FR3135286A1 - Device for measuring the supply flow of a section or island of a pressurized water network - Google Patents
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Abstract
Dispositif pour mesurer le débit d’eau sur un tronçon ou un ilot d’un réseau d’eau sous pression. L’objet de l’invention concerne un dispositif permettant d’alimenter en dérivation un tronçon de réseau d’eau pour en mesurer les grandeurs caractéristiques débit et pression et en déduire ainsi le débit du tronçon à la pression de service. L’objet de l’invention est aussi un procédé de mise en œuvre du dispositif. Le dispositif est constitué d’un ballon hydropneumatique pré-gonflé à une pression inférieure à la pression de service du réseau et à raccorder au réseau avec un enregistreur de débit et un enregistreur de pression. Lorsque le tronçon est isolé du reste du réseau, le dispositif alimente temporairement le tronçon. La mesure des grandeurs caractéristiques -Débit/Pression- permet alors de calculer le coefficient de perte de charge du réseau et d’en déduire son débit à toutes les pressions y compris la pression de service du réseau. Le dispositif se raccorde au réseau sur les branchements ou les poteaux incendie et bouches incendie.Device for measuring the water flow on a section or island of a pressurized water network. The object of the invention relates to a device making it possible to supply a section of a water network by bypass in order to measure the characteristic quantities flow and pressure and thus deduce the flow rate of the section at the operating pressure. The object of the invention is also a method of implementing the device. The device consists of a hydropneumatic balloon pre-inflated to a pressure lower than the operating pressure of the network and to be connected to the network with a flow recorder and a pressure recorder. When the section is isolated from the rest of the network, the device temporarily supplies the section. Measuring the characteristic quantities -Flow/Pressure- then makes it possible to calculate the pressure loss coefficient of the network and to deduce its flow at all pressures including the operating pressure of the network. The device connects to the network on connections or fire hydrants and fire hydrants.
Description
Pour prioriser la recherche de fuites sur les réseaux d’eau, les gestionnaires de réseaux effectuent préalablement aux opérations de recherches proprement dites, une pré-localisation des tronçons les plus fuyards. Pour ce faire, ils évaluent le débit introduit dans des tronçons également appelés ilots d’un réseau d’eau. L’analyse et la comparaison des débits des ilots d’un réseau leur permettent de concentrer leurs efforts sur les zones de fort débit, potentiellement les plus fuyardes.To prioritize the search for leaks on water networks, network managers carry out a pre-location of the most leaky sections before the actual search operations. To do this, they evaluate the flow introduced into sections also called islands of a water network. Analyzing and comparing the flow rates of network islands allows them to concentrate their efforts on high flow areas, potentially the most leaky.
Ne disposant pas de débitmètre pour chaque ilot, l’évaluation du débit d’un ilot consiste à mesurer la variation du débit d’alimentation de l’ensemble du réseau avec et sans l’ilot. Le résultat est donc obtenu par soustraction à un débit de référence qui est celui de la totalité du réseau. Les mesures sont effectuées à quelques minutes d’intervalle pour garantir un maximum de répétabilité des conditions de consommation d’eau sur le réseau. Néanmoins, un biais de mesure existe car des tirages domestiques peuvent être déclenchés ou arrêtés pendant les mesures sur l’ensemble du réseau. La durée des mesures est de 3 à 5 minutes pour éviter les régimes transitoires et moyenner d’éventuels tirages d’eau des usagers.As we do not have a flow meter for each island, evaluating the flow of an island consists of measuring the variation in the supply flow of the entire network with and without the island. The result is therefore obtained by subtraction from a reference flow rate which is that of the entire network. Measurements are taken every few minutes to ensure maximum repeatability of water consumption conditions on the network. However, measurement bias exists because domestic draws can be triggered or stopped during measurements across the entire network. The duration of the measurements is 3 to 5 minutes to avoid transient conditions and average possible water draw from users.
Ces opérations sont conduites de nuit car elles nécessitent de couper l’eau de chaque ilot pendant 3 à 5 minutes en fermant les vannes du réseau qui le délimitent.These operations are carried out at night because they require cutting off the water to each island for 3 to 5 minutes by closing the network valves which delimit it.
Ce travail nocturne est contraignant car il demande une planification rigide difficilement compatible avec la conduite d’un service des eaux qui a besoin de souplesse pour s’adapter aux urgences.This nighttime work is restrictive because it requires rigid planning that is difficult to reconcile with the management of a water service which needs flexibility to adapt to emergencies.
Traditionnellement, cette opération mobilise 3 à 4 personnes pour une nuit. Ces ressources sont rarement disponibles dans les services ruraux qui ont le plus besoin de ces informations pour cibler leurs actions.Traditionally, this operation mobilizes 3 to 4 people for one night. These resources are rarely available in rural services which most need this information to target their actions.
La longueur totale des canalisations d’un ilot est généralement comprise entre 1000 m et 5000 m. La lourdeur et le coût de mise en œuvre ne permettent pas d’envisager ces opérations à un coût économiquement raisonnable sur des ilots isolés ou sur des ilots de moins de 1000 m.The total length of the pipes on an island is generally between 1000 m and 5000 m. The cumbersomeness and cost of implementation do not allow these operations to be considered at an economically reasonable cost on isolated islands or on islands of less than 1000 m.
Pour répondre aux problèmes soulevés ci-dessus nous avons développé un dispositif adapté à la mesure du débit d’alimentation d’un tronçon ou d’un ilot d’un réseau d’eau en pression.To respond to the problems raised above, we have developed a device suitable for measuring the supply flow rate of a section or an island of a pressurized water network.
L’objet de la présente invention concerne donc un dispositif pour mesurer le débit d’alimentation d’un tronçon ou d’un ilot d’un réseau d’eau en pression. L’objet de la présente invention concerne également un procédé pour la mise en œuvre dudit dispositif.The object of the present invention therefore relates to a device for measuring the supply flow rate of a section or an island of a pressurized water network. The object of the present invention also relates to a method for implementing said device.
La mesure s’effectue sans coupure d’eau, elle peut être mise en œuvre pendant la journée sans occasionner de gêne pour les utilisateurs.The measurement is carried out without a water cut, it can be implemented during the day without causing any inconvenience to users.
Le débit est mesuré directement sur l’ilot, sans soustraction à un débit de référence sur une zone beaucoup plus vaste.The flow rate is measured directly on the island, without subtraction from a reference flow rate over a much larger area.
L’invention est mise en œuvre en quelques minutes par une ou deux personnes selon la taille de l’ilot à mesurer. Elle peut être déployée pour une mesure ponctuelle sur des ilots de 100 m à 5000 m de canalisations ou pour une campagne de plusieurs ilots d’un réseau.The invention is implemented in a few minutes by one or two people depending on the size of the island to be measured. It can be deployed for a one-off measurement on islands of 100 m to 5000 m of pipes or for a campaign of several islands of a network.
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Le dispositif selon l’invention comprend un ballon hydropneumatique avec ou sans vessie, raccordé avec un enregistreur de débit et un enregistreur de pression, ces deux enregistreurs étant synchronisés entre eux. Pour la sécurité de l’opérateurs du dispositif, la pression de service admissible du ballon doit être compatible avec la pression sur l’ilot lorsqu’il est raccordé au réseau, en général de l’ordre de 6 à 8 bars. Un manomètre de pression P2
Le ballon hydropneumatique doit être raccordé en série à un enregistreur de débit avec une tuyauterie de faible longueur pour éviter les pertes de charges – à titre indicatif une longueur de 0,2 m à 1 mètre est acceptable. Le diamètre de la tuyauterie doit être supérieur ou égal au diamètre DN 25 millimètres – on entend par DN, Diamètre Nominal - pour des débits attendus inférieurs à 3 m3/hr et supérieur ou égal au diamètre DN 32 millimètres pour des débits supérieurs à 3 m3/hr.The hydropneumatic tank must be connected in series to a flow recorder with short piping to avoid pressure losses – as an indication a length of 0.2 m to 1 meter is acceptable. The diameter of the pipe must be greater than or equal to the diameter DN 25 millimeters – we mean DN, Nominal Diameter – for expected flow rates less than 3 m 3 /hr and greater than or equal to the diameter DN 32 millimeters for flow rates greater than 3 m 3 /hr.
L’enregistreur de débit D1 est raccordé en série au ballon hydropneumatique et à l’ilot à mesurer au niveau d’une vanne de branchement notée VB sur la
Enfin, le dispositif comprend un enregistreur de pression haute fréquence– supérieur à 10 mesures par seconde - et noté P1 dans la
Le branchement à la canalisation de l’ilot à mesurer doit avoir un diamètre minimum de 40 mm pour des débits inférieur à 3 m3/hr et 100 mm pour des débits inférieurs à 25 m3/hr. Un poteau incendie ou une bouche incendie de DN 100 millimètres sont des points de mesure disponibles sur de nombreux réseaux d’eaux et parfaitement compatibles avec la mise en œuvre de cette invention. On peut également utiliser des dispositifs spécifiquement créés.The connection to the pipe of the island to be measured must have a minimum diameter of 40 mm for flow rates less than 3 m 3 /hr and 100 mm for flow rates less than 25 m 3 /hr. A fire hydrant or a fire hydrant of DN 100 millimeters are measuring points available on many water networks and perfectly compatible with the implementation of this invention. We can also use specifically created devices.
Le procédé, selon l’invention, pour la mise en œuvre du dispositif comprend les étapes suivantes :
- Mise en communication du ballon hydropneumatique avec l’eau du tronçon ou de l’ilot à mesurer, ledit ballon hydropneumatique se remplit progressivement d’eau pour équilibrer sa pression interne avec celle du réseau, de façon à ce que la pression interne du ballon est égale à la pression de service du réseau qui est enregistrée ;
- Fermeture successive des vannes de sectionnement qui relient le tronçon ou l’ilot à mesurer au réseau d’eau ;
- Enregistrement des valeurs de débit et de pression par l’enregistreur de débit et l’enregistreur de pression, respectivement, lorsque la dernière vanne de sectionnement est fermée et que la pression du réseau diminue et que le ballon hydropneumatique relargue sa réserve d’eau sous l’action motrice de l’expansion de l’air comprimé dans ledit ballon hydropneumatique ;
- Réouverture de l’une des vannes de sectionnement du réseau lorsque la pression mesurée du tronçon ou de l’ilot atteint 1,2 bars ou dès que le tronçon ou l’ilot a été isolé au moins 15 secondes ;
- Remplissage du ballon hydropneumatique jusqu’à ce que sa valeur de pression soit à l’équilibre avec celle de la pression de service du réseau, après la réouverture d’une des vannes de sectionnement du réseau, l’augmentation de la pression et l’inversement du sens de la circulation de l’eau ;
- Calcul du débit d’alimentation du tronçon ou de l’ilot à la pression de services du réseau, sur la base du couple de valeurs synchronisées (Débit/Pression), enregistré aux l’étapes a) et c), en réalisant successivement les étapes suivantes :
- Calcul du coefficient de perte de charge pour alimenter le réseau en utilisant la formule caractéristique d’un réseau d’eau K = Pression / (Débit)2où la pression est mesurée en mètres de colonne d’eau et le débit en mètres cubes par seconde. Les couples (Débit, Pression) utilisés pour les calculs de K sont ceux enregistrés à l’étape c) ;
- Sélection de la valeur de K la plus élevée, sur la base de plusieurs mesures de couples de valeurs synchronisées (Débit/Pression), correspondant au débit d’alimentation de l’ilot le plus bas ;
- Calcul de la valeur de débit à la pression de service en utilisant la formule Débit = (Pression/K)1/2, où la valeur de K est celle obtenue à l’étape f.2) et la valeur de Pression est la pression de service mesurée à l’étape a).
- Putting the hydropneumatic balloon in communication with the water of the section or island to be measured, said hydropneumatic balloon gradually fills with water to balance its internal pressure with that of the network, so that the internal pressure of the balloon is equal to the network service pressure which is recorded;
- Successive closing of the sectioning valves which connect the section or island to be measured to the water network;
- Recording of flow and pressure values by the flow recorder and the pressure recorder, respectively, when the last shut-off valve is closed and the network pressure decreases and the hydropneumatic tank releases its water reserve under the driving action of the expansion of the compressed air in said hydropneumatic balloon;
- Reopening of one of the network shut-off valves when the measured pressure of the section or island reaches 1.2 bars or as soon as the section or island has been isolated for at least 15 seconds;
- Filling of the hydropneumatic balloon until its pressure value is in equilibrium with that of the network operating pressure, after reopening one of the network shut-off valves, increasing the pressure and reversal of the direction of water circulation;
- Calculation of the supply flow rate of the section or island at the network service pressure, on the basis of the pair of synchronized values (Flow/Pressure), recorded in steps a) and c), by successively carrying out the following steps :
- Calculation of the pressure loss coefficient to supply the network using the characteristic formula of a water network K = Pressure / (Flow) 2 where the pressure is measured in meters of water column and the flow in cubic meters per second. The couples (Flow, Pressure) used for the calculations of K are those recorded in step c);
- Selection of the highest value of K, on the basis of several measurements of pairs of synchronized values (Flow/Pressure), corresponding to the supply flow of the lowest island;
- Calculation of the flow value at the operating pressure using the formula Flow = (Pressure/K) 1/2 , where the value of K is that obtained in step f.2) and the value of Pressure is the pressure of service measured in step a).
Le procédé peut être répliqué 1 à 2 fois pour fiabiliser les mesures de K, on ne conserve au final que la valeur de K la plus élevée pour calculer le débit de l’ilot. La valeur la plus élevée de K correspond au débit d’alimentation le plus bas de l’ilot.The process can be replicated 1 to 2 times to make the K measurements more reliable; in the end only the highest K value is kept to calculate the flow rate of the island. The highest value of K corresponds to the lowest supply flow rate to the island.
La durée de mise en œuvre du procédé peut varier de 15 secondes à plus de 240 secondes selon le débit de l’ilot, la taille du ballon hydropneumatique utilisé et la taille de l’échantillonnage de débit que l’on souhaite.The process implementation time can vary from 15 seconds to more than 240 seconds depending on the flow rate of the island, the size of the hydropneumatic balloon used and the size of the flow sampling desired.
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Un exemple numérique consécutif à un essai est enregistré dans la
Avec une pression de service mesuré de 3,8 bars, et en réarrangeant la formule de la courbe caractéristique de l’ilot, on obtient le débit d’alimentation nécessaire pour avoir une pression de service de 3,8 bars. Débit = (K/Pression)1/2. On obtient ainsi un débit de 1,73 m3/hr qui correspond au débit d’alimentation de l’ilot à la pression de service usuelle de 3,8 bars.With a measured operating pressure of 3.8 bars, and by rearranging the formula of the characteristic curve of the island, we obtain the supply flow rate necessary to have an operating pressure of 3.8 bars. Flow = (K/Pressure) 1/2 . We thus obtain a flow rate of 1.73 m3/hr which corresponds to the supply flow rate of the island at the usual operating pressure of 3.8 bars.
Claims (11)
- un ballon hydropneumatique avec ou sans vessie interne équipé d’un manomètre et raccordé en sérié avec un enregistreur de débit ;
- un enregistreur de débit raccordé en série avec le ballon hydropneumatique et une vanne de branchement à l’ilot ;
- un enregistreur de pression haute fréquence – supérieur à 10 mesures par seconde - , raccordé en dérivation soit à proximité immédiate de la vanne de branchement à l’ilot, soit sur la vanne de branchement à l’ilot, soit directement sur l’ilot à mesurer ;
- des tuyaux entre le ballon hydropneumatique et la vanne de branchement en passant par l’enregistreur de débit.
- a hydropneumatic balloon with or without internal bladder equipped with a pressure gauge and connected in series with a flow recorder;
- a flow recorder connected in series with the hydropneumatic tank and a valve connecting to the island;
- a high frequency pressure recorder – greater than 10 measurements per second -, connected in bypass either in the immediate vicinity of the island connection valve, or on the island connection valve, or directly on the island to measure ;
- pipes between the hydropneumatic tank and the connection valve passing through the flow recorder.
- Mise en communication du ballon hydropneumatique avec l’eau du tronçon ou de l’ilot à mesurer, ledit ballon hydropneumatique se remplit progressivement d’eau pour équilibrer sa pression interne avec celle du réseau, de façon à ce que la pression interne du ballon est égale à la pression de service du réseau que l’on enregistre ;
- Fermeture successive des vannes de sectionnement qui relient le tronçon ou l’ilot à mesurer au réseau d’eau ;
- Enregistrement des valeurs de débit et de pression par l’enregistreur de débit et l’enregistreur de pression, respectivement, lorsque la dernière vanne de sectionnement est fermée et que la pression du réseau diminue et que le ballon hydropneumatique relargue sa réserve d’eau sous l’action motrice de l’expansion de l’air comprimé dans ledit ballon hydropneumatique ;
- Réouverture de l’une des vannes de sectionnement du réseau lorsque la pression mesurée du tronçon ou de l’ilot atteint 1,2 bars ou dès que le tronçon ou l’ilot a été isolé au moins 15 secondes ;
- Remplissage du ballon hydropneumatique jusqu’à ce que sa valeur de pression soit à l’équilibre avec celle de la pression de service du réseau, après la réouverture d’une des vannes de sectionnement du réseau, l’augmentation de la pression et l’inversement du sens de la circulation de l’eau ;
- Calcul du débit d’alimentation du tronçon ou de l’ilot à la pression de services du réseau, sur la base du couple de valeurs synchronisées (Débit/Pression), enregistré à l’étape a) et c) en réalisant successivement les étapes suivantes ;
- Calcul du coefficient de perte de charge pour alimenter le réseau en utilisant la formule caractéristique d’un réseau d’eau K = Pression / (Débit)2où la pression est mesurée en mètres de colonne d’eau et le débit en mètres cubes par seconde selon l’étape c);
- Sélection de la valeur de K la plus élevée, sur la base de plusieurs mesures de couples de valeurs synchronisées (Débit/Pression), correspondant au débit d’alimentation de l’ilot le plus bas ;
- Calcul de la valeur de débit à la pression de service en utilisant la formule Débit = (Pression/K)1/2, où la valeur de K est celle obtenue à l’étape f.2) et la valeur de Pression est la pression de service du réseau mesurée à l’étape a).
- Putting the hydropneumatic balloon in communication with the water of the section or island to be measured, said hydropneumatic balloon gradually fills with water to balance its internal pressure with that of the network, so that the internal pressure of the balloon is equal to the operating pressure of the network that is recorded;
- Successive closing of the sectioning valves which connect the section or island to be measured to the water network;
- Recording of flow and pressure values by the flow recorder and the pressure recorder, respectively, when the last shut-off valve is closed and the network pressure decreases and the hydropneumatic tank releases its water reserve under the driving action of the expansion of the compressed air in said hydropneumatic balloon;
- Reopening of one of the network shut-off valves when the measured pressure of the section or island reaches 1.2 bars or as soon as the section or island has been isolated for at least 15 seconds;
- Filling of the hydropneumatic balloon until its pressure value is in equilibrium with that of the network operating pressure, after reopening one of the network shut-off valves, increasing the pressure and reversal of the direction of water circulation;
- Calculation of the supply flow rate of the section or island at the network service pressure, on the basis of the pair of synchronized values (Flow/Pressure), recorded in step a) and c) by successively carrying out the steps following;
- Calculation of the pressure loss coefficient to supply the network using the characteristic formula of a water network K = Pressure / (Flow) 2 where the pressure is measured in meters of water column and the flow in cubic meters per second according to step c);
- Selection of the highest value of K, on the basis of several measurements of pairs of synchronized values (Flow/Pressure), corresponding to the supply flow of the lowest island;
- Calculation of the flow value at the operating pressure using the formula Flow = (Pressure/K) 1/2 , where the value of K is that obtained in step f.2) and the value of Pressure is the pressure network service measured in step a).
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