Brevet FR2773862A1 — publié le 19990723

VANNE A JET CREUX La présente invention concerne les vannes à jet creux utilisées notamment pour la vidange des barrages. Les vannes à jet creux connues comportent un tube d'entrée fixe, un déflecteur central fixe coaxial maintenu en aval du tube d'entrée selon un écartement fixe déterminé laissant, entre la lèvre d'extrémité aval du tube fixe et le déflecteur central fixe, un passage annulaire de sortie déterminé. Un tube coulissant d'obturation est monté à coulissement axial étanche le long du tube d'entrée fixe, et peut être déplacé entre une position amont ouverte libérant le passage annulaire de sortie et une position aval fermée en appui contre le déflecteur central fixe pour obturer le passage annulaire de sortie. Lors de l'ouverture de la vanne, il se produit un jet d'eau creux qui ralentit et casse, par mélange tourbillonnaire d'eau et d'air, le jet sortant. Dans les vannes connues, le tube coulissant est entraîné par deux vérins à vis longitudinaux disposés en des positions diamétralement opposées de part et d'autre du tube d'entrée fixe, les vis étant entraînées simultanément par des renvois d'angle jusqu'à un arbre de manoeuvre transversal. La vanne est généralement disposée selon un axe horizontal, et l'arbre de manoeuvre est vertical, permettant la manoeuvre à distance de la vanne depuis une zone supérieure surplombant la vanne. On constate que ces vannes connues sont le siège de vibrations importantes lors de forts débits d'eau. On peut expliquer ces vibrations par le fait qu'un débit déséquilibré ou tourbillonnaire d'eau dans le passage annulaire de sortie induit sur le tube coulissant des sollicitations mécaniques importantes susceptibles de provoquer de légers déplacements en translation, en oscillation ou même en rotation du tube coulissant. Ces phénomènes s'amplifient lorsque les déplacements du tube coulissant altèrent la concentricité du passage annulaire de sortie. Le problème proposé par la présente invention est de réduire les vibrations apparaissant sur les vannes à jet creux lors des forts débits d'eau, tout en simplifiant le mécanisme de transmission entre le tube coulissant d'obturation et le vérin transversal de commande. L'invention résulte de l'observation selon laquelle, dans les transmissions connues entre le tube coulissant et le vérin de commande, les vis et renvois d'angle introduisent nécessairement des jeux autorisant de légers déplacements du tube coulissant, et sa mise en vibration. Pour résoudre ce problème, l'invention propose une vanne à jet creux, ayant un tube d'entrée fixe, ayant un déflecteur central fixe coaxial et maintenu en aval du tube d'entrée fixe selon un écartement fixe déterminé laissant, entre la lèvre d'extrémité aval du tube d'entrée fixe et le déflecteur central fixe, un passage annulaire de sortie déterminé, la vanne ayant un tube coulissant d'obturation, monté à coulissement axial étanche le long du tube d'entrée fixe et déplaçable entre une position amont ouverte libérant le passage annulaire de sortie et une position aval fermée en appui contre le déflecteur central fixe pour obturer le passage annulaire de sortie, et ayant des moyens de manoeuvre à vérin transversal de commande pour déplacer à volonté le tube coulissant d'obturation entre sa position ouverte et sa position fermée ; en outre, selon l'invention, le vérin transversal de commande est relié au tube coulissant d'obturation par une transmission mécanique à leviers et bielles articulés sensiblement sans jeu autour d'arbres de liaison transversaux. Selon un mode de réalisation avantageux - le vérin transversal de commande est relié au tube coulissant d'obturation par deux bras latéraux parallèles et égaux, - les bras latéraux sont articulés à leur première extrémité à deux zones diamétralement opposées du tube coulissant d'obturation, - les bras latéraux sont articulés à leur seconde extrémité à une traverse entraînée en son milieu par le vérin transversal de commande, - les bras latéraux sont articulés, selon deux articulations intermédiaires, à deux bielles respectives parallèles et de longueurs égales dont les extrémités s'articulent selon deux arbres latéraux alignés solidaires du tube d'entrée fixe. Une réalisation particulièrement simple et avantageuse, assurant un maintien constant de la direction du vérin de commande, est telle que - les bielles ont une longueur entre axes égale à la moitié de la longueur des bras latéraux entre axes extrêmes, - les arbres latéraux des bielles sont alignés selon un axe transversal de bielles coupant l'axe longitudinal de la vanne, - l'axe du vérin transversal de commande coupe l'axe transversal des bielles et l'axe longitudinal de la vanne. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue de côté d'une vanne à jet creux selon un mode de réalisation de la présente invention, en position fermée - la figure 2 est une vue de côté de la vanne à jet creux de la figure 1, en position ouverte - la figure 3 est une vue du côté amont de la vanne à jet creux de la figure 1 - la figure 4 est une vue de dessus, partiellement coupée au niveau des arbres de liaison, de la vanne à jet creux de la figure 1 jet et - la figure 5 est une vue de côté en coupe longitudinale selon le plan B-B de la figure 4, en position fermée, d'une vanne selon un mode de réalisation à concentrateur aval. Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures, la vanne à jet creux selon l'invention comprend un tube d'entrée fixe 1 à section transversale circulaire, orienté selon un axe longitudinal I-I, et un déflecteur central fixe 2, mieux visible sur les figures 2 et 5. Le déflecteur central fixe 2 est coaxial le long de l'axe longitudinal I-I, et est maintenu fixe en aval du tube d'entrée 1 selon un écartement fixe déterminé laissant, entre la lèvre d'extrémité aval 3 du tube d'entrée fixe 1 et le déflecteur central fixe 2, un passage annulaire de sortie 4 déterminé. Une structure de liaison rigide 102 à ailettes radiales relie le déflecteur central fixe 2 au tube d'entrée fixe 1, en laissant le passage axial de l'eau entre les ailettes depuis un orifice d'entrée 34 jusqu'au déflecteur central fixe 2. Un tube coulissant d'obturation 5 est monté à coulissement axial étanche le long du tube d'entrée fixe 1. Le tube coulissant d'obturation 5 présente une section transversale circulaire, et est coaxial le long de l'axe longitudinal I-I. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le tube coulissant d'obturation 5 coulisse autour du tube d'entrée fixe 1, guidé pour cela par des glissières longitudinales fixes telles que les glissières 6, 7, 8, 9, 10 et 11 régulièrement réparties en périphérie à l'extérieur du tube d'entrée fixe 1. Un joint annulaire d'étanchéité 12 assure l'étanchéité entre la face intérieure du tube coulissant d'obturation 5 et un siège 13 solidaire du tube d'entrée fixe 1. Le tube coulissant d'obturation 5 présente une lèvre d'obturation 14 circulaire, centrée sur l'axe longitudinal I-I et contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal I-I. Le tube coulissant d'obturation 5 est déplaçable, par coulissement longitudinal, entre une position amont ouverte (illustrée sur la figure 2) libérant le passage annulaire de sortie 4, et une position aval fermée (illustrée sur la figure 5) dans laquelle sa lèvre d'obturation 14 vient en appui contre le déflecteur central fixe 2 pour obturer le passage annulaire de sortie 4. Dans le mode de réalisation illustré, le déflecteur central fixe 2 comprend un joint annulaire d'obturation 15 dans la zone recevant l'appui de la lèvre d'obturation 14 du tube coulissant d'obturation 5 en position de fermeture. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le déflecteur central fixe 2 est par exemple conique de révolution, avec son sommet orienté vers l'amont, et avec une base aval 16 dont le diamètre est supérieur au diamètre du tube coulissant d'obturation 5. Dans la réalisation illustrée sur la figure 5, le tube coulissant d'obturation 5 est en outre muni d'un concentrateur aval i7 constitué d'un tube de plus grand diamètre, entourant la base aval 16 du déflecteur central fixe 2. Le concentrateur aval 17 forme déflecteur, pour dévier vers l'axe longitudinal I-I le jet creux d'eau sortant par le passage annulaire de sortie 4. Le déplacement longitudinal du tube coulissant d'obturation 5 est commandé par une transmission mécanique 18 à leviers et bielles articulés, à partir d'un vérin transversal de commande 19. Les leviers et bielles de la transmission mécanique 18 sont articulés sensiblement sans jeu autour d'arbres de liaison transversaux. Dans le mode de réalisation illustré plus en détail sur les figures, le vérin transversal de commande 19 est relié au tube coulissant d'obturation 5 par deux bras latéraux 20 et 21 parallèles et égaux formant leviers. Les bras latéraux 20 et 21 sont articulés à leur première extrémité respective à deux zones diamétrales opposées 22 et 23 du tube coulissant d'obturation 5, par des arbres de liaison 122 et 123. Les bras latéraux 20 et 21 sont articulés à leur seconde extrémité respective, par des arbres de liaison 124 et 224, à une traverse 24 entraînée en son milieu par le vérin transversal de commande 19. En outre, les bras latéraux 20 et 21 sont articulés, selon deux articulations intermédiaires 29 et 30 à arbres de liaison, à deux bielles respectives 25 et 26 parallèles et égales, dont les extrémités s'articulent selon deux arbres latéraux de liaison respectifs 27 et 28 alignés l'un par rapport à l'autre selon un axe transversal III-III de bielles et solidaires du tube d'entrée fixe 1. Les articulations entre les bras latéraux 20 et 21, les zones diamétralement opposées 22 et 23 du tube coulissant d'obturation 5, la traverse 24 de vérin transversal de commande 19, et les bielles 25 et 26, ainsi que les articulations entre les bielles 25 et 26 et le tube d'entrée fixe 1, sont avantageusement assurées par des arbres de liaison transversaux 122, 123, 124, 224, 27 et 28 tourillonnant dans des paliers tubulaires à douille de bronze sensiblement sans jeu ou à faible jeu. Une réalisation de ces articulations est illustrée sur la figure 4. De préférence, les bielles 25 et 26 ont uiie longueur entre axes égale à la moitié de la longueur entre axes des bras latéraux 20 et 21, les arbres latéraux fixes 27 et 28 des bielles 25 et 26 sont alignés selon un axe transversal III-III de bielles qui coupe l'axe longitudinal I-I de la vanne, et l'axe II-II du vérin transversal de commande 19 coupe l'axe transversal III-III de bielles 25 et 26 et l'axe longitudinal I-I de la vanne. Pour le fonctionnement de la vanne, l'utilisateur actionne le vérin transversal de commande 19, qui déplace la tige de commande 31 selon l'axe transversal II-II comme illustré par la flèche 32. Par le jeu des bielles 25 et 26 et des leviers formés par les bras latéraux 20 et 21, le tube coulissant d'obturation 5 est alors entraîné en déplacement le long de l'axe longitudinal I-I, comme illustré par la flèche 33, entre une position de fermeture et une position d'ouverture. Dans la position de fermeture illustrée sur les figures 1, 4 et 5, le tube coulissant d'obturation 5 est dans sa position la plus éloignée du tube d'entrée fixe 1. Dans sa position d'ouverture telle qu'illustrée sur la figure 2, le tube coulissant d'obturation 5 est déplacé vers le tube d'entrée fixe 1. Par le fait que les articulations entre les leviers, les bielles, le tube coulissant et le vérin de manoeuvre sont pratiquement sans jeu, le tube coulissant d'obturation 5 est maintenu en permanence en une position fixe réglable, ce qui évite tout risque de vibration intempestive, notamment lors des forts débits d'eau. L'eau qui pénètre par l'orifice d'entrée 34 du tube d'entrée fixe 1 se trouve déviée vers l'extérieur par le déflecteur central fixe 2, traverse le passage annulaire de sortie 4 et est ensuite éventuellement déviée vers l'axe longitudinal I-I par le concentrateur aval 17. Malgré l'écoulement tourbillonnaire qui en résulte, le tube coulissant d'obturation 5 et le reste de la vanne n'entrent pas en vibration exagérée par l'effet de cet écoulement tourbillonnaire d'eau et d'air. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Vanne à jet creux, ayant un tube d'entrée fixe (1), ayant un déflecteur central fixe (2) coaxial et maintenu en aval du tube d'entrée fixe (1) selon un écartement fixe déterminé laissant, entre la lèvre d'extrémité aval (3) du tube d'entrée fixe (1) et le déflecteur central fixe (2), un passage annulaire de sortie (4) déterminé, la vanne ayant un tube coulissant d'obturation (5), monté à coulissement axial étanche le long du tube d'entrée fixe (1) et déplaçable entre une position amont ouverte libérant le passage annulaire de sortie (4) et une position aval fermée en appui contre le déflecteur central fixe (2) pour obturer le passage annulaire de sortie (4), et ayant des moyens de manoeuvre à vérin transversal de commande (19) pour déplacer à volonté le tube coulissant d'obturation (5) entre sa position ouverte et sa position fermée, caractérisée en ce que le vérin transversal de commande (19) est relié au tube coulissant d'obturation (5) par une transmission mécanique (18) à leviers (20, 21) et bielles (25, 26) articulés sensiblement sans jeu autour d'arbres de liaison transversaux (122, 123, 124, 224, 27, 28). 2 - Vanne à jet creux selon la revendication 1, caractérisée en ce que - le vérin transversal de commande (19) est relié au tube coulissant d'obturation (5) par deux bras latéraux (20, 21) parallèles et égaux, - les bras latéraux (20, 21) sont articulés à leur première extrémité à deux zones diamétralement opposées (22, 23) du tube coulissant d'obturation (5), - les bras latéraux (20, 21) sont articulés à leur seconde extrémité à une traverse (24) entraînée en son milieu par le vérin transversal de commande (19), - les bras latéraux (20, 21) sont articulés, selon deux articulations intermédiaires (29, 30), à deux bielles (25, 26) respectives parallèles et de longueurs égales dont les extrémités s'articulent selon deux arbres latéraux (27, 28) alignés solidaires du tube d'entrée fixe (1). 3 - Vanne à jet creux selon la revendication 2, caractérisée en ce que - les bielles (25, 26) ont une longueur entre axes égale à la moitié de la longueur des bras latéraux (20, 21) entre axes extrêmes, - les arbres latéraux (27, 28) des bielles (25, 26) sont alignés selon un axe transversal (III-III) de bielles coupant l'axe longitudinal (I-I) de la vanne, - l'axe (II-II) du vérin transversal de commande (19) coupe l'axe transversal (III-III) de bielles et l'axe longitudinal (I-I) de la vanne. 4 - Vanne à jet creux selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le déflecteur central fixe (2) est conique de révolution, avec une base aval (16) dont le diamètre est supérieur au diamètre du tube coulissant d'obturation (5). 5 - Vanne à jet creux selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le déflecteur central fixe (2) comprend un joint annulaire d'obturation (15) dans la zone recevant l'appui de la lèvre d'obturation (14) du tube coulissant d'obturation (5) en position de fermeture. 6 - Vanne à jet creux selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le tube coulissant d'obturation (5) est muni d'un concentrateur aval (17) ayant un tube de plus grand diamètre formant déflecteur. 7 - Vanne à jet creux selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les articulations des bras latéraux (20, 21) et des bielles (25, 26) comprennent des paliers à douille de bronze sensiblement sans jeu. 8 - Vanne à jet creux selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le tube coulissant d'obturation (5) coulisse autour du tube d'entrée fixe (1) avec un joint annulaire d'étanchéité (12) et des glissières longitudinales de guidage (6-11) régulièrement réparties en périphérie du tube d'entrée fixe (1).