Qu'est-ce qu'un coup de bélier ?

Le coup de bélier désigne l'augmentation ou la diminution soudaine de la pression résultant de l'accélération ou de la décélération brutale de l'écoulement d'un fluide dans un système fermé. Ce phénomène de choc hydraulique crée de puissantes ondes de pression pouvant dépasser les pressions normales de fonctionnement.

Lorsqu'une vanne se ferme brusquement ou qu'une pompe s'arrête brusquement, le fluide circulant à grande vitesse est contraint de s'arrêter, créant une onde de pression qui se propage dans le système. La force de cette onde peut entraîner des vibrations, du bruit, voire une défaillance structurelle.

Bien que les effets les plus fréquemment observés dans les conduites d'eau se produisent dans les systèmes à vapeur, où ils sont souvent appelés coups de bélier .

Phénomène de coup de bélier dans les systèmes de canalisations industrielles

Comprendre les dangers du coup de bélier

Les dégâts causés par un coup de bélier comprennent :

Pour les installations utilisant des débitmètres à effet vortex , des débitmètres massiques à effet Coriolis ou des débitmètres électromagnétiques , les coups de bélier peuvent considérablement fausser les relevés ou endommager définitivement le corps du capteur.

Causes profondes du coup de bélier

Les coups de bélier résultent généralement de variations soudaines de la vitesse d'écoulement. Comprendre ces causes est essentiel pour une prévention efficace :

(1) Fonctionnement rapide de la vanne

Lorsqu'une vanne est ouverte ou fermée trop rapidement, le débit du fluide s'arrête ou redémarre brusquement, produisant une onde de choc dans le réseau de canalisations. C'est l'une des causes les plus fréquentes de choc hydraulique.

(2) Démarrage ou arrêt soudain de la pompe

Lorsqu'une pompe s'arrête de manière inattendue, en raison d'une panne de courant par exemple, l'élan du fluide repousse la pompe et les vannes, créant une forte pointe de pression.

(3) Condensat à grande vitesse dans les conduites de vapeur

Dans les systèmes à vapeur, les condensats peuvent s'accumuler et se déplacer à grande vitesse. Lorsqu'ils entrent en collision avec les parois des tuyaux ou les raccords, ils provoquent un puissant coup de bélier, parfois appelé coup de bélier à vapeur .

High-speed condensate produces water hammer	The condensation of steam suddenly causes water hammer
High-speed condensate creates water hammer when it collides with the pipe	Water hammer occurs when steam condenses rapidly and collides

(4) Conception des canalisations et terrain

Les canalisations présentant des pentes raides ou des changements d'altitude soudains sont plus vulnérables. Lorsque l'eau est pompée à une hauteur supérieure à 20 mètres, l'énergie potentielle gravitationnelle amplifie la surpression.

(5) Vitesse d'écoulement excessive

Si la vitesse d'écoulement dans la conduite d'alimentation est trop élevée, même de petites perturbations peuvent provoquer de grandes variations de pression dynamique, augmentant ainsi le risque de coup de bélier.

(6) Systèmes de pipelines longs et complexes

Plus le tuyau est long et plus le changement de terrain est important, plus les ondes de pression sont susceptibles de se réfléchir et de s'amplifier, provoquant des effets de marteau répétitifs.

Solutions de prévention des coups de bélier

Solutions complètes de prévention des coups de bélier

Il est difficile d’éliminer complètement le coup de bélier, mais plusieurs mesures d’ingénierie peuvent atténuer ou prévenir efficacement son impact :

(1) Installer un antibélier

(2) Ajouter un accumulateur ou une chambre à air

Dans les systèmes utilisant des pompes à piston ou à plongeur, un accumulateur en amont du débitmètre peut amortir les pulsations et stabiliser le débit.

(3) Utiliser le fonctionnement contrôlé de la vanne

Évitez les mouvements brusques des vannes. Utilisez des vannes à ouverture et fermeture lentes ou des vannes de régulation automatique à vitesse d'ouverture réglable pour réduire le taux de variation du débit.

(4) Optimiser le contrôle de la pompe

Utilisez des contrôleurs de démarrage progressif ou des variateurs de fréquence (VFD) sur les pompes pour augmenter ou ralentir progressivement la vitesse de la pompe, minimisant ainsi l'accélération ou la décélération soudaine du débit.

(5) Disposition appropriée de la tuyauterie

Concevez la canalisation avec des dénivelés minimes et évitez autant que possible les virages serrés. Installez le débitmètre à des endroits moins sensibles aux fluctuations de pression.

(6) Installer des clapets anti-retour

Les clapets anti-retour ou les clapets anti-retour peuvent empêcher le flux inverse et réduire le risque de surpressions.

(7) Utilisez des débitmètres de haute qualité dotés de fonctions de protection

Choisissez des débitmètres conçus pour résister aux pics de pression transitoires. Par exemple, Silver Automation Instruments propose des débitmètres à effet Vortex et Coriolis dotés de corps robustes en acier inoxydable et d'accessoires anti-bélier en option, garantissant une durée de vie prolongée dans les environnements hydrauliques difficiles.

Quand installer un anti-bélier

La mise en œuvre de ces mesures préventives garantit la précision à long terme des débitmètres, réduit les coûts de maintenance et protège les précieux équipements de traitement.

Conclusion : protéger votre canalisation contre les coups de bélier

Les coups de bélier constituent un problème grave qui peut menacer la sécurité et la fiabilité de tout système de transport de fluides. En comprenant leurs causes et en mettant en œuvre des solutions préventives, telles que l'installation d'antibéliers , d'accumulateurs et d'un contrôle adéquat des vannes, les industries peuvent réduire considérablement le risque de défaillance des équipements.

La protection des instruments tels que les débitmètres , les pompes et les vannes contre les chocs hydrauliques n'est pas seulement une question de maintenance ; c'est une étape essentielle pour maintenir l'efficacité du système, la précision des mesures et la sécurité opérationnelle.