Afin de garantir l’efficacité et de protéger les conduites sous pression contre les coups de bélier, des évents doivent être installés en hauteur et à des distances régulières pour permettre à l’air d’entrer et de sortir pendant les opérations de remplissage et de vidange et dans les situations critiques telles que les phénomènes transitoires ou les ruptures de conduites.
Dans le cas de pièces et de puisards exposés à un risque d’inondation, il est possible que de l’eau contaminée pénètre dans la canalisation par les évents en cas de pression négative.
Les évents de la série CSA SUB, disponibles en versions pour les réseaux d’eau, les égouts et l’industrie, sont équipés d’une sortie filetée qui peut être raccordée à un tuyau externe pour empêcher l’entrée éventuelle de contaminants. Le modèle SUB permet également d’évacuer les éventuelles éclaboussures ou déversements d’eau lorsque l’évent est rapidement fermé.
Il est important que les concepteurs soient pleinement conscients de la nécessité de protéger les canalisations d’eau et d’assainissement contre les pressions négatives générées en cas de vidange ou de rupture et les phénomènes transitoires liés aux changements brusques de débit (provoqués, par exemple, par la fermeture des organes de sectionnement ou l’arrêt des pompes) si les évents sont sous-dimensionnés ou mal positionnés.
En effet, une pression négative peut être tout aussi néfaste qu’une augmentation incontrôlée et provoquer l’entrée d’eau contaminée dans le réseau, l’effondrement de canalisations, la cavitation ou le détachement de veines.
Afin d’éviter l’apparition de pressions négatives, il est nécessaire d’installer des évents correctement dimensionnés aux points hauts, aux changements de pente, aux longues sections horizontales ou inclinées et à tout endroit où il y a un risque de détachement de la veine.
Afin d’éviter les erreurs et les risques graves, le choix d’un évent doit toujours se faire en tenant compte de la capacité de débit d’air indiquée par le fabricant (qui dépend des sections de passage internes) plutôt que de la taille de la bride de raccordement, qui peut être trompeuse.
Les photos suivantes montrent, à titre d’exemple uniquement, l’utilisation de deux évents d’égout dotés d’une bride DN 150 mm. Le modèle CSA SCF à passage intégral de l’image de droite, avec un débit d’air entrant d’environ 5000 m3/h et une pression différentielle de 0,5 bar, peut être installé sur des canalisations d’un diamètre maximal de 700/900 mm, tandis que l’évent visible à gauche, avec un très petit passage en haut, a un débit inférieur à 300 m3/h et conduira donc inévitablement à des pressions négatives s’il est installé sur des canalisations d’un diamètre supérieur à 150/200 mm.
La vidéo suivante montre les effets destructeurs de la dépression et rappelle les conséquences de l’installation d’évents sous-dimensionnés ou mal positionnés.
Le logiciel de dimensionnement CSA AVS a été mis au point pour aider les concepteurs à choisir et à positionner les évents, en tenant compte également des cas de vidange et de rupture de la canalisation. Les modèles de calcul du logiciel AVS peuvent ensuite être utilisés pour effectuer d’autres simulations et analyses du phénomène transitoire avec le programme d’analyse des coups de bélier de la CSA, qui est entièrement compatible avec le premier.
Le nouveau réservoir A.V.A.S.T. a été conçu pour éviter les coups de bélier, plus précisément les problèmes de variation de mouvement résultant de la dépression consécutive à l’arrêt soudain des organes de levage, tant dans les canalisations d’eau que dans les canalisations d’assainissement. Le dispositif, entièrement automatique, est une solution très fiable et innovante grâce à l’absence de compresseurs, d’organes électromécaniques ou de membranes à précharge. A.V.A.S.T. est la solution idéale pour éviter des dommages parfois irréparables aux systèmes en raison de dépressions et de surpressions incontrôlées.
La vidéo suivante présente la simulation d’un phénomène transitoire généré sur un pipeline dont le profil est représenté par les deux lignes rouges, avec une station de levage à l’extrémité gauche. Le programme montre l’évolution de la ligne piézométrique pendant le transitoire et les variations de pression aux points critiques du système, indiqués par les lignes verticales. En cas d’arrêt soudain des pompes (par exemple en raison d’une panne de courant), en l’absence de dispositifs anti-bélier ou d’évents, il est évident que la pression atteint des valeurs négatives, puis augmente de manière incontrôlée dans la deuxième phase.
L’image ci-dessous montre les enveloppes des valeurs de pression minimales (ligne rose), qui atteignent des valeurs négatives très faibles, et les valeurs maximales (vertes) obtenues pendant la simulation.
Grâce à l’utilisation d’AVAST CSA (breveté), le système est protégé contre les variations de pression incontrôlées. La seconde vidéo (ci-dessous) montre les effets du phénomène transitoire sur la même canalisation en présence d’un réservoir anti-bélier AVAST CSA installé au niveau des pompes et d’évents anti-chocs CSA le long du profil. La fonction du dispositif AVAST est d’empêcher la pression d’atteindre des valeurs négatives après l’arrêt des pompes et de limiter son augmentation dans la seconde phase grâce au système breveté de contrôle du débit de sortie CSA.
L’image ci-dessous montre les enveloppes des valeurs de pression minimale (courbe rose) et maximale (verte) obtenues lors de la simulation. L’efficacité de la solution choisie pour éviter l’apparition de pressions négatives ou excessives est évidente si l’on compare avec le cas précédent, où aucune protection n’était présente.
Technologie des appels d’offres de la CSA
La technologie RFP de la CSA peut être considérée comme une sorte d’air-bag dans le domaine de l’hydraulique. Elle assure un débit d’entrée d’air, et donc un degré de protection contre les phases de pression négative, lors de la vidange de la canalisation ou de l’arrêt des pompes, égal à celui d’un évent normal à deux ou trois fonctions. Le mécanisme RFP se déclenche en cas de débit excessif lors du remplissage de la canalisation, afin d’éviter une fermeture trop brutale de la vanne. Les évents RFP peuvent être utilisés partout, sauf aux points de la canalisation où se produisent une séparation de la colonne d’eau et des pressions négatives élevées.
Le premier des graphiques ci-dessous montre (ligne bleue) l’évolution de la pression dans un pipeline soumis à un remplissage rapide. Les coups de bélier générés par la fermeture des évents combinés normaux sont visibles. La ligne bleue montre la pression lors de l’utilisation d’un évent CSA 3F RFP.
Voir l’animation sur le fonctionnement des évents RFP :
Technologie AS de la CSA
La technologie AS, introduite pour la première fois sur le marché par la CSA, implique un mécanisme composé d’un disque métallique, d’un arbre et d’un ressort, placé au sommet de l’évent pour éviter tout contact avec l’eau et faciliter l’entretien. Dès qu’une pression négative est générée dans la canalisation, la plaque s’abaisse et l’air passe par l’orifice principal comme dans un évent normal ; lorsque la phase de vide se termine, le ressort ramène la plaque AS en position fermée. La sortie d’air n’est alors possible que par les orifices réglables découpés dans le disque ; cela ralentit le flux d’air et donc la vitesse de la colonne d’eau lors du remplissage de la canalisation, évitant ainsi les coups de bélier.
Le premier des graphiques ci-dessous montre (ligne bleue) l’évolution de la pression dans une canalisation soumise à des coups de bélier dus aux cycles de démarrage et d’arrêt des pompes. La ligne bleue montre la pression dans la même canalisation lorsque l’on utilise un évent CSA 3F AS, qui résout le problème.
Voir l’animation sur le fonctionnement des évents AS :
La cavitation, un phénomène courant dans les vannes et les installations de conduites sous pression, comporte des aspects acoustiques, hydrodynamiques, physiques et chimiques. Ses effets souvent destructeurs sur les vannes de régulation comprennent le bruit, les vibrations et l’érosion des composants. Grâce à des techniques avancées de CFD, à des installations d’essai et à des années d’expérience dans le domaine, la CSA a mis au point une série de dispositifs destinés à prévenir la cavitation et à assurer la stabilité maximale de ses vannes, même à de faibles débits.
Les photos ci-dessus montrent les vannes CSA des séries XLC 300 et 400.
Les versions suivantes du bloc mobile sont disponibles et interchangeables sur la même vanne :
Version standard du porte-joint et du siège du joint
Version LF pour la stabilité à faible débit
La version LF, avec un support de joint (1b) qui permet une ouverture progressive, garantit la stabilité même à des débits extrêmement faibles.
Version AC pour les faibles débits et la résistance à la cavitation
Le système AC comporte un dispositif à ouverture progressive (1c) pour assurer la stabilité à faible débit et la résistance au phénomène de cavitation.
Version CP pour une résistance maximale à la cavitation
Le système CP est doté d’une dissipation d’énergie à deux étages (1d, 2d) pour une résistance maximale à la cavitation.
Des animations détaillées sont disponibles pour comprendre le fonctionnement des vannes de contrôle CSA, qui sont équipées du dispositif de régulation GR.I.F.O. unique, entièrement en acier inoxydable, avec filtre inclus, qui permet un réglage indépendant des vitesses de fermeture et d’ouverture et du temps de réaction de la vanne.