Brevet FR2825444A1 — publié le 20021206

VANNE D'AERAGE La présente invention se rapporte au domaine technique général des vannes de désaérage, en général mu) t) fonctions, destinées à assurer l'évacuation de l'air dans des conduites formant les réseaux d'alimentation et de distribution des liquides, et en particulier d'eau. La présente invention concerne une vanne d'aérage pour canalisations de distribution de liquide comprenant. - un corps principal définissant une cavité interne en relation de flux avec les canalisations, - au moins une ouverture d'aération ménagée à travers la cavité et calibrée pour assurer une aération à fort débit de la cavité, - un clapet de dégazage monté librement mobile dans la cavité et relativement à la (les) ouverture (s) d'aération entre deux positions de butée, respectivement de fermeture et d'ouverture de la (des) ouverture (s) d'aération, - un flotteur de dégazage monté librement mobile dans la cavité et susceptible, selon le niveau d'eau dans la cavité, d'engager le clapet pour lui faire atteindre sa position de fermeture. Il est déjà connu d'avoir recours, dans les réseaux de distribution d'eau, à des vannes d'aérage pour assurer l'évacuation de l'air dans les conduites d'eau. Les réseaux de distribution d'eau sont généralement constitués d'une série de conduites ou canalisations de diamètres extrêmement variés, le réseau débutant par une canalisation principale de fort diamètre, à partir de laquelle sont dérivées plusieurs canalisations secondaires de diamètres inférieurs, ces dernières canalisations pouvant également être suivies de canalisations diverses de diamètres encore inférieurs. La grande variété de diamètres de canalisations, ainsi que les diverses opérations liées au fonctionnement des réseaux, telles que les opérations de vidange, de séparation ou de réglage, sont à l'origine de conditions de débit d'eau et d'air extrêmement variées, de telle sorte que les conditions de pression et de mise en dépression des canalisations sont extrêmement variables. C'est ainsi que l'on connaît des vannes d'aérage combinant en général trois fonctions distinctes leur permettant d'assurer un désaérage des canalisations dans toutes les conditions de fonctionnement possibles, et notamment de pression et de débit, susceptibles de régner sur des réseaux de distribution d'eau, et ce indépendamment du diamètre de la canalisation sur lequel la vanne est montée. Les vannes connues sont ainsi susceptibles d'assurer un désaérage dit à grand débit pour permettre l'évacuation de l'air des conduites lors de leur remplissage. Les vannes connues permettent également d'assurer un aérage de la canalisation lorsque de l'air à grand débit est introduit en cas de vidange volontaire ou accidentelle dans les conduites. Enfin, les vannes connues permettent également d'assurer un dégazage lent des conduites sous pression par un ajutage de faible diamètre, afin d'assurer l'évacuation des gaz qui s'accumulent aux points hauts des réseaux et créent des pertes de charge. Les vannes d'aérage connues combinent généralement les trois fonctions mentionnées ci-dessus, et leur difficulté de conception réside dans l'antagonisme existant dans la nécessité de fermer la vanne lorsque l'eau arrive pour interrompre la fonction de désaérage, sans pour autant fermer cette fonction de désaérage en simples conditions aléatoires momentanées et transitoires, liées par exemple à de forts débits d'air Cette maîtrise du réglage de la vanne est difficile à réaliser et nécessite un compromis de performance délicat à trouver. Par ailleurs, Il s'avère que les compromis recherchés peuvent être différents selon les points du réseau d'eau où se trouve la vanne d'aérage. En effet, on comprend que sur certaines canalisations de forts diamètres, on recherchera plutôt un débit maximum d'évacuation d'air, alors que sur des canalisations de plus faibles diamètres, on souhaitera au contraire un aérage plus lent, pour éviter l'apparition de violents coups de bélier par exemple. De manière pratique, il existe des vannes d'aérage connues combinant un très petit orifice de dégazage en pression avec un orifice plus large permettant le désaérage des conduites, ledit orifice étant calibré pour assurer une aération à fort débit Les vannes connues mettent ainsi en oeuvre, dans un corps principal définissant une cavité interne, au moins une ouverture d'aération calibrée pour assurer une aération à fort débit de la cavité, et un clapet de dégazage monté librement mobile à travers l'ouverture d'aération entre deux positions de butée, respectivement de fermeture et d'ouverture de ladite ouverture d'aération. Le clapet de dégazage est pourvu d'un ajutage traversant de faible diamètre lui permettant dans sa position de fermeture d'assurer un dégazage lent de l'air qui s'est accumulé dans le corps principal de la vanne. En général, les vannes d'aérage connues comportent également une sphère de dégazage montée librement mobile dans la cavité et susceptible, selon le niveau d'eau dans la cavité, d'engager le clapet de dégazage pour lui faire atteindre sa position de fermeture. De telles vannes peuvent être également équipées de dispositifs additionnels de dégazage se présentant par exemple sous la forme de flotteurs annulaires destinés à venir fermer d'autres orifices d'aération. Les vannes de l'art antérieur conçues selon ce principe donnent généralement satisfaction, mais souffrent en particulier d'une maîtrise insuffisante de leur déclenchement. En effet, on constate que les vannes mentionnées précédemment présentent un débit de désaérage rapidement limité en raison de la fermeture anticipée du clapet de dégazage, qui intervient avant même l'arrivée de l'eau dans la vanne, c'est-à-dire avant son actionnement par la sphère de dégazage. Il s'avère en effet que les nombreuses turbulences ou successions de conditions aléatoires et différentielles de pression peuvent être à l'origine d'une montée anticipée du clapet de dégazage vers sa position de fermeture. Les objets assignés à l'invention visent en conséquence à porter remède aux différents inconvénients énumérés précédemment et à proposer une nouvelle vanne d'aérage pour canalisations de liquide permettant une maîtrise améliorée de ses conditions de déclenchement. Un autre objet de l'invention vise à proposer une nouvelle vanne de désaérage permettant de s'affranchir des conditions aléatoires de pression susceptibles de survenir dans le corps principal de la vanne. Un autre objet de l'invention vise à proposer une nouvelle vanne de désaérage présentant un système de dégazage amélioré, réalisé à l'aide de moyens simples et éprouvés, et dont le fonctionnement est fiable et sûr. Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'une vanne d'aérage pour canalisations de distribution de liquide comprenant : - un corps principal définissant une cavité interne en relation de flux avec les canalisations, - au moins une ouverture d'aération ménagée à travers la cavité et calibrée pour assurer une aération à fort débit de la cavité, - un clapet de dégazage monté librement mobile dans la cavité et relativement à la (les) ouverture (s) d'aération entre deux positions de butée, respectivement de fermeture et d'ouverture de la (des) ouverture (s) d'aération, - un flotteur de dégazage monté librement mobile dans la cavité et susceptible, selon le niveau d'eau dans la cavité, d'engager le clapet pour lui faire atteindre sa position de fermeture, caractérisé en ce que le clapet est relié par une tige à un piston se déplaçant dans une chambre en communication avec la cavité, de manière à ce que sous l'effet de la pression interne régnant dans la cavité et s'exerçant sur le clapet en position d'ouverture, on crée une force résultante agissant sur le piston et s'opposant au déplacement dudit clapet. D'autres avantages et objets de l'invention seront explicités plus en détails à la lecture de la description qui suit et à l'aide des dessins annexés fournis à titre purement explicatif et non limitatif, dans lesquels : - La figure 1 illustre un schéma général simplifié d'un réseau de distribution d'eau mettant en oeuvre des canalisations de diamètres différents. - La figure 2 illustre, selon une vue en coupe transversale partielle, une variante préférentielle d'une vanne d'aérage conforme à l'invention. - La figure 3 illustre, selon une vue en coupe transversale partielle, une seconde variante de réalisation d'une vanne d'aérage conforme à l'invention. Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique un exemple d'un réseau de distribution de liquide, en l'occurrence d'eau, formé de manière classique par une série de conduites comprenant par exemple des canalisations primaires 1 de fort diamètre, à partir desquelles est dérivée en différents points une seconde série de canalisations secondaires 2 de diamètres inférieurs, à partir desquelles peuvent être dérivées d'autres séries de canalisations, par exemple tertiaires, de diamètres inférieurs (non représentées aux figures). Les canalisations 1,2 doivent s'adapter aux différentes configurations rencontrées et présentent à ce titre des points hauts 3 et des points bas 4, ainsi que de nombreux coudes et changements de direction. Ainsi, lors de leur remplissage et de leur vidange volontaire ou accidentelle, on observe une accumulation d'air (A) aux points hauts des canalisations 1, 2, alors que dans le reste des canalisations, l'eau (E) est présente. C'est la raison pour laquelle on prévoit de monter des vannes d'aérage 5 au point haut 3 pour assurer l'évacuation de l'air des canalisations 1,2. Selon l'invention, tel qu'illustré à la figure 2, la vanne d'aérage 5 comporte un corps principal 6 (représenté partiellement aux figures 2 et 3), réalisé par exemple en fonte, à partir de deux demi-corps rapportés l'un sur l'autre de manière étanche, par exemple par vissage. Le corps principal 6 définit ainsi une cavité 7 interne qui est en relation de flux avec les canalisations 1,2. La vanne d'aérage 5 comprend également au moins une ouverture d'aération 8 ménagée à travers la cavité 7 dans l'épaisseur du corps principal 6. L'ouverture d'aération 8 est calibrée pour assurer une aération à fort débit de la cavité 7. La vanne d'aérage selon l'invention comporte également un clapet de dégazage 10, réalisé par exemple sous la forme d'une pièce sensiblement tronconique 11. Le clapet de dégazage 10 est monté librement mobile dans la cavité 7 et relativement à l'ouverture d'aération 8 correspondante entre deux positions de butée, respectivement de fermeture et d'ouverture de l'ouverture d'aération 8. Tel qu'illustré à la figure 2, le clapet de dégazage 10 est équipé d'un joint torique annulaire 13, de manière à pouvoir venir fermer de manière étanche l'ouverture 8 dans sa position de butée haute, position dans laquelle le clapet 10 vient buter contre un siège de réception formé par la périphérie 14A de l'ouverture d'aération 8. Pour assurer sa fonction de dégazage, le clapet de dégazage 10 est, de manière classique, pourvu d'un ajutage 14 de faible diamètre (de l'ordre de 1 mm), permettant en cas de fermeture inopinée dudit clapet d'assurer un dégazage lent de l'air contenu dans la cavité 7. La vanne d'aérage conforme à l'invention comprend, de manière préférentielle, un flotteur de dégazage 15 tel qu'une sphère, monté librement mobile dans la cavité 7 et susceptible, selon le niveau d'eau dans la cavité 7, d'engager la face inférieure 16 du clapet 10 pour lui faire atteindre sa position de fermeture. Un tel montage permet d'obtenir, de manière classique, un obturateur à flotteur assurant l'étanchéité de la vanne sous l'effet de la poussée d'Archimède lorsque les canalisations sont remplies d'eau. Selon une caractéristique importante de l'invention, le clapet 10 est relié par l'intermédiaire d'une tige 17 à un piston 18 se déplaçant dans une chambre 19 qui est en communication avec l'extérieur, et/ou la cavité 7, de manière à ce que sous l'effet de la pression interne régnant dans la cavité 7 et s'exerçant sur le clapet 10, lorsqu'il est en position d'ouverture, on crée une force résultante F agissant sur le piston 18 et s'opposant au déplacement sensiblement vertical dudit clapet. Cette force F est opposée et supérieure aux forces de pression et de friction qui s'appliquent sur le clapet 10 et la tige 17 et elle maintient le clapet 10 ouvert quelles que soient les conditions de débit à travers l'ouverture d'aération 8. Tel qu'illustré à la figure 2, la tige 17, par exemple de forme sensiblement tubulaire, s'étend sensiblement verticalement à travers l'ouverture d'aération 8, la chambre 19 s'étendant également sensiblement verticalement dans le prolongement du clapet 10 et de l'axe central de l'ouverture d'aération 8. Selon une variante préférentielle de l'invention, tel qu'illustré à la figure 2, la tige 17 est creuse pour former un conduit et comporte des lumières 21 ménagées à travers l'épaisseur de ladite tige 17 pour permettre de relier la cavité 7 et l'intérieur de la chambre 19. Selon cette configuration, on crée une force résultante F qui s'applique sur la face supérieure 23 du piston 18. Les lumières 21 permettent le dégazage vers la chambre 30 lorsque le clapet 10-11 est fermé et que la boule 15 ouvre l'orifice 14. Selon cette variante de réalisation, la chambre 19 est formée par un cylindre comportant un perçage 24 à sa partie inférieure, formée par un fond 25 pour assurer le passage et le guidage de la tige 17. Dans cette configuration, la chambre 19 comporte un orifice calibré 27 de faible diamètre (de l'ordre de 1 mm) qui est disposé à sa partie supérieure et en position haute. Avantageusement, le cylindre 19 comporte également une chambre intermédiaire 30 située sous le perçage 24 et assurant la liaison avec l'ouverture d'aération 8, ladite chambre intermédiaire 30 étant pourvue de sorties d'air 31 ménagées par exemple à sa périphérie. Selon une variante de réalisation (non représentée aux figures) particulièrement intéressante, la ou les sortie (s) d'air 31 est (sont) pourvue (s) d'obturateur (s) permettant de régler le débit de sortie d'air par obturation progressive du (des) sortie (s) 31. La seconde variante de réalisation de l'invention illustrée à la figure 3 ne diffère de celle illustrée à la figure 2 que par un montage sensiblement différent de l'ensemble formé par le clapet 10, la tige 17 et le piston 18. Selon cette seconde variante de réalisation, la chambre 19 peut être ouverte à sa partie supérieure pour être en communication libre avec la pression atmosphérique, et comporte dans son fond inférieur 25 un orifice de communication 32 avec la cavité 7, via la chambre intermédiaire 30, de manière à créer une force résultante F d'attraction sous la face inférieure 35 du piston 18. Cette configuration permet ainsi de créer une légère dépression sur la face inférieure 35 lorsque le débit d'air est important dans l'ouverture d'aération 8 en position d'aérage grand débit, ladite dépression s'opposant au déplacement vertical vers le haut de la tige 17. Avantageusement, pour éviter toutes turbulences susceptibles d'annuler l'effet de la dépression, l'orifice de communication 32 peut être entouré au moins partiellement d'un déflecteur 33 s'étendant dans la chambre intermédiaire 30 à partir du fond 25. En fonctionnement, la vanne d'aérage conforme à l'invention est susceptible d'assurer l'aérage des canalisations 1,2 lors de leur remplissage ou lors de leur vidange accidentelle ou volontaire, par l'intermédiaire de l'orifice d'aération 8 et des sorties 31. En effet, le niveau d'eau dans la cavité 7 étant inexistant ou faible, le clapet 10 est dans sa position de butée basse, tel qu'illustré par exemple à la figure 2. Dans cette configuration, l'air peut s'échapper normalement à fort débit. Lors de variations importantes et aléatoires de pression régnant dans la cavité 7, le différentiel de pression appliqué sur la tige 17 et/ou les efforts de friction de l'air appliqués sur cette même tige 17 peuvent entraîner la création d'une force ayant tendance à entraîner le clapet vers sa position de fermeture, correspondant à sa position de butée haute. La possibilité pour l'air de passer par les lumières 21, puis à l'intérieur de la tige 17 pour atteindre la chambre 19, permet de créer alors une force résultante F dirigée verticalement en sens inverse contre la face supérieure 23 du piston 18. Ceci permet alors au clapet 10 de rester dans sa position d'ouverture et de permettre l'évacuation d'air, tel que cela est illustré à la figure 2. Dans le cas de la variante illustrée à la figure 3, le débit d'air dans la cavité 30 peut être transformé en une légère dépression qui exerce sous la face 35 du piston 18 via l'orifice 32 et s'oppose au déplacement vertical du clapet 10 tel que cela est illustré à la figure 3. La vanne d'aérage conforme à l'invention permet ainsi une bonne maîtrise du déplacement du clapet de dégazage, et ce même en condition aléatoire de flux d'air. REVENDICATIONS Vanne d'aérage pour canalisations de distribution de liquide comprenant : - un corps principal (6) définissant une cavité (7) interne en relation de flux avec les canalisations (1,2), - au moins une ouverture d'aération (8) ménagée à travers la cavité (7) et calibrée pour assurer une aération à fort débit de la cavité (7), - un clapet de dégazage (10,11) monté librement mobile dans la cavité (7) et relativement à la (les) ouverture (s) d'aération (8) entre deux positions de butée, respectivement de fermeture et d'ouverture de la (des) ouverture (s) d'aération (8), - un flotteur de dégazage (15) monté librement mobile dans la cavité (7) et susceptible, selon le niveau d'eau dans la cavité (7), d'engager le clapet (10,11) pour lui faire atteindre sa position de fermeture, caractérisée en ce que le clapet (10,11) est relié par une tige (17) à un piston (18) se déplaçant dans une chambre (19) en communication avec la cavité (7), de manière à ce que sous l'effet de la pression interne régnant dans la cavité (7) et s'exerçant sur le clapet (10,11) en position d'ouverture, on crée une force résultante F agissant sur le piston (18) et s'opposant au déplacement dudit clapet (10,11). 2-Vanne selon la revendication 1 caractérisée en ce que la tige (17) est creuse et comporte des lumières (21) permettant de relier la cavité (7) et la chambre (19) pour créer une force résultante F sur la face supérieure (23) du piston (18). 3 - Vanne selon la revendication 2 caractérisée en ce que la chambre (19) est fermée à sa partie inférieure par un cylindre comportant un perçage (24) pour le passage de la tige (17), l'orifice calibré (27) étant situé en position haute. 4 - Vanne selon la revendication 1 caractérisée en ce que la chambre (19) comporte un orifice de communication (32) avec la chambre (19) de manière à créer une force résultante d'attraction F sous la face inférieure (35) du piston (18). 5-Vanne selon la revendication 4 caractérisée en ce que l'admission de l'orifice de communication (32) est entouré, au moins partiellement, d'un déflecteur (33). 6 - Vanne selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que la chambre (19) comporte une chambre intermédiaire (30) située sous le perçage (24) et assurant la liaison avec l'ouverture d'aération (8), ladite chambre intermédiaire étant pourvue de sorties d'air (31). 7 - Vanne selon la revendication 6 caractérisée en ce que les sorties d'air (31) sont pourvues d'obturateurs permettant de régler le débit de sortie d'air. 8 - Vanne selon la revendication 1 caractérisée en ce que le flotteur de dégazage (15) est formé par une boule de dégazage.