Analyse des conditions de rupture des canalisations des réseaux maillés due au phénomène de coup de bélier

Failure conditions analysis of looped network pipes due to water hammer phenomenon

¹ UMF, École Nationale d’Ingénieurs de Sfax, BP 1173, 3038 Sfax, Tunisie
² LaBPS, École Nationale d’Ingénieurs de Metz, Technopole, Route d’Ars-Laquenexy, 57078 Metz Cedex 3, France

^a Auteur pour correspondance : Ezed.Hadj@enis.rnu.tn

Reçu : 30 Juin 2010
Accepté : 7 Mars 2011

Résumé

Un modèle numérique, permettant d’obtenir de manière automatique des informations sur la propagation des ondes de coup de bélier dans les réseaux maillés de conduites, est présenté. Le modèle tient compte des bifurcations et des dérivations dans les réseaux de conduites ainsi que des pertes de charges. Il est constitué d’un système de deux équations aux dérivées partielles non-linéaires de type hyperbolique résolu par la méthode des caractéristiques. L’algorithme numérique ainsi construit fournit une estimation des pressions maximales dans le fluide et des contraintes maximales dans les parois dues à la fermeture rapide de vannes. Dans certains cas, la contrainte maximale peut devenir supérieure à la contrainte admissible et provoque la rupture des conduites. La dangerosité d’un défaut de type cratère de corrosion a été analysée en déterminant la distribution des contraintes en tête de ce défaut. Les résultats obtenus permettent de calculer le facteur d’intensité de contraintes d’entaille appliqué. Cette grandeur est insérée dans un diagramme Intégrité-Rupture de type SINTAP et les nœuds en situation critique sont déterminés. Il y a risque de rupture si le facteur de sécurité est inférieur à 2. Les résultats de calcul montrent que presque tous les nœuds du réseau analysé sont situés en dehors du domaine d’intégrité.

Abstract

A numerical model has been established in order to simulate the propagation of the waterhammer wave into a looped water networks. This model gives information on water hammer waves taking into account the structure of the water network and the lost of pressure. The numerical algorithm gives the value of the maximal fluid pressure induced by water hammer provoked by fast closing valves into network and then the maximal stresses into pipes. These maximal stresses can overcome the admissible stress and lead to failure risks. In this case, the severity of a defect like corrosion crater has been estimate by computing under water hammer pressure the stress distribution at defect tip. This allows to computes the applied notch stress intensity factor. This parameter is introduced into the SINTAP failure assessment diagram into order to determine nodes of the network in critical situation. Conventionally, it is admitted that the risk of failure exists if this safety factor is less than 2. The results indicate almost nodes of the studied network are outside of safe zone in the Failure Assessment Diagram.