Brevet FR2482247A1 — publié le 19811113

-2482247 La présente invention concerne un organe d'intercep- tion télécommandable à intervention-autosélective pour conduites sous pression. On sait qu'un organe d'interception, placé le long d'une conduite d'eau(ou d'autre liquide) sous pression, doit être manoeu- vré avec un soin particulier afin d'éviter que ne se produisent des sur- pressions (coups de bélier) extrêmement dangereuses pour l'installation entière (conduites, pompes, soupapes, etc.). La manoeuvre devient parti- culièrement délicate quand le tronçon de conduite, en aval de l'organe d'interception, initialement vide, est muni d'une ou plusieurs buses com- me par exemple une rampe d'arrosage pour irrigation, ou plus généralement, des purgeurs d'air, comme il est d'usage. Tandis qu'à la fermeture, pour éviter le "coup de bélier", il suffit de faire la manoeuvre de l'organe d'interception avec la lenteur suffisante, à l'ouverture il est indispensable d'opérer en deux phases bien distinctes. La première phase, dite "mise en pression de la conduite aval", de beaucoup la plus délicate, consiste dans le remplissa- ge lent de la conduite aval, en même temps que la purge de l'air qu'elle contient. Cette opération doit être faiteavec une extrême lenteur. En effet, comme d'importantes études et l'expé- rience pratique le montrent, à l'instant o des orifices cesse. de sortir l'air et commence à sortir l'eau, à cause de la variation brusque et con? sidérable de densité du fluide qui sort, pour des raisons qu'on donne ici pour connues, si la vitesse de l'écoulement n'est pas assez lente, s'amor- ce le phénomène du "coup de bélier". La seconde phase, consistant dans la lente ouver- ture progressive de l'organe d'interception, doit n'avoir lieu, par con- séquent, qu'après l'achèvement de la première. Cette manoeuvrel"ntelligente" est exécutée,d'habi- tude, manuellement par l'opérateur: dans la première phase, au moyen d'un "by-pass" entre amont et aval de l'organe d'interception, ou au moyen d'une petite ouverture de l'organe d'interception; dans la seconde phase, au moyen de l'ouverture progressive et complète de l'organe d'interception. Une manoeuvre automatisée doit voir l'intelligence transférée de l'opérateur humain à l'opérateur hydromécanique, adapté à chaque situation variable qui se présente sur le terrain d'installation. Le problème de l'exécution d'une manoeuvre "intelligente", comme celle qui est demandée, avec un organe d'intercep- tion télécommandé ou télécommandable, par exemple avec une impulsion électrique ou par action fluidodynamique, est résolu justement suivant la présente invention, de façon simple et immédiate, même quand la pres- sion en amont subit, comme cela arrive d'habitude, d'amples variations et la conduite aval présente une pente qui crée une différence de niveau positive ou négative non négligeable par rapport à l'organe d'intercep- tion lui-même. Cette invention est essentidlement constituée par deux obturateurs conditionnés entre eux, se déplaçant le long d'un axe unique ou sur deux axes-indépendants. A cet effet, cette hydrosoupape, télécommandée par électro-vanne ou vanne pneumatique hydraulique, à trois voies, est carac- térisée en ce qu'elle est munie de deux obturateurs, le premier dit obtu- rateur by-pass pourvu d'un limiteur de débit, le second, dit obturateur de service, à intervention auto-sélective, dont l'ouverture, commandée par deux actio-neurs hydrauliques ou par un seul actionneur hydraulique, actionnés par des fluides szs pression, se fait suivant des phases succes- sives, en relation avec la pression différentielle entre l'amont et l'aval des obturateurs, et dans des temps variables en fonction des ca- ractéristiques géométriques et hydrauliques de la conduite aval. Pour plus de clarté la description sera illustrée selon les dessins.ci-joints, dans lesquels: La figure 1 représentée est une vue en coupe axiale d'une réalisation, dite "exemple A" dans le texte, d'une hydro- soupape à deux axes; La figure 2 est une vue en coupe transversale par- tielle de la même réalisation faite suivant la ligne I-I de la figure 1; La figure 3 estune vue en perspective de l'hydro- soupape de l'exemple A avec la mise en évidence de l'application du dis- positif de réglage; La figure 4 est une vue en coupe axiale d'une autre réalisation, dite "exemple B" dans le texte, d'une hydrosoupape à axe unique, et représentée aux deux stades de fonctionnement de la soupape dans les positions ouverte et fermée; La figure 5 est une vue en perspective de l'hydro- soupape de l'exemple B avec la mise en évidence de l'application du dis- positif de réglage. En se référant à ces figures, on décrira som- mairement deux réalisations de l'hydrosoupape suivant la présente in- vention. Dans les références sont indiquées avec les mêmes numéros les pièces qui ont les mêmes fonctions aussi bien dans l'exemple A que dans l'exemple B. Les deux obturateurs indispensables sont un premier obturateur, dit "obturateur by-pass 1", et un second obturateur dit "obturateur de service 2": ces obturateurs sont commandés par deux actionneurs hydrauliques 3-4 dans l'exemple A des figures 1, 2, 3 et par un seul artionneur hydraulique 3 dans l'exemple B des figures 4, 5. Les actionneurs hydrauliques sont à leur tour actionnés: à l'ouverture, par le fluide sous pression de la conduite amont, introduit dans les cylindres respectifs 5 après être passé dans le filtre 6 à travers une vanne à trois voies commandée manuellement et/ ou télécommandée, au moyen d'impulsions électriques ou au moyen d'un fluide sous pression; à la fermeture, par la poussée de ressorts 8 pla- cés sous les obturateurs et ensuite par la pression du fluide amont exercée sur les obturateurs mêmes. Ces poussées sont suffisantes pour expulser le fluide des cylindres des actionneura'hydrauliques qui, en phase de fer- meture, sont mis en communication avec l'atmosphère par la vanne à trois voies 7. L'obturateur by-pass 1 a'pour fonction d'exécuter, à l'ouverture, la première phase de la manoeuvre ci-dessus décrite, dite "mise en pression de la conduite aval". Comme on l'a dit, le débit s'écoulant dans cette phase doit être maintenu très réduit et de toute façon inférieur à une valeur fixée d'avance, dans le but d'éviter que se produise un "coup de bélier" dangereux pour l'installation. Mais puisque ce débit (qui est fonction de la pression différenteille et donc de la pression de la conduite amont susceptible de variations considérables suivant les conditions de ser- vice, la cote géodésique de l'hYdrosoupape, etc.) pourrait, en consé- quence, subir des variations considérables, on a muni l'obturateur by- pass 1 d'un limiteur de débit modulant, 9, capable de maintenir le débit s'écoulant dans cette phase dans une limite fixée d'avance, indépendam- ment des variations de pression de la conduite amont. Ceci est donc essentiel pour obtenir le but prin- cipal que la présente invention vise, c'est-à-dire celui d'éviter le coup de bélier même quand la pression de la conduite amont présente des varia- tions considérables. En effet, la technique connue prévoit déjà la so- lution du problème avec deux obturateurs, dont le premier est à ouverture graduelle et le second peut s'ouvrir seulement quand s'instaure une con- tre-pression déterminée en aval, à la condition, pourtant, que la pres- sion en amont présente des valeurs assez constantes ou qu'en aval il n'y ait pas de pentes particulières positives ou négatives. Jusqu'à aujourd'hui, toutefois, le problème de rendre le dispositif indépendant des variations de pressions en amont et des pentes en aval n'avait pas été assez analysé et d'autant moins résolu. Dans les exemples A et B ce limiteur constitue le siège même de l'obturateur by-pass 1, mais il pourrait trouver un autre logement; il est essentiel qu'il limite le débit s'écoulant à partir de l'obturateur by-pass, dans la phase de "mise en pression de la conduite aval", audessous de la valeur fixée d'avance. Le même obturateur by-pass 1 peut, comme dans l'exemple A, être joint à l'obturateur de service 2 ou bien, comme dans l'exemple B, être concentrique à ce dernier (dans ce cas l'actionneur 3 est unique pour les deux obturateurs). L'obturateur de service 2 a de toute façon son siège dans l'hydrosoupape elle-même. Il est essentiel en tout cas que cet obturateur de service reste fermé pendant un temps opportun, variable en fonction des caractéristiques géométriques et hydrauliques de la conduite aval, jusqu'à ce que le débit réduit, s'écoulant de l'obturateur by-pass, ait effectué le remplissage complet de la conduite aval. Alors seulement et pas avant, l'obturateur de ser- vice, à cause de la contre-pression engendrée dans la conduite aval et de la diminution conséquente de la pression différentielle entre amont et aval de celui-ci, commencera, avec une lente progression, sa propre ouver- ture et donc l'émission du débit requis par l'installation, de beaucoup supérieur à celui sortant de. l'obturateur by-pass 1. L'ouverture de l'obturateur de service 2, dans l'exemple A, s'effectue par l'actionneur hydraulique associé 4 tandis que, dans l'exemple B, elle s'effectue par l'actionneur unique 3 par l'inter- médiaire de l'obturateur by-pass 1 qui est pourvu d'un épaulement méca- nique conjugué avec l'obturateur de service 2. L'ouverture de l'obturateur de service, seulement 248224t lorsque la conduite aval a atteint une certaine contre-pression, pour- rait s'obtenir en dimensionnant de manière simple et appropriée l'action- neur hydraulique 4 dans l'exemple A ou l'actionneur hydraulique unique 3 dans l'exemple B. L'efficacité de l'invention, dans ce castrouve- rait toutefois des limites dans les bien modestes différences de niveau, positives ou négatives, admissibles dans la conduite aval. Puisque le but ultérieur de la présente invention- comme dit précédemment - est celui de résoudre le problème même quand la conduite aval a une pente qui crée une différence de niveau non négli- geable par rapport à l'organe d'interception, on a doté l'invention d'un dispositif de réglage simple mais essentiel, constitué par une petite soupape de retenue 10, de section variable à volonté, insérée sur une connexion 11 entre la chambre 5 des actionneurs hydrauliques par l'ori- fice 7' et la conduite aval par l'orifice ll'. Au moyen de son réglage, suivant la différence de niveau entre hydrosoupape et conduite d'aval, on obtient, dans la.chambre des actionneurs hydrauliques, la pression nécessaire fonction de la contre-pression en aval, afin qu'ils commencent l'ouverture de l'obtura- teur de service seulement quand s'est déterminée, dans la conduite aval, la contre-pression désirée et donc la valeur fixée d'avance de pression différentielle entre amont et aval de l'obturateur de service 2. Une autre caractéristique de l'invention est que, pendant l'usage, tous les obturateurs se trouvent logés en dehors du flux du liquide. Ceci est particulièrement avantageux afin d'éviter des obstructions dérivant d'éventuels corps solides en suspension ou l'usure des obturateurs eux-mêmes et des ressorts associés à cause du sable éventuellement en suspension. Pour opérer le sectionnement de la conduite il suffira de remettre la vanne à trois voies dans la position initiale (chambre 5 des actionneurs hydrauliques en communication avec l'atmos- phère). A ce moment la soupape de retenue 10 se fermera et le ressort 8 commencera à opérer la lente fermeture de l'obturateur de service 2 tandis que restera ouvert l'obturateur by-pass 1 et ceci, dans l'exemple A, pour la différence de la poussée spécifique à laquel- le les deux actionneurs 3 et 4 sont soumis par les ressorts respectifs 8 et par la pression en amont, et, dans l'e-emple B, à cause du ressort 248224? de contraste 12 entre les deux obturateurs. A la fermeture complète de l'oburateur de service 2 commencera la fermeture progressive et lente de l'obturateur by-pass 1. L'hydrosoupape télécommandable pourra aussi être commandée sur place manuellement en agissant sur la vanne à trois voies 7, pour un service normal, mais elle pourra aussi être manoeuvrée, à travers le siège du bouchon 13, au moyen d'une clef appropriée agissant sur le piston de l'actionneur hydraulique, pour des opérations extraor- dinaires telles que, par exemple,le vidage de la conduite amont. Enfin, on met en évidence comment, vu la concep- tion de son fonctionnement, en cas de manque de pression dans la conduite amont, l'hydrosoupape se ferme spontanément sans besoin de télécommande ou de commande manuelle sur place. Tout autre forme de réalisation, inspirée des mêmes concepts inventifs ou présentant, même en combinaison différente, les caractéristiques de la présente invention, tombe dans le cadre de l'invention même et, par conséquent, dans le domaine du présent brevet. REVENDICATIONS 1. HIlydrosoupape, télécommandée par électrovanne ou vanne pneumatique ou vanne hydraulique, à trois voies, caractérisée en ce qu'elle est munie de deux obturateurs, le premier dit obturateur by-pass (1) pourvu d'un limiteur de débit (9), le second, dit obturateur de service (2), à intervention autosélective, dont l'ouverturecomman- dee par deux actionneurs hydrauliques (3-4) ou par un seul actionneur hydraulique (3) actionnés par des fluides scs pression, se fait sui- vat des phases successives, en relation avec la pression différen- tielle entre l'amont et l'aval des obturateurs, et dans des temps variables en fonction des caractéristiques géométriques et hydrauli- ques de la conduite aval. 2e Hydrosoupape suivant la revendication 1, caractérisée en ce que seul l'obturateur by-pass(l)s'ouvre dans la première phase, dite "mise en pression de la conduite aval", fournissant un débit très petit (par rapport au débit en service) dont la valeur est maintenue à peu près constante m.me quand varie, dans une mesure considérable, la pression amont et donc la pression différentielle, son siège étant constitué par un limiteur de débit modulantd9). 3. Hydrosoupape suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que l'obturateur de service(2)reste fermé pendant toute la durée de la phase de"vise en pression-- de la con- duite aval" pendant un temps variable en fonction des caractéristi- ques géométriques et hydrauliques de celle-ci, puisqu'il est néces- saire, pour que l'actionneur hydraulique associé puisse s'ouvrir, que se soit créée, dans la conduite aval, une contre-pression déter- minée apte à diminuer la pression différentielle existant initiale- ment et jusqu'au remplissage complet de la conduite aval. 4. Hydrosoupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca- ractérisée par le fait que la chambre, ou cylindre, de l'actionneur hydraulique est reliée au moyen d'un conduit îl)à la conduite aval, et sur ce conduit est placée une petite soupape de retenue(10), de section variable à commande, au moyen de laquelle peut être réglée la pression dans la chambre de l'actionneur hydraulique de façon que le fonctionnement de l'hydrosoupape puisse s'opérer même quand la con- duite aval a une pente qui crée une différence de niveau positive ou négative non négligeable par rapport.aà l'hydro.soupape elle-même. 248224? 5. Hydrosoupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que, en phase de service,aussi bien l'obtu- rateur by-pass(l)que l'obturateur de service() se trouvent en dehors du flux, évitant l'usure de ceux-ci et des ressorts associés en cas d'eau sablonneuse, ainsi que l'obstruction de la section de passage par l'éventuel arrêt de corps étrangers en suspension. 6. Hydrosoupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, ca- ractérisée par le fait que la fermeture s'effectue de façon lente et progressive d'abord pour l'obturateur de service(2)et ensuite pour l'obturateur by-pass(l). 7. Hydrosoupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, ca- ractérisée par le fait que, en cas de manque de pression, la ferme- ture des deux obturateurs s'effectue de façon- autonome sans besoin de télécommande ou de commande manuelle sur place, au moyen des res- sorts(8). 8. Hydrosoupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, ca- deux ractérisée en ce que le fluide de commande des/actionneurs hydrau- liques (3, 4) ou du seul actionneur hydraulique (3) est le même fluide convoyé, dérivé de l'amont. 9. Hydrosoupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que la vanne à trois voies (7) outre la télécommande électrique, hydraulique ou pneumatique, est pourvue d'une commande manuelle sur place. 10. Hydrosoupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée par le fait qu'elle est disposée de façon k pouvoir être ouverte à travers le siège du bouchon (13)au moyen d'une clef manuelle agissant sur le piston de l'actionneur hydraulique.