7.1 E TUDE DES REGIMES TRANSITOIRES : DIMENSIONNEMENT DE PROTECTION ANTI - BELIER
7.1.4 Tronçon SP1 – Réservoir Matmora
Conduite de refoulement SP1 RMM : Réservoir de Matmora (Guemgouma)
Nœuds Distance
SP1 (m) Z (m) Tronçons
Longueur de tronçon
(m)
PN (bar)
DN
(mm) Matériau
Célérité de l'onde
(m/s)
SP1 0 404.4 0
VD2 1'388.75 385.91 SP1-->VD2 1'388.75 25 1000 FD 1150
VT3 2'446.06 412.80 VD2-->VT3 1'057.31 25 1000 FD 1150
VD5 4'257.73 394.75 VT3-->VD5 1'811.67 25 1000 FD 1150
VD9 7'801.71 412.93 VD5-->VD9 3'543.98 25 1000 FD 1150
VT12 12'719.77 503.63 VD9-->VT12 4'918.06 25 1000 FD 1150
VD12 13'360.29 525.10 VT12-->VD12 640.52 25 1000 FD 1150
VT14 15'957.57 565.48 VD12-->VT14 2'597.28 25 1000 FD 1150
VD15 16'249.07 556.74 VT14-->VD15 291.50 25 1000 FD 1150
VD16 16'754.20 561.53 VD15-->VD16 505.13 25 1000 FD 1150
RMM 17'700.00 605.90 VD16-->RMM 945.80 25 1000 FD 1150
Tableau 29. Données de linéaires et des équipements du tronçon SP1-RMM
Ballons anti-bélier existant
N° Tronçon Type Marque V
[m3]
DN
entrée Etat 1
SP1-RMM
Hydrochoc avec Vessie renforcée en butyle
alimentaire interchangeable
CHARLATT E
30 500 Bon Etat
2 30 500 Hors service
Tableau 30. Données ballons anti Bélier – SP1
Caractéristiques des pompes : 4 pompes centrifuges (dont une de secours).
Ci-après les caractéristiques de chaque pompe de la SP1 :
Débit m3/h HMT en mCE Puissance en kW Marque
1200 228,5 1 200 FLOWSERVE
Tableau 31. Caractéristiques pompes – SP1
Hypothèse : la valeur d’inertie retenue dans la modélisation est de 30 kg.m2, c’est-à-dire une valeur faible, cas volontairement défavorable en cas d’arrêt brutal des pompes.
Réservoir de Matmora (Guemgouma) :
Type Forme Capacité
(m3) TN Radier Trop plein
Semi enterré Circulaire 2 x 2 500 602,70 600,00 605,90
Tableau 32. Caractéristiques du réservoir de Matmora
Réservoir Matmora (RMM) : l’arrivée d’eau au réservoir est considérée en surverse afin de modéliser une cote fixe : Z0 = 605.9 valeur de la cote piézométrique constante.
7.1.4.2 Profil en long
Figure 27. Profil de la conduite de refoulement SP1
Le profil de la conduite de refoulement de 17 700 m a été simplifié en 11 nœuds (principaux points bas et points hauts de la conduite) pour les besoins de la modélisation (temps de calcul et convergence du modèle).
SP1 404.4
VD2 385.91
VT3 412.80
VD5 394.75
VD9
412.93 VT12
503.63 VD12 525.10
VT14 565.48
VD15 556.74
VD16 561.53
RMM 605.90
0 100 200 300 400 500 600 700
0 2'000 4'000 6'000 8'000 10'000 12'000 14'000 16'000 18'000
Alt. (m)
PK (m)
Profil en long conduite de refoulement SP1
7.1.4.3 Régime permanent
Le régime permanent fait l’objet d’un calage dans la modélisation afin d’obtenir les valeurs suivantes :
Qpompe = 0.333 m3/s soit 1200m3/h
Qconduite de refoulement = 0.999 m3/s soit 1200m3/h HMT = 228.5 m
Hauteur géométrique = 193.25 m
Perte de charge linéaire totale = 35.25 m Perte de charge linéaire = 1.99 m/km
Figure 28. Lignes piézométriques en régime permanent
Les limites de pression dans la conduite de refoulement (PMA = 25 bars ; Pma = 0 bar), sont visibles en rouge sur le graphique ci-dessus. Le collecteur des pompes est représenté par le point OUT.
Cette première étape permet de constater trois points potentiellement critiques : OUT, VD2 et VD5. En fonctionnement normal (régime permanent), ces points bas placés dans la partie amont du refoulement sont proches de la pression nominale :
OUT = 23.22 bars VD2 = 24.76 bars VD5 = 23.34 bars Ces points sont donc potentiellement exposés aux surpressions.
Le point VD2 est particulièrement exposé aux phénomènes de surpression car la pression en ce point atteint 24,76 bars en régime permanent. Les pressions du régime permanent sont les plus faibles dans la partie avale du réseau, c’est pourquoi les points hauts VT14 et VD16 sont exposés à des phénomènes de sous-pression.
La simulation effectuée pour le régime permanent pour le tronçon SP1-RMM ne montre pas de problème particulier par rapport aux limites de fonctionnement (0 et 25 bars).
OUT VD2 VT3
VD5 VD9
VT12VD12
VT14 VD15
VD16 RMM
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
Z [m]
PK [m]
Lignes piézométriques maximum et minimum profil généré automatiquement
Zmax Zmin ZPMA Zpma Zsol Z0
7.1.4.4 Régimes transitoires : étude de la disjonction Méthode
Test de différentes simulations : arrêt brutal et simultané des 3 pompes dans les cas suivants :
1. Simulation 1 : Sans protection anti-bélier
2. Simulation 2 : Avec un ballon anti-bélier existant (situation actuelle, deuxième ballon en panne)
3. Simulation 3 : Avec les deux ballons anti-bélier existants
Avec disjonction t=1s (arrêt des pompes après 1 seconde du régime permanent), durée de calcul = 300s.
Critères de pressions étudiés dans la conduite de refoulement : PMA (max)= 25 bar ; Pma (min) = 0 bar
Résultats
Pression min. calculée/ Pression max. calculée (en bar)
N° Simulation OUT / BAL** VD2 VD5 VD12 VT14
0 Régime
permanent 23.22 24.76 23.34 8.77 4.31
1 sans ballon 5.2 / 32.0* 7.2 / 33.7* 6.6 / 32.6* -3.3* / 21.1 -9.1* / 14.8
2
1 ballon 30m3 30m3prégonflés à 10 bars
7.79 / 26.88* 9.78 / 27.82* 9.28 / 26.47* -0.63* /11.61 -1.61* /6.05
3
2 ballons 30m3 30m3prégonflés à 10 bars
12.04 / 23.22 14.39 / 24.76 14.05 / 23.34 4.31 / 9.20 2.05 / 4.60
Tableau 33. Pression min et max calculées pour 4 scénarios modélisés
(* : valeur en dehors des limites de fonctionnement de la conduite (en rouge), ** : collecteur pompes / ballons)
Simulation 1 :
Des surpressions importantes sont constatées dans la partie amont de la conduite (>25 bars) qui sont également les points bas de la conduite de refoulement.
Des sous-pressions importantes sont présentes à l’aval de la conduite (<0 bar) qui correspondent aux points hauts de la conduite de refoulement.
Ces variations de pression dépassent les limites de fonctionnement des conduites. Ces résultats confirment la nécessité d’une protection anti-bélier.
Simulation 2 :
Des surpressions et sous-pressions au-delà des limites admissibles sont constatées. Les écarts de pression sont nettement plus faibles mais dépassent les conditions de
Simulation 3 :
Pour résoudre les problèmes de sous-pressions, il est nécessaire de prégonfler les 2 ballons selon les consignes suivantes : volume de 30m3 à 10 bars de pression.
Les résultats des simulations sont synthétisés sous forme de graphiques dans les pages suivantes.
Interprétation des résultats
Un ballon seul ne suffit pas à la protection du tronçon (contre les sous-pressions comme les surpressions).
Dans le cas du fonctionnement des deux ballons, le tronçon est effectivement protégé contre les sous-pressions et les surpressions.
La dispersion de la surpression dans la conduite est réalisée par une importante perte de charge au remplissage des ballons. Ce sont des clapets percés qui correspondent à une perte de charge en Q2 (unité dans le logiciel de Cebelmail) d’un coefficient α (coeff. à introduire dans Cebelmail) de 2140 au remplissage.
Les sous-pressions sont contenues par l’apport immédiat d’eau dans la conduite, grâce à une perte de charge très faible à la vidange du ballon (perte de charge en Q2 d’un coefficient α de 6.45 à la vidange). Les résultats des modélisations du présent rapport intègrent ces caractéristiques.
Les résultats de la modélisation montrent que les ballons anti-béliers initialement installés sont suffisamment dimensionnés pour protéger le système des phénomènes transitoires à condition de respecter les consignes de prégonflage, les instructions de l’entreprise pour l’installation des mesures anti-bélier, en respectant les consignes d’exploitation données dans le manuel d’exploitation.
Figure 29. Lignes piézométriques lors de la disjonction sans protection anti-bélier (simulation 1)
OUT VD2 VT3 VD5 VD9
VT12VD12 VT14 VD15
VD16 RMM
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
Z [m]
PK [m]
Lignes piézométriques maximum et minimum profil généré automatiquement
Zmax Zmin ZPMA Zpma Zsol Z0
Figure 30. Lignes piézométriques avec 1 ballon anti-bélierde 30m3 prégonflage = 10 bars (simulation 2)
Figure 31. Lignes piézométriques avec 2 ballons anti-bélier de 30m3 prégonflage = 10 bars (simulation 3)
BAL Ham
VT3 VD5 VD9
VT12VD12
VT14VD15VD16 RMM
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 2'000 4'000 6'000 8'000 10'000 12'000 14'000 16'000 18'000 20'000
Z [m]
PK [m]
Lignes piézométriques maximum et minimum avec un ballon antibélier de 30m3; prégonflage = 10 bars
Zmax Zmin ZPMA Zpma Zsol Z0
BAL VD2
VT3 VD5 VD9
VT12 VD12
VT14
VD15 VD16 RMM
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 2'000 4'000 6'000 8'000 10'000 12'000 14'000 16'000 18'000 20'000
Z [m]
PK [m]
Lignes piézométriques maximum et minimum profil généré automatiquement
Zmax Zmin ZPMA Zpma Zsol Z0
Figure 32. Variation du volume d’air dans les ballons anti-bélier de 30m3prégonflés à 10 bars (simulation 3)
Dans le cas de la simulation 3 (2 ballons fonctionnels), le volume du ballon varie de 13.63 à 22.83 m3.
Le constructeur Charlatte recommande d’augmenter de 20% le volume maximum, soit un volume de ballon au moins égal à 27.4 m3, ce qui correspond aux 2 ballons actuellement mis en place (30 m3).
0 5 10 15 20 25
0 50 100 150 200 250 300 350
V [m³]
Temps [s]
Ballon BAL(11) (g) Ballon BAL(12) (g)
7.1.5 Tronçon SP6 – réservoir RDK