Ondes de choc
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Avant propos Immobilisation Tuyaux et raccords Bibby-Ste-Croix en janvier 2001 dans sa méthode d’installation, demandait de soutenir adéquatement une installation horizontale d’un diamètre de plus de 5 po, afin de prévenir tout mouvement horizontal. 2005 CSA en 2005 a repris les recommandations de Bibby-Ste-Croix CSA B 602602-05 à ajouter un appendice sur des recommandations à l’usage des joints mécaniques et applicable à tous les types de joints mécaniques Normes et Codes Le code a repris les recommandations de Bibby-Ste-Croix et de CSA à l’annexe 2.3.3.9.1 ….. Au changement de direction dans le plan horizontal ou vertical, …. Supports pour immobilisation Certains supports proposés par Bibby-SteCrois et CSA B 605 sont inadéquats. Les tiges de retenues pour les coudes et le bouchon offrent une faible retenue. Tuyaux Logard vous proposent d’autres options basées sur 2 approches: - soit se servir des tuyaux seulement -soit se servir des murs et plafonds, qui est la méthode la plus économique (voir solution support_1.pp). Actions Immobiliser un joint mécanique contre un glissement axiale • Brides de retenue et tiges filetées • CSA B602 B602--05 • Appendice A • Code de plomberie du Québec, 2.3.3.9.1 Raisons de l’appendice CSA B 602 Sauts hydrauliques dans une conduite circulaire. Le code de plomberie autorise des débits équivalent à 70% du débit maximal. À cette valeur du code, tout saut hydraulique occasionne une obstruction du canal ouvert. Ces sauts occasionnent un ralentissement de la vitesse d’écoulement. Raisons de l’appendice CSA B 602 Alors s’installe un système oscillant pour la vitesse d’écoulement. En canal ouvert, la vitesse est plus grande que celle de la condition d’un débit plein. Ces variations de vitesses conduisent à des ondes de surpression Ces ondes engendrent des glissements axiales des joints mécaniques et des vibrations dans la tuyauterie. Théorie Calculs du débit Théorie Calculs du débit Théorie Graphique hmax hcode h1 0.66 0.938 (code) (hmax) h2 h/D h1: hauteur en amont (avant la configuration) hcode: hauteur correspondant à 66% du diamètre (selon code plomberie) hmax: hauteur correspondant à 93.8% du diamètre h2: hauteur en aval (retour au calme après la configuration) Résultats Résultats Théoriques selon le code Résultats Débit maximum Résultats Comparaisons Théorie sur les écoulements à canal ouvert Nombre de Froude V V Fr = = gy1 c Où Fr = nombre de Froude V = vitesse du fluide [m/s] g = constante gravitationnelle [9,81 m/s2] y1 = hauteur du fluide en amont [m] c = vitesse de la vague [m/s] Classification de l’écoulement Pour V<c (Fr<1) Vague peut se déplacer vers l’amont Aucun saut hydraulique Écoulement sous sous--critique V:Vitesse fluide c: Vitesse vague Pour V=c (Fr=1) Propagation stationnaire de la vague Vague ne peut pas se déplacer vers l’amont Écoulement critique Pour V>c (Fr>1) Aucune communication hydraulique entre l’amont et l’aval Présence sauts hydrauliques Écoulement supercritique Classification écoulement (Hager) Pour 0.3<Fr<0.7 Écoulement sous sous--critique → Stable, aucun danger, pas de saut hydraulique Pour 0.7<Fr<1.5 Écoulement transitionnel → Présence sauts hydrauliques, hydrauliques, ondes de chocs Pour 1.5<Fr<3 Écoulement supercritique → Stable, Faibles sauts hydrauliques et ondes de chocs Saut hydraulique Passage d’un écoulement supercritique en amont à un écoulement sous sous--critique en aval aval.. Ce passage est forcé dû aux diverses obstructions (coudes, tés, changement de pente abrupte, etc.) dans la conduite . Ondes de choc Type de saut hydraulique avec écoulement supercritique en aval et sans effet de « tourbillon » sur la paroi du tuyau Se produit pour un nombre de Froude élevé Se produit en présence de déviations (coudes, tés, changement de pente abrupte, etc.) dans la conduite Classification ondes de choc Pour 1< Pour Où y2 <2 → Ondes de choc ondulatoires y1 y 2 > 2 → Ondes de choc directes y1 y1=hauteur en amont y2=hauteur en aval Résumé Les déviations dans la tuyauterie occasionnent des pertes de charge dans l’écoulement, accompagnées d’une baisse de vitesse. La gravité va augmenté à nouveau la vitesse Ces variations de vitesse s’accompagnent des turbulences turbulences,, conduisant à des ondes de surpression, surpression, car la vitesse et la pression vont de pair. Résumé Un système oscillant se met en place entre deux types d’écoulement: canal ouvert ou conduite fermée. Ces oscillations produisent aussi de fortes vibrations. Un joint mécanique n’est pas conçu pour prendre une force axiale et des vibrations.. vibrations Écoulement en canal ouvert dans une tuyauterie Le débit est constant. Une déviation dans la tuyauterie va produire un saut dans la hauteur de l’écoulement. Il y aura des turbulences et un ralentissement de la vitesse. vitesse. Selon les caractéristiques de l’écoulement, la hauteur du saut peut être égale au diamètre du tuyau. Saut hydraulique H2 Saut V2 H1 V1 Obstacles à l’écoulement La voie d’air se ferme ferme.. La vitesse de l’eau ralentie encore. Une onde de pression se forme. Cette onde est réfléchie et entre en résonance avec les autres ondes subséquentes. Obstacles à l’écoulement Des bulles d’air passent lors des variations de pression. L’écoulement est instable instable.. Ces variations brusques de vitesse engendrent des turbulences et de fortes vibrations vibrations.. Les joints mécaniques sous ces surpressions et vibrations peuvent glisser ou céder. céder. Vibrations Il peut survenir deux types d’écoulement dans un même tuyau : Soit à canal ouvert tel que le code de plomberie. Soit à canal fermé, fermé, avec tuyau plein et tête de pression. Conséquence: variations de vitesse accompagnées d’ondes de pression Ces ondes sont réfléchies et entrent en résonance avec les autres ondes subséquentes. Perturbations V2 V1 Blocage Bulles d’air Variations brusques de vitesse Ondes de surpression Immobiliser un joint mécanique avec des brides de retenue CSA B602B602-05 Appendice A Quand ? Lorsque le design de la tuyauterie conduit à des restrictions dans l’écoulement Une ligne horizontale est plus critique qu’une colonne verticale Lorsque le bassin de rétention des eaux pluviales est au bas de l’édifice, il n’y a plus de régulation des eaux de pluie Designs critiques Obstruction de la ventilation pour un écoulement en canal ouvert Vibrations Au débit critique, ondes de surpression Glissement des joints mécaniques Solutions Immobiliser avec des brides et des tiges
