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La présente invention a pour objet un dispositif automatique simple et sûr, capable de délivrer d'un réservoir contenant de Peau à des niveaux variables (et, plus spécialement, contenant "un liquide quelconque à des niveaux variables") un débit constant déterminé.
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Le problème est bien connu puiaqu9il intéresse un champ très vaste d'applications agricoles et industrielles, telles que les aqueducs, les réseaux d'irrigation, les réalisations hydrauliques et hydroélectriques, etc. Toutefois, jusqu9à présent, on n'a pas encore trouvé une nette solution hydraulique mais seulement des solutions grossièrement approchées comportant des pièces mécaniques (comme des leviers, des pivots, des cous- sinets, des engrenages, etc.) donnant naissance à des efforts de frottement variables, qui faussent le résultat final.
La plupart de ces dispositifs, en outre, ont souvent leur fonctionnement entravé pour des causes les plus insignifiantes, telles qu9une feuille, un peu de sable, une petite incrus-
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tation, etc.; d'autres dispositifs exigent des pertes de débit sous forme de "fuites permanentes" afin de pouvoir fonctionner.
L9autorégulateur qui est l'objet de la présente invention, au contraire, ne comporte pas de pièces mécaniques et par conséquent il est simple et ne donne pas naissance au moindre frottement; en outre, il supprime toute fuite et fonctionne toujours promptement et correctement.
La partie fixe de cet appareil consiste en deux récipients su-
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perposés, communiquant entre eux au moyen d9un,cylindre creux,, à axe ver- tical, qui traverse le diaphragme horizontal séparant les deux récipients Le récipient supérieur, ou bassin d'arrivée, est alimenté par le réservoir qui contient de Peau à des niveaux variables; le récipient inférieur, ou bassin distributeur, reçoit du bassin d'arrivée, un débit constant et
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le délivre à l'extérieur de 1?appareilo La partie mobile de 1.9 autorégulateur est constituée par deux
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cylindres creux, de diamètres légèrement différents 1?un de 10autre, ayant le même axe vertical, fixés à un anneau supérieur et ouverts en bas, defaçon à créer sous 1-'anneau un espace annulaire entre les cylindres.
Au-des-
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sus de 19anneau il y a un déversoir par lequel a lieu la dérivation du débit constant. Les deux cylindres fixés à Panneau et le bord déversant,
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sont rendus solidaires d'un flotteur à l'aide de rayons, et l9ensemble constitue un équipage mobile qui, encapuchonné sur le cylindre fixe, suit fidèlement les variations du niveau dans le bassin d9arrivée. Le débit dérivé par le déversoir est délivré à travers le bassin distributeur.
Dans 1-'espace annulaire entre les cylindres mobiles existe un joint pneumatique qui est en communication permanente, à l'aide d'un tuyau avec une capacité supplémentaire appelée équilibreur, qui maintient constante la pression de la masse d'air emprisonnée, ce joint joue un rôle
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très important parce qu9â.1 empêche la formation de tout débit de fuite entre les cylindres mobiles et le cylindre fixe.
L'équipage mobile, grâce
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à 19àbsence de tout frottement dans le système, est par conséquent en con- dition de pouvoir suivre promptement et fidèlement chaque variation de niveau comme d'ailleurs, toute fuite est supprimée et puisque les condi-
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tions de flottement demeurent -ainsi qu-'îl sera vu dans la suite- toujours les mêmes, 19 appareil dérive par le déversoir un débit absolument constant.
Les dessins ci-joints représentent :
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La fig. 1, une coupe suivant l'axe de 19 aatorégulaieur en fonctionnement, Peau d'alimentation étant à son niveau minimum 99Aqo.
La fige 2 la vue en plan correspondante.
La Fig. 3 la même vue que celle de la figure 1, mais avec Peau
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au niveau maximum Cq'9 la vue en plan correspondante étant identique à cel- le de la fig. 2.
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La fige 4 une vue de détail, en coupe suivant 19 axes montrant les positions de l'équipage mobile en plein service, soit au niveau mi- ninnm "A" (ligne hachurée) soit à un niveau intermédiaire "B" (lignes pleines).
Les fig. 5 et 6 les mêmes vues que celle de la fige 4:. mais non superposées, afin de permettre un meilleur examen des changements qui se produisent en passant du niveau minimum "A" à un niveau intermédiaire "B" ( et,à la limite, du niveau miniunm "A" au maximum "C").
Comme le montrent les figures 1, 2, 3,la base 1 de l'appareil constitue aussi le fond du bassin distributeur 4 que le diaphragme 2 sépare du bassin d'arrivée 3 situé au-dessus du bassin distributeur et alimenté par la conduite 5 provenant du réservoir à niveaux variables.
Le cylindre 6, fixé au diaphragme 2, est ouvert en haut et en bas et traverse ce diaphragme; la paroi 7 du bassin inférieur est disposée de façon à faciliter la sortie du débit constant dérivé par la appareil,
L'équilibreur 9, qui est cylindrique et qui garde une position bien fixe par rapport au cylindre 6, est ouvert en bas comme un verre renversé et a son bord inférieur un peu au-dessus du diaphragme 2 ; son fond supérieur 10 est pourvu d'une soupape 11 qui lors de la première mise en service de l'appareil, permet l'alimentation en air légèrement comprimé de l'équilibreur ainsi que de l'espace compris entre les cylindres 13 et 14, avec lequel l'équilibreur est en communication constante au. moyen du tuyau 12.
Les cylindres 13 et 14 de l'équipage mobile sont ouverts en bas et soudés en haut, de manière parfaitement étanche, à l'anneau 15 qui présente au-dessus un déversoir interrompu sur son pourtour par des courts trongons non-déversants, afin de permettre le libre accès de l'air sous la veine d'eau en dérivation. Quatre rayons 16, 17, 18 et 19, relient l'anneau 15 au moyeu fileté 20 sur lequel est vissé et fixé -après réglage- le manchon 21 solidaire des rayons 22, 23, 24 et 25 à leur tour fixés au flotteur 26. Les extrémités en forme d'anneau 27, 28 des rayons 23 et 25 sont guidées par les petites tiges verticales 29 et 30, ce qui réduit sensiblement et sans frottement l'excentricité que l'équipage mobile pourrait pren- dre de temps en temps par rapport au cylindre fixe 6.
Toutefois, nomme l'autorégulateur fonctionne parfaitement même si l'équipage mobile , dépourvu des anneaux 27 et 28, reste libre de pivoter et d'atteindre de temps en temps l'excentricité maximum correspondant au contact entre les cylindres mobiles J3, 14 et le cylindre fixe 6, les pièces 27, 28, 29 et 30 ne sont pas indispensables et leur adoption n'est dictée que par des considérations particulières (nécessité d'éviter le pivotement du flotteur, esthétique de l'ensemble flottant afin qu'il paraisse toujours bien centré, etc.)
L'aire de la section libre du cylindre équilibreur 9 a été adoptée égale à celle de la couronne circulaire de base du cylindre creux G de la fige 6; cette couronne, à son tour, est déterminée par les diamètres extérieurs des cylindres creux 6 et 13..
De cette façon, grâce à la com- munication établie par le tuyau 12, on vérifie aisément pour un certain niveau B de l'eau dans le bassin d'arrivée (fig. 4, 5 et 6) que le volume total occupé par l'air emprisonné entre les cylindres 13 et 14, dans le tuyau 12 et dans l'équilibreur 9,demeure rigoureusement constant quelles que soient les variations de niveau successives ; la masse de Pair étant la même, il s'ensuit que la pression pneumatique aussi se maintiendra constante.
Pour mieux saisir le fonctionnement de 1-'autorégulateur, on suppose les bassins vides et l'équipage mobile encapuchonné sur le cylindre fixe 6. Une fois ouverte, la vanne de la conduite 5, quand l'eau aura atteint le niveau maximum "C" de la fige 3 il se produira un débit principal
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déversé par le bord supérieur de 19 anneau 15 9 mais en même temps un
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autre débit- de "fuite"y par siphonage dans 1?espace annulaire entre les cylindres 14, 6, 13 -aura pris naissance, ce qui a pour effet de fausser le débit total déversé par le bord 80
Si, pendant cette période de "mise en service" de 1?appareil
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on effectue une insufflation d 9 air à travers la soupape 11,
cet air s'accumule sous 1-'anneau 15 et l9eau ascendante du siphon annulaire, de fuite sera peu à peu refoulée jusqu-lau bord supérieur du cylindre fixe 6.
A cet instant' on aura :réalisé exactement la situation de la fig. 3caractérisée par l'interception totale de tout débit de fuite; en effet, la colonne annulaire ascendante du liquide ne pouvant plus s'élever audessus du bord supérieur du cylindre fixe 6, à cause de la pression de
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la masse d9air accumulée sous 19anneau 15, il en résulte que tout débit de fuite est totalement supprimée L'appareil entre alors dans sa phase définitive de service correct, en dérivant seulement le débit principal déversé par le bord supérieur de Panneau 15, débit qui -après réglagedemeure absolument constant quel que soit le niveau de l'eau dans le bassin d9arrivée 3, ainsi que le montrent les considérations suivantes.
Parlant de la situation indiquée à la figo 3, quand le niveau
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'C" commence à baisser et se porte au niveau peu" des fig. 4 et 6, le niveau entre 14 et 6 et le niveau dans 1?équilibreur 9, qui étaient
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auparavant à la même côté CP (voir fig. 3) auront pris la position B. Dans cette position 19air emprisonné occupe le sommet de l'équilibreur au dessus de B', le tuyau 12 et les volumes cylindriques creux E, F, G (voir figo 6).
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L9abaissement progressif du niveau d D alimentation depuis B jusqu?m niveau minimum A, amène 19 anneau 15 en contact avec le bord supérieur du cylindre 6 (voir figo 4 et 5) et abaisse les niveaux précédents de B9 en A9. Dans cette nouvelle position l'air emprisonné occupe le sommet de 1?équilibreur au-dessus de A', le tuyau 12 et les cylindres
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crEl1tX E, F.
Par rapport à la situation précédente on a donc elle plus l'a e- croissement du volume au sommet de 1?équilibreur entre BD et A'; en moins, le volume du cylindre creux G, qui a disparu; toutefois, par suite
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de Inégalité des aires des basjas de ces deux volumes -dont il a déjà été question ci-avant - ainsi que par suite de l'égalité de leur hauteur, le
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volume perdu G est regagné exactement dm. s l'équilibreur entre B' et 4'o Il s9ensuit que Pair occupe toujours le même volume total et par conséquent, la masse étant toujours la même., sa pression aussi sera
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constante quel que soit le niveau dé Peau dans le bassin d9arrivée 3.
La pression hydrostatique sous le bord inférieur du cylindre 14 ne change pas aux divers niveaux, ce bord étant toujours plongé à la
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même profondeur sous le plan de Peauo Quant au cylindre 13, le niveau D au-dessus du niveau de sortie de 19eau sur 8, étant constant, son bord inférieur serait destiné à recevoir une poussée hydrostatique croissante au fur et à mesure que le niveau d?alimentation baisse vers la valeur minimum "A".
Bien que 1?incidence d'une telle augmentation de poussée sur le système des forces qui déterminent les conditions de flottement de l'équipage mobile soit très petite à cause de 1?épaisseur généralement
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mince des cylindres, on pare totalement à cet inconvénient en construisant le cylindre 13 en deux pièces de diamètres légèrement différents, comme il va être montré.
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La première pièce npest Autre chose que le cylindre 13 de la figure 5, coupé au plan d9een DP ou très légèrement eu-dessus de ce plan.
La deuxième pièce, qui doit compléter la hauteur totale exigée par le cylindre 13 de la fig. 5g a son d.aétre extérieur égal au diamètre intérieur du cylindre précédent et ..j1em1::k>1te dans ce dernier sur une petite hauteur au voisinage du niveau D afin d 9 ssurer un bon assemblage et une
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parfaite étanchéité.Dans ces conditions,il s'ensuit que :a/ la pièce supérieure ne plongeant jamais au-dessous du niveau D' reçoit sous son bord en n'importe quelle position de 19équipage mobiles, toujours la même poussées, due à la pression pneumatique constant de l'air en F;
b/ la pièce inférieure, assemblée à la précédente, restant totalement immergée audessous du niveau D, même quand le niveau d'alimentation atteint sa côte maximum C, reçoit toujours la même poussée hydrostatiquePar conséquent, sur le cylindre 13 construit en deux pièces comme ci-dessus, agissent, quel que soit le niveau, deux poussées, l'une pneumatique et l'autre hydrostatique, dont les valeurs respectives ne changent jamais,, la résultante de ces poussées est donc rigoureusement constante quel que soit le niveau dans le réservoir d'alimentation.
Le principe est général et comme l'épaisseur des cylindres n'y joue aucun rôle on pourra construire par ce système même des autorégulateurs à parois de cylindre assez épaisses (en béton armé, par exemple) sans aucune crainte d9introduire des erreurs dans les conditions de flottement de l'équipage mobileo
Ces conditions de flottement exigent qu'à chaque niveau de l'eau dans le bassin d'arrivée 3, le poids propre de l'équipage mobile (poids qui, évidemment, est constant) soit égal à la somme algébrique de toutes les poussées pneumatiques et hydrostatiques partielles agissant sur le même équipage.
Comme l'équilibreur maintient constante la pression pneumatique de l'air emprisonné, les poussées de cet air sous l'annneau 15 et sous le bord de la pièce supérieure du cylindre 13 seront constantes; il n'y a pas d'autre poussée pneumatiqueo Les poussées hydrostatiques se produisent : a/ sous le bord du cylindre 14, poussée qui se mairt ient constante ainsi qu'il a déjà été démontré ci-avant; b/q sur toute la pièce inférieure du cylindre 13, poussée qui reste toujours la même parce que, comme il a été vu, cette pièce reste entièrement plongée en n'importe quelle position de l'équipage mobile; c/ sur le flotteur (force de flottaison); d/ sur la projection horizontale de 1-1 anneau 15 par effet de la charge "h" de l'eau se déversant sur cet anneau;
cette force est la seule, à la différence des autres dirigées vers le haut, qui soit dirigée vers le bas. Il s'ensuit que, ayant démontré la constance des poussées pneumatiques et des poussées hydrostatiques a/ et b/ énumérées ci-dessus, la somme algébrique des poussées c/ sur le flotteur et d/ sur l'anneau 15 ou bien la différence de leurs valeurs absolues, doit être maintenue constante. Or, l'aire de la section horizontale du flotteur est toujours bien plus grande que l'aire de l'anneau 15;
il est facile de voir que, une fois réglé l'appareil, une lame d9eau se déversant "h", toute variation du niveau de l'eau dans le bassin d'arrivée ne peut avoir pour effet que de ramener l'équipage mobile dans les conditions précédentes, c'est-à-dire ramener la lame d'eau se déversant à la valeur "h". Bref, c'est seulement avec la valeur "h" de la lame d'eau se déversant que l'équipage mobile se stabilise, et cette normalisation est d'autant plus rapide que l'aire de la section horizontale du flotteur est plus grande.
Le maintien automatique de la constance de la lame d'eau se déversant "h" a pour effet la dérivation d'un débit rigoureusement constant pour tout niveau de Peau dans le bassin d'arrivée 3, ce qui est le but de l'appareil préconisé.
Le bord du déversoir n'est pas nécessairement à placer en cor- respondance avec le cylindre 13 ; peut bien être disposé vers l'extérieur en correspondance avec le cylindre 14 de façon à constituer un prolongement vers le haut de ce dernier Dans ce cas, le bord du déversoir est disposé à une hauteur suffisante pur l'anneau 15 de telle manière que les filets liquides inférieurs de la veine déversante se détachent nettement du bord, sans intéresser en aucune façon 19 anneau qui n'est pas même biseauté; la poussée d/ sur 1-'anneau 15, mentionnée précédemment, n'a pas lieu et la
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poussée sur le flotteur qui est la seule restée en jeu devant alors être constante, la ligne de flottaison du flotteur ne pourra pas changer.
Le résultat est le même : constance rigoureuse de la lame d9eau "h" et débit dérivé rigoureusement constanto
Veau qui se déverse sur le déversoir de dérivation entraine de l'air et quand la masse liquide entre dans le bassin distributeur 4, il arrive qu9un certain nombre de bulles d9air s'échappent et remontent en entrant dans 1-'intervalle du joint pneumatiqueo Pour éviter que la masse d9air contenu dans ce joint;, dans le tuyau 12 et dans le sommet de l'équilibreur ne puisse augmenter sa pression par effet de l'apport des bulles d'air provenant d'en basune série de trous de petit diamètre a été prévue tout-vautour et immédiatement au-dessous du niveau A' dans le cylindre 14;
ces trous ont la fonction de "déversoir pneumatique" par- ce qu'ils permettent l'échappement, sous forme de bulles,de l'air excédent de façon que à n'importe quel niveau, la pression de l'air emprisonné est toujours mesurée par la colonne hydraulique de la dénivellation A-A' ou bien B-B' (qui est égale à A-A') des figures 5 et 60
Grâce à 1?apport continuel des bulles d'air 19 insufflation 'd'air à travers la soupape 11 à la première mise en service est inutile, pourvu qu'on puisse attendre patiemment (en général quelques heures) la formation lente mais sûre de la masse d'air à la pression nécessaire telle formation est achevée seulement lorsqu-on voit un début d'effer- vescence à la surface libre de 1-'eau dans le bassin d'arrivée,
dû. aux bulles qui s'échappent du "déversoir pneumatique" mentionné précédemment.
Ce déversoir pneumatique met 1?appareil à 1?abri de toute erreur qui pourrait survenir à cause des changements de température, En effet, si, à un certain niveau B de la figure 6:, devait se produire une augmentation de température de 19 air emprisonnée une partie de cet air s'échapperait par les trous du déversoir, mais Pair restant dans le joint aura toujours la pression correctes, mesurée par la dénivellation d'eau B-B'. Si la température baisse rapidement, il se produit d'abord une contraction de l'air, mais l'apport des bulles d'air provenant d'en. bas d'une façon continues, rétablit immédiatement la situation précédente correcte.
Le dispositif qui vient d9tre décrit suivant une forme de réalisation préférées, est réalisable soit totalement, soit partiellement, en métal, en matières plastiques? en verres, en grès, en béton armé, etco, et il est susceptible de modifications sans sortir, pour cela, du domaine de la présente invention.
Il est prévus, en effet, de pouvoir remplacer le déversoir dérivateur au-dessus de 19 anneau 15, indiqué dans les figures 1, 3, 4, 59 6, ayant son bord déversant en correspondance avec le cylin- dre 13, par un autre déversoir ayant le bord en correspondance avec le cylindre 14 comme il a été dit ci-avant; il est encore prévu de remplacer le déversoir dérivateur, en général, par'des orifices libres avec charge sur le sommet, en prolongeant vers le haut 1?un des cylindres 13 ou 14.Ces variantes, naturellement, seront adoptées chaque fois qu'on le jugera convenable.
Revendications.
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