Brevet FR2645214A1 — publié le 19901005

1. BELIER HYDRAULIQUE La présente invention a trait à un bélier hydraulique perfectionné. Les béliers hydrauliques sont connus depuis fort longtemps. Ce sont des dispositifs élévateurs d'eau utilisant le choc dans une conduite brusquement fermée (coup de bélier) pour forcer une partie de la masse liquide à remonter à une altitude supérieure à la hauteur de chute. Ces dispositifs, cependant, se caractérisent jusqu'à présent par un rendement faible au niveau du débit d'eau élevée. La présente invention a précisément pour but de perfectionner notamment sur ce point les dispositifs connus. A cet effet, l'invention a pour objet un bélier hydraulique du type comprenant une chambre, un conduit d'arrivée d'eau, un conduit de fuite muni d'un clapet et une cloche communiquant avec ladite chambre par l'intermédiaire d'un système de soupape et munie d'une sortie de refoulement d'eau, caractérisé en ce que ledit système de soupape est constitué par une pluralité de clapets individuels en parallèle, susceptibles d'obturer chacun un orifice de passage ménagé dans une paroi séparant ladite chambre de ladite cloche, lesdits clapets étant disposés du côté de ladite paroi tourné vers la cloche. Suivant une autre caractéristique du dispositif de l'invention, le conduit de fuite est disposé verticalement, sous la chambre du bélier et le clapet de celle-ci présente un axe vertical s'étendant dans la chambre et monté coulissant dans un palier fixe en étant rappelé constamment et élastiquement en position haute d'ouverture du clapet, cependant que ledit clapet comporte en outre un organe amortisseur de fin de course de descente. Avantageusement ledit clapet est disposé dans un conduit en forme de venturi, légèrement en amont de la section la plus réduite, une rondelle de caoutchouc étant prévue au droit du contact entre le clapet et son siège. Suivant encore une autre caractéristique, une grille filtrante est interposée entre la chambre du bélier et la cloche de manière à tangenter le conduit d'arrivée d'eau. Enfin, avantageusement le conduit d'arrivée d'eau comporte une section qui va en s'élargissant en direction de la chambre du bélier et est formé de deux demi-conduits munis de brides latérales de fixation superposés- dans le plan de joint des demi-conduits, lesdites brides étant solidaires de pattes d'ancrage du bélier dans une structure de fixation appropriée. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention; description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lequels: - Figure 1 est une vue en coupe axiale verticale d'un bélier conforme à l'invention, et - Figure 2 est une vue de dessus suivant la ligne II- II du dispositif de la figure 1. Le bélier représenté sur les dessins comprend une chambre cylindrique 1 d'axe vertical, munie d'un conduit 2 d'arrivée d'eau horizontal, d'un conduit de fuite 3 vertical disposé en dessous de la chambre let d'une cloche cylindrique 4 disposée au-dessus de la chambre 1 et munie d'un raccord 5 de refoulement d'eau. Conformément à l'invention, à la jonction entre la chambre 1 et la cloche 4 est disposé un système de soupape constitué d'une pluralité de clapets en forme de boules 6 disposées en parallèle chacune en regard d'un orifice circulaire 7 qu'elle est susceptible d'obturer. Les orifices ou sièges 7 sont ménagés dans une plaque 8 relativement épaisse fixée dans le plan de joint de la cloche 4 et de la chambre 1. Les boules 6 sont disposées du côté de la plaque 8 opposé à la chambre 1. Chaque boule a un certain degré de liberté de façon à pouvoir obturer son siège ou au contraire s'éloigner de celui-ci suffisamment pour laisser passer un certain débit d'eau. A cet effet, chaque boule 6 est confinée dans un espace 9 délimité par des cloisons séparatrices 10 et une plaque arrière Il ajourée et par exemple percée d'une multitude de trous (non représentés). Afin d'améliorer le passage de l'eau au droit des orifices de la plaque 8, les sections de passage 12 dans cette dernière sont en forme de venturi, le siège proprement dit 13 de chaque boule 6 étant en forme approximative de tronc de cône. A titre d'exemple on peut prévoir une cinquantaine de boules 6 de diamètre de l'ordre de 70 mm. Les boules 6 sont avantageusement en caoutchouc ou analogue afin de limiter les bruits des chocs contre les parois et plaque 8, 10, 11. Dans la chambre 1, au voisinage de la plaque 8, est disposée une grille 14 de séparation entre la chambre 1 et la choche 4 destinée à filtrer l'eau, cette grille 14 étant agencée dans le prolongement du conduit 2 qu'elle tangente sensiblement au niveau de la génératrice supérieure. Dans la chambre 1 est agencée un clapet d'axe vertical coaxial au conduit de fuite 3. Ce clapet comporte un organe d'obturation 15 de forme générale tronconique, susceptible de prendre appui contre un siège annulaire 16 porté par le conduit 3. Plus précisément, ce conduit a une forme générale de venturi avec une section de diamètre minimal immédiatement en aval dudit siège 16. Afin de réduire le bruit des chocs de l'organe 15 sur son siège 16, une bague 17 en caoutchouc ou analogue est rapportée sur l'organe 15 au droit de la zone de contact. On pourrait bien entendu inverser l'agencement en rapportant la bague 17 sur le siège 16. La partie 18 du conduit 3 qui va en s'élargissant forme un diffuseur. L'organe d'obturation 15 est fixé à l'extrémité d'un axe vertical 19 monté coulissant dans un manchon 20 fixé par des bras 21 à la paroi de la chambre du bélier. L'organe 15 est rappelé constamment en position haute, à distance du siège 16, par un ressort 22, cependant qu'en fin de course de descente du clapet un organe amortisseur, tel qu'une rondelle Belleville 23 par exemple, est interposé entre le manchon 20 et l'extrémité de l'axe 19. L'intérieur de la chambre 1 est accessible par l'intermédiaire d'une trappe de visite latérale 24. L'intérieur de la cloche 4 est accessible par l'intermédiaire d'un regard 25. Enfin, toujours conformément à l'invention, le conduit d'arrivée d'eau 2 est constitué de deux demi-conduits 2a, 2b superposés et munis de brides latérales 26 de fixation des demi-conduits et de fixation du bélier à deux pattes ou plaques d'ancrage latérales 27, elles-mêmes ancrées dans un massif de béton 28 ou dans toute structure de fixation appropriée du bélier. Le conduit 2 va en s'élargissant légèrement en section en direction de la chambre 1. Le fonctionnement de ce bélier est conforme au principe général bien connu du bélier. En supposant le clapet 15 en position haute d'ouverture (position de repos., l'eau arrive en 29 par le conduit 2, traverse la chambre 1 et s'échappe par le clapet ouvert, en s'écoulant à l'air libre (flèche 30) via le diffuseur 18. L'écoulement de l'eau au voisinage de l'organe d'obturation 15 entraîne, la vitesse s'accélérant, ia fermeture du clapet (position basse représentée sur la figure 1). L'énergie cinétique de la masse d'eau brusquement freinée en amont du clapet se transforme en pression instantanée très élevée (coup de bélier) qui force l'eau dans la chambre 1 à surmonter la pression exercée sur les boules 6 qui se trouvent alors en contact avec leur siège 13, et à passer dans la cloche 4 en écartant les boules de leur siège jusqu'à ce que les pressions s'équilibrent de part et d'autre de la plaque 8. Les boules 6 reviennent alors en position d'obturation des sièges 13. Par ailleurs, la pression dans la chambre 1 ayant diminué, l'organe l'obturation 15 revient en positon haute sous l'action du ressort 22 ce qui créé aussitôt une nouvelle fuite au droit du clapet et le cycle recommence. - A chaque soulèvement des boules 6 au-dessus de leur siège une certaine quantité d'eau est poussée (flèche 31), au travers du conduit de refoulement 5. 26452 14 Les bruits du battement du clapet en particulier à la fermeture sont absorbés de manière substantielle par la bague 17 et par la rondelle Belleville 23. Du fait de la prévision du nombre important de boules clapets 6 en parallèle, on peut faire passer en un laps de temps très court, à chaque fermeture du clapet 15, une quantité d'eau très nettement supérieure à celle qui passe dans une soupape ordinaire d'un bélier hydraulique classique. Le rendemment en débit est encore amélioré par la conformation du conduit d'arrivée 2 et par celle en venturi du conduit de rejet 3. Par ailleurs, la grille filtrante 14 est particulièrement efficace et fiable du fait qu'elle s'auto-nettoie automatiquement par le balayage intermittent procuré par l'eau à la suite de l'ouverture du clapet 15, cette grille ayant sa face inférieure dans le prolongement de la génératrice supérieure du conduit 2. Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne les formes, dimensions et agencement des organes de clapet constitués par les boules 6 qui peuvent être remplacées par tout organe susceptible de faire office de clapet dans les mêmes conditions. Les moyens (cloisons 10,11) pour contenir chaque boule 6 ou organe de clapet ou analogue peuvent être également remplacés par d'autres moyens remplissant la même fonction de retenue des boules tout en permettant le passage aisé de l'eau en position éloignée des clapets vis à vis de leur siège. R E V E N D I C A T I ONS 1. Bélier hydraulique du type comprenant une chambre (1), un conduit (2) d'arrivée d'eau, un conduit de fuite (3) muni d'un clapet (15) et une cloche (4) communiquant avec ladite chambre (1) par l'intermédiaire d'un système de soupape et munie d'une sortie (5) de refoulement d'eau, caractérisé en ce que ledit système de soupape est constitué par une pluralité de clapets individuels (6) en parallèle, susceptibles d'obturer chacun un orifice de passage (7) ménagé dans une paroi (8) séparant ladite chambre (1) de ladite cloche (4), lesdits clapets étant disposés du côté de ladite paroi tourné vers la cloche. 2. Bélier hydraulique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les clapets (6) sont constitués par des boules, de préférence en caoutchouc ou analogue, des moyens étant prévus pour contenir chaque boule (6) au voisinage de son siège (13). 3. Bélier hydraulique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour contenir les boules (6) sont constitués par des cloisons séparatrices (10) et par une plaque de fond (11) ajourée. 4. Bélier hydraulique suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le conduit de fuite (3) est disposé verticalement, sous la chambre (1) du bélier et le clapet (15) de celleci présente un axe vertical (19) s'étendant dans la chambre et monté coulissant dans un palier fixe (20) en étant rappelé constamment et élastiquement en position haute d'ouverture du clapet, cependant que ledit clapet (15) comporte en outre un organe (23) amortisseur de fin de course de descente. 5. Bélier hydraulique suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit clapet (15) est disposé dans un conduit (3) en forme de venturi, légèrement en amont de la section la plus réduite, une bague de caoutchouc (17) étant prévue au droit du contact entre le clapet (15) et son siège (16>. 6. Bélier hydraulique suivant l'une des revendications 1 à- , caractérisé en ce qu'une grille filtrante (14) est interposée entre la chambre du bélier (1) et la cloche (4) de manière à tangenter le conduit d'arrivée d'eau (2). 7. Bélier hydraulique suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le conduit d'arrivée d'eau (2) comporte une section qui va en s'élargissant en direction de la chambre du bélier (1) et est formé de deux demi-conduits (2a, 2b) munis de brides latérales de fixation (26) superposés dans le plan de joint des demi-conduits, lesdites brides étant solidaires de pattes (27) d'ancrage du bélier dans une structure de fixation appropriée (28).