Fonctionnement de la soupape d'échappement

Le principe de la soupape d'échappement repose sur la poussée d'Archimède exercée par le liquide sur la bille flottante. Cette dernière remonte naturellement sous l'effet de la poussée d'Archimède lorsque le niveau de liquide monte dans la soupape d'échappement, jusqu'à entrer en contact avec la surface d'étanchéité de l'orifice d'échappement. Une pression constante provoque la fermeture automatique de la bille. Celle-ci redescend ensuite avec le niveau de liquide lorsque…la vanneLe niveau du liquide diminue. À ce stade, l'orifice d'échappement sert à injecter une quantité importante d'air dans la canalisation. Cet orifice s'ouvre et se ferme automatiquement par inertie.

Lorsque la canalisation est en fonctionnement pour purger l'air, la bille flottante s'arrête au fond de son réceptacle. Dès que l'air est évacué, le liquide s'engouffre dans la vanne, traverse le réceptacle et repousse la bille, la faisant remonter à la surface et fermer la vanne. Si une infime quantité de gaz est concentrée dans le…soupapeDans une certaine mesure, lorsque le pipeline fonctionne normalement, le niveau de liquide dans lesoupapeLorsque le niveau de liquide diminue, le flotteur descend également et le gaz est expulsé par le petit orifice. Si la pompe s'arrête, une dépression se crée, provoquant la chute du flotteur et une forte aspiration pour assurer la sécurité de la canalisation. Lorsque le flotteur est vidé, la gravité abaisse l'une des extrémités du levier. Ce dernier s'incline alors, créant un espace au point de contact entre le levier et l'orifice d'évacuation. L'air est expulsé par cet espace. Cette évacuation fait monter le niveau de liquide et le flotteur. La surface d'étanchéité du levier comprime progressivement l'orifice d'évacuation jusqu'à l'obstruer complètement, fermant ainsi la soupape d'évacuation.

L'importance des soupapes d'échappement

Lorsque la bouée est vidée, la gravité abaisse l'une des extrémités du levier. Le levier s'incline alors, créant un espace à son point de contact avec l'orifice d'évacuation. L'air est expulsé par cet espace, ce qui provoque la montée du niveau de liquide et l'augmentation de la flottabilité du flotteur. La surface d'étanchéité du levier comprime progressivement l'orifice d'évacuation jusqu'à l'obstruer complètement, fermant ainsi la soupape d'évacuation.

1. La formation de gaz dans le réseau de canalisations d'adduction d'eau est principalement due aux cinq conditions suivantes. Il s'agit de la source de gaz dans le réseau de canalisations en fonctionnement normal.

(1) Le réseau de canalisations est interrompu à certains endroits ou entièrement pour une raison quelconque ;

(2) réparer et vider rapidement des sections de canalisations spécifiques;

(3) La soupape d’échappement et le pipeline ne sont pas suffisamment étanches pour permettre l’injection de gaz parce que le débit d’un ou de plusieurs utilisateurs importants est modifié trop rapidement pour créer une pression négative dans le pipeline ;

(4) Fuite de gaz qui n’est pas en flux ;

(5) Le gaz produit par la pression négative de fonctionnement est libéré dans le tuyau d'aspiration et la turbine de la pompe à eau.

2. Caractéristiques de mouvement et analyse des risques liés au coussin gonflable du réseau de canalisations d'eau :

Le principal mode de stockage du gaz dans les canalisations est l'écoulement à bouchons, caractérisé par la présence de gaz en surface, sous forme de nombreuses poches d'air discontinues et indépendantes. Ceci est dû à la variation du diamètre des canalisations du réseau d'adduction d'eau, qui diminue progressivement dans le sens de l'écoulement principal. La teneur en gaz, le diamètre et les caractéristiques de la section longitudinale des canalisations, ainsi que d'autres facteurs, déterminent la longueur des poches d'air et la section transversale occupée par l'eau. Des études théoriques et des applications pratiques démontrent que ces poches d'air migrent avec l'écoulement de l'eau en surface, ont tendance à s'accumuler autour des coudes, des vannes et autres éléments de diamètre variable, et génèrent des oscillations de pression.

L'ampleur de la variation de la vitesse d'écoulement de l'eau a un impact significatif sur la montée en pression due au mouvement du gaz, en raison de la forte imprévisibilité de la vitesse et de la direction de l'écoulement dans le réseau de canalisations. Des expériences ont démontré que la pression peut atteindre 2 MPa, ce qui est suffisant pour rompre les conduites d'eau potable ordinaires. Il est également important de noter que les variations de pression influent sur le nombre de bulles d'air circulant simultanément dans le réseau. Ceci aggrave les variations de pression dans l'écoulement d'eau chargée de gaz, augmentant ainsi le risque de rupture de canalisation.

La teneur en gaz, la structure et l'exploitation du pipeline sont autant d'éléments qui influent sur les risques liés au gaz dans les pipelines. On distingue deux catégories de dangers : les dangers explicites et les dangers cachés, qui présentent tous deux les caractéristiques suivantes :

Voici principalement les dangers évidents :

(1) Les gaz d'échappement difficiles rendent le passage de l'eau difficile
Lorsque l'eau et le gaz sont en phase interphasique, le large orifice d'échappement du clapet anti-retour à flotteur devient quasiment inopérant et ne repose que sur l'évacuation par micropores, provoquant un important blocage d'air. L'air ne pouvant s'évacuer, le flux d'eau est irrégulier et le canal d'écoulement est obstrué. La section transversale se réduit, voire disparaît, interrompant ainsi le flux d'eau. La capacité de circulation du fluide du système diminue, la vitesse d'écoulement locale augmente et les pertes de charge s'accroissent. Il est alors nécessaire d'augmenter la capacité de la pompe, ce qui engendre des coûts supplémentaires en énergie et en transport, afin de maintenir le débit ou la hauteur manométrique initiale.

(2) En raison du débit d'eau et des ruptures de tuyaux causées par une évacuation d'air inégale, le système d'alimentation en eau ne peut pas fonctionner correctement.
En raison de la capacité des soupapes d'échappement à libérer une quantité modeste de gaz, les canalisations se rompent fréquemment. La pression d'explosion provoquée par un échappement défectueux peut atteindre 20 à 40 atmosphères, et son pouvoir destructeur est équivalent à une pression statique de 40 à 400 atmosphères, selon des estimations théoriques pertinentes. Toute canalisation d'eau potable peut être détruite par une pression de 80 atmosphères. Même la fonte ductile la plus résistante utilisée en génie civil peut être endommagée. Les explosions de canalisations sont fréquentes. On peut citer l'exemple d'une canalisation d'eau de 91 km de long dans une ville du nord-est de la Chine qui a explosé après plusieurs années de service. Jusqu'à 108 conduites ont explosé, et les scientifiques de l'Institut de construction et d'ingénierie de Shenyang ont déterminé, après analyse, qu'il s'agissait d'une explosion de gaz. Dans une autre ville du sud, la canalisation d'eau, longue de seulement 860 mètres et d'un diamètre de 1 200 millimètres, a subi jusqu'à six ruptures en une seule année d'exploitation. La conclusion fut que les gaz d'échappement étaient en cause. Seule une explosion d'air provoquée par un échappement d'eau défectueux dû à un volume important de gaz d'échappement peut endommager la vanne. Le problème fondamental des explosions de canalisations est finalement résolu par le remplacement de l'échappement par une vanne d'échappement dynamique à haute vitesse capable de garantir un volume d'échappement suffisant.

3) La vitesse d'écoulement de l'eau et la pression dynamique dans le tuyau changent continuellement, les paramètres du système sont instables et des vibrations et un bruit importants peuvent survenir en raison de la libération continue d'air dissous dans l'eau et de la construction et de l'expansion progressives des poches d'air.

(4) La corrosion de la surface métallique sera accélérée par une exposition alternée à l'air et à l'eau.

(5) Le pipeline génère des bruits désagréables.

Dangers cachés causés par un mauvais roulement

1 Une régulation de débit inexacte, un contrôle automatique inexact des canalisations et une défaillance des dispositifs de protection de sécurité peuvent tous résulter d'un échappement inégal ;

2 Il existe d'autres fuites de pipelines ;

3 Le nombre de défaillances de pipelines augmente, et les chocs de pression continus à long terme usent les joints et les parois des tuyaux, ce qui entraîne des problèmes tels que des durées de vie réduites et des coûts d'entretien croissants ;

De nombreuses études théoriques et quelques applications pratiques ont démontré la simplicité avec laquelle on peut endommager une conduite d'eau sous pression lorsqu'elle contient une grande quantité de gaz.

Le coup de bélier est le phénomène le plus dangereux. Une utilisation prolongée réduit la durée de vie de la canalisation, la fragilise, augmente les pertes d'eau et peut même provoquer son explosion. L'évacuation des gaz est la principale cause des fuites dans le réseau d'adduction d'eau potable urbain ; il est donc crucial de résoudre ce problème. La solution consiste à choisir une vanne d'évacuation permettant l'évacuation des gaz et leur stockage dans la conduite d'évacuation inférieure. La vanne d'évacuation dynamique à haute vitesse répond actuellement à ces exigences.

Les chaudières, les climatiseurs, les oléoducs et gazoducs, les canalisations d'eau potable et d'assainissement, ainsi que le transport de boues sur de longues distances nécessitent tous une soupape d'échappement, élément auxiliaire essentiel du système de canalisation. Elle est fréquemment installée en hauteur ou dans les coudes afin d'évacuer l'excès de gaz, d'améliorer le rendement de la canalisation et de réduire la consommation d'énergie.
Différents types de soupapes d'échappement

La teneur en air dissous dans l'eau est généralement d'environ 2 % en volume. Cet air est continuellement expulsé de l'eau pendant le transport et s'accumule au point le plus haut de la canalisation, formant une poche d'air qui contribue au transport. La capacité du système à transporter l'eau peut diminuer d'environ 5 à 15 % lorsque l'eau devient plus difficile à évacuer. Cette micro-vanne d'échappement a pour fonction principale d'éliminer ces 2 % d'air dissous. Elle peut être installée dans les immeubles de grande hauteur, les canalisations industrielles et les petites stations de pompage afin de préserver ou d'améliorer l'efficacité du système de distribution d'eau et de réaliser des économies d'énergie.

Le corps de soupape ovale de la petite soupape d'échappement à levier unique (type levier simple) est comparable. Le diamètre standard de l'orifice d'échappement est utilisé à l'intérieur, et les composants internes, notamment le flotteur, le levier, le cadre du levier, le siège de soupape, etc., sont tous fabriqués en acier inoxydable 304S.S et conviennent aux pressions de service jusqu'à PN25.