Notice Technique Réducteur de pression – Fonctionnement

Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches
Société Suisse de l’Industrie du Gaz et des Eaux
Società Svizzera dell’Industria del Gas e delle Acque
Swiss Gas and Water Industry Association
W10 024 f
SVGW
SSIGE
SSIGA
SGWA
Édition avril 2015
IN FOR M ATION
Notice Technique
Réducteur de pression – Fonctionnement
SSIGE, Grütlistrasse 44, Case postale 2110, 8027 Zurich
Téléphone 044 288 33 33, Fax 044 202 16 33, www.ssige.ch
Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches
Société Suisse de l’Industrie du Gaz et des Eaux
Società Svizzera dell’Industria del Gas e delle Acque
Swiss Gas and Water Industry Association
W10 024 f
SVGW
SSIGE
SSIGA
SGWA
Édition avril 2015
IN FOR M ATION
Notice Technique
Réducteur de pression – Fonctionnement
Copyright by SVGW, Zürich
Composition: Multicolor Print AG, Baar
Édition avril 2015
Reproduction interdite
En vente à l’administration de la SSIGE
([email protected])
SSIGE, Grütlistrasse 44, Case postale 2110, 8027 Zurich
Téléphone 044 288 33 33, Fax 044 202 16 33, www.ssige.ch
SOMMAIRE
1Introduction
5
2
But et champ d’application
5
3
Force et constante du ressort
5
4
Réducteur de pression en cas de débit nul
6
5
Réducteur de pression à l’état d’écoulement
6
6
Écart de réglage du régulateur proportionnel
7
7
Pression de sortie constante
8
8
Pression de réglage
8
9
Contrôle et maintenance
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1Introduction
Selon la Directive SSIGE W3, la pression statique maximale au point d’extraction s’élève à
500 kPa. Dans les réseaux de distribution d’eau avec des rapports de pression élevés, la pression doit être par conséquent réduite. Les réducteurs de pression sont appelés des régulateurs
proportionnels, c’est-à-dire que plus le ressort est précontraint lors du réglage, plus la pression
de sortie augmente après la vanne. En outre, la force d’ouverture du ressort reste en interaction
constante avec la force de fermeture, ce qui résulte dans le produit de la pression de sortie x
la surface de membrane.
2
But et champ d’application
La présente Notice technique sert à expliquer le fonctionnement des réducteurs de pression et
est particulièrement destinée à tous les professionnels de la branche sanitaire.
3
Force et constante du ressort
Un paramètre essentiel pour la sélection des ressorts de pression ou de traction est la constante de ressort. En outre, les ressorts en acier sont soumis à une tension ou une compression avec des forces différentes, et les changements de longueur respectifs dans le ressort sont
mesurés. Transposée dans un diagramme, la force exercée est représentée par le changement
de longueur d’une ligne droite. Plus le ressort est fort, plus il faut exercer de force pour le même
changement de longueur et plus l’inclinaison est raide. Le rapport entre la force et le changement de longueur est appelé la constante de ressort (fig. 1).
Constante de ressort (k)
=
Force du ressort (FRessort) =
Force du ressort (FRessort)
Changement de longueur (ΔL)
Changement de longueur (ΔL) x Constante de ressort (k)
Federkonstante
(k)(k)
Constante
de ressort
120
Ressort
Feder 11
110
100
Ressort
Feder 22
Force in
enNewton
Newton
Kraft
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80
Längenänderung
in mm
Allongement en mm
Fig. 1 Diagramme de constante de ressort
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Réducteur de pression en cas de débit nul
Au cours de la mise en service ou du remplissage du réducteur de pression, il ne s’écoule dans
la zone de sortie que la quantité d’eau nécessaire pour que le produit de la pression de sortie x
la surface de membrane soit équivalente à la force d’ouverture du ressort. Lorsque cet état est
atteint, le réducteur de pression en cas de débit nul et avec un système hermétique se referme.
F
Feder
Feder
Ressort
A
FRessort
p1
p2
A1
A2
CL
Force d’ouverture du ressort résultant en la multipli-
cation de la précharge par la constante de ressort
Pression d’entrée
Pression de sortie
Surface de vanne
Surface de membrane
Course de vanne
2
2
p
A
p
2
2
1
1
1
1
ΔL
CL
Pression
d'ouverture
Öffnungsdruck
FF
Feder
Ressort
Pression
de
fermeture
Schliessdruck
p xA
= p22 x A22
Fig. 2 Réducteur de pression fermé en cas de débit nul
5
Réducteur de pression en condition de débit
Si un robinet de puisage s’ouvre après le réducteur de pression, la pression de sortie p2 diminue et la vanne s’ouvre. Plus le débit augmente du côté de la sortie, plus la vanne s’ouvre
(course de vanne). Pour ce faire, la pression de sortie p2 en condition de débit doit être inférieure à la pression de sortie p2 définie en cas de débit nul. Plus la vanne s’ouvre, plus le ressort
se détend, tandis que la force de précontrainte du ressort est déduite du produit, course de la
vanne x la constante de ressort équilibrée à la pression de fermeture.
FRessort – (ΔL x k) = p2 x A2
Druckminderung
durch
Druckminderung
durch
Réduction
de la pression
due à la précontrainte du ressort
Federvorspannung
Federvorspannung
Perte dedurch
pression
due à l’écart de
réglage
du régulateur
Druckverlust
Regelabweichung
des
P-Reglers
Druckverlust
durch Regelabweichung
des P-Reglers
p
p1
p
p2 p1
Betriebsdruckkurve
Courbe de Betriebsdruckkurve
pression de fonctionnement
p2
Fig. 3 Évolution de la pression sur l’ensemble de réducteur de pression
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Cet état d’équilibre est considéré comme un écart de réglage du régulateur proportionnel. Plus
la constante de ressort est petite, plus l’écart de la pression de sortie est petit en cas de débit
spécifique.
Si la vanne est entièrement ouverte et que la vitesse d’écoulement augmente encore, la pression de sortie p2 diminue davantage en raison de pertes de pression à travers la vanne, ce qui est
de nouveau causé par les forces de friction internes (frottement entre les différentes couches
d’eau) et les forces de friction externes (frottement de l’eau à la paroi intérieure de la robinetterie). La figure 3 illustre l’ensemble de l’évolution de la pression dans le réducteur de pression.
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Écart de réglage du régulateur proportionnel
Les mesures en laboratoire effectuées à la SSIGE selon la norme de produit SN EN 1567 montrent, en cas de pression d’entrée constante, que la pression de sortie diminue de plus en plus
avec l’augmentation du débit (Fig. 4). La différence entre la pression de sortie en cas de débit
nul et la pression de sortie en cas de débit respectif correspond à l’écart de réglage du régulateur proportionnel.
Idéalement, cet écart de réglage est faible, autrement dit la courbe est plate. Le mode de
construction du réducteur de pression influence l’écart de réglage.
Les régulateurs proportionnels de par leur conception ne sont pas créés de manière à pouvoir
maintenir une pression de sortie constante. Pour ce faire, une vanne doit être construite en
tant que régulateur PI ou régulateur PID.
Dans la documentation du fabricant, la chute de pression est représentée sous la forme de
diagrammes de perte de pression, tandis que le réglage de la vanne est facilement reconnaissable dans le diagramme logarithmique double par une ligne courbe (Fig. 5). Ce n’est que
lorsque la vanne est complètement ouverte que la courbe devient une ligne droite.
Écart de régulation régulateur P
Pression de sortie bar
Pression de sortie à 8 bar de pression amont
Débit l/s
Fig. 4 Chute de pression dans la zone de sortie, en cas de débit croissant W10 024 f, Édition avril 2015
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m3/h
Perte
de pression
Druckverlust
[ bar] (bar)
Druckverlust
[ kPa](kPa)
Perte
de pression
h
l/s
l/
s
l/min
l/mi
n
Débit
Durchfluss
Fig. 5 Diagramme de perte de pression du fabricant
7
Pression constante de sortie
Le terme «pression constante de sortie du réducteur» souvent mentionné dans la documentation du fabricant ne se réfère donc pas à la pression de sortie en condition d’écoulement
(qui exigerait que la vanne soit construit comme un régulateur PI ou PID), mais à une pression
constante de sortie pour un débit nul.
Cette «pression constante de sortie» empêche une augmentation de la pression de sortie p2,
par exemple lors du démarrage de pompes d’alimentation. La «pression constante de sortie»
en cas de débit nul est de par sa conception si détendue dans la figure 2 que la pression
d’entrée p1 s’exerce aussi bien sur le joint de vanne supérieur que sur l’inférieur avec la même
taille de surface A1 et ainsi les forces s’annulent mutuellement.
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Pression de réglage
Pour le bon fonctionnement du réducteur de pression, la différence de pression entre la pression d’alimentation et la pression constante de sortie définie doit être de min. 50 kPa. Si la
pression d’alimentation est inférieure à la pression d’ouverture définie du ressort, la vanne se
met en position ouverte et n’a dans cet état plus aucune propriété de régulation.
Afin de s’assurer que les vannes de sécurité se ferment correctement, les réducteurs de pression sont réglés en usine à une pression initiale de 400 à 450 kPa.
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Contrôle et maintenance
Les particules de poussière et les dépôts sur le siège de vanne altèrent la fonction d’un réducteur de pression, ce qui résulte une augmentation de la pression de sortie jusqu’à la pression du réseau d’approvisionnement en eau.
Le contrôle et la maintenance doivent être effectués selon la Directive SSIGE W3 / Complément 2.
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