Brevet FR2556816A1 — publié le 19850621

6- 1 La présente invention concerne un réducteur de coups de bélier pour canalisation de transport de liquide, en particulier de l'eau, pourvu d'un vase sous pression, qui est alimentable par la pression dans la canalisation, qui à l'état de marche est rempli pour une partie par un liquide et pour l'autre par une gaine élastique séparée du liquide par un coussin de gaz comprimé étanche au gaz, qui est munie d'une canalisation d'amenée conduisant à l'extérieur à travers la paroi du vase sous pression. Les coups de bélier apparaissent pendant le fonctionnement de ces canalisations, lors de soudains changements de débits comme par exemple le coupage du circuit ou en raison de soudaines défections de la pompe d'alimentation ou également à cause de l'ouverture et de la fermeture rapide des organes d'arrêt. De ce fait la pression dans la tuyauterie varie au-dessus et en dessous de la pression normale de fonction- nement. L'onde de pression se réfléchit à l'extrémité de la canalisation lors de la fermeture du circuit et revient en son point d'origine, comme onde négative. Après l'aller- retour suivant elle redeviendra positive et ainsi de suite. Cette oscillation est affaiblie surtout par la dureté de la canalisation et est amortie graduellement. Le coup de bélier ne doit d'aucune façon dépasser les contraintes supportables par la canalisation. Pour se prémunir contre ce fait, souvent on adjoint à côté des clapets de non retour de buse, des dispositifs additionnels de diminution de pression directement derrière les stations de pompage. Une sorte de réducteur de coups de bélier que l'on utilise particulièrement souvent sont ce que l'on appelle des réservoirs d'air. Il s'agit d'appareils soumis à haute pression, qui sont reliés à la canalisation par une canalisation de jonction et sont normalement remplis à demi de liquide charrié par la canalisation. L'autre moitié du 1 réservoir d'air est remplie par un coussin de gaz comprimé (par exemple de l'air). Lors des accoups de pression négatifs, le liquide est vidé hors des réservoirs dans la canalisation alors qu'inversement, lors des accoups positifs le liquide est absorbé par le réservoir, par réduction du volume des coussins de gaz comprimé, si bien que dans les deux cas il se produit à chaque fois, une réduction des pics de pression. Un inconvénient de ces caissons à air réside dans le fait que les coussins de gaz dans les cas de grosses conduites exigent des frais de construction et de montage importants car il faut prévoir pour l'entretien du coussin de gaz comprimé une station de compression. Il en résulte un inconvénient supplémentaire du fait des frais d'entretien et de réparation du compresseur, ce qui est très problématique pour des canalisations d'eau dans beaucoup de pays en voie de développement à cause de la disponibilité insuffisante du personnel qualifié correspondant. Le document DE-AS-25 49367 propose un dispositif pour soulager une canalisation de liquide des coups de bélier, qui est muni d'une soupape de trop plein raccordée à la canalisation, que l'on peut fermer par un dispositif, qui peut comporter un gaz comprimé montant sous la pression régnant dans la canalisation. Le gaz comprimé est enfermé à l'intérieur d'un réservoir dans un soufflet flexible et ainsi est séparé d'un liquide d'arrêt inerte, qui remplit la partie restante du réservoir. Le réservoir est relié par une canalisation d'amenée à un réservoir d'arrêt branché sur la canalisation qui est rempli d'une part avec le liquide d'arrêt inerte et sur une autre part par le liquide provenant de la canalisation. Une montée en pression subite dans la canalisation provoque dans le réservoir d'arrêt une augmentation de pression et par l'intermédiaire du liquide d'arrêt également dans le premier réservoir, si bien que le soufflet de gaz sous pression est comprimé. Par l'intermé- 255681 6 1 diaire de la monrtée en pression du gaz, la soupape de trop plein est alors commandée. Ce dispositif a, à c6té de sa fabrication co teuse, en particulier l'inconvénient, que dans le eas des coups de bélier positifs, le liquide s'échappe de la canalisation, et que les coups de pression négatifs ne sont en pratique absolument pas influences, car la soupape de trop plein ne réagit qu'à la surpression. L'objet de la présente invention est de proposer par conséquent un réducteur de coups de bélier qui réagit vite aux coups de bélier aussi bien négatifs que positifs, qui possède une haute sécurité fonetionnelle, qui fonctionne pratiquement sans surveillance et qui se monte sans trop de frais sur une canalisation. A cette fin selon l'invention le réducteur de coups de bélier du type décrit ci-dessus est caractérisé en ce que le volume dudit vase sous pression est au minimum de 1 % de celui du morceau de canalisation à protéger, en ce qu'il est divisé en au moins deux réservoirs de pression travaillant séparément l'un par rapport à l'autre, en ce que les réservoirs de pression sont reliés à ehaque fois séparément directement par une canalisation d'amenée à une partie tubulaire de support traversée par le liquide d'extraction de la canalisation, ladite partie tubulaire de support ayant un diamètre interne au moins aussi gros que eelui de la canalisation, en ee que les réservoirs de pression sont reliés à la partie tubulaire de support et/ou fixement entre eux avec des éléments de liaison supplémentairescet en ce que les canalisations d'amenée sont munies à chaque fois d'une valve d'entrée et d'un manomètre, lesdites canalisa- tions d'amenée conduisant à la gaine élastique dans les réservoirs de pression. 1 Selon un mode de réalisation avantageux, le réducteur de coups de bélier est caractérisé en ce que trois réservoirs de pression sont agencés autour de la partie tubulaire de support. Selon un autre mode de réalisation, le réducteur de coup de bélier est caractérisé en ce que les réservoirs de pression sont conformés essentiellement en corps tubulaire qui sont à chaque fois fermés d'un cÈté par un couvercle plat fixé par bride à travers duquel la canalisation d'amenée peut mener à la gaine élastique. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les canalisations d'amenée sont dérivées à chaque fois selon un angle d'environ 30 à 45 par rapport à l'axe de la partie tubulaire de support. Avantageusement le réducteur de coups de bélier est caractérisé en ce que la somme des sections transversales des canalisations d'amenée est au moins aussi grande que la section transversale de la partie tubulaire de support. De préférence le réducteur de coups de bélier est caracté- risé en ce que la gaine élastique est conformée au moins sur une partie en un soufflet. Préférentiellement le réducteur de coups de bélier est caractérisé en ce que les réservoirs de pression présentent sur leurs faces internes un enduit lisse, pour réduire les frottements, par exemple en résine epoxy. Selon un mode de réalisation préférentiel, le réducteur de pression est caractérisé en ce que les axes des réservoirs de pression sont alignés parallèlement à l'axe de la partie tubulaire de support et sont disposés à l'intérieur d'un 2 5 52556816 1 demi-espace géométrique, qui est limité par un plan, dans lequel se situe l'axe de la partie tubulaire de support. Il est préférable selon un mode de réalisation plus intéressant que les bouches des canalisations d'amenée soient agencées angulairement à la circonférence de la partie tubulaire de support et au moins sur une partie l'un par rapport à l'autre, avee un espace axial. D'autre part il est avantageux que les gaines élastiques des réservoirs de pression soient remplies avec de l'azote. Avantageusement également, les réservoirs de pression sont fixés avec la partie tubulaire de support sur un bâti de montage rigide. Enfin de préférence le réducteur de coup de bélier est caractérisé-en ce que la partie tubulaire de support est construite dans la même qualité de matière et avec les mêmes dimensions externes et internes que la canalisation dont il faut assurer la sécurité. L'invention consiste en un coussin de gaz comprimé enfermé dans un vase de pression contenu dans une gaine élastique, qui sous l'effet de la pression est alimenté par le liquide d'une canalisation, afin de tirer profit de la composition des coups de bélier dans la canalisation. Dans le cas de coups de bélier positifs, le coussin de gaz est comprimé permettant que l'on dispose d'un volume correspondant plus grand dans la canalisation, et que l'on diminue la pression du liquide. Inversement les coups de bélier négatifs seront réduits, coups de belier pouvant avoir pour conséquence la détérioration de la canalisation, en ce que par suite de l'agrandissement du coussin de gaz, un volume de liquide supplémentaire est comprimé dans la canalisation. Selon 6 L 55avé 6 1 l'invention il est prévu de diviser le vase en au moins deux ou de préférence trois réservoirs de pression qui travail- lent indépendamment l'un de l'autre, partageant le volume total en volume, lequel vase prend en charge cette fonction de compensation,ce partage permet de maintenir la sécurité dans la conduite, même lorsqu'un incident se produit dans l'un des réservoirs. En outre pour la compensation de pression, un bénéfice de cette distribution est de permettre un échange rapide entre le vase et la canalisation et ainsi une division du pic de la pression rapide. Afin que les fonctions de compensation de pression soient remplies suffisamment quantitativemet, il faut que le vase de pression présente un volume minimum d'environ 1 à 2 % du volume de la section de canalisation dont on doit assurer la sécurité, volume qui peut être estimé par évaluation des coups de bélier. Pour que les coups de bélier positifs et négatifs soient reçus d'une même façon, le vase de pression, o les réservoirs de pression isolés sont, est à chaque fois en état de fonction normale, rempli pour moitié par du liquide provenant de la canalisation et rempli sur l'autre moitié par un gaz contenu dans une gaine élastique. Dans chaque vase le coussin de gaz sous sous pression pourra être rempli de l'extérieur par une valve de remplissage et pourra être surveillé par un manomètre. Le remplissage de gaz est renouvelé uniquement après qu'un endommagement du réservoir de pression se soit produit de telle sorte que l'instrument pourra fonc- tionner normalement sans entretien. Selon l'invention les réservoirs sont placés autour d'une pièce tubulaire de support, les vases de pression étant reliés à chaque fois à la partie tubulaire de support par des tubes d'amenée particuliers, partie tubulaire de support dont le diamètre intérieur est au moins égal à celui de la canalisation à protéger en raison de cela et par le fait que les réser- voirs sont reliés avec l'organe support de tube par des éléments de fixation supplémentaire les uns aux autres 1 (à l'extérieur de la liaison de canalisation) il en résulte un dispositif transportable en une partie au lieu de montage et prémontable complètement en atelier, qui peut être monté avec une canalisation sans gros frais-du fait qu'il doit être disposé uniquement avec sa partie tubulaire de support à la ligne de la canalisation, et être lié à celle-ci fortement extérieurement (par exemple au moyen d'une soudure) suri deux soudures cireulaires. La taille du diamètre minimal de la partie tubulaire de support garantit que le réducteur de coups de bélier n'augmente pas pratiquement la résistance à l'écoulement de la canalisa- tion. Les figures des dessins annexés feront bien comprendre comment l'invention pourra être réalisée. La figure 1 montre une vue de dessus d'un des réducteurs de coups de bélier selon l'invention. La figure 2 est une coupe suivant AA de la figure 1. La figure 3 est une coupe suivant BB de la figure 2. La figure 4 représente une partie de l'extrêmité terminale d'un réservoir de pression qui se présente en partie en coupe. Le réducteur de coups de bélier représenté sur les figures 1 à 3 dans des vues différentes présente trois réservoirs de pression 2 qui travaillent indépendamment les uns des autres, qui sont reliés par l'intermédiaire des canalisa- tions d'amenée 7 avec la partie tubulaire porteuse 1o Les réservoirs de pression 2 sont essentiellement conformés en un corps tubulaire, et ont de préférence un diamètre supérieur à celui de la portion de canalisation support 1. 1 Leurs dimensions se calculent suivant le décompte des coups de bélier, qui doit être établi pour chaque état de marche de la canalisation à protéger (tronçon de pipline). A leurs extrémités antérieures, ils sont reliés à chaque fois par l'intermédiaire d'un raccord réducteur 3 à une canalisation d'amenée 7 et présentent à leurs extrémités arrières un couvercle plat 8 fixé par bride (par exemple une bride à collerette à souder en haut). A travers le couvercle 8, on peut remplir à chaque fois une gaine élastique étanche 4 (par exemple en caoutchouc ou en matière plastique) au moyen d'une canalisation d'amenée 13 munie d'une valve d'entrée 14, par un gaz comprimé de préférence de l'azote (ce qui n'offre aucun inconvénient pour des canalisations d'eau potable). De même un manomètre 12 permettra d'observer à tout moment, de l'extérieur, le remplissage de la gaine sous pression. A l'état normal pendant lequel le coussin de gaz comprimé est à la pression de service de la canalisation, chaque réservoir de pression 2 est rempli environ pour moitié par le liquide 13 de la canalisation et pour moitié par une gaine élastique 4. Comme la figure 4 le montre, la gaine est réalisée de préférence au moins sur une partie en un soufflet 6, afin de pouvoir supporter une compression aussi bien qu'une expansion rapide de la gaine 4 en cas de coups de bélier. Dans ce but, en outre, il peut être avantageux de munir les surfaces internes de la paroi du réservoir de pression 2 d'un enduit lisse, réduisant les frottements (par exemple en résine epoxy). Dans le cas d'une réparation nécessaire des réservoirs de pression 2, qui ne nécessitent en eux aucun service d'entretien, pour ne pas démonter les réservoirs de pression 2 en entier, et afin de ne pas avoir à interrompre le transport de liquide, on peut isoler chacun des réservoirs de pression 2 de la partie tubulaire de support au moyen d'une valve d'arrêt 5 dans la canalisation 1 d'amenée 7. De plus également on peut prévoir des valves de sécurité et de vidange (non représenté ici). Les axes des récipients sous pression 2 sont de préférence parallèles à l'axe de la portion de canalisation support 1; il se trouve dans un demi espace géométrique, limité par un plan dans lequel se situe l'axe de la partie tubulaire de support 1. De ce fait on atteint une structure compacte. Les canalisa- tions d'amenée 7 débouchent de façon appropriée dans la partie tubulaire support 1 à des endroits tels qu'ils sont agencés de manière angulaire les uns derrière les autres et/ou avec un intervalle axial, en conséquence la section transversale des canalisations d'amenée devra être au moins aussi grosse que la section de la partie tubulaire de support 1 au départ, puis ils seront inclinés selon un angle d'environ 30 à 450 par rapport à l'axe de la partie tubulaire 1 (en sens inverse de la direction du courant de la canalisation, qui dans la figure 2 est indiqué par une flèche). Les dimensions également favorisent une bonne réception d'un coup de bélier par les réservoirs de pression 2, car les résistances au courant sont aussi par ce fait maintenues à un faible niveau. Les réservoirs de pression 2 sont reliés les uns aux autres et à la portion de canalisa- tion support 1 de façon fixe, par les éléments de fixation si bien que le réducteur de coups de bélier dans son ensemble peut être monté intégralement industriellement et transporté comme un tout agrégé. On peut obtenir un allègement supplémentaire pour le transport pt le montage postérieur sur le lieu d'instal- lation (ancrage) consistant en ce que l'agencement dans son ensemble peut être apporté sur un bâti de montage plat (un cadre profilé en acier, non représenté sur la figure 1). De plus il existe un autre mode de réalisation avantageux de l'invention qui consiste en l'emploi de morceaux de tubes de la même qualité et de la même taille pour la canalisation à 1 protéger et la partie porteuse tubulaire 1. Dans ce cas la dépense pour le montage sur le lieu d'installation sera identique au raccordement de morceaux de tuyaux normaux à la canalisation (par exemple par soudure). On obtient un moyen de protection contre les coups de bélier particulièrement avantageux pour un tronçon de canalisation tubulaire, quand on monte sur une portion de canalisation de la façon précédemment décrite, en plus d'un réducteur de coups de bélier, un deuxième réducteur de coups de bélier dont les réservoirs de pression sont en sens inverse, et desquels des canalisations d'amenée 7 sont également dans le sens du courant et sont inclinés selon un angle par rapport à l'axe de la canalisation. Ainsi les ondes de pression incidentes et de réflexion seront considérablement diminuées de la même façon, ce qui est important par exemple pour les premières amplitudes. Des avantages capitaux du réducteur de pression selon l'invention résultent du fait de son complet prémontage industriel et de l'abandon de la station de compression, ainsi le montage et les dépenses importantes de contr8le de l'installation sont réduits. Pour le réservoir de pression 2 et la partie tubulaire porteuse 1, on peut employer des tubes courants du commerce et de ce fait à des prix avantageux. L'appareil est simple, sûr d'emploi fonctionnel- lement et pratiquement sans entretien. On peut contrôler l'ordre de marche sans problème de l'extérieur. 1 1 REVENDICATIONS 1 1 - Réducteur de coups de bélier pour une canalisation reliée à une station de pompage pour le transportd'un liquide, en particulier de l'eau, pourvu d'un vase sous pression, qui est alimentable par la pression dans la canalisation, qui à l'état de marche est remplie pour une partie par un liquide et pour l'autre par une gaine élastique séparée du liquide par un coussin de gaz comprimé étanche au gaz qui est munie d'une canalisation d'amenée conduisant à l'extérieur à travers la paroi du vase sous pression, caractérisé en ce que le volume dudit vase sous pression est au minimum de 1 % de celui du morceau de canalisation à protéger, en ce qu'il est divisé en au moins deux réservoirs de pression (2) travaillant séparément l'un par rapport à l'autre, en ce que les réservoirs de pression (2) sont reliés à chaque fois séparément directement par une canalisation d'amenée (7) à une partie tubulaire de support (1) traversée par le liquide d'extraction (11) de la canalisation, ladite partie tubulaire de support ayant un diamètre interne au moins aussi gros que celui de la canali- sation, en ce que les réservoirs de pression (2) sont reliés à la partie tubulaire de support (1) et/ou fixement entre eux avec des éléments de liaison supplémentaires (10) et en ce que les canalisations d'amenée (13) sont munies à chaque fois d'une valve d'entrée (14) et d'un manomètre (12) lesdites canalisations d'amenée (7) conduisant à la gaine élastique (4) dans les réservoirs de pression (2). 1 2 - Réducteur de coups de bélier selon la revendication 1, caractérisé en ce que trois réservoirs de pression (2) sont agencés autour de la partie tubulaire de support (1). 3 - Réducteur de coups de bélier selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les réservoirs de pression (2) sont conformés essentiellement en corps tubulaires qui sont à chaque fois fermés d'un côté par un couvercle plat (8) fixé par bride à travers lequel la canalisation d'amenée (13) peut mener à la gaine élastique (4). 4 - Réducteur de coups de bélier selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que les canalisations d'amenée (7) sont dérivés à chaque fois selon un angle d'environ 30 à 45 , par rapport à l'axe de la partie tubulaire de support (1). - Réducteur de pression selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que la somme des sections transversales des canalisations d'amenée (7) est au moins aussi grande que la section transversale de la partie tubulaire de support (1). 6 - Réducteur de coups de bélier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la gaine élastique (4) est conformée au moins sur une partie en un soufflet (6). 1 7 - Réducteur de coups de bélier selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les réservoirs de pression (2) présentent sur leurs faces internes un enduit lisse, pour réduire les frottements, par exemple en résine epoxy. 8 - Réducteur de coups de bélier selon la revendication 3, et l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les axes des réservoirs de pression (2) sont alignés parallèlement à l'axe de la partie tubulaire de support (1) et sont disposés à l'intérieur d'un demi-espace géométrique, qui est limité par un plan, dans lequel se situe l'axe de la partie tubulaire de support (1). 9 - Réducteur de coups de bélier selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ee que les bouches des canalisations d'amenée (7) sont agencées angulairement à la circonférence de la partie tubulaire de support (1) et au moins sur une partie l'un par rapport à l'autre, avec un espaee axial. - Réducteur de coups de bélier selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les gaines élastiques (4) des réservoirs de pression (2) sont remplies avec de l'azote. 11 - Réducteur de coups de bélier selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les réservoirs de pression (2) sont fixés avec la partie tubulaire de support (1) sur un bâti de montage rigide (9). 12 - Réducteur de coups de bélier selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la partie tubulaire de support (1) est construite dans la même qualité de matière et avec les mêmes dimensions externes et internes que la canalisation dont il faut assurer la sécurité.