Brevet FR2783891A1 — publié le 20000331

La présente invention concerne un régulateur de débit d'un liquide, du type comportant un bâti délimitant un orifice de passage du liquide, un obtu- rateur coulissant devant ledit orifice et un mécanisme de commande de l'obturateur comportant un bras articulé sur le bâti et pourvu d'un flotteur adapté pour reposer à la surface du liquide en amont de l'orifice. Un tel régulateur est destiné à être implanté dans une cuve compor- tant, dans sa partie basse, un orifice d'évacuation d'un liquide, par exemple de l'eau. Il est destiné à assurer un débit de sortie sensiblement constant quelle que soit la hauteur d'eau dans la cuve. Il est connu que, pour permettre un débit constant, il convient de ré- duire la section de passage offerte à l'eau au fur et à mesure de l'augmentation du niveau en amont du passage. A cet effet, on connaît des régulateurs de débit dans lesquels le bras portant le flotteur est relié à un obturateur monté déplaçable devant un pas- sage de section circulaire, sous la commande d'un agencement à came/ contre-came. Dans un tel régulateur, I'obturateur est solidaire d'une jambe verticale dans la partie supérieure de laquelle est prévu un pion guidé à l'intérieur d'une fente formant came ménagée dans une plaque solidaire de l'extrémité articulée du bras portant le flotteur. La fente présente une forme telle que la distance séparant le pion de l'axe d'articulation du bras sur le bâti varie en fonction de la position angulaire du bras. La loi de commande de l'obturateur est définie par la forme de la fente. On conçoit que la forme de la fente est complexe, de sorte que sa fabrication impose une grande précision et nécessite un soin particulier. Ain- si, ce régulateur est difficile à fabriquer et a un coût de fabrication élevé. On connaît par ailleurs un autre régulateur de débit dans lequel l'obturateur, commandé par le bras portant le flotteur, est monté déplaçable en rotation par rapport au bâti et non coulissant par rapport à celui-ci. La régulation du débit est assurée par le profil extérieur de l'obturateur, dont la forme permet une occultation progressive du passage lors de la rotation de l'obturateur. On conçoit que, dans ce cas également, le profil extérieur de l'obturateur est délicat à fabriquer, ce qui augmente le coût de fabrication d'un tel régulateur. L'invention a pour but de fournir un régulateur de débit, de structure simple, permettant d'obtenir un coût de fabrication réduit. A cet effet, I'invention a pour objet un régulateur de débit du type précité, caractérisé en ce que le mécanisme de commande comporte une jambe reliant l'obturateur au bras de commande, laquelle jambe est ac- couplée au bras de commande en un point du bras décalé par rapport à la droite joignant le flotteur au point d'articulation du bras sur le bâti, et en ce que l'orifice est partiellement occulté par un masque définissant le profil du passage du fluide suivant la course de déplacement de l'obturateur. Suivant des modes particuliers de réalisation, le régulateur de débit comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - I'axe d'articulation du bras de commande portant le flotteur est pa- rallèle au plan de déplacement de l'obturateur; - la jambe est articulée à la fois sur l'obturateur et le bras de com- mande; - le point d'articulation de la jambe sur le bras de commande est situé au-dessous de la droite joignant le flotteur au point d'articulation du bras sur le bâti; - I'axe d'articulation du bras de commande portant le flotteur est per- pendiculaire au plan de déplacement de l'obturateur; - le bras de commande est accouplé à la jambe par un agencement à pivot guidé à coulissement dans un chemin rectiligne; - I'orifice est circulaire et le masque comportent deux flasques symé- triques délimitant un passage centrale pour la circulation du liquide; les deux flasques sont interrompus à distance des points extrêmes haut et bas de l'orifice circulaire; - les flasques comportent suivant leur hauteur deux régions de profils distincts; et - dans la région inférieure, les flasques présentent des bords verti- caux parallèles, et, dans la région supérieure, les flasques présentent des bords inclinés divergeant vers le haut. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux des- sins sur lesquels: - La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une installation mettant en oeuvre un régulateur selon l'invention; - La figure 2 est une vue en perspective d'un premier mode de réali- sation du régulateur selon l'invention; - La figure 3 est une vue en élévation d'un masque disposé dans l'orifice de passage du fluide du régulateur de la figure 2; - La figure 4 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisa- tion d'un régulateur de débit selon l'invention; et - La figure 5 est une vue de dessus du régulateur de la figure 4. L'installation représentée sur la figure 1 comporte un bassin d'orage destiné à recevoir les eaux de pluie collectées et acheminées depuis une entrée 12. Le bassin 10 est séparé d'une cuve aval en béton 14 par un talus 16. La cuve 14, disposée au même niveau que le bassin d'orage 10, est re- liée à celui-ci par une conduite inférieure 18 munie à son entrée d'un filtre 20. La cuve 14 comporte une sortie 22 formée par un orifice ménagé dans une paroi latérale de la cuve, au voisinage de son fond. Un régulateur de débit 24 selon l'invention est installé dans la cuve 14. Le régulateur 24 est représenté seul à plus grande échelle sur la fi- gure 2. Il comporte un bâti métallique 26 destiné à être fixé le long d'une pa- roi latérale de la cuve 14. Le bâti présente, dans sa partie inférieure, un conduit cylindrique 28 de section circulaire surmonté par un poteau 30. Le conduit 28 délimite l'orifice 22 d'écoulement du fluide avec un débit sensi- blement constant. Le bâti 26 présente, de part et d'autre de l'orifice 28, deux glissières verticales 32. Un obturateur 34, formé d'une plaque métallique plane rectan- gulaire, est monté coulissant entre les deux glissières 32. L'obturateur 34 est déplaçable entre une position basse d'obturation maximale de l'orifice 22 et une position haute d'obturation minimale de celui-ci. L'obturateur s'étend alors respectivement dans la région basse et dans la région haute des glis- sières 32. Le régulateur de débit 24 comporte un mécanisme 36 de commande de l'obturateur 34, afin de modifier sa position par rapport à l'orifice 22 en fonction de la hauteur d'eau dans la cuve 14. Le mécanisme 36 comporte un bras de commande 38 muni à une extrémité libre d'un flotteur 40 adapté pour reposer à la surface de l'eau dans la cuve 14. Le bras 38 est articulé autour d'un axe 42 s'étendant pa- rallèlement au plan de déplacement de l'obturateur 34. L'articulation est assurée par une tige traversant le bras 38. Elle est supportée par deux équerres 44 fixées à l'extrémité supérieure du poteau 30. Le bras 38 présente, d'une part, un tronçon d'actionnement 46 s'éten- dant entre l'axe d'articulation 42 et le flotteur 40 et, d'autre part, un tronçon de commande 48 prolongeant le tronçon d'actionnement 46 au- delà de l'axe d'articulation 42. Les tronçons 46 et 48 définissent un angle fixe non plat pour le régulateur considéré. Le tronçon 48 est déporté vers le bas. L'angle entre les tronçons 46 et 48 dépend de la hauteur d'eau maximale à réguler. L'extrémité libre du tronçon de commande 48 est reliée à l'obturateur 34 par une jambe 50. La jambe 50 est articulée à chacune de ses extrémités d'une part sur une chape 52 solidaire de l'obturateur 34, et d'autre part à l'extrémité du tronçon de commande 48. Ainsi, le point d'accouplement de la jambe 50 au bras 38 est décalé par rapport à la droite joignant le flotteur 40 au point d'articulation 42 du bras sur le bâti. Par ailleurs, et comme représenté sur la figure 3, un masque 60 est disposé dans l'orifice 22 pour occulter partiellement celui-ci. Le masque 60 a un profil déterminé, adapté pour réduire la surface offerte au passage du liquide au travers de l'orifice. Avantageusement, le masque 60 est symétrique par rapport à l'axe vertical. Il est composé de deux flasques identiques 60A, 60B. Le masque définit trois régions distinctes suivant la hauteur de l'orifice. Les flasques 60A et 60B sont interrompus à une distance I du point le plus bas de l'orifice 22. Ainsi, la région basse de l'orifice 22 est formée par une lune notée 64. Les flasques 60A, 60B présentent, dans la partie médiane de l'orifice 22, c'est-à-dire dans la région la plus large horizontalement du conduit 28, deux bords verticaux parallèles 66A, 66B. Ceux-ci délimitent ainsi, dans la région médiane, un passage de section rectangulaire. Dans leur partie supérieure, les flasques 60A, 60B présentent des bords inclinés 68A, 68B s'écartant l'un de l'autre vers le haut. Ces bords s'étendent suivant des rayons de l'orifice circulaire 22. Les bords inclinés définissent avec l'horizontale un angle par exemple égale à 12 . Cet angle dépend de la hauteur d'eau totale à réguler. Le dimensionnement du masque 60 est effectué pour obtenir un débit de sortie sensiblement constant quelle que soit la hauteur d'eau dans la cuve. Il a été constaté que le débit dépend à chaque instant essentiellement de la hauteur d'eau H dans la cuve, de la surface S de sortie offerte au pas- sage de l'eau et d'un coefficient p. Ainsi, en fonction de ces paramètres, le débit D s'exprime sous la forme D = psV2gH. En théorie, le coefficient p est censé être constant. En pratique, on constate que le coefficient p dépend de la tempéra- ture de l'eau qui induit des différences sensibles de viscosité, de la forme du passage de sortie et en particulier de son périmètre, de la longueur du tuyau disposé en aval de l'orifice de sortie et de la pente de ce même tuyau. La température de l'eau étant un facteur difficilement maîtrisable, pour le dimensionnement, celle-ci est considérée comme constante et prise égale à 20 C. Le masque 60 étant défini suivant sa hauteur par deux profils dis- tincts, le coefficient p est calculé de manières différentes suivant les régions du masque o se trouve le bord inférieur de l'obturateur 34. La position de l'obturateur dépendant de la hauteur dans la cuve, le coefficient p est déter- miné pour les deux-tiers supérieurs de la hauteur d'eau maximale par 0, 0059 x H + 115,21 p = D Et pour le tiers inférieur de la hauteur d'eau maximale par: 0,007 x H + 115,1 p = D o H est la hauteur d'eau en mm et D est le diamètre en mm de l'orifice cir- culaire 22. La longueur des différents tronçons du bras 38, de la jambe 50 et de l'obturateur 34, ainsi que le profil du masque 60 sont adaptés pour que, lorsque le niveau du liquide dans la cuve 14 atteint un niveau minimal, c'est- à-dire que le flotteur 40 est proche du fond, alors le bord inférieur de l'obturateur 34 se trouve en regard des points de liaison des bords inclinés 68A, 68B et de la paroi tubulaire 28. Cette position correspond à la position d'obturation minimale de l'orifice 22. De même, ces longueurs sont adaptées pour que, lorsque le niveau dans la cuve 14 atteint un niveau maximal, c'est-à-dire que le flotteur 40 est dans sa position haute extrême, le bord inférieur de l'obturateur 34 se trouve à la base des flasques 60A, 60B. Ainsi, dans cette position, la section offerte au passage du liquide correspond à la surface de la lune 64. Cette position correspond à la position d'obturation maximale de l'orifice 22. On conçoit que du fait du décalage angulaire entre le tronçon d'actionnement 46 et le tronçon de commande 48, le déplacement rectiligne de l'obturateur 34 s'effectue avec un déphasage par rapport au débattement angulaire du tronçon d'actionnement 46. Ainsi, pour un régulateur adapté à une hauteur d'eau de 2 m, ayant un tronçon d'actionnement 46 de 1414 mm, un tronçon de commande de ,4 mm, ces tronçons étant décalés de 40 , et une jambe 50 de 901 mm, lorsque le flotteur 40 est en position haute, c'est-à-dire placé à 45 au- dessus de l'horizontale, le déplacement de l'obturateur est de 0,6 mm pour un déplacement de 100 mm du flotteur. Pour le même déplacement de 100 mm du flotteur, lorsqu'il est en position basse, c'est-à-dire placé à sensible- ment 45 au-dessous de l'horizontale, le déplacement de l'obturateur est de 5,3mm. Pour une hauteur d'eau inférieure à 1 m et un angle de 20 , on aurait respectivement 1,9 mm et 3,9 mm pour un régulateur ayant un tronçon d'actionnement de 636 mm, un tronçon de commande de 45,1 mm, ces tronçons étant décalés de 20 et une jambe de 358 mm. De plus, on conçoit que le profil particulier du masque 60 permet de définir une loi d'évolution de la section offerte au passage du liquide en fonction du débattement angulaire du bras 38. Puisque le profil particulier définissant la loi d'évolution de la section offerte au passage du fluide est porté par les flasques 60A, 60B qui sont des éléments fixes, on conçoit que la fabrication du régulateur est simplifiée. De plus, ce régulateur est d'une grande fiabilité puisque les éléments ayant des formes complexes sont des éléments fixes non soumis à l'usure. Sur les figures 4 et 5 est représentée une variante de réalisation du régulateur dans lequel le mécanisme de commande de l'obturateur com- porte un bras articulé se déplaçant dans un plan perpendiculaire au plan de déplacement de l'obturateur. Comme dans le mode de réalisation précédent, le dispositif de régu- lation, noté 100, comporte un bâti 102 délimitant un orifice 104 pour le pas- sage du liquide. L'orifice 104 présente une forme circulaire. Il est obturé par- tiellement par un masque 106 de forme analogue au masque représenté sur la figure 3. De part et d'autre de l'orifice104 sont prévues des glissières 108 as- surant le guidage d'un obturateur 110. Le mécanisme 112 de commande de l'obturateur comporte un bras 114 muni à une extrémité d'un flotteur 116. Le bras 114 est articulé, suivant un axe 115 s'étendant perpendiculairement au plan de déplacement de l'obturateur 110, sur une potence 116 déportée par rapport au plan des glissières 108. Comme dans le mode de réalisation pré- cédent, le bras 114 comporte un tronçon d'actionnement 120 reliant le point d'articulation du bras au flotteur 116. Ce tronçon est prolongé audelà du point d'articulation par un tronçon de commande 122. A son extrémité libre, le tronçon de commande 122 comporte un galet 124 reçu dans un chemin de roulement rectiligne 126 porté par un prolon- gement 128 de l'obturateur 106. Ce prolongement constitue une partie ana- logue à la jambe 50 du mode de réalisation de la figure 2. Le chemin de roulement 126 est délimité par deux membrures paral- lèles 128 s'étendant horizontalement et entre lesquelles est maintenu le ga- let 124 avec un jeu suffisant permettant son roulement en contact avec l'une ou l'autre des membrures 128. Les tronçons 120 et 122 définissent un angle non plat, le tronçon d'actionnement 122 étant orienté vers le bas. Ainsi, le galet 124 est décalé par rapport à la droite joignant le flotteur 126 au point d'articulation du bras sur la potence 118. Dans ce mode de réalisation également, on conçoit que le déplace- ment du flotteur porté par la surface de l'eau assure la variation de la section offerte au passage du liquide. Cette évolution est fixée, d'une part, par le débattement angulaire des tronçons successifs 120 et 122 du bras et, d'autre part, par la forme du masque 106. REVENDICATIONS 1.- Régulateur de débit d'un liquide, du type comportant un bâti (26; 102) délimitant un orifice (22; 104) de passage du liquide, un obturateur (34; 110) coulissant devant ledit orifice (22; 104) et un mécanisme (36; 112) de commande de l'obturateur comportant un bras (38; 114) articulé sur le bâti et pourvu d'un flotteur (40; 116) adapté pour reposer à la surface du liquide en amont de l'orifice (22; 104), caractérisé en ce que le mécanisme de commande (36; 112) comporte une jambe (50; 128) reliant l'obturateur (34; 110) au bras de commande (38; 114), laquelle jambe (50; 128) est accouplée au bras de commande (38; 114) en un point du bras décalé par rapport à la droite joignant le flotteur (40; 116) au point d'articulation du bras sur le bâti, et en ce que l'orifice (22; 104) est partiellement occulté par un masque (60; 106) définissant le profil du passage du fluide suivant la course de déplacement de l'obturateur (34; 110). 2.- Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe d'articulation (42) du bras de commande (38) portant le flotteur (40) est pa- rallèle au plan de déplacement de l'obturateur (34). 3.- Régulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la jambe (50) est articulée à la fois sur l'obturateur (34) et le bras de com- mande (38). 4.- Régulateur selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le point d'articulation de la jambe (50) sur le bras de commande (38) est situé au-dessous de la droite joignant le flotteur (40) au point d'articulation du bras sur le bâti. 5.- Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe d'articulation du bras de commande (114) portant le flotteur (116) est per- pendiculaire au plan de déplacement de l'obturateur (110). 6.- Régulateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bras de commande (114) est accouplé à la jambe (128) par un agencement à pivot (124) guidé à coulissement dans un chemin rectiligne (126). 7.- Régulateur selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que l'orifice (22; 104) est circulaire et le masque (60) comportent deux flasques symétriques (60A, 60B) délimitant un passage centrale pour la circulation du liquide. 8.- Régulateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux flasques (60A, 60B) sont interrompus à distance des points extrêmes haut et bas de l'orifice circulaire (22;104). 9.- Régulateur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les flasques (60A, 60B) comportent suivant leur hauteur deux régions de profils distincts. 10.Régulateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que dans la région inférieure, les flasques présentent des bords verticaux parallèles (66A, 66B), et en ce que, dans la région supérieure, les flasques présentent des bords inclinés (68A, 68B) divergeant vers le haut.