Brevet FR3052508A1 — publié le 20171215

Générateur de coup de bélier par la décharge d'une réserve d'air dans des conditions d'écoulement sonique Description L'analyse transitoire inverse s'appuie sur la génération d'un coup de bélier (régime de pression transitoire) pour évaluer à partir des enregistrements haute fréquence de pression (30 Hz et plus) les caractéristiques d'un système hydraulique au voisinage du point générateur (quelques mètres à quelques kilomètres) (vitesse des ondes, épaisseur résiduelle de la paroi du conduit, poche d'air, obstruction, fuite, départ en distribution, joint particulier...). La qualité de l'investigation repose sur l'obtention d'une onde de pression à très fort gradient (positive ou négative) appelée front raide de Joukovski et d'amplitude maitrisée pour éviter tout dommage à la canalisation. Jusqu'à ce jour, la méthode utilisée pour créer un front raide de pression est d'ouvrir au moyen d'une électrovanne, une prise d'eau par un orifice calibré, préalablement ajusté pour créer une onde de dépression (à l'ouverture) puis de surpression (à la fermeture) d'une amplitude d'environ 1 bar. L'invention repose sur la mise en dépression d'une réserve d'air au contact de l'eau de la canalisation. L'écoulement d'air est contrôlé par une tuyère de diamètre calculée pour des écoulements soniques. L'air présentant une fluidité bien supérieure à l'eau, ce dispositif permet avec des équipements plus petits, d'obtenir des déplacements de masse d'eau bien supérieurs et une ouverture / fermeture plus rapide par rapport à une solution traditionnelle d'une vanne de décharge actionnée directement sur la canalisation. L'invention apporte en particulier les innovations suivantes : - Calcul préalable du débit d'évacuation d'eau ainsi que de la dépression et ou de la surpression créée. - Augmentation du gradient de pression pour obtenir un front d'onde plus raide (par l'ouverture d'une électrovanne sur une réserve d'air) - Augmentation de l'amplitude de la dépression pouvant aller jusqu'à la mise à la pression atmosphérique - Mise en place de stratégies de fermeture progressive pour remonter la pression par paliers jusqu'à la pression de service de la canalisation - Mesure du débit d'eau prélevé et de la vitesse instantanée d'écoulement consécutive à ce front d'onde. - Augmentation de la taille des conduits investigués 3052508 2 L'invention est décrite dans le schéma joint et se compose des équipements suivants référencés dans le schéma. D'une vanne de sectionnement qui relie le générateur de coup de bélier à la conduite à analyser (1). D'une vanne de décharge permettant de vidanger rapidement le générateur de coup de bélier (2) D'un réservoir dans lequel l'air comprimé en partie supérieure va être remplacé par de l'eau de la canalisation (3) D'une sonde de pression différentielle permettant de mesurer en continu le niveau d'eau dans le réservoir (4) D'un injecteur d'air comprimé pour remplir le réservoir d'air et repousser l'eau dans la canalisation (5). D'un dispositif d'évacuation de l'air qui se compose de deux équipements : d'une électrovanne (6) et d'une ventouse sonique (7) dont on peut modifier la taille de la tuyère. La mise en place du générateur de coups de bélier se fait par raccordement directement sur la conduite par ouverture de (1) et fermeture de (2) et de (6). Le niveau d'air est ensuite ajusté avec de l'injection d'air comprimé en (5). Le choix de l'amplitude de l'onde de pression est ajusté avec une tuyère calibrée (7), son diamètre est choisi avec la formule de dimensionnement de la tuyère ci-après. Pour créer l'onde de dépression, l'électrovanne (6) est ouverte. L'eau de la canalisation chasse l'air de la partie supérieur du réservoir. Lorsque le niveau monte, il ferme automatiquement la ventouse (7), créant une surpression symétrique à la dépression initiale. Le niveau d'eau est enregistré tout au long de l'opération avec un capteur de pression différentiel ou tout moyen de mesure du niveau d'eau dans le réservoir (sonde piézométrique, sonde ultrason). La pression est également mesurée en différents endroits du réseau pouvant aller jusqu'à plusieurs kilomètres. L'analyse des ces débits et des ondes de pression renseigne sur les caractéristiques hydrauliques de la canalisation ou du conduit. Les variantes du générateur de coup de bélier et parties intégrantes de l'invention sont les suivantes : 3052508 3 1. Le réservoir peut être du type ballon antibélier, cheminée d'équilibre ou tout autre réservoir aux parois dures. 2. Le réservoir peut comporter plusieurs systèmes d'électrovannes et de ventouses à tuyères de diamètre différent et à des altitudes différentes pour générer une fermeture étagée des pressions graduellement jusqu'à la pression de service de la canalisation. 3. L'invention couvre l'utilisation de tout type d'écoulement d'air pour générer la dépression, subsoniques, soniques et supersoniques. 4. L'invention couvre l'utilisation du générateur pour créer des coups de bélier sur des diamètres, des longueurs de canalisation, ou tout type de conduit hydraulique ou de tunnels. 5. Pour des écoulements d'air en condition sonique et supersonique (lorsque la pression à l'intérieur du réservoir est supérieure à 9,22 mCE au dessus de la pression atmosphérique locale), le diamètre de la tuyère pour créer une dépression ou une surpression, est calculé et choisi avec la formule suivante DH=(a/g )X 198 X (Dte/Dc)2 - (DH) est la variation du front d'onde de pression en mètres de colonnes d'eau - (a) est la célérité des ondes de pression pour la canalisation ou le conduit hydraulique étudié en m/s - (g) est l'accélération de la pesanteur - (198 m/s) est une constante (vitesse d'écoulement sonique de l'air dans une tuyère) - (Dte) est le diamètre de la tuyère de la ventouse 7 - (Dc) est le diamètre intérieur de la canalisation ou du conduit à étudier. REVENDICATIONS1. Appareil de génération d'un coup de bélier à partir de la décharge d'air d'un réservoir air/liquide en communication avec une conduite contenant un liquide et caractérisé en ce qu'il comporte une vanne de sectionnement (1), une réserve d'air et de liquide (3) et au sommet une électrovanne (6) surmontée d'une ventouse (7) dont la tuyère est calibrée pour un écoulement sonique de l'air en fonction de l'amplitude de la dépression ou de la surpression souhaitée. 2. Appareil de la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de mesure de pression différentielle ou de mesure du niveau du liquide contenu dans le réservoir en continue. 3. Appareil des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il est équipé de plusieurs systèmes d'évacuation d'air composés d'électrovannes et de ventouses avec des tuyères de diamètre calibrés différentes, raccordées au réservoir à des hauteurs variables pour diminuer par palliers, le débit d'air expulsé.