Brevet FR2752901A1 — publié le 19980306

L'invention a trait à une électrovanne de commande d'une installation de distribution d'eau, telle que, notamment, utilisée dans les vannes de régulation autonome qui équipent les réseaux d'eau potable. Dans les réseaux de distribution d'eau potable, la pression de l'eau dans les conduits peut atteindre 25 bars et les vannes de commande de ces réseaux doivent donc être aptes à fonctionner à des pressions comprises entre 0 et 25 bars. Par ailleurs, un dispositif de régulation, par exemple destiné à une installation de distribution d'eau, est un ensemble complexe qui doit fonctionner de façon autonome avec une consommation d'énergie la plus faible possible et pour lequel on utilise à la fois des vannes normalement ouvertes et des vannes normalement fermées, c'est-à-dire des vannes qui sont respectivement en position ouverte ou en position fermée lorsque elles ne sont pas alimentées électriquement. Or, une électrovanne normalement ouverte connue de l'art antérieur nécessite que le débit de fluide qui la traverse soit non nul pour être effectivement ouverte. En effet, si le clapet n'est pas mécaniquement relié à un électro-aimant, il a tendance à rester sur son siège même si la chambre de commande est en commande d'ouverture car les pressions de part et d'autre du clapet sont sensiblement équivalentes. Pour pallier ces inconvénients, on utilise parfois des électrovannes à clapet attelé mais ces électrovannes sont complexes, donc onéreuses, et consomment une énergie telle qu'elles ne peuvent pas être installées dans un ensemble autonome. De plus, les électrovannes à clapet attelé ont tendance à s'entartrer. Enfin, les électrovannes connues de l'art antérieur génèrent une perte de charge relativement importante, en particulier à faible débit, ce qui altère le fonctionnement de la vanne de régulation autonome commandée par l'électrovanne et, par là même, du réseau de distribution. I1 convient, dans certaines circonstances au moins, de délivrer une quantité maximale d'eau à travers le réseau de distribution, par exemple aux heures de pointe, au cours de l'été ou en cas d'incendie. Or, les électrovannes connues de l'art antérieur induisent des pertes de charge relativement importantes, en particulier lors des régimes transitoires d'ouverture et de fermeture, ce qui réduit le rendement de l'installation de distribution d'eau potable. L'invention vise à résoudre ces problèmes et à proposer une électrovanne de commande d'une vanne de régulation autonome de distribution d'eau apte à fonctionner sur une plage de pression de 0 à 25 bars et induisant des pertes de charges faibles. Dans cet esprit, l'invention concerne une électrovanne de commande d'une installation de distribution d'eau comprenant un clapet mobile, entre une position d'ouverture et une position de fermeture de ladite électrovanne, en fonction d'une pression de fluide régnant à l'intérieur d'une chambre de contrôle, ledit clapet étant séparé de ladite chambre par une membrane souple, et une unité électrique comportant un électro-aimant apte à déplacer un obturateur entre deux positions commandées, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de raccordement de ladite chambre de contrôle avec un conduit d'admission de ladite électrovanne ou de ladite chambre de contrôle avec l'atmosphère ambiante, lesdits moyens de raccordement étant disposés de telle sorte que, en fonction de la position dudit obturateur, la pression dans ladite chambre de contrôle est sélectivement sensiblement égale à la pression dans ledit conduit d'admission ou à la pression atmosphérique extérieure. Grâce à l'invention, lorsque la pression dans la chambre de contrôle est égale à la pression atmosphérique extérieure, cette pression est faible par rapport à la pression régnant dans le conduit d'admission de l'électrovanne, de sorte que le clapet peut être facilement déplacé par l'eau présente dans le conduit d'admission et que l'effort résistant au déplacement du clapet peut être considéré comme faible. Ainsi, les pertes de charges générées au passage du siège de la vanne sont faibles. Selon un premier aspect avantageux de l'invention, l'obturateur est disposé entre une première buse en communication avec ledit conduit d'admission et une seconde buse en communication avec l'atmosphère ambiante, chaque position commandée dudit actionneur correspondant à l'obturation d'une desdites buses. Grâce à cet aspect de l'invention, le simple déplacement de l'obturateur permet de mettre en communication la chambre de contrôle soit avec le conduit d'admission, auquel cas la pression régnant dans la chambre de contrôle est égale à la pression de l'eau admise dans la vanne et le clapet repose contre son siège, soit à la pression atmosphérique extérieure, auquel cas la vanne est ouverte, même en l'absence de débit. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le corps de l'électrovanne comprend deux surfaces d'appui de la membrane, correspondant respectivement aux deux positions du clapet. Ainsi, la membrane qui est soumise à des efforts répétés du fait des ouvertures et fermetures de la vanne, est soulagée par les surfaces d'appui dans les deux positions d'extrémité de sa course. En particulier, dans une vanne alimentée en eau à 25 bars relatifs, lorsque la pression dans la chambre de contrôle est sensiblement égale à la pression atmosphérique, la différence de pression entre les deux faces de la membrane est de 25 bars, ce qui se traduit par un effort important de cisaillement sur la membrane. Cet effort de cisaillement est absorbé grâce à la surface d'appui, ce qui permet d'augmenter sensiblement la durée de vie de la membrane de l'électrovanne de l'invention. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, l'unité électrique est susceptible d'être montée sur le corps dans deux positions décalées à 1800, l'une de ces positions correspondant à un état normalement fermé de l'électrovanne, l'autre position correspondant à un état normalement ouvert. Ainsi, grâce à l'invention, des électrovannes normalement ouvertes ou normalement fermées, à l'état non excité de leurs électroaimants respectifs, peuvent être constituées à partir des mêmes éléments de base, c'est-à-dire des mêmes corps et des mêmes unités électriques, alors qu'un nombre significatif d'électrovannes normalement ouvertes ou normalement fermées doivent être utilisées dans une même installation, par exemple de distribution d'eau potable. L'invention permet donc de gérer un unique stock de pièces de rechange standardisées pour deux types de vannes, ce qui facilite le travail des installateurs et des opérateurs de maintenance de ce type d'installation. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'une électrovanne de commande d'une installation de distribution d'eau conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe d'une électrovanne normalement fermée conforme à l'invention et - la figure 2 est une vue en coupe analogue à la figure 1 d'une électrovanne normalement ouverte conforme à 1' invention. L'électrovanne représentée à la figure 1 comprend un corps 1 dans lequel sont ménagés un conduit d'admission ou d'entrée 2 et un conduit de sortie ou conduit aval 3. Un clapet 4 est mobile entre une position dans laquelle il repose sur un siège 5 et où il empêche le passage de l'eau du conduit 2 vers le conduit 3, cette position étant représentée à la figure 1, et une position où il est distant du siège 5 et où il permet l'écoulement de l'eau du conduit 2 vers le conduit 3. Le clapet 4 est solidaire d'une tige de commande 6 sur laquelle sont montés un flasque supérieur 7 et un flasque inférieur 8 qui enserrent une membrane souple 9. Un ressort 10, placé du côté du flasque supérieur 7 opposé à la membrane 9, pousse les flasques 7 et 8 et le clapet 4 en direction du siège 5. Une chambre de contrôle 11 est ménagée dans le corps 1, du côté de la membrane 9 sur lequel est situé le flasque 7, et contient le ressort 10. La chambre 11 est en communication fluidique avec un perçage 12 dans lequel est logé un obturateur 13 susceptible d'être déplacé entre deux positions par un électro-aimant 14, représenté en traits pointillés et appartenant à une unité électrique 15. Dans la partie supérieure du corps 1, au voisinage de l'obturateur 13, sont ménagés deux perçages, sensiblement perpendiculaires au perçage 12, dans lesquels sont insérées une première buse 16 raccordée, par un conduit 17, au conduit d'admission en eau 2 et une seconde buse 18 reliée, grâce à un tuyau souple 19, à l'atmosphère ambiante. Le fonctionnement est le suivant : dans la position représentée à la figure 1, une partie de l'eau présente dans le conduit 2 s'écoule à travers le conduit 17 et la buse 16 jusqu'à l'intérieur de la chambre de contrôle 11. Les pressions P2 dans le conduit 2 et P11 dans la chambre 11 sont donc sensiblement égales et, compte tenu de l'action supplémentaire du ressort 10, le clapet 4 est plaqué contre son siège 5, de sorte que la vanne est fermée. Ceci correspond à la position non activée de la vanne, c'est-à-dire à la position de l'obtu- rateur 13 lorsque l'électro-aimant 14 n'est pas alimenté électriquement. Lorsqu'il est nécessaire d'ouvrir la vanne, un signal de consigne C est entré dans l'unité électrique 15 au moyen d'un signal électrique alternatif ou continu et l'électro-aimant 14 est excité, de sorte que l'obturteur 13 est déplacé de sa position en traits pleins vers sa position en traits mixtes dans laquelle il repose contre l'orifice de la buse 16. Dans ce cas, il libère l'orifice de la buse 18, de sorte que la chambre 11 est mise en communication avec l'atmosphère extérieure et que l'eau qu'elle contient peut s'écouler dans le tuyau souple 19 en direction d'une purge non représentée. Dans ce cas, la pression P11 dans la chambre 11 est très inférieure à la pression P2 dans le conduit 2, de sorte que le clapet 4 est immédiatement repoussé vers une position dans laquelle il permet l'écoulement de l'eau du conduit 2 vers le conduit 3. Ainsi, en fonction de la position de l'obturateur 13 qui obture soit l'orifice de la buse 16, soit celui de la buse 18, la pression dans la chambre 11 est soit sensiblement égale à la pression dans le conduit 2, soit sensiblement égale à la pression almosphérique extérieure. Lorsque le signal de consigne est donné pour l'ouverture de l'électrovanne de l'invention, l'effort résistant au déplacement du clapet 4 vers le haut de la figure 1, est pratiquement uniquement déterminé par la constante de raideur du ressort 10, celle-ci pouvant être choisie pour que cet effort soit minimal. Les pertes de charges induites lors de l'ouverture du clapet et lorsque celui-ci est en position ouverte sont alors minimales, ce qui améliore les caractéristiques d'écoulement de l'installation dans laquelle est installée l'électrovanne de l'invention. L'électrovanne de l'invention est, en permanence soit complètement ouverte soit complètement fermée. Son fonctionnement est ainsi sécurisé. Ceci présente l'avantage supplémentaire de s'opposer au dépôt de tartre. En d'autres termes, l'électrovanne de l'invention est auto-détartrante. Le tuyau souple 19 est en élastomère ou dans tout autre matériau souple permettant sa mise en place, de façon aisée, lorsque l'électrovanne est en position. Avantageusement, son extrémité libre l9a, c'est-à-dire son extrémité distante de la buse 18, est placée à une altitude inférieure à celle de la buse 18 de façon à créer une différence de pression entre les extrémités du tuyau 19 par effet syphon. Cet effet facilite la vidange de la chambre 11 lorsque l'obturateur 13 libère l'orifice de la buse 18, ce qui garantit la pleine ouverture de l'électrovanne. Lorsque la différence d'altitude entre les deux extrémités du tuyau 19 est importante, de l'ordre de plusieurs mètres, on prévoit que le tuyau 19 est rigide pour éviter son écrasement sous l'effet de la dépression ainsi créée. Une bague 20 est installée dans le corps 1 à proximité de la membrane 9 et présente une surface 20a en forme de tronc de cône évasé vers le haut qui est une surface d'appui de la membrane 9 lorsque l'électrovanne est en position fermée. Ainsi, cette surface d'appui 20a absorbe une partie de la poussée s'exerçant sur la membrane 9 dans cette position. De même, le corps 1 est pourvu d'une surface d'appui la en forme de tronc de cône évasé vers le bas contre laquelle vient en appui la membrane 9 lorsque le clapet est éloigné de son siège 5. Cette surface d'appui la absorbe donc une partie des efforts qui s'exercent sur la membrane 9 lorsque la chambre 11 est à la pression atmosphérique. Lorsque la pression dans le conduit 2 est de l'ordre de 25 bars et lorsque la pression dans la chambre 11 est sensiblement égale à la pression atmosphérique, la différence de pression de part et d'autre de la membrane 9 est importante et les efforts qui s'exercent sur celle-ci seraient de nature à cisailler la membrane 9 si une surface d'appui du genre de la surface la n'était pas prévue. On a représenté à la figure 2 une électrovanne normalement ouverte, c'est-à-dire permettant l'écoulement de l'eau de son canal d'admission vers son canal de sortie lorsque l'électro- aimant qu'elle contient n'est pas activé. Cette électrovanne est fabriquée à partir des mêmes éléments constitutifs que celle de la figure 1, la différence entre les deux électrovannes représentées résidant dans le fait que l'unité électrique 15 est montée sur le corps 1 dans une position décalée de 1800 autour d'un axe XX' sensiblement vertical sur le dessin, par rapport à la position de la figure 1. Dans ce cas, lorsque l'électro-aimant 14 n'est pas activé, l'obturateur 13 est en appui sur l'orifice de la buse 16 qu'il obture, alors qu'il est distant de l'orifice de la buse 18, de sorte que la chambre 11 est à la pression atmosphérique et que le clapet 4 est repoussé par la pression régnant dans le conduit 2 qui est bien supérieure à la pression atmosphérique. Dans cette position, la membrane 9 repose contre la surface d'appui la. Lorsque l'électro-aimant 14 est activé, c'est-à-dire lorsqu'une consigne C' est délivrée à l'unité 15, l'obturateur 13 prend sa position représentée en traits mixtes dans laquelle il bouche l'orifice de la buse 18 et libère l'orifice de la buse 16, de sorte que de l'eau remplit la chambre 11 à travers la buse 16 et que la pression dans la chambre 11 augmente jusqu'à égaler sensiblement celle qui règne dans le conduit 2. Sous l'effet du ressort 10, les flasques 7 et 8 et le clapet 4 sont déplacés en direction du siège 5 et l'électrovanne est refermé. En comparant les figures 1 et 2 on note que, par le simple pivotement de 1800 autour des axes XX' de l'unité 15, on peut transformer la vanne de la figure 1, qui est une vanne normalement fermée, en la vanne de la figure 2, qui est une vanne normalement ouverte. La modularité ainsi obtenue est un avantage économique important dans la mesure où un seul jeu de pièces détachées permet de remplir deux fonctions dans une installation de distribution d'eau. Ceci facilite le travail des installateurs et des réparateurs d'installations de distribution d'eau. REVENDICATIONS 1. Electrovanne de commande d'une installation de distribution d'eau comprenant un clapet (4) mobile, entre une position d'ouverture et une position de fermeture de ladite électrovanne, en fonction d'une pression de fluide régnant à l'intérieur d'une chambre de contrôle (11), ledit clapet étant séparé de ladite chambre par une membrane souple (9), et une unité électrique (15) comportant un électro-aimant (14) apte à déplacer un obturateur (13) entre deux positions commandées, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de raccordement (16-19) de ladite chambre de contrôle avec un conduit d'admission (2) de ladite électrovanne ou de ladite chambre de contrôle avec l'atmosphère ambiante, lesdits moyens étant disposés de telle sorte que, en fonction de la position dudit obturateur, la pression dans ladite chambre de contrôle est sélectivement sensiblement égale à la pression dans ledit conduit d'admission ou à la pression atmosphérique extérieure. 2. Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit obturateur (13) est disposé entre une première buse (16) en communication avec ledit conduit d'admission (2) et une seconde buse (18) en communication avec l'atmosphère ambiante, chaque position commandée dudit actionneur correspondant à l'obturation d'une desdites buses. 3. Electrovanne selon la revendication 2, caractrisée en ce que ladite buse (18) en communication avec l'atmosphère ambiante est raccordée à un conduit (19) disposé à l'extérieur de ladite électrovanne. 4. Electrovanne selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'extrémité libre (19a) dudit conduit (19) est placée à une altitude inférieure à celle de ladite seconde buse (18). 5. Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit corps (1) comprend deux surfaces d'appui (la, 20a) de ladite membrane (9) correspondant respectivement auxdites deux positions dudit clapet (4). 6. Electrovanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite unité électrique (15) est susceptible d'être montée sur ledit corps dans deux positions décalées de 1800, l'une de ces positions correspondant à un état normalement fermé de ladite électrovanne, l'autre position correspondant à un état normalement ouvert. 7. Electrovanne selon la revendication 6, caractérisée en ce que, dans ladite position correspondant à l'état normalement fermé de ladite électrovanne, lorsque ledit électro-aimant (14) n'est pas activé, ledit obturateur (13) obture l'orifice d'une buse (18) en communication avec l'atmosphère extérieure et est distant de l'orifice d'une buse (16) en communication avec ledit conduit d'admission (2) alors que, lorsque ledit électroaimant est activé, ledit obturateur obture l'orifice de ladite buse en communication avec ledit conduit d'admission et libère l'orifice de ladite buse en communication avec l'atmosphère extérieure. 8. Electrovanne selon la revendication 6, caractérisée en ce que, dans ladite position correspondant à l'état normalement ouvert de ladite électrovanne, lorsque ledit électro-aimant (14) n'est pas activé, ledit obturateur (13) obture l'orifice d'une buse (16) en communication avec ledit conduit d'admission (2) et est distant de l'orifice d'une buse (16) en communication avec l'atmosphère extérieure alors que, lorsque ledit électro-aimant est activé, ledit obturateur obture l'orifice de ladite buse en communication avec l'atmopshère extérieure et libère l'orifice de ladite buse en communication avec ledit conduit d'admission.