Brevet FR2478777A1 — publié le 19810925

La présente invention a pour objet des dispositifs pour télécommander séquentiellement les ouvertures et fermetures de plusieurs vannes motorisées qui sont placées sur des dérivations branchées sur un réseau de distribution d'un liquide. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des réseaux de distributiond'unliquide, notamment des réseaux d'irrigation. On connaît des vannes motorisées qui sont connectées en dérivation sur une canalisation principale de distribution d'eau et qui sont télécommandés séquentiellement par des impulsions de pression qui sont transmises par l'eau à un servomécanisme qui avance d'un pas à chaque impulsion. La demande de brevet FR.A. 2.084.886 (WRIGHT RAIN) et le brevet U.S. 2.252.125 (HAUSER) décrivent de telles vannes et les servomécanismes qui les commandent. Les servomécanismes connus comportent un vérin dont le piston est soumis, sur une de ses faces, à la pression du liquide et sur l'autre face, à un ressort antagoniste. Chaque impulsion de pression provoque un déplacement alternatif du piston et celui-ci est transmis à une roue dentée, du type roue à rochet, qui avance d'un pas. Les dispositifs de ce type connu présentent plusieurs inconvénients. Un premier inconvénient tient à ce que, dans le cas d'une instål- lation d'irrigation de parcelles cultivées, celles-ci présentent des dénivellations qui peuvent atteindre plusieurs dizaines de mètres et qui créent donc des différences de pression statique d'une vanne à l'autre. Les ressorts antagonistes se trouvent donc plus ou moins précomprimés par la pression statique et l'amplitude de leurs déplacements sous l'effet des impulsions de pression n'est plus la même. Pour remédier à cet inconvénient, il faut régler la force et le tarage des ressorts de rappel un par un, selon leur emplacement sur le terrain, ce qui conduit à des réglages longs et délicats et à des possibilités de mauvais fonctionnement de certaines vannes qui peuvent entraîner un défaut d'arrosage et des pertes de récoltes. Un objectif de l'invention est de procurer des dispositifs dans lesquels la pression statique de l'eau est compensee automatiquement, afin de rendre les vérins indépendants des dénivellations du terrain et d'éviter les opérations de tarage des ressorts des vérins. Un autre inconvénient des dispositifs comportant une roue à rochet dentée réside dans le fait qu'ils ne peuvent permettre de télécommander automatiquement qu'un nombre de vannes qui soit un sous multiple entier du nombre de dents, ce qui constitue une contrainte qui rend ces dispositifs utilisables uniquement dans certaines configurations de réseaux d'arrosage. Si par exemple, on choisit des roues dentées comportant 24 dents, on pourra télécommander seulement des installations comportant 2, 3, 4, 6, 8, 12 ou 24 vannes. Un autre objectif de la présente invention est de procurer des moyens de commande automatique par des impulsions de pression qui peuvent être très facilement adaptés à des installations comportant un nombre quelconque de vannes inférieur à un nombre entier détermine Les dispositifs selon l'invention comportent un servomoteur, associé à chaque vanne motorisée, qui est commandé pas à pas par des impulsions de pression, qui se propagent dans le liquide du réseau. Ce servomoteur est d'un type connu, qui comporte un vérin auxiliaire qui est connecté sur le réseau et qui déplace alternativement, lors de chaque impulsion, un rochet entraînant pas à pas un sélecteur rotatif portant une ou plusieurs cames qui agissent sur des poussoirs de distributeurs hydrauliques faisant fonction de vannes pilote des vannes motorisées. Un dispositif selon l'invention comporte, en outre, un deuxième vérin compensateur qui est également connecté sur ledit réseau et un vérin intermédiaire dont le piston est relié par une tige à l'organe mobile du vérin auxiliaire et délimite avec l'organe mobile du vérin compensateur un volume clos rempli de gaz. De préférence, la surface du vérin intermédiaire est inférieure à la surface de l'organe mobile du vérin auxiliaire. Selon un premier mode de réalisation, un dispositif selon l'invention comporte un orifice calibré qui est disposé sur la canalisation qui relie le vérin compensateur au réseau. Selon une variante de réalisation, un dispositif selon l'invention comporte un clapet de non retour qui est disposé sur la canalisation qui relie le vérin intermédiaire au réseau. De préférence, un dispositif selon l'invention comporte un sélecteur rotatif qui comporte un chemin de roulement circulaire dans lequel sont disposés des galets ou des billes identiques, juxtaposés,avec un espace libre au moins égal à la largeur d'un galet et ledit rochet se déplace de part et d'autre dudit espace libre et lors de chacun de ses déplacements alternatifs et fait passer l'un des galets d'un côté à l'autre dudit espace en repoussant tous les galets d'un pas égal au diamètre d'un galet. Un sélecteur rotatif selon l'invention comporte, de préférence, des maillons qui relient deux galets juxtaposés, de sorte que le train de galets avance de deux pas et qu'il est possible d'adapter les sélecteurs pour commander un nombre de vannes quelconque, inférieur au nombre de galets des sélecteurs. L'invention a pour résultat de nouveaux dispositifs pour télécommander séquentiellement des vannes motorisées, qui sont connectées en dérivation sur un réseau de distribution d'un liquide en utilisant des impulsions de pression qui se propagent dans le liquide. Grâce à la présence d'un vérin compensateur dont l'organe mobile est soumis à la même pression que le vérin auxiliaire, le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention est indépendant de la pression statique et du niveau de pression de service. Il en résulte qu'il n'est plus nécessaire de procéder à des réglages et notamment à des tarages individuels de ressorts de rappel. Les sélecteurs rotatifs selon l'invention comportant un train de billes ou e galets permettent, en les équipant de maillons qui relient deux galets ou deux billes juxtaposées, d'obtenir des rotations de deux pas pour une seule impulsion de pression. Il devient donc possible d'obtenir un tour complet du sélecteur pour un nombre d'impulsions total inférieur au nombre de galets d'un nombre égal au total des maillons utilisés. Quel que soit le nombre de vannes motorisées à commander, à condition que ce nombre soit inférieur au nombre de galets, on peut ramener le nombre d'impulsions nécessaire pour faire effectuer un tour complet du sélecteur à être égal au nombre de vannes ou à un multiple entier de celui-ci. Cette adaptation n'est pas possible avec des sélecteurs rotatifs connus équipés de roues dentées à rochet, dans lesquels le rochet entraîne une dent lors de chaque aller et retour et le nombre d'impulsions nécessaire pour faire tourner la roue dentée est forcément égal au nombre de dents. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, des exemples de réalisation de dispositifs selon l'invention. La figure I est une vue d'ensemble schématique d'une partie d'un réseau d'arrosage selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique d'un servomoteur belon l'invention. La figure 3 est une vue schématique d'une variante de réalisation d'un servomoteur selon l'invention. La figure 4 est une demi vue de dessus d'un sélecteur pas à pas selon l'invention. La figure 5 est une vue en élévation et en coupe décrochée selon V-V du sélecteur de la figure 4. La figure 1 représente un réseau de distribution d'un liquide, par exemple un réseau d'irrigation, qui comporte une conduite principale 1 qui est alimentée en eau par une pompe 2 ou par.tout autre moyen équivalent. Des conduites secondaires 3a, 3b ... 3n sont connectées en dérivation sur la conduite 1. Chaque conduite secondaire comporte une vanne motorisée 4a, 4b ... 4n, qui contrôle l'arrivée d'eau dans la conduite secondaire et le fonctionnement des appareils d'arrosage branchés sur celle-ci. Le problème à résoudre est de télécommander les ouvertures séquentielles des différentes vannes par des impulsions de pression qui se propagent dans le liquide de la conduite 1. Les impulsions de pression sont produites par exemple par un dispositif composé d'une vanne motorisée 5 à commande pneumatique qui est intercalée sur la conduite 1, au départ de la pompe. La chambre de conanan- de de la vanne 5 est connectée sur une bouteille de gaz comprimé 6 par un programmateur 7, entraîné par un mouvement d'horlogerie,qui envoie périodiquement une courte impulsion de pression sur la membrane de la vanne 5, ce qui provoque une brève fermeture de la vanne 5 et crée une onde de pression qui se propage le long de la conduite 1. L'utilisation d'une bouteille d'air comprimé et d'un programmateur à mouvement d'horlogerie permet de faire fonctionner automatiquement une installation selon l'invention pendant plusieurs jours, sans nécessiter aucune source d'énergie électrique. Chaque vanne motorisée 4a, 4b ... 4n est équipée d'un servomoteur 8a, 8b ... 8n, qui reçoit les impulsions de pression et qui avance d'un pas lors de la réception de chaque impulsion. La figure 2 représente un mode de réalisation d'un servomoteur selon l'invention. La vanne 4 est une vanne à commande hydraulique qui est maintenue fermée par la pression de l'eau du réseau qui s'exerce sur une membrane 9 placée en travers d'une chambre de commande 10. Le clapet de vanne 11, qui est relié à la membrane 9 par une tige 12, est représenté fermé sur la figure 2. La chambre 10 est connectée à la conduite principale 1 par une canalisation 13 qui passe à travers un distributeur hydraulique à tiroir 14 faisant fonction de vanne pilote. Ce distributeur comporte un piston 15 qui est actionné par un poussoir 16 portant à son extrémité une bille ou un galet 17. Le servomoteur comporte une roue à rochet qui est composée d'une roue dentée 18 portant une ou plusieurs cames 19. La roue dentée est entraînée pas à pas par un rochet 20. Chaque fois que le rochet 20 fait un mouvement aller et retour, la roue dentée 18 tourne d'un angle qui intercepte la largeur d'une dent. Tant que le galet 17 est maintenu appliqué par la pression de l'eau contre un chemin circulaire 21 porté par la roue 18, le piston 14 est dans la position représentée sur le dessin et la vanne 4 est fermée.Lorsque la came 19 arrive au contact du galet 17, elle repousse le piston 14 dans la position 14a représentée en pointillés. La chambre 10 est mise a la pression at s"ileriquC ;t ia vanne 4 reste fermée jusqu'à la prochaine impulsion. Les cames 19 sont décalées angulairement d'un servomoteur à l'autre, de telle sorte que les vannes s'ouvrent séquentiellement. Les cames 19 peuvent s'étendre sur un secteur angulaire égal à la largeur d'une ou plusieurs dents, de sorte que certaines vannes peuvent rester ouvertes pendant un intervalle de temps égal à celui qui sépare deux ou plus de deux impulsions successives. Le rochet 20 est un levier articulé sur une tige 23 qui est reliée à un vérin auxiliaire constitué par exemple par une membrane déformable 24 disposée en travers d'une chambre 25 qui est connectée sur la canalisation 13 branchée sur la conduite 1. Chaque fois que la vanne 5 provoque une impulsion de pression comportant un front descendant suivi d'un front montant, la tige 23 fait un mouvement aller et retour et entraîne la roue dentée d'un pas dans le sens de la flèche. Un cliquet 26 empêche la roue dentée de tourner en sens inverse. Dans les dispositifs connus de ce type, un ressort exerce sur la membrane 24 ou sur le piston d'un vérin auxiliaire, une action antagoniste de celle de la pression de l'eau. Il en résulte que ce ressort est plus ou moins précomprimé par la pression statique de l'eau si les différentes vannes sont placées à des niveaux différents et l'amplitude du mouvement alternatif des différents rochets 20 dépend de la pression statique qui s'exerce sur chaque membrane. Il en résulte que cette amplitude peut être inférieure à la largeur d'une dent d'où un risque de tonctionnement défectueux de certaines vannes. Les servomoteurs selon l'invention comportent un dispositif compensateur de pression statique qui évite cet inconvénient. La tige 23 est reliée à un piston 27 d'un vérin intermédiaire 28. Le diamètre du piston 27 est inférieur à celui de la membrane 24. Par exemple, la section du piston 27 est égal à la moitié de celle de la membrane 24. L'extrémité du cylindre du vérin 28, qui est opposée à la chambre 25 est connectée sur une deuxième chambre 29 divisée en deux compartiments par une membrane elastique 30 qui constitue un vérin compensateur. La membrane 30 a une surface supérieure ou égale à celle de la membrane 24. Le compartiment de la chambre 29, qui ne communique pas avec le vérin 28 est connecté sur la canalisation 13 à travers un orifice calibré 31. Le volume 32 compris entre le piston 27 et la membrane 30 est rempli d'air.Cet air est, de préférence, précomprimé à une pression égale à la pression de service dans le réseau. Le terme vérin est utilisé pour désigner de façon générale tout dispositif muni d'un organe mobile ou déformable, qui peut être soit un piston, soit une membrane déformable. Le fonctionnement est le suivant. La pression statique et la pression permanente de l'eau s'exercent sur les deux membranes 24 et 30. La pression qui s' exerce sur la membrane 30 repousse celle-ci et comprime l'air emprisonné dans 7e volume 32. La pression de l'air agit sur le piston 27 et repousse celui-ci. Le déplace ment du piston est transmis a la membrane 24 par la tige 23. Un état d'équilibre s'établit lorsque la poussée de l'air sur le piston 27 équilibre la pçussés de l'eau sur la membrane 24. Si par exemple le piston 27 a une surface égale à la moitié de celle de la membrane 24, l'équilibre se produit lorsque la pression de l'air est environ le double de la pression continue de l'eau. Lorsqu'un front descendant d'une impulsion de pression arrive par la canalisation 13 et atteint les deux membranes 24 et 30, l'air comprimé agit comme un ressort et tend à repousser les deux membranes. Cependant, l'orifice calibré 31 freine le passage de l'eau, de sorte que la membrane 30 ne peut se déplacer rapidement et le mouvement de détente de l'air déplace essentiellement la membrane 24. On a représenté en pointillés les positions qu'occupent alors les deux membranes 24 et 30 et le piston 27. Le piston 27 parcourt toute la longueur du cylindre 28 en entraînant le rochet 20. Lorsque le front montant de l'onde de pression atteint les deux membranes, la membrane 24 et le piston 27 reprennent la position en traits pleins et, dans ce mouvement, le rochet 20 entraîne la roue à rochet d'un pas. On voit que le volume d'air 32 agit comme un ressort qui exerce sur la membrane 24 une action antagoniste à la poussée de l'eau. Le tarage de ce ressort en fonction de la pression statique et de la pression de fonctionnement se fait automatiquement par l'effet de la deuxième membrane 30 qui exerce sur le volume d'air 32 une contre-pression égale à la pression statique augmentée de la pression permanente de fonctionnement. On remarquera que l'orifice calibré 31 qui empêche l'eau de sortir rapidement du compartiment à eau de la cloche 29, peut être remplacé par un clapet anti retour 33. En variante, l'orifice calibré ou le clapet anti retour peuvent être placés sur la canalisation 32 qui relie le cylindre 28 au compartiment à air de la cloche 29. Cette variante est représentée sur la figure 3. Le sélecteur à roue dentée 18 présente l'inconvénient qu'il permet d'équiper seulement des installations comportant un nombre de vannes 1 fonctionnant séparément et pendant des durées égales qui est égal à un sous-multiple entier du nombre de dents. La figure 3 représente une variante de servomoteur équipé d'un sélecteur 34 d'un type nouveau. En dehors du sélecteur 34 et du clapet de non retour 33, toutes les autres parties sont homologues à celles de la figure 2 et sont représentées par les mêmes repères. Les figures 4 et 5 représentent des vues à plus grande echelle d'un mode de réalisation du sélecteur 34. Celui-ci comporte un chemin de roulement circulaire 35 dans lequel sont placées des billes ou des galets cylindriques identiques 36 qui sont au contact l'un de l'autre, de sorte que lorsqu'on pousse une des billes celle-ci se déplace en faisant avancer toutes les autres de la meme longueur. Le nombre de billes ou de galets est inférieur au nombre nécessaire pour remplir tout le chemin de roulement, de sorte qu'il subsiste un espace libre 37 qui correspond à la largeur d'au moins une bille ou galet 36. Un levier articulé 38 est monté sur la tige 23 et ce levier porte à son extrémité le cliquet 20 qui fait avancer les billes.On a représenté en traits pleins sur la figure 4 le cliquet 20 engagé derrière la première bille 36a. Lorsque la tige 23 progresse vers la droite de la figure 4, le cliquet 20 pousse la bille 36a vers la droite, ce qui décale toutes les billes d'un pas. On a représenté en pointillés la position du levier 38 et du cliquet 20 lorsque la tige 23 revient vers la gauche. Ce levier 38 a basculé en libérant la bille 36a. Deux cliquets 39a et 39b empechent les billes de venir dans l'espace 37. Des butées 40 limitent le debattement angulaire du levier 38. Le sélecteur 34 représenté sur les figures 4 et 5 comporte un premier disque 40 d'axe z zl dans lequel est usiné une demi gorge circulaire 35, d'axe z z1, dans laquelle sont disposés des galets cylindriques 36, à axe vertical. Ce sélecteur comporte un deuxième disque 41, d'axe z z1, qui est superposé au disque 40 et dans lequel est creusée une demi gorge circulaire 35a qui coopère avec la gorge 35 pour former un chemin de roulement circulaire. La gorge 35a est ouverte sur le dessus et le sélecteur comporte une couronne 42, d'axe z z1, qui est -fixee au disque 40 et qui complète le disque 41. Les deux disques 40 et 41 comportent une fenêtre latérale 43 à travers laquelle le cliquet 20 peut s'engager. Le repère 14 représente le distributeur hydraulique à trois voies qui fait fonction de vanne pilote d'une vanne motorisée 4. Dans ce mode de réalisation, le poussoirs 16, qui déplace le piston 15 du distributeur, est parallèle à l'axe z z1 du sélecteur et les cames 19 qui agissent sur le poussoir 16 sont constituées par des ergots tronconiques qui dépassent au-dessus de la face supérieure du sélecteur. On a représenté un de ces ergots en coupe axiale sur la figure 5. il est muni d'une tige 19a qui est emboîtée dans un alésage axial du galet 36. Lorsque l'ergot 19 se trouve placé sous le poussoir 16 il maintient celui-ci repoussé pendant l'intervalle qui sépare deux impulsions de pression successives. Le piston 15 occupe alors la position 15a représentée en pointillés et la vanne 4 est ouverte. On a représenté sur les figures 4 et 5 des maillons 44 qui sont munis de deux tiges 44a qui sont engagées dans les alésages axiaux de deux galets voisins, comme les maillons d'une chaîne de transmission mécanique. Ces maillons solidarisent deux galets voisins. Les axes 44a pivotent librement dans les alésages des galets de sorte que les maillons peuvent s orienter librement. Lorsque le premier de deux galets reliés par un maillon est en position 36a et qu'il est poussé vers l'avant par le cliquet 20, il entraîne avec lui le deuxième galet et celui-ci peut prendre place dans l'espace libre 37. Lors de l'impulsion suivante, le train de galets avance de deux pas. Ces maillons permettent d'adapter facilement un sélecteur selon l'invention à une installation d'arrosage comportant n'importe quel nombre de vannes 4 inférieur au nombre de galets 36. Si le sélecteur comporte par exemple 30 galets, il pourra servir pour piloter des installations comportant un nombre de vannes motorisées égal à un sous-multiple entier de 30, à savoir un nombre égal à 30, 15, 10, 6, 5, 3, 2 ou 1. En réunissant deux galets par un maillon, il pourra piloter 29 vannes. En l'équipant de deux maillons, il pourra piloter soit 28 vannes, soit 14, soit 7. En l'équipant de trois maillons, il peut piloter 27 ou 9 vannes. Equipé de 4 maillons, il peut piloter 26 ou 13 vannes. Equipé de 6 maillons, il peut piloter 24, 12 ou 8 vannes. Ainsi de suite, on voit qu'en équipant un sélecteur selon l'invention de 1 à 14 maillons, on peut piloter n'importe quel nombre de vannes compris entre 1 et 30. On voit sur la figure 5 que la gorge 35 qui sert de chemin de roulement comporte des butées 45 qui empêchent les galets de sortir de la gorge et des faces latérales 46 taillées en queue d'aronde pour guider les ergots tronconiques 19 et les empêcher de sortir de la gorge. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications par des moyens équivalents peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif pour télécommander sequentiellement plusieurs vannes motori gées connectées en dérivation sur un réseau de distribution d'un liquide, comportant un servomoteur, associé à chaque vanne motorisée, qui est commandé pas à pas par des impulsions de pression qui se propagent dans le liquide du réseau, lequel servomoteur est du type qui comporte un vé rin auxiliaire qui est connecté sur ledit réseau et qui déplace alterna tivement, lors de chaque impulsion, un rochet entraînant pas à pas un sélecteur rotatif portant une ou plusieurs cames qui agissent sur des poussoirs de distributeurs hydrauliques faisant fonction de vannes pilote desdites vannes motorisées, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un deuxième vérin compensateur, qui est également connecté sur ledit réseau et un vérin intermédiaire dont le piston est relié par une tige à l'organe mobile du vérin auxiliaire et délimite avec l'organe mobile du vérin compensateur, un.volume clos rempli de gaz. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface du piston dudit vérin intermédiaire est inférieure à la surface de l'organe mobile du vérin auxiliaire. 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un orifice calibré ou un clapet de non retour disposé sur la canalisation qui relie ledit vérin compensateur au réseau. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un orifice calibré ou un clapet de non retour disposé sur la canalisation qui relie ledit vérin intermédiaire audit vérin compensateur. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit sélecteur rotatif comporte un chemin de roulement circulaire dans lequel sont dispo sés des galets ou des billes identiques, juxtaposés avec un espace libre au moins égal à la largeur d'un galet et ledit rochet se déplace de part et d'autre dudit espace libre et lors de chacun de ses déplacements alterna tifs, il fait passer l'un des galets d'un côté à l'autre dudit espace en repoussant tous les galets d'un pas égal au diamètre d'un galet. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des maillons qui relient deux galets juxtaposés, de sorte que le train de galets avance de deux pas et qu'il est possible d'adapter les sélec teurs pour commander un nombre de vannes quelconque inférieur au nombre de galets des sélecteurs. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits galets comportent un alésage axial et lesdits maillons sont équipés de deux bouts de tige qui sont engagées librement rotatives dans les alésages axiaux de deux galets juxtaposés. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que ledit sélecteur rotatif est composé de deux disques superposés et d'une couronne qui délimitent une gorge circulaire ouverte sur sa face supérieure, dans laquelle un train de galets ou de billes est disposé et lesdits disques comportent une fenetre latérale dans laquel le s'engage ledit rochet. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits poussoirs des distributeurs hydrauliques sont parallèles à l'axe des dits disques et lesdites cames sont constituées par des ergots tronconi ques munis d'une tige qui est engagée dans l'un desdits alésages axiaux. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdites impulsions de pression sont produites par une vanne motorisée à commande pneumatique qui est connectée sur un réservoir d'air comprimé à travers un programmateur entraîné par un mouvement d'horlogerie.