Clapet de pied de puits

Clapet de pied de puits

Clapet de pied en laiton

Figure 1 : Clapet de pied en laiton

Un clapet de pied de puits est un élément clé de tout système de pompage de puits car il permet d'éviter d'endommager la pompe et de la maintenir amorcée. Une pompe non amorcée peut rapidement surchauffer et se briser. Installé à l'entrée de la conduite d'aspiration, le clapet de pied empêche l'eau de retourner dans le puits, ce qui permet de maintenir la pompe amorcée. Cet article traite du principe de fonctionnement, de la conception et de l'installation des vannes de pied de puits.

Table des matières

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Principe de fonctionnement du clapet de pied de puits

Le fonctionnement d'un clapet de pied est similaire à celui d'un clapet anti-retour: il permet au fluide de s'écouler dans une seule direction en se fermant en cas de reflux. Lorsque la pompe du puits se met en marche, l'eau dans la conduite d'aspiration se déplace vers la pompe, créant un vide à la sortie du clapet de pied. Le vide crée une aspiration, tirant l'eau du puits, à travers la valve, et vers la pompe. Lorsque la pompe s'arrête, l'eau dans la conduite d'aspiration s'inverse et commence à redescendre vers le clapet de pied. La pression du reflux ferme le clapet de pied et empêche la colonne d'eau de rentrer dans le puits.

La principale caractéristique d'un clapet de pied de puits est la crépine installée sur son orifice d'entrée. Cette crépine empêche les gros débris de pénétrer dans la vanne et de la bloquer en position ouverte ou de l'endommager.

La figure 2 illustre un système de pompe de puits généralisé. Notez que les clapets de retenue (Figure 2 étiquetée B) sont inutiles pour les systèmes de moins de 8 mètres de profondeur. Les systèmes de puits plus profonds utilisent des clapets de retenue pour soulager la pression sur le clapet de pied lorsque la pompe ne fonctionne pas.

Un système de pompe de puits généralisé : pompe (A), clapet anti-retour (B), tubage du puits (C) et clapet de pied (D).

Figure 2 : Un système de pompe de puits généralisé : pompe (A), clapet anti-retour (B), tubage du puits (C) et clapet de pied (D).

Conception du clapet de pied de puits

Il existe cinq types de clapets de pied : le type à bille (avec ou sans ressort), le type à clapet, le type à membrane et le type à ressort.

  • Type de bille avec ressort : Une bille sphérique est maintenue sur le siège de la vanne par un ressort lorsque la vanne est fermée. Ce type de clapet de pied est optimal pour les fluides visqueux et les eaux usées.
  • Type de bille sans ressort : Comme on peut le voir sur la figure 2, une bille repose sur un siège de joint torique (figure 2 étiquetée A). L'écoulement à travers la vanne (figure 2, repérée B) pousse la bille hors du siège et dans une chambre latérale (figure 2, repérée C). Lorsque le débit diminue, la bille retombe vers le siège. Cette vanne est adaptée aux applications à basse pression.
Clapet de pied à bille : chambre inclinée (A), siège à joint torique (B) et bille (C).

Figure 3 : Clapet de pied à bille : chambre inclinée (A), siège à joint torique (B) et bille (C).

  • Type de clapet : Un disque plat et articulé repose sur le siège de la soupape. Lorsque la pompe se met en marche et que la pression dans la conduite d'aspiration diminue, le débit à travers la vanne pousse le disque en position ouverte. Lorsque la pompe s'arrête, le reflux ferme la valve. Le bon fonctionnement de cette vanne dépend de la gravité, l'installation n'est donc pas possible dans n'importe quelle orientation.
  • Type de membrane : Comme on peut le voir sur la figure 3, une membrane en caoutchouc se trouve à l'intérieur de la crépine de la valve, empêchant l'eau de pénétrer. Lorsque la pompe fonctionne et qu'une aspiration se produit, la membrane est déplacée, permettant au liquide de s'écouler à travers la valve. Lorsque l'aspiration s'arrête, la membrane reprend sa position initiale et ferme la valve.
Clapet de pied à membrane. La membrane se déplace pour laisser entrer l'eau (A) et se ferme pendant le flux inverse (B).

Figure 4 : Clapet de pied à membrane. La membrane se déplace pour laisser entrer l'eau (A) et se ferme lors du flux inverse (B).

  • Type de ressort : Ce type de clapet de pied comporte un ressort et un clapet. Lorsque la soupape est fermée, le ressort maintient le clapet contre le siège de la soupape. L'installation est possible dans n'importe quelle orientation.

Crépine

Un clapet de pied est équipé d'une crépine, également appelée filtre ou tamis, installée sur son côté d'entrée. La crépine empêche les gros débris présents dans le puits de pénétrer dans la vanne et de la bloquer en position ouverte. Selon les débris potentiels dans le puits, le matériau de la crépine et la taille de l'ouverture peuvent être spécifiés en fonction de l'application pour assurer une filtration adéquate.

Types de connexion

Deux types de raccords sont couramment utilisés avec les clapets de pied : les filets et les brides.

  • Fileté : Une différence importante entre les clapets de pied et les clapets anti-retour est que les clapets de pied ont un filetage uniquement du côté de la sortie. Le côté entrée est équipé d'un écran. Il existe trois types de fils. Pour en savoir plus sur chaque type, lisez notre article sur la conception des fils.
  • Femme : Fileté à l'intérieur pour se raccorder à une tuyauterie qui a un filetage à l'extérieur.
  • Homme : Fileté à l'extérieur pour se raccorder à une tuyauterie qui a un filetage à l'intérieur.
  • Double : Filetage à l'intérieur et à l'extérieur pour se connecter à tout type de filetage de tuyauterie.
  • A brides : Les raccords à brides conviennent mieux aux applications industrielles à haute pression. Deux classes courantes pour les clapets de pied sont ANSI 125 et 150.
  • ANSI 125 : Brides en fonte conçues pour 8,6 bars à 178 °C (125 psi à 353 °F).
  • ANSI 150 : Les brides en fonte ductile, en acier ou en acier inoxydable ont une capacité nominale d'environ 10,3 bars à 315 °C (150 psi à 600 °F).

Systèmes d'écoulement à clapet de pied de puits

Les clapets de pied ont trois systèmes d'écoulement, chacun ayant sa propre applicabilité aux exigences d'une application spécifique.

Clapets de pied du système Microflow

Les clapets de pied du système Microflow sont utilisés dans les micro-puits impliquant la technologie de la poussée directe (une procédure d'investigation des sols souterrains). Ces vannes sont le plus souvent en acier inoxydable et sont constituées de tubes en FEP (Florotherm) ou en HDPE (polyéthylène haute densité).

Clapets de pied des systèmes à haut débit

Les clapets de pied des systèmes à haut débit sont conçus pour résister à des taux de pompage élevés et à des puits profonds. Ces vannes sont généralement utilisées sur des puits de 2 pouces de diamètre ou plus.

Clapets de pied des systèmes à faible débit

Les clapets de pied du système à faible débit sont utilisés dans les piézomètres de petit diamètre qui soulèvent jusqu'à 100 pieds d'eau.

Matériaux

Un clapet de pied reste immergé dans l'eau pendant toute sa durée de vie. Le matériau choisi doit donc être résistant à la rouille et à la corrosion. Les matériaux courants pour les clapets de pied sont la fonte robuste, l'acier inoxydable, le bronze et le PVC.

Les matériaux métalliques conviennent mieux aux applications à haute pression. Le PVC, en revanche, a une pression interne nominale allant jusqu'à 84 bars. Le PVC est également non corrosif, donc si la pression du système d'une application est dans les limites de la pression nominale du clapet de pied en PVC, le PVC est préférable.

Installation d'un clapet de pied de puits

Les clapets de pied conviennent aux puits peu profonds et profonds, qu'ils utilisent une pompe à jet à une ou deux lignes (figure 2). De même, les pompes submersibles utilisent des clapets anti-retour.

Avant d'installer un clapet de pied de puits :

  • Veillez à ce que le clapet de pied soit de la bonne taille pour les conditions de débit, et non pour la taille du tuyau. En général, les clapets de pied fonctionnent mieux à des débits inférieurs à 1,5 mètre par seconde. Des vitesses plus élevées peuvent entraîner une cavitation de la valve du pied et une défaillance précoce.
  • Prenez en compte la pression de l'ensemble du système, et pas seulement le réglage de la pression de la pompe.
  • Nettoyez les sédiments accumulés. Lancer de l'eau à haute pression dans le fond du puits pour pousser les sédiments vers le haut et hors du puits. Attendez que l'eau qui sort du puits soit claire.
  • Assurez-vous que la partie intérieure du clapet de pied est exempte de corps étrangers tels que des copeaux métalliques, des scories de soudure et des écailles de tuyaux. Ceux-ci peuvent empêcher le mouvement du disque et endommager le disque ou le siège.
Une pompe à jet.

Figure 5 : Une pompe à jet.

Pendant l'installation du clapet de pied du puits :

  • Veillez à ce que la flèche sur la vanne soit orientée vers l'écoulement de l'eau (vers le haut).
  • Installez le clapet de pied en position verticale.
  • Pour les puits peu profonds, le clapet de pied doit se trouver au maximum à 25 pieds verticaux (7,6 mètres) en dessous de l'entrée de la pompe.
  • Pour les puits profonds qui utilisent une pompe submersible, veillez à installer des clapets anti-retour afin d'atténuer les contraintes sur le clapet de pied. Le premier clapet de retenue doit se trouver à environ 6 mètres de la pompe. Ensuite, installez un clapet de retenue tous les 60 mètres de tuyauterie.
  • Veillez à ce que la crépine ne se trouve pas au fond du puits, mais plutôt 3 à 6 mètres en dessous du niveau minimum de pompage (le niveau auquel l'eau descend lorsque la pompe fonctionne).

Problèmes de clapet de pied de puits

La perte de pression d'eau d'une pompe ne signifie pas nécessairement un problème avec le clapet de pied. Il est également possible que la tuyauterie entre la vanne et la pompe soit endommagée et que de l'air pénètre dans l'aspiration. Cependant, étant donné que tous les composants sont souterrains, le traitement de ces problèmes nécessitera le démontage de la tuyauterie et du clapet de pied.

Les clapets de pied présentent trois problèmes courants : le tirage du fil, le battement du disque et l'accumulation de sédiments dans le tamis. Les deux premiers problèmes nécessitent la réparation du clapet de pied, mais le troisième peut être résolu sans démonter la tuyauterie. Par conséquent, essayer de résoudre le problème de l'accumulation de sédiments peut être la meilleure première mesure à prendre.

Tréfilage

Le tréfilage se produit lorsque de l'eau ou des sédiments à grande vitesse passent devant un siège de soupape en caoutchouc. Au fil du temps, une rainure se creuse dans le siège. Lorsque la vanne se ferme, la rainure reste et de petits débits s'échappent de la vanne, provoquant un fluage de la pression (augmentation de la pression de sortie). Atténuez le phénomène de fluage de la pression en faisant couler un robinet relié au puits. Toutefois, des problèmes plus importants peuvent survenir dans les systèmes qui ne fonctionnent pas souvent. Pour éviter le tréfilage :

  • Utilisez un siège en acier inoxydable.
  • Choisissez le plus petit clapet de pied possible pour gérer le débit du média dans le système. Les vannes plus petites s'ouvrent plus largement, ce qui éloigne les sédiments du siège et réduit la vitesse d'écoulement dans la vanne.

Battement de disque

Le battement du disque se produit lorsqu'un clapet de pied est utilisé à une petite partie de sa pleine capacité, ce qui entraîne une usure excessive au fil du temps. Ce problème peut également être atténué en choisissant soigneusement la plus petite vanne possible pour gérer le débit du fluide.

Accumulation de sédiments sur l'écran

Le pompage du puits est une méthode standard pour empêcher l'accumulation excessive de sédiments dans la crépine du clapet de pied. L'utilisation d'un bloc de surpression ou d'une écope sont deux mesures préventives à prendre.

  • Blocage de surtension : Un bloc de surpression s'adapte comme un manchon sur le clapet de pied et a la forme d'un beignet. Le bloc anti-bélier réduit la distance entre la vanne et le tubage du puits. Ensuite, la canalisation du puits peut être déplacée de haut en bas comme un piston à plusieurs reprises. Les mouvements vers le bas sont plus faciles à réaliser car une partie de l'eau va dans la tuyauterie. Au fil du temps, cette action peut faire bouger une partie ou la totalité des sédiments sur l'écran.
  • Bailer : Une écope est un clapet de retenue qui est plongé dans un puits pour recueillir l'eau et les sédiments, puis remonté pour le vider. Ce processus prend beaucoup de temps pour développer le puits mais, en fin de compte, il élimine beaucoup de sédiments à l'endroit où se trouvera le clapet de pied.
  • Air comprimé : Une troisième méthode est possible lorsque le clapet de pied est déjà dans le puits. De l'air comprimé est pompé dans le puits pour faire monter le niveau d'eau. Lorsque le niveau d'eau atteint le haut du tubage du puits, l'air est coupé pour permettre au niveau d'eau de baisser rapidement. Cette action peut secouer un peu de sédiment du clapet de pied mais n'est pas aussi fiable que l'utilisation d'un bloc anti-bélier.

Entretien des clapets de pied de puits

Après avoir sorti un clapet de pied d'un puits, profitez-en pour le démonter et déterminer si l'intérieur du clapet est réparable. Toutefois, avant de démonter la vanne, déterminez si le fabricant annule la garantie de la vanne si elle est démontée.

Le démontage d'un clapet de pied est un processus simple. Tout d'abord, retirez l'écran et le siège, puis retirez le disque. Une fois que le disque est retiré :

  1. Examinez la propreté de l'intérieur de la vanne.
  2. Éliminez les dépôts de calcaire sur la tige et le guide de la tige à l'aide de vinaigre blanc.
  3. Assurez-vous qu'il n'y a pas d'usure elliptique sur la tige ou les guides. Si c'est le cas, remplacez l'un ou l'autre ou les deux.
  4. Assurez-vous que le passage de l'écoulement est libre et clair.

Applications des clapets de pied de puits

Au-delà des puits d'eau, les clapets de pied conviennent aux lacs, rivières, étangs et autres plans d'eau. Cependant, dans les applications sans puits, construisez un support de vanne de manière à ce que le clapet de pied ne repose pas sur le fond. Les pompes de puisard industrielles, les pompes de prise d'eau des rivières et des lacs, et les conduites de freinage pneumatiques des camions commerciaux utilisent également des clapets de pied.

Avantages du clapet de pied de puits

Certains affirment qu'un clapet de pied n'est pas nécessaire pour les puits peu profonds (moins de 4 mètres). Les pompes non amorcées peuvent être capables de créer une aspiration et de remonter environ 2 à 4 mètres d'eau du puits. L'eau peut ainsi pénétrer dans la pompe avant 45 secondes, ce qui correspond au temps pendant lequel la plupart des pompes peuvent fonctionner à sec sans causer de dommages.

Les clapets de pied ne peuvent pas protéger complètement une pompe contre les dommages car ils ne sont pas le seul composant du système qui peut tomber en panne. Cependant, les clapets de pied de puits sont simples à installer et ajoutent une couche supplémentaire de protection contre l'entrée d'air dans la tuyauterie, qui peut provoquer la cavitation.

FAQs

Avez-vous besoin d'un clapet de pied pour un puits ?

Les puits d'une profondeur supérieure à 4 mètres nécessitent un clapet de pied pour maintenir la pompe amorcée. Faire fonctionner une pompe à sec peut rapidement l'endommager. Les clapets de pied sont également recommandés pour les puits peu profonds.

Comment vérifier le fonctionnement d'un clapet de pied ?

Il est difficile de savoir si un clapet de pied fonctionne car on ne peut pas le voir sans le retirer. Cependant, si la pompe de puits ne reste pas amorcée, il y a probablement un problème avec la tuyauterie ou le clapet de pied et les deux doivent être vérifiés.

Quelle est la différence entre un clapet de pied et un clapet de retenue ?

Un clapet anti-retour est fileté des deux côtés et un clapet de pied est fileté d'un côté, avec un écran de l'autre.

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