • Section de la conduite :
  • Volume :
  • Débit :
  • Hauteur géométrique de refoulement :
  • Conduite en fonte d’épaisseur :

V.4.2.2. Calcul

V.4.2.2.1. Célérité de l’onde

V.4.2.2.2. Valeur du coup de Bélier

Au moment du retour de l’onde, la pression peut atteindre :

          d’eau environ

Si l’on s’impose de ne pas dépasser pour la conduite, une pression de  ou 200m d’eau, le calcul du réservoir s’effectuera comme suit :

D’où :

 et

Les alignements lu sur l’échelle est lu sur l’échelle donnent sur l’abaque (annexe VII) :

Comme ,

           soit

           soit

La considération de la valeur de permet de trouver la valeur de la pression à l’origine du refoulement.

On lit :

          d’eau.

La pression restante est donc de :

          donc supérieur à zéro.

V.4.2.2.3. Détermination des dimensions géométriques du réservoir d’air

Le réservoir sera de la forme cylindrique, bombé en bas et en haut par des fonds elliptiques dont le diamètre est fixé à 80 cm avec une hauteur de 35cm. Le volume de fonds elliptiques est donné par :

Avec :

: rayon du cylindre

: hauteur des fonds elliptiques

 soit 235 litres

Le volume de la partie cylindrique est :

En marche normale, la hauteur de l’eau est :

La hauteur du réservoir d’air est :

 
 
 
 

Fig. V.2: Détermination géométrique du réservoir d’air

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