Brevet FR2241040A1 — publié le 19750314

La présente invention est relative à-un procédé pour réduire les coups de bélier dans une canalisation sous pression parcourue constamment par un fluide en circulation et dans laquelle est intercalé un appareil, la disposition étant telle que, pour interrompre le passage à travers ltappareil, et après avoir renversé brusquement une valve à trois voies, ce qui provoque les coups de bélier, on amène le fluide en circulation à contourner l'appareil au moyen dlune canalisation de contournement, tandis quten aval de l'appareil le reflux du fluide en circulation vers celui-ci est empoché par la fermeture d'un organe jarret intercalé dans la conduite sous pression. Dans les centrales thermiques, on fait appel à des valves dtinversion à action rapide, en particulier des soupapes à trois voies qui, soit autorisent le passage de l'eau d'alimentation à travers le réchauffeur d'eau d'alimentation, soit, en cas de perturbation, en particulier lorsqu'il y a rupture de tuyau dans le réchauffeur1 permettent de court-circuiter celui-ci. Les inversions de ces soupapes - qui présentent toujours une caractéristique course-temps linéaire à transitions brusques de l'état de repos vers létal de mouvement et de l'état de mouvement vers l'état de repos - 9'effectuent très rapidement.La fermeture brusque donne naissance théoriquement à un retard infiniment grand, lequel détermine des ondes de pression qui parcourent la ligne du réchauffeur. Ces coups do bélier, démontrés par la pratique, peuvent atteindre des valeurs considérables et aboutir ainsi à de graves détériorations de canalisations, dtaccouplement entre conduites et de cloisons de la chambre d'eau des réchauffeurs, par exemple. On connait divers dispositifs destinés à empêcher ou à réduire les ondes de pression - tels que, par exemple, des freins hydrauliques à appliquer aux soupapes à trois voies -, mais qui, de par leur nature, exigent une mise au point laborieuse, qu'il est malaisé de maintenir en cours de service en raison d'ob- structions et de l'érosion. En outre, ces accessoires sont très dispendieux et, de plus, augmentent les cotes hors tout des garnitures. On connait en outre une méthode consistant à prévoir un étranglement dans la conduite qui commande la fermeture contrôlée des garnitures à commande hydrauliques. (voir 'tJahrbuch der Dampferzeugungstechnlk",- éditeur Vulkan-Verlag, 2ème édition, 1972/1973, p. 79/80). La durée, prolongée de cette façon, du processus de fermeture, ne donne un bon résultat que dans un domaine de service limité, étant donné qu'on cas d'étranglement très poussé, la garniture ne fonctionne plus. L'invention a pour objet, dans le cas d'une conduite sous pression, de réduire les coups de bélier, qui prennent naissance à la suite d'une fermeture, à une valeur qui ne met pas en danger l'installation considérée, cela quel que soit le régime, et en faisant appel à des éléments qui n'exigeant pas beaucoup d'entretien. Suivant l'invention, ce but est atteint par le fait que, pour arrêter le passage à travers l'appareil, on inverse d'abord la soupape à trois voies, tandis que l'organe d'arrêt se ferme avec un retard, après quoi a lieu la fermeture dtun organe d'étranglement situé dans un trajet d'évitement qui court-circuite le point d'obturation formé par la soupape à trois voies, trajet qui, en considérant le sens du flux, débouche dans la conduite sous pression, cet organe dtétranglement étant constamment au moins partiellement ouvert pendant que ltappareil est parcouru par le liquide. L'davantage de ce procédé réside en ce que son application résoud d'une manière simple un problème qui subsistait depuis longtemps. La diminution des coups de bélier qui en résulte, et qui atteint 70 %, garantit une sécurité de fonctionnement notablement plus élevée de l'installation. Une particularité avantageuse de l'invention consiste en ce qu'une diminution du débit du fluide en circulation traversant le trajet d'évitement, diminution provoquée par une fermeture gouvernée de organe d'étranglement, s'amorce avant l'achèvement de la fermeture de l'organe d'arrêt. Une disposition partiulière- ment favorable consiste à faire en sorte que la fermeture contrôlée de l'organe d'étranglement s'effectue dcune façon progressive. Ceci permet d'obtenir un retard intentionnel de l'interruption du flux à travers l'appareil. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est caractérisé par un trajet d'évitement courtcircuitant le point d'obturation de la soupape à trois voies et muni d'un organe d'étranglement, trajet qui part de la conduite sous pression en un point de celle-ci qui, en considérant le sens du flux, est situé en amont du point d'obturation de la soupape à trois voies, ce trajet débouchant dans la conduite sous pression en aval de ce point d1obturation,- mais en amont de l'appareil. L'invention offre la possibilité -d'adapter le dispositif après coup dans des installations déjà exécutées, exposées à des risques, sans que cette adaptation implique des interventions-dans la garniture qui provoque les coups de bélier. Il est avantageux de faire en sorte que le rapport entre le débit du trajet dtévitement et le débit total passant dans la condùite sous pression soit de 1 à 25 environ. Le choix approprié du diamètre de la canalisation d'évitement et celui de l'organe d'étranglement, qui sont déterminants pour le débit traversant ce trajet, permet adapter avec précision ce débit aux données du calcul de l'installation dans chaque cas il est en outre recommandé de munlr le conduit d'évi- toment dtune canalisation de dérivation qui contourne organe d'étranglement et contient une soupape de débordement. Gr ce à cette disposition, on évite une élévation intolérable de la pression à l'intérieur de la conduite sous pression fermée et de l'appareil. Dtautre- part, l'organe .d?étranglement disposé dans le conduit d'évitement est constitué en soupape de remplissage, ce qui représente une simplification du service lorsque le fluide est à nouveau amené à traverser ltappareil. Des exemples d'exécution de l'invention sont représentés dans les dessins annexés. Dans ces dessins La figure 1 est un fragment d'un schéma de circulation thermique dune centrale thermique ;-et les figures 2 et 3 représentent chacune une vue par tielle en coupe de la soupape à trois voies. Suivant la figure 1, la conduite sous pression 1 alimente l'appareil 2, qui peut être un réchauffeur d'eau dralimen- tation chauffé par la vapeur. Les valves inversouses à commande hydraulique, prévues pour 1 obturation de la conduite sous pression 1, sont constituées par la soupape à trois voies 3 située en amont du réchauffeur espar ltorgane-dtarret i, situé en aval du réchauffeur. La canalisation de contournement 5 permet de courtcircuiter le réchauffeur par liteau d'alimentation. Le chiffre de référence 6 désigne le trajet d'évitement qui court-circuite la garniture à trois voies, trajet dans lequel est disposé Itorgane dtétranglement 7, qui constitue d'autre part une soupape de rom- plissage et qui est court-circuité par le conduit de dérivation 8, muni d'une soupape de débordement 9. Lorsqu'il se produit une perturbation dans le réchauffeur, par exemple un dépassement du niveau normal, dû à une rupture de tube, l'action d'inversion pour la soupape à trois voies 3 ainsi que l'action de fermeture pour l'organe d'arrêt 4 se déclenchent, cela de telle manière que 11 organe d'arrêt 4 se ferme avec un retard par rapport à la soupape à trois voies.Dans la dernière phase du mouvement-do fermeture, le plateau de la soupape à trois voies 3, lequel atteint la position de repos, après avoir effectué le mouvement de fermeture à une vitesse constante, opère un arrêt total du fluide en circulation, ce qui donne lieu à une onde d'aspiration, laquelle parcourt non seulement la conduite sous pression 1 à obturer et appareil 2, mais aussi étant donné que l'organe d'arrêt 4 est encore ouvert à ce moment tous les systèmes situés en aval, non représentés dans le schéma. C'est ici que s'exerce l'action du dispositif suivant l'invention. Etant donné que organe d(arrêt 4 se trouve encore dans la phase de fermeture et est donc encore en partie ouvert, l'eau parcourt la conduite sous pression 1 et l'appareil 2 à une vitesse qui va en diminuant constamment. L'eau qui arrive en complément par le trajet d'évitement 6 est à même, compte tenu de la vitesse d'évacuation qui va en diminuant, de remplir complètement le volume de la conduite sous pression 1 et de l'appareil 2. Par suite, le bouchon d'eau, présent entre la soupape à trois voies 3 et le débouché du trajet d'évitement 6, est maintenu dans sa position et ne peut pas se détacher de la soupape à trois voies 3 et, par conséquent, ne peut pas déclencher une onde d'aspiration. Alors que l'on évite ainsi une onde d'aspiration, le freinage brusque, décalé dans le temps, au niveau de organe d'arrêt 4, du flux venant de l'amont par la dérivation 6, donne lieu, au contraire, à une onde de pression, laquelle est une cause d'une perturbation qui parcourt l'installation. Cette onde est peu puissante en conséquence, étant donné que la quantité de liquide appelée à être retardée et qui traverse le trajet d'évitement 6 est peu élevée par rapport à la masse de liquide globale transportée lors de la traversée de l'appareil. La fermeture, qui suit, de l'organe d'étranglement 7, nlexerce aucune influence sur le comportement de la masse dteau contenue dans la conduite sous pression t obturée. Lorsque, vers la fin du processus de fermeture de organe d'arrêt 4, un dispositif de commande amorce une fermeture progressive de organe d'étranglement 7? de façon que la masse d'eau traversant le trajet d'évitement 6 aille en diminuant, il en résulte la possibilité de retarder intentionnellement la masse d'eau appelée à être freinée dans la conduite sous pression 1. Dans des conditions de pression données,-la résistance au passage opposée par la canalisation dEévitement 6 - et donc aussi,principalement, le diamètre de celle-ci - est déterminante pour le débit et la vitesse d'écoulement qui en résulte. Des essais ont montré qutun rapport de I à 25 environ entre le débit du trajet d'évitement et le débit total de la conduite sous pression était favorable. Après l'arrêt du passage, la présence de la soupape de débordement 9 dans la canalisation de dérivation 8 court-circuitant l'organe d'étranglement 7 garantit la sécurité de l'appa- reil 2 cOté eau. Lorsque leau contenue dans la partie désormais isolée de la conduite sous pression 1 se dilate à la suite dtun chauffage dans le réchauffeur, cette eau est évacuée par la soupape de débordement 9. Cette dernière est calculée de telle-manière qu'elle n'autorise que de faibles différences de pression en amont et en aval de l'organe d'étranglement 7. Une telle soupape de débordement 9, qui est peu dispendieuse, permet dans certains cas de renoncer à la soupape de sureté, d'un court élevé, qui est le plus souvent prescrite par les règlements officiels relatifs aux installations de réchauffage. D'autre part, après la reprise de la traversée de l'appareil 2, le procédé suivant l'invention détermine une réduction des coups de bélier inévitables, qui sont dus au fait que, préalablement à l'inversion de la soupape à trois voies 3, il règne des pressions inégales d'une part dans la partie obturée, situee e en aval de cette soupape etd'autre part dans la partie de la conduite parcourue par le fluide. De l'eau est introduite au moyen de organe d'étranglement 7, constitué en soupape de remplissage, dans l'appareil qui avait été vidé pendant l'arrêt du passage, en raison d'une avarie par exemple.L'inversion de la soupape à trois voies et l'ouverture de Organe d'arrêt 4 ne sont opérées qu'après. équilibrage de la pression en amont et en aval de organe d'étranglement 7. Les figures 2 et 3 représentent une partie, colle qui concerne l'intérieur de la soupape, du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant ltinvention. Dans ces vues partielles en coupe, on a éliminé tous les détails particuliers de la construction qui ne sont pas nécsssaires à la compréfiension de ltin- vention. Les chiffres de référence de la figure 1 désignent éga- lement des organes correspondants dans les figures 2 et 3. Les canaux situés directement en amont et en aval du point d'obturation 10 à l'intérieur de la soupape à trois voies, sont désignés comme étant la conduite sous pression 1 et la canalisation de contournement 5. Suivant la figure 2, le liquide prélevé en amont du point d'obturation 10 de la conduite sous pression 1 -et traversant le trajet d'évitement 6 est introduit dans la conduite sous pression 1 par des ouvertures réparties sur le pourtour de celleci. Suivant la figure 3, le trajet d'évitement est prévu dans le plateau de soupape, ce qui offre la possibilité d'introduire de façon centrale, dans la conduite sous pression, la quantité de fluide dérivée par le trajet d'évitement. Les dispositions représentées dans les figures 2 et 3 sont favorables en ce sens quelles permettent d'introduire la quantité ainsi dérivée dans la conduite sous pression 1, immédia toment au niveau du plateau de soupape, où le flux d'eau se désamorce dans la dernière phase du mouvement d'inversion. il va de soi que l'application du procédé n'est pas limitée aux installations de réchauffeurs de centrales thermiques. Partoute ù, dans des systèmes de conduite appelés à être fermés, un fluide en circulation est dévié, à l'intervention d'organes à fermeture rapide, par une canalisation de contournement et où il peut se produire des coups de bélier, on peut appliquer la disposition simple suivant l'invention, qui comprend au moins un trajet d'évitement et un organe d'étranglement. REVENDICATION S 1. Procédé pour réduire les coups de bélier dans une canalisation sous pression parcourue constamment par un fluide en circulation et dans laquelle est intercalé un appareil, la dispo sition etant telle que, pour interrompre le passage à travers ltappareil, et après avoir renversé brusquement une valve à trois voies, ce qui provoque les coups de bélier, on amène le fluide en circulation à contourner l'appareil au moyen dtune canalisation de contournement, tandis qu'en aval de lappareil le reflux de fluide en circulation vers celui-ci est empêché par la fermeture d'un organe d'arrêt intercalé dans la conduite sous pression, caractérisé ence que, pour arrêter le passage à travers llappa- reil (2), on inverse dtabord la soupape à trois voies (3), tandis que organe d'arrêt (4) se ferme avec un retard, après quoi a lieu la fermeture d'un organe dtetrangIement (7) situé dans un trajet d'évitement (6) qui court-circuite le point d'obturation formé par la soupape à trois voies (3) trajet qui, en considérant le sens du flux, débouche dans la conduite sous pression (T), cet organe d' étranglement étant constamment au moins partiellement ouvert pendant que l'appareil (2) est parcouru par le liquide. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une diminution du débit du fluide en circulation traversans le trajet dtévi'tement (6), diminution provoquée par une fermeture gouvernée de ltorgane d'étranglement (7), s'amorce avant l'achèvement de la fermeture de organe d'arrêt (4 > . 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la fermeture contrôlée de organe dtétranglement (7) steffectue d'une manière progressive. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre le débit de fluide en circulation passant par la dérivation (6) et le débit total transporté dans la conduite sous pression (1) est de 1 à 25. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par un trajet d'évitement (6) court-circuitant le point d'obturation de la soupape à trois -voies (3) et muni d'un organe d'étranglement (7), lequel part de la conduite soas pression (1) en un point de celle-ci qui, en considérant le sens du flux, est situé en amont du point d'obturation de la soupape à trois voies (3), ce trajet débouchant dans la conduite sous pression (1) en aval de ce point d'obturation, mais en amont de l'appareil (2). 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le trajet d'évitement (6) est pourvu dsun conduit de dérivation (8) qui contient une soupape de débordement (9), conduit qui part du trajet d'évitement, en amont de l'organe d'étranglement (7) et débouche dans ce trajet en-aval dudit organe. 7. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que organe d'étranglement (7) est constitué en soupape de remplissage.