Brevet FR2262764A1 — publié le 19750926

La présente invention a pour objet une vanne automatique à double commande amont-aval installée a la sortie d'un ouvrage hydraulique permettant de régler un niveau d'eau sensiblement constant à son aval, c'est-à-dire en tête de l'organe collectgur, et en meme t;mos d'empecher le niveau amont d'alimentation de descendre en dessous d'une oete'minmale0 Citòns~à titre d'exemple d'application l'équipement des bassins d'orage, ouvrages dont la fonction est d'emmagasiner les eaux sauvages et de les restituer à débit contrôlé vers un exutoire de capacité limitée. Il est donc nécessaire de munir l'orifice d'évacuation d'un tel bassin d'un organe permettant de régler le débit évacué à une valeur pratiquement constante, ce qui revient à contrôler le niveau au départ du collecteur. D'autre part, il convient généralement d'éviter la vidange complète d'un tel bassin et de stopper l'évacuation si le plan d'eau atteint une cote minimale prédéterminée. On connaît la vanne cylindrique a niveau aval constant constituée par un obturateur tubulaire disposé dans le plan d'eau aval au-dessus de l'orifice d'un conduit d'amenée d'eau débouchant verticalement vers le haut, la base de l'obturateur venant prendre appui en position fermée sur un siege circulaire équipant l'orifice du conduit d'amenée, la position de l'obturateur étant commandée par un flotteur placé dans le niveau aval à régler et relié à l'obturateur au moyen d > un fléau dont les deux bras peuvent être égaux. Le niveau amont s'établit dans l'obturateur tubulaire à la perte de charge de la conduite d'amenée près. 11 n'exerce aucune action sur l'équilibre de l'appareil. L'immersion du flotteur est constante, soit S.h (S étant sa section, h son immersion). Le lestage de l'ensemble est effectué en conséquence. L'ouverture de la vanne, c'est-à-dire l'admission du débit provenant de L'ouvrage amont, est commandée par le niveau aval, dans le sens qui oppose à sa variation. Ce niveau est maintenu constant, à la course du flotteur près. Si un poids supplémentaire = # S.h ( # étant le poids spécifique du liquide) est appliqué côté obturateur, la vanne se ferme, quel que soit le niveau aval, et le flotteur pend dans l'airs Considérons un corps creux ou plein de volume V = S.h (1 + ) fixé a l'intérieur de la chemise en dessous du niveau amont Le lestage de l'ensemble est réalisé en tenant coopte du poids du corps et de la poussée hydraulique sur lui. Lorsque le niveau amont en descendant vient dénoyer le corps, la poussée dtArchimede uSoh (1 + ) exercée par son intermédiaire sur l'obturateur diminue progressivement et vient alourdir d'autant cette dernière. Quand le niveau amont atteint la base du corps, le flotteur de la vanne est hors d'eau et la vanne est fermée. Le niveau amont se maintient donc à une cote minimale correspondant sensiblement à l'altitude de la base du corps au-dessus du siège, l'obturateur étant en position fermée0 La vanne ainsi constituée, objet de l'invention, assure la vidange du bassin amont de façon que le plan d'eau de restitution (et par suite le débit si on le désire) soit constant ou contrôlé et interrompt cette vidange quand le plan d'eau du bassin atteint une cote minimale fixée. Cette code minimale fixée détermine la position en hauteur de la base du corps dans ltobturateur tubulaire. Le niveau amont à partir duquel le corps fait sentir son influence se trouve bien entendu au-dessus de cette code minimale, à une distance égale à la hauteur H du corps augmentée de la course t de l'obturateur. I1 y a intérêt à ce que la zone H + t dans laquelle la capacité exerce son influence sur le fonctionnement normal de la vanne soit réduite, autrement dit à ce que H soit faible. Ainsi la zone dans laquelle le débit évacué vers l'aval diminue progressivement est aussi courte que possible. Le corps peut être compris entre deux sections droites de l'obturateur tubulaire, la portion de paroi-correspondante dudit obturateur et un tube central0 Dans ce cas, si le niveau minimal dans le bassin est, compte tenu des conditions d'exploitation désirées, fixé plus haut que le niveau aval à contrôler, la paroi de l'obturateur peut être interrompue au droit du corps puisque cette dernière se trouve toujours entièrement au-dessus du niveau aval. Pour des raisons contructives, l'interruption peut être partielle (paroi perforée, paroi remplacée par des nervures de renfort, etc.). La vanne, selon l'invention, est ainsi constituée par un cylindre creux formant obturateur, ouvert à ses deux extrémités, disposé dans le plan d'eau aval à régler au-dessus du débouché vertical du conduit d'amenée d'eau et dont la position en hauteur est réglée par un flotteur placé dans ledit plan d'eau aval, ce cylindre comportant une capacité réduisant sa section intérieure et dont l'ellçlacement en hauteur est telle que sa base se trouve, en position fermée de la vanne, un peu au-dessous du niveau minimal amont à ne pas dépasser, et pour toutes autres positions de la vanne, au-dessus du niveau aval à régler, le volume dudit corps étant tel que la poussée hydraulique qui s'exerce sur lui lorsqu'il est noyé par le niveau amont est au moins un peu supérieure à la poussée hydraulique sur la portion immergée du flotteur de comnande; compte tenu de la liaison flotteur-obturateur. Pour bien faire comprendre l'invention, ci-apres quatre exemples de rbalisatioa en référence aux figures annexées - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'une installation comportant une vanne selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe verticale d'une variante de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe verticale d'une variante du mode de réalisation de la figure 2, - la figure 4 est une vue en coupe verticale d'une autre variante de l'invention. On voit sur la figure 1 un bassin dlaccumulation 1 des eaux dorage en comninication avec un plan d'eau aval 2 au moyen d'une conduite 3 dont la sortie peut entre obturée au moyen d'une vanne comportant un obturateur cylindrique creux 5 9 l'intérieur duquel est fixé un corps 6 de hauteur tH), la base 14 de ce corps, vanne fermée, étant située légèrement au-dessous du niveau minimal N1 que l'on désire ne pas dépasser dans le bassin 1, le niveau N2 du plan d'eau aval 2 se trouvant au-dessous de cette base pour toutes positions de la vanne. La position de l'obturateur 5 est commandez par un flotteur 7 dans le niveau aval, au moyen d'un fleau 9 et des tiges articulées 8 et 10 et elle est convenablement équilibrée pour régler un niveau aval N2 lorsque le niveau amont N se trouve au-dessus du corps 6. Dans ces conditions, en fonctionnement normal, lorsque le niveau N dans le bassin d'accumulation 1 I se trouve au-dessus du corps 6, la vanne fonctionne normalement et regle le niveau N2 du plan d'eau aval 2, sans intervenir sur le niveau amont N. Par contre, lorsque le niveau amont N baisse et atteint la cote N', ce meme niveau se trouve dans le cylindre à une hauteur H1 au-dessus du bas du corps, inférieure à la hauteur H. A ce moment, la poussée de bas en haut sur l'obturateur due au corps, qui était de : ^ F - H S' a H étant la hauteur du corps S' étant la section du corps U étant le poids spécifique du liquide devient F1 = H1 S' w c' est-à-dire inférieure à la précédente, puisque H1 > Ho Au fur et à mesure que le niveau amont descend, l'obturateur recevant alors une moindre pousée vers le haut, s'abaisse. Cet abaissement de l'obturateur a pour-effet de faire déjauger le flotteur 7 produisant un effort inverse qui tendrait à le soulever. Dans ces conditions, le volume HS' du corps devra etre suffisant pour pouvoir produire, lorsque le niveau amont, descend une diminution de poussée hydraulique supérieure à lteffort de soçlèv-s nt du au cTé;augeôge iu flotteur 7. Si le bassin amont I ne reçoit aucune al mentation en eau, son niveau continue à descendre et l'obturateur continue à baisser vers son siège 4 jusqu'à la fermetures bloquant le niveau amont à une valeur minimale ml. Si le bassin amont 1 reçoit un faible débit d'alimentation, son niveau, en descendant, provoque comme dans le cas ci-dessus l'abaissement de l'obturateur jusqu'au moment où le débit que laisse passer la vanne en fermeture partielle, devient égale au débit d'alimentation, de sorte que le niveau amont se stabilise alors à une hauteur supérieure au niveau minimal Nl le niveau aval se stabilisant de son côté à une cote telle que le débit évacué par l'organe collecteur soit lui-même égal au débit d'alimentation amont. Selon une autre forme de réalisation, le corps pourra être constitué par un anneau 12 tel que représenté sur la figure 2 et délimité par deux sections droites 13 et 14 de l'obturateur 5, la portion 15 de paroi correspondante dudit obturateur étant un tube central 16. Dans ces conditions, lorsque le niveau amont est au-dessus de l'anneau, la poussée de bas en haut sur l'obturateur est de : F = H S' X H étant la hauteur de l'anneau S' étant la section de l'anneau X étant le poids spécifique du liquide lorsque le niveau amont baisse et atteint la coto Nt, il se trouve par rapport à la base de l'anneau 12 à une hauteur H1 inférieure à la hauteur H de celui-ci, produisant sur l'obturateur une poussée de bas en haut de valeur : F1 = H1 S' # inférieure à la précédente, puisque H1 > H. Le fonctionnement de la vanne est ainsi le même que celui décrit dans l'exposé de la figure 2. Dans le cas où le niveau minimal N1 dans le bassin est fixé plus haut que le niveau aval N2, ctest-à-dire lorsque l'anneau 12 est toujours placé au-dessus du niveau N2, on pourra interrompre la paroi externe de cet anneau, comme le montre la figure 3, l'obturateur étant alors constitué par un cylindre creux 5 comportant un étranglement disposé à l'emplacement du corps. La forme des corps 6 ou 12 n'est pas obligatoirement de révolution, ni de section constante, mais peut être choisie en vue d'obtenir une loi de fermeture déterminée de l'obturateur. La figure 4 est relative à un type de vanne cylindrique à niveau aval constant également développé par la demanderesse et caractérisé par sa pièce mobile unique. Le cylindré creux 5 est suspendu par des ressorts 17 de flexibilité appropriée à une tige centrale fixe 18. Un rétrécissement analogue à celui de la figure 3 interrompt le cylindre creux 5 ; la paroi horizontale inférieure 14 tient lieu de flotteur, et la poussée qu'elle reçoit du niveau aval N2 asservit la position de la vanne à ce niveau au même titre que le flotteur 6 de la figure 1. Les variations du niveau amont sont sans influence sur ltequilibre et le fonctionnement de la vanne tant que ce niveau se trouve au-dessus de la paroi horizontale supérieure 13. Cette remarque permet de jouer sur la position de cette paroi pour que la vanne satisfasse au principe de l'invention, c'est~a-dire cesse son action de régulatrice du niveau aval et se referme lorsque le niveau amont atteint une cote minimale déterminée, pour s'opposer à la vidange de l'ouvrage. Si u est la profondeur de la paroi 14 sous le niveau aval N2 réglé lorsque la vanne est en fonctionnement de réglage aval et atteint la position basse telle que représentée sur la figure 4, le niveau amont N1 de fermeture se trouve également à cette même distance u sous la paroi 13, la vanne étant fermée. La poussée exercée par le niveau amont sur la partie rétrécie de la chemise a en effet diminué alors de w. (section paroi 13).u. REVENDICATIONS 1/ Vanne automatique à double commande amont-aval, en vue de régler un niveau constant dans un bief aval (2) et un niveau minimal dans un bief amont (1), caractérisé en ce que son obturateur est constitué par un cylindre creux (5) ouvert à ses deux extrEmites, disposé dans le plan d'eau aval (2) à régler audessus du débouché vertical d'un conduit (3) d'amenée d'eau, et convenablement équilibré et commandé par le niveau aval, ce cylindre dans lequel s'établit le niveau d'eau amont comportant un corps (6) immergé réduisant sa section intérieure et dont ltemplacement en hauteur est tel que sa base 14 se trouve,en position fermée de la vanne, au-dessous du niveau minimal amont N1 à ne pas dépasser, le volume dudit corps étant suffisant, lorsqu'il est dénoyé par la baisse du niveau amont, pour que la disparition de la poussée hydraulique sur lui provoque la fermeture de l'obturateur. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractéris-en ce que la réduction de section est constituée par un corps creux (6) à l'intérieur du cylindre (5). 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réduction de section est constituée par un corps annulaire creux (12) à l'intérieur du cylindre (5). 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qui la réduction de section est constituée par un étranglement (16) du cylindre (5) 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base (14)-du corps creux (6), (12) ou de l'étranglement (16), est située, pour toutes positions de ltobturateur, au-dessus du niveau aval N2. 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base (14) du corps creux (6), (12) ou de l'étranglement (16), est située, pour toutes positions de l'obturateur, au-dessous du niveau aval N2. 7/ Dispositif selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le cylindre creux (5) formant obturateur est relié au moyen d'un système de leviers à un flotteur (7) placé dans le plan d'eau aval (2). 8/ Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le cylindre creux (5) formant obturateur est relié au moyen d'un système de leviers à un flotteur (7) placé dans le plan d'eau aval (2). 9/ Dispositif selon les revendications 4 et 6, caractérisé en ce que le cylindre creux (5) formant obturateur est suspendu au moyen dc ressorts (17) à un organe fixe (18).