Les appareils de régulation à membrane, nés outre-Atlantique, ont largement fait leurs preuves en Europe depuis de nombreuses années, dans les réseaux de distribution et de transport des eaux.
Pour les plus élaborés d’entre eux, les principales caractéristiques de construction — corps en fonte GS, chambre de commande à membrane souple, clapet guidé par axe — en font des produits de classe PMA 25 bars fiables et précis.
Ils fonctionnent sans apport d’énergie extérieure, utilisant celle de l’eau véhiculée, ce qui les rend autonomes et permet ainsi leur installation en tous points d’un réseau.
Ces appareils possèdent un circuit de commande ou circuit de pilotage, monté en by-pass sur le corps, qui comprend un élément déterminant : le robinet de commande, ou pilote ; celui-ci, qui transmet au clapet les ordres d’ouverture et de fermeture, détermine la fonction de l’appareil.
Principe
L’appareil de régulation (figure 1) est maintenu en équilibre hydraulique et en ouverture partielle par la maîtrise de la pression régnant en (C), en opposition à la poussée du fluide circulant de (A) vers (B).
Lorsque l’on considère les gammes les plus complètes, on voit que l’adaptabilité du circuit de commande permet aux appareils de régulation de remplir des fonctions variées et leur confère une grande polyvalence. Cela est rendu possible par le changement de pilote ou par la combinaison de plusieurs d’entre eux, sans modification du corps de vanne proprement dit.
Un pilote, une fonction
L’utilisation d’un seul pilote par circuit de commande représente le cas le plus fréquemment rencontré dans la pratique. Il est intéressant d’en établir le catalogue et, parallèlement, celui des appareils monofonction correspondants disponibles sur le marché.
Il existe deux types de pilotes :
- – les pilotes « tout ou rien », pour équiper les appareils employés comme vannes d’arrêt : ces derniers ne peuvent prendre que les positions « ouvert » ou « fermé » et leurs temps de réaction sont réglables ;
- – les pilotes progressifs, pour appareils de régulation proprement dits : leur clapet se trouve en équilibre hydraulique entre les positions « fermeture » et « ouverture totale ».
Pilotes tout ou rien
On distingue les pilotes à commande mécanique, altimétrique ou électrique :
Pilotes à commande mécanique
- – Pilote à poignée de manœuvre : il s’agit d’un robinet 3-3 (3 orifices, 3 positions), permettant les manœuvres de fermeture, d’ouverture et de blocage en position intermédiaire.
Ce pilote est utilisé sur la vanne d’isolement à commande locale ou à distance.
tance : des appareils de DN 700 mm peuvent ainsi être manœuvrés sans installation lourde et sans effort.
- • Pilote à flotteur : c’est un robinet 3-2 à levier, installé au contact de l’eau stockée, actionné par un train de tige comprenant un flotteur mobile entre deux index et équilibré par un contre-poids.
Le robinet de réservoir à « tranche d’eau », établi sur ces bases, permet, entre deux remplissages, un renouvellement de l’eau stockée. La hauteur d’eau renouvelée est réglable. Le robinet et le pilote sont séparés.
Pilotes à commande hydraulique
- • Pilote altimétrique : distributeur sensible à la hauteur d’eau, il permet de réaliser un robinet de réservoir à tranche d’eau sans utilisation de pilote à flotteur.
- • Pilote différentiel : c’est un robinet 3-2 soumis à une différence de pression, équilibré par un ressort de tarage et qui possède un système de verrouillage.
La vanne de survitesse conçue sur ce principe assure un arrêt d’eau irréversible et permet, en cas de casse de canalisation, de sauvegarder une réserve d’eau ou une infrastructure de transport.
- • Clapet de non-retour : monté sur le circuit de pilotage, il peut être considéré comme un organe de commande.
Une application est constituée par le clapet de retenue à commande hydraulique lequel, installé en station de pompage, permet de plus une mise en eau à progressivité réglable.
Pilote à commande électrique
Ce pilote à électrovanne est un robinet à 2 ou 3 orifices commandé hydrauliquement par l’intermédiaire d’une électrovanne 3-2.
Toutes les fonctions de vannage peuvent ainsi être télécommandées ; citons les versions suivantes : vanne d’arrêt, robinet de réservoir, vanne de pompe, vannes de réglage.
Pilotes progressifs
Ils sont commandés par flotteur ou par voie hydraulique.
Pilotes à flotteur
il s’agit de distributeurs possédant deux orifices, à levier actionné par une tige portant le flotteur.
[Photo : Fig. 1 – La vanne reproduit les mouvements du pilote. (B) Buse à section fixe ou calibre. (P) Pilote dont la section varie en fonction de la grandeur physique à limiter ou stabiliser. (1) État d’équilibre, (2) et (3) Changement d’état du pilote provoquant une modification de la pression en (C).]
[Photo : Fig. 2 – Robinet de réservoir, installation-type. A = robinet ; B = filtre ; C = purgeur ; D = vanne d’isolement ; E = pilote à flotteur ; T = tubulure de liaison.]
[Photo : Fig. 3 – Réducteur-stabilisateur de pression, installation-type. A = réducteur-stabilisateur ; B = filtre ; C = purgeur ; D = vanne d’isolement.]
[Photo : Fig. 4 – Régulateur de pression amont-aval. A = pilote amont ; B = pilote aval.]
La section d’échappement varie proportionnellement à la variation de niveau ; il s’agit donc de pilotes de régulation. Le robinet de réservoir à niveau constant assure ainsi un remplissage à concurrence de la consommation : c’est un régulateur de débit ayant pour consigne un niveau d’eau.
Pilotes à commande hydraulique
ce sont des robinets à deux orifices, dans lesquels une variation de la pression de commande agissant contre un ressort de tarage modifie la section de passage (ou section d’échappement). Toute variation de la section d’échappement, au niveau du circuit de commande, se traduit par un degré d’ouverture approprié de la vanne de régulation. Ils comportent de nombreuses versions :
- • Pilote normalement ouvert sans pression, dit « pilote aval », dans lequel une augmentation de pression provoque une diminution de la section de passage.
Le réducteur-stabilisateur de pression utilise ce pilote : il réduit et stabilise la pression à une valeur de consigne, quelles que soient les variations de la pression amont et du débit appelé (figure 3).
- • Pilote normalement fermé, sans pression, dit « pilote amont », qui s’ouvre sur une augmentation de pression.
- – Mainteneur de pression amont minimale : il maintient à l’amont la pression à une valeur minimale de consigne et transfère à l’aval les excédents ;
- – Déchargeur : installé en dérivation, il transfère les excédents à l’extérieur de la canalisation lorsqu’une valeur de consigne est atteinte.
- • Pilote différentiel normalement ouvert, sans pression : sa section de passage diminue lorsque la différence entre deux pressions augmente.
Application typique : le limiteur de débit, qui limite ce dernier à une valeur maximum, indépendamment des pressions amont et aval.
- • Pilote différentiel normalement fermé, sans pression : sa section de passage augmente lorsque la différence entre deux pressions augmente.
Exemple d’utilisation : la vanne de pompe, de maintien d’une différence de pression minimale. Le débit nominal de la pompe est conservé lorsque sa HMT diminue.
[Photo : Fig. 5 – Robinet de réservoir limiteur de débit. A = pilote à flotteur ; B = vanne d'arrêt ; C = pilote différentiel.]
Pilote altimétrique normalement ouvert sans pression : il permet de réaliser un robinet de réservoir à niveau constant, qui constitue une solution alternative au robinet commandé par pilote à flotteur.
Appareils multifonctions
Un circuit de commande peut aussi être équipé de plusieurs pilotes ; la vanne de régulation remplit alors alternativement plusieurs fonctions.
Il n'y a pas de limite théorique au nombre de fonctions remplies, mais une limite pratique, en raison d'une part du nombre réduit de facteurs sur lesquels il est possible d’agir utilement en un point d’un réseau, d’autre part de la facilité d'exploitation. C’est ainsi qu'un maximum de trois fonctions par vanne n'est généralement pas dépassé. Il s'agit, dans la plupart des cas, de deux fonctions de régulation et d’une fonction d’arrêt d'eau.
Il est d’usage de distinguer les fonctions principales et les fonctions complémentaires ou secondaires. Logiquement, une fonction primordiale pour le réseau constitue la fonction principale de l’appareil et détermine son appellation, qu'elle soit dépendante d’un pilote progressif de régulation ou d’un pilote « tout ou rien » d’arrêt d'eau.
Citons quelques appareils multifonctions couramment utilisés.
Le régulateur de pression amont-aval
Il permet de maintenir à son amont une pression minimale lorsque cela est nécessaire sur le réseau et transfère à l'aval les excédents ; il réduit et stabilise la pression aval en temps utile (figure 4). La fonction amont est prioritaire et peut être considérée comme la fonction principale.
Le robinet de réservoir limiteur de débit
Il assure la fonction principale d'arrêt d'eau lorsque le trop-plein est atteint (figure 5). Le remplissage est effectué à débit limité, ce qui permet simultanément d’alimenter dans de bonnes conditions d’autres utilisateurs situés en amont.
Le limiteur de débit antiretour à télécommande électrique de fermeture
Le débit véhiculé ne peut pas dépasser la valeur choisie, ce qui constitue la fonction principale. Il peut être interrompu sur ordre électrique, et le limiteur joue alors le rôle d’une vanne d’arrêt (figure 6). Un débit inverse consécutif à un maillage de réseau ne peut avoir lieu, l'appareil se comportant alors comme un clapet de retenue.
[Photo : Fig. 6 – Limiteur de débit antiretour à télécommande électrique de fermeture. A = pilote différentiel ; B = clapet antiretour ; C = couple électrovanne-vanne d'arrêt.]
Conclusion
La polyvalence des appareils de régulation constitue l’une de leurs principales caractéristiques. Elle présente un avantage essentiel, qui est pris en compte lors de l’étude d’un réseau et de la préconisation de ses équipements, que ce soit dans le cadre d'une modernisation ou d’un projet nouveau.
L'exploitation est, elle aussi, facilitée par le fait que les composants du circuit de commande sont peu nombreux, faciles d'accès et interchangeables.
La diversité des fonctions disponibles, l’utilisation d’un concept unique de vanne permet de réduire le montant des investissements et de générer des économies d’exploitation. L’utilisation de ce type d’appareil contribue à rendre les réseaux plus sûrs et à augmenter leur rendement.
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