Brevet FR2708013A1 — publié le 19950127

La présente invention porte sur les vannes automatiques de déversoirs de barrages. Elles sont destinées en premier lieu aux déversoirs existants à déversement libre,c'est à dire aux déversoirs construits initialement sans vannes. On installe les vannes automatiques pour hausser le niveau normal de la retenue en but d'augmenter le volume utile du réservoir.Ces vannes se soulèvent automatiquement pour laisser passer toutes les crues qui sont prévues par le projet du déversoir initiale avec une élévation insignifiante, une élévation admissible ou tolérable. Le plus souvent il est possible de faire une adaptation du déversoir si 1' on veut augmenter considérablement sa capacité tout en haussant le niveau normal du reservoir au moyen de vannes automatiques selon cette invention. Il existe aussi des déversoirs à vannes dans le cas desquels il convient le mieux, si l'on exige une hausse considérable du niveau normal,d'installer des vannes automatiques selon cette invention au-dessus des vannes qui existent déjà. Elles s'appuient sur ces dernières lors de la fermeture. Les vannes automatiques selon cette invention peuvent être employer dans de nouveaux projets à condition que la différence entre le niveau du seuil du déversoir et le niveau normal de la retenue ne soit pas trop grande. Avec ces vannes on augmente considérablement la sécurité d'exploitation de la retenue tout en diminuant le coût des vannes. Cela les rend bien plus économiques que toutes autres vannes satisfaisant les mêmes conditions.En les comparant à d'autres types de vannes et de structures prévues pour hausser le niveau normal de la retenue elles sont de loin les plus sûres et les plus convenables en exploitation. Elles répondent à toutes les forces qui puissent survenir et auxquelles les barrages et les vannes doivent être calculer (les vagues, la glace, les séismes). Elles vont répondrent économiquement à toute une série de crues, même les crues maximums,en faisant une bonne régularisation - le réservoir devant retenir le plus d'eau possible en transformant les crues d'entré en crues de sortie de manière optimale. Les défauts des structures installées pour hausser le niveau normal de la retenue et pour augmenter le volume utile du réservoir, employées et connues jusqu'à présent, sont éliminés avec les vannes que l'on montre ici. La figure 1 représente, en coupe verticale, une vanne automatique sur le seuil du déversoir, selon l'invention. On y voit: - l'arbre (I),l'axe de rotation, fait avec un tuyau en tôle de raideur suffisante, les autres parties de l'arbre figurant sur les fig. 3, 5 et 8, - la partie de la vanne (2) qui intercepte le passage de l'eau ou la laisse passer en tournant avec l'arbre, le mouvement rotatif s'effectuant par la differance des moments dus à l'eau et au contrepoids (frottement inclus), - le joint d'étanchéité de fond (3) en matière synthétique fixé à (2), - le contrepoids (4) et (5) qui fait un moment de rotation équilibrant celui de la pression d'eau sur la vanne, composé d'une boite en tôle mince d'acier (4) remplie de béton armé (5) avec l'emplacement pour regler le contrepoids. - le levier (6) du contrepoids, en acier, - le béton du déversoir (7), - l'appui (8) en profilé d'acier, du joint d'étanchéité, - le point le plus haut du seuil du déversoir (9), - la ligne de contact (10), en coupe, entre le joint d'étanchéité (3) et 1' appui en acier (8), - le niveau de la retenue normale (11), - le niveau de l'axe de rotation (12) de l'arbre dans le haut de la vanne, La vanne, partie (2),étant une structure en acier, et le levier (6) sont encastrés à l'arbre (1) au moyen de soudure. La figure 2 représente une coupe verticale transversale de la vanne levée pour laisser passer l'eau. La figure 3 représente une vue d'amont de la vanne automatique selon l'invention. On y voit: - l'arbre (1), - la partie (2) de la vanne proprement dite, - le cylindre d'appui rotatif de l'arbre (-1-4), - l'appui (15) sur une pile du déversoir du cylindre (14), - le cylindre à engrenage partiel (16), - le joint d'étanchéité lateral (18) en matière synthétique, - la pile (19) latérale du déversoir, - la tôle de glissement (20) du joint d'étanchéité latéral (18), La figure (4) représente une vanne automatique en plan, selon l'invention, seule, sans piles latérales. Sur ce plan on voit: - l'arbre (l'axe de rotation) (1), - les leviers (6) du contrepoids, - le cylindre d'appui rotatif de l'arbre (14), - le contrepoids (4) et (5), - le cylindre à engrenage partiel (16). La figure (5) montre l'appui de l'arbre de la vanne en quelques détails principaux sur la pile latérale qui la supporte. Les parties qu'on voit sont les suivante: - l'arbre de la vanne (1), - le raidisseur d'appui (13) de l'arbre de la vanne (du tuyau), - le cylindre d'appui rotatif (14), - l'appui (15) de la vanne, transmettant les forces verticales et de frottement sur la pile latérale, - le cylindre à engrenage partiel (16) avec un angle centrale de 350 à 450 (ou la roue d'engrenage) à denture droite, servant de sécurité contre le glissement, destiné à transmettre les forces horizontales éventuelles dépassant les frottements, la vanne étant ouverte, - la crémaillère (17) à denture droite servant aussi pour limiter la rotation de l'arbre vers l'amont, - le joint d'étanchéité lateral en matière synthétique entre la vanne et la pile, fixé à la vanne, glissant sur une tôle ancrée sur la pile, - la pile latérale (19) du déversoir, - la tôle (20) de glissement du joint d'étanchéité latéral, encastrée à la surface latérale de la pile, - la butée aval (21), épaulement limitant la rotation vers l'aval du cylindre d'appui de la vanne, - la butée amont (22), épaulement limitant la rotation vers l'amont du cylindre d'appui de la vanne et protégeant en même temps l'appui, peut être fait aussi avec une came à l'amont de l'engrenage. La figure 6 montre une coupe transversale d'une vanne avec piles intermé diaires ajoutées au déversoir initial pour diminuer la travée de l'arbre. L'appui intermédiaire ne coupe pas la vanne,il la traverse par une ouverture, jusqu'à laquelle arrive la retenue normale. Sur cette figure on voit,outre les parties qu'on a vues sur la figure (1): - la pile intermédiaire (24) ajoutée au déversoir, - le support (25) de l'arbre transmettant les forces verticales et horizontales par frottement, ce support passant à travers la partie (2) de la vanne, - la butée aval (26) de la pile intermédiaire transmettant les forces horizontales quand la vannes est fermée, - les appuis (27) en tôle entre l'arbre de la vanne et son support (25), - les bars (28) d'acier d'ancrage de la pile intermédiaire (24) ajoutée au déversoir initial, les forages sont remplis de mortier de résine époxide. La figure 7 représente une vue d'amont d'un déversoir avec la vanne automatique à contrepoids, selon cette invention avec deux piles intermédiaires (24) ajoutées. La figure 8 représente l'élévation aval d'un déversoir avec la vanne automatique à contrepoids avec deux piles intermédiaires ajoutées. On y voit: - les supports (25) de l'arbre à vanne sur les piles intermédiaires, - les butées (26) de l'arbre à vanne, - les raidisseurs d'appuis (13) et intermédiaires (23) de l'arbre. Toutes les autres parties ont été montrées sur les figures précédentes. Le niveau normal de la retenue (11) peut être au niveau le plus haut de l'arbre de la vanne ou à n'importe quel autre niveau par rapport au niveau de l'axe (12); c'est à dire au-dessus du niveau de l'axe (12), ainsi qu'audessous de celui-ci et au-dessous du niveau le plus bas de l'arbre. Il est même possible de changer le niveau de la retenue normale suivant les besoins et les circonstances dans le bassin d'accumulation ou à l'aval du barrages, suivant les prévisions hydrologiques annuelles ou saisonières etc. La modification du niveau de la retenue normale se fait en enlevant ou en ajoutant du contrepoids ce qui est très facile. On procède de la même manière pour faire l'étalonnage du fonctionnement de la vanne. En plaçant le contrepoids au-dessus du niveau de l'axe de la vanne en position fermée,on change la courbe des moments de rotation ce qui les fait décroître plus vite que dans le cas du levier horizontale. Le contraire se passe quand le contrepoids est plaçé au-dessous du niveau de l'axe. Le logiciel sur un ordinateur PC pour le calcul complet avec le dimensionnement des vannes automatiques,selon la présente invention,est fourni sur demande. Dans le cas où le seuil du deversoir existant ne serait pas bien horizontal et en ligne droite on fait une correction qui n'est pas compliquée. Dans le cas du déversoir curviligne on peut le transformer en déversoir polygonale en ajoutant des piles intermédiaires et en corrigeant la ligne du seuil. Pour augmenter la capacité du déversoir sans élever le niveau maximal de la retenue on peut baisser le seuil du déversoir (9) et installer des vannes selon cette invention. La solution avec une structure-poids n'est pas bonne en cas de grandes vagues, de la glace sur le lac et en cas de forces sismiques; elle n'est pas du tout favorable aux crues qui approche cette structure à la limite de stabilité et peut être très dangereuse pour les rives à l'aval. La structure-poids ne rend pas possible le changement du niveau de la retenue normale. L'écoulement avec des vannes automatiques de ce genre est plus favorable que le déversement sur les structures-poids avec l'alongement de la ligne de déversement. Le premier étalonnage des vannes peut se faire en remplaçant l'eau par des vérins hydrauliques transmettant les forces au fond de la vanne et au seuil du déversoir. On essaye le joint d'étanchéité de fond avec de l'eau sortant d'un tuyau flexible à basses pressions. Au lieu d'une travée de la vanne automatique selon cette invention, on peut en faire plusieurs en répétant la solution des figures 1 à 5. Dans ce caslà les piles intermédiaires du déversoir sont à la fois les piles latérales de chacune des vannes. Une pile intermédiaire de déversoir sert de pile latérale de deux vannes voisines. Une autre combinaison est possible: le déversoir divisé en plusieurs vannes et chacune de ces vannes divisée en travées avec des piles intermédiaires comme ce qu'il a été montré,selon cette invention,sur les figures 6,7 et 8. Dans le cas d'oscillations génantes de vannes pendant le déversement il est possible d'ajouter un dispositif qui les atténue et qui ne fait pas partie de cette invention. REVENDICATIONS 1. Vannes automatiques pour déversoirs construits initialement sans vannes, en but de hausser le niveau de la retenue normale et d'augmenter le volume du réservoir, pour déversoirs adapté et pour déversoirs neufs, caractérisé par l'axe de rotation (12) dans le haut de la vanne, l'arbre (1) de la vanne en tôle d'acier,suffisament rigide, la partie (2) en structure en acier, qui intercepte le passage de l'eau, le joint d'étanchéité de fond (3) fixé à la partie (2), le contrepoids constitué d'une boite en acier (4) et du contrepoids (5), des leviers (6) en acier soudé à l'arbre (1) et à la boite (4), un appui (8) du joint d'étanchéité,des raidisseurs d'appui de l'arbre (13), des raidisseurs intermédiaires de l'arbre (23), un cylindre d'appui rotatif (14) de chaque bout de l'arbre, l'appui (15) du cylindre (14) sur les piles du déversoir,le cylindre à engrenage partiel (16) sur chacune des piles latérales, les joints d'étanchéité latéraux (18), la crémaillère (17) sur chacune des piles latérales,la tôle (20) de glissement des joints latéraux, les butées aval (22) et amont (21) des cylindres d'appui. 2. Dispositif de vannes automatiques selon la revendication 1 caractérisé par deux ou plusieurs travées de vannes automatiques constitué selon le dispositif de la revendication 1 qui se répète autant de fois que ce qu'il y a de travées, les piles intermédiaires servant d'appuis à deux vannes voisines. 3. Dispositif de vannes automatiques selon la revendication 1 caractérisé par des piles intermédiaires (24) qui ne coupe pas l'arbre de la vanne, les supports (25) de l'arbre et les butées (26) de l'arbre, l'appui (27) entre l'arbre et son support, les bar (28) d'acier d'ancrage de la pile intermédiaire (24) ajouté au déversoir initial. 4. Dispositif de vannes automatiques selon la revendication 3 caractérisé par des piles intermédiaires construites en même temps que le déversoir.