Vanne hydraulique. Les vannes hydrauliques généralement utilisées dans les barrages sont constituées par des panneaux plans appuyés sur une charpente métallique. Ces vannes sont lour des et leur manceuv re nécessite des disposi tifs compliqués de ponts-treuils, contrepoids d'équilibre, etc. Leur prix de revient est donc. onéreux. L n. outre, on ne peut employer pour leur construction du béton armé, car leur poids serait alors inadmissible. Cependant. le béton serait beaucoup plus économique et ne s'altérerait pas à l'air ou à l'eau, tandis qu'il n'en est pas de même des vannes mé talliques qui doivent être fréquemment re peintes.
La présente invention a. pour objet une vanne hydraulique s'appliquant par exemple aux écluses, caractérisée en ce que la portion de son corps destinée à recevoir la poussée de l'eau comporte au moins une partie arquée de façon à ce qu'elle ne travaille pratiquement pas â. la flexion. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe d'une vanne en forme de voûte; La fig. 2 représente, en coupe, une va riante de la vanne représentée à la fig. 1; La fig. 3 montre, en coupe, -une vaiiri'. dont la matière travaille à. la traction; La fig. 4 montre, en coupe, une vanne pouvant coulisser sur un train de galets;
Les fig. 5 et G sont des vues schématique.: montrant des vannes en forme de voûte, mais entretoisées; Les fig. ( et îa montrent, en élévation et en plan, un schéma d'une vanne comportant une voûte en forme de tore; Les fig. 8 et 8a montrent de même une vanne constituée par une voûte en forme de surface toroïdale; Les fig. 9 à 1?a représentent quatre va riantes clé vannes basculantes, dites vannes à.
segment, dont l'axe de rotation est situé en amont ou en aval; Les fi-. 13 et 14 représentent, en éléva tion et en plan. une vanne à segment, en forme de tore: Les fig. 15 et: 1'6 sont des vues en coupe verticale. et en plan d'une vanne constituée par un demi-cylindre de révolution; Les fin 17 et 18 représentent, en coupe, en position de fermeture et d'ouverture, une vanne à deux éléments; Les fig. 19 et 20 représentent, respective ment en coupe horizontale et verticale, un dispositif assurant la création d'une pellicule liquide sous pression entre la voûte et la pile;
La fig. 21 est une vue schématique d'une vanne à commande automatique; Les fie. 22 à 24 montrent schématique ment d'autres moyens pour déplacer la vanne. On va d'abord, examiner le cas des vannes qui s'effacent par un mouvement de trans lation, généralement vertical, en roulant sur des chemins de roulement fixés aux paroi latérales du pertuis. sur lesquelles se reporté ainsi la poussée de l'eau.
La vanne présentant une forme arquée peut travailler soit à la compression (fig. 1 et 2.), soit à la traction (fig. 3). Elle peut être verticale ou inclinée.
Sur la fig. 1., la partie arquée a travaille à. la compression, la partie amont du fleuve étant supposée à la partie supérieure de 1à, figure. La partie arquée a est appuyée con tre les piles b et c qui bordent le pertuis par l'intermédiaire (le trains de rouleaux ou de roues d. Un dispositif d'étanchéité, dans le présent cas une lame flexible, est prévu en d' entre la partie<I>a</I> et les piles<I>b</I> et c. Dans ce cas, la voiîte est de préférence en béton, qui peut. même ne pas être armé.
Dans une variante (fig. 2), la voûte n'em brasse qu'une fraction de cylindre, dont l'ou verture angulaire est inférieure à 180 .
Sur la fig. 3, la partie arquée a travaille à la traction, la partie amont du fleuve étant toujours supposée à la partie supérieure de la figure, vers laquelle la voûte tourne sa concavité. Cette dernière disposition est par ticulièrement intéressante, lorsque la vanne est en métal, car alors elle peut être réduite à une tôle mince travaillant à la traction. Les extrémités de la partie arquée se terminent par des poutres métalliques e, qui portent. par l'intermédiaire des trains de galets d, sur les piles b et c.
Tous les efforts secondaires dus aux dila tations ou contractions de la voûte, soit par son élasticité propre, soit par variations de température, soit par retrait du béton, peu vent être écartés par la disposition suivant. laquelle la voûte est libre de glisser trans versalement sur les chemins de roulement cl? la quantité nécessaire (ainsi que le représente la position en traits ponctués de la fig. 4). En particulier, aucun effort d'extension n'est à redouter dans la voûte en béton dont l'ar mature principale peut être supprimée.
Dans le cas où la vanne est constituée par une fraction du c,v lindre d'ouverture angu laire différente de 180 , les composantes de la réaction des culées parallèles au plan des chemins de roulement peuvent être annulées deux à deux par une liaison convenable des culées, soit à l'aide d'un voile, soit de pou tres ou tirants horizontaux. Les chemins de roulement n'ont plus à porter que la poussée de l'eau au lieu de la réaction totale des cu- lées.
Cette disposition est représentée schéma tiquement sur les fig. 5 et 6, où l'on voit une entretoise f reliant les extrémités de la par tie arquée (lui travaille à la traction (fig. 5). ou à la compression (fi-. 6).
Dans le cas de barrages à voûtes multi ples, on pourra aisément remplacer tout ou partie d'une voûte par une vanne-voûte éta blie suivant l'invention, ce qui permettra d'é vacuer facilement les crues et de vidanger la retenue. Dans ce cas notamment, il pourra être intéressant d'user de vannes inclinées.
La vanne assure une très grosse économie de matière et de poids, par rapport aux van nes ordinaires, et cette économie trouve sa répercussion sur les contrepoids, les treuils de manenuvre et la charpente de suspension de la vanne, en sorte que le prix de revient de toute l'installation est considérablement diminué.
On utilise fréquemment des vannes com posées de deux éléments pouvant s'effacer l'un derrière l'autre, de manière à permettre le d6versement (le l'eau simultanément ah dessus et au-dessous de la vanne. Ce genre de vanne peut aussi être établi en forme de voûte comme représenté, en coupe verticale, sur les fig. 17 et 18. La. vanne est formée de deux éléments ', a2, tous cieux en forme de voûte et dont l'un, a', s'abaisse, tandis que l'autre, a\. s'élève pour l'ouverture de la vanne (fi-. 18). En position de fermeture.
un ,joint d'étanchéité 1, constitué par exemple par une lame flexible, assure l'étanchéité en tre les deux éléments a', a2.
Outre les vannes qui s'effacent par un mouvement de translation vertical, on utilise également des vannes, dites à segment, qui basculent autour d'un axe de rotation. C'es vannes sont constituées par un segment de cylindre de révolution, et la poussée exercée par l'eau sur ce segment constituant la paroi de la vanne est reportée sur un axe de rota tion, coïncidant avec l'axe du cylindre de ré volution, par l'intermédiaire d'une charpente métallique: convenable. Le poids de cette charpente est généralement considérable.
On peut supprimer presque complètement cette charpente, en construisant la vanne en forme d'une surface de tore, dont l'axe de révolu tion serait l'axe de rotation de la vanne, et le cercle :;énérateur, le cercle ayant la lar geur du pertuis comme diamètre. La char pente se réduit dès lors à deux secteurs re portant la poussée de la voûte sur l'axe.
Cette disposition est représentée schéma tiquement sur les fia. 7 et 7a, où l'on voit, en élévation et en plan, la vanne g en forme (le tore, et pouvant pivoter autour de l'axe de rotation lé.
Au lieu de donner à la vanne la forme d'un tore, on peut lui donner la forme d'une surface toroïdale (fig. 8 et 8a), par exemple celle d'une surface engendrée par un cercle horizontal g', ayant la largeur du pertuis pour diam,#,tre et dont le centre g= est animé d'une rotation autour de l'axe h. de la vanne. De la sorte, les sections horizontales de la volte g restent des cercles et les moments fléchissants sont réduits.
Comme dans le type de vanne à transla tion, la vanne peut être construite pour tra- v ler <B>à</B> la traction ou<B>à</B> la compression, en ail tournant sa concavité vers l'amont ou l'aval. Les diverses combinaisons possibles sont re présentées sur les fi-. 9 à 12a. Sur les fig. 9 et 9a, on voit, en plan et en élévation, la voûte g travaillant à la compression (amont du fleuve sur la droite de la figure) et l'axe de rotation h, étant situé en aval.
Sur les fig. 1() et 10a, la disposition est inverse; la voûte g travaille à la traction et l'axe de ro tation<I>la</I> est situé en amont. Sur les fig. 11 et lia, la voûte travaille à. la traction et l'axe de rotation h. est en aval. Sur les fig. 12 et 12a, la vanne travaille à la compression, mais l'axe de rotation h est en amont. Dans ces solutions, des joints d'étanchéité sont prévus entre la vanne et les parties fixes.
Chacune de ces solutions peut avoir se avantages particuliers. Les solutions dans lesquelles la vanne travaille en poussée sur les secteurs i', i.2 qui la relient à l'axe de ro tation ont l'avantage de permettre de sou tenir le poids du sommet de la vanne à l'aide d'une poutre reposant sur les secteurs, ce qui facilite la réalisation de l'ensemble. Cette dis position est représentée sur les fig. 13 et 14. Dans ce cas, la poussée de la vanne g tra vaillant à. la traction est supportée par deux secteurs i' et i2, pivotant autour de l'axe de rotation h.
Le poids du sommet de la vanne est supporté par la poutrelle j qui s'appuie sur les secteurs i.' et i.-.
Une variante de vanne basculante, qui peut être utilisée et qui est plus simple, est re présentée aux fig. 15 et<B>16.</B> Dans ce cas, la vanne est constituée par un élément de cy lindre 7c tangent aux deux bords du pertuis et pouvant pivoter autour de l'axe de rotation la. Ce dispositif sera particulièrement indiqué pour les vannes qui n'ont pas besoin de res- ter entrouvertes. La position en traits ponc tués représente la vanne ouverte..
Pour déplacer aisément la vanne, on peut créer, entre les culées de la voûte formant la vanne et les piles contre lesquelles ces culées s'appliquent, une pellicule liquide sous pres sion, qui supprime le frottement pendant la manoeuvre de la vanne. Cette pellicule se substitue ainsi aux rouleaux ou glissières habituellement employés.
Les fuites de ce liquide sous pression par les bords des surfaces d'appui peuvent être réduites par l'emploi de cannelures, ou sup primées par l'utilisation de joints étanches appropriés, constitués par des lames flexibles solidaires de la vanne et pouvant glisser sur la pile (fig. 19 et 20).
Dans le cas de joints étanches, la pres sion de la pellicule liquide peut être réalisé par un liquide de grande densité, mercure par exemple. Dans ce cas, la théorie montre que si le niveau du mercure et celui de l'eau du bief amont sont à. la même hauteur, les di mensions des surfaces sur lesquelles s'exerce la poussée du mercure peuvent être choisies de façon (lue l'équilibre des pressions soit réalisé sur toute la hauteur de la, vanne.
Lorsque la pression du liquide n'est pas obtenue par la grande densité de celui-ci et qu'on utilise par exemple de l'eau o, il de vient nécessaire de réaliser l'équilibre des poussées de l'eau du bief amont sur la vanne a, et du liquide o sur les glissières d'appui p, car les pressions de l'eau et du liquide o sous pression ne varient plus suivant la même loi le long de la hauteur de la vanne. L'équi libre peut être obtenu automatiquement dans le cas de cannehires par l'augmentation des fuites et par suite la diminution de pression à l'extrémité qui aurait tendance à se soule ver.
S'il y a des joints d'étanchéité q, ce qui est le cas des fig. 19 et 20, on divise la sur face d'appui en deux zones distinctes A et B (voir coupe verticale de la fig. 20), ali mentées chacune en liquide sous pression o et à des pressions différentes par une sou pape automatique r branchée sur une canali sation s d'amenée de liquide, laquelle est mé- nagée dans la vanne a. La tige de chaque soupape r s'appuie constamment contre la pile p et la soupape est de la sorte maintenue ouverte.
Mais cette soupape se fermera quand, sous l'effet d'une inégalité de pres sion, la vanne<I>a</I> s'écarte de la pile<I>p.</I> La pression cessera donc de croître à l'intérieur de la zone A ou B correspondante et l'écar tement de cette extrémité de la vanne s'ar rêtera.
La grande facilité de déplacement de la. vanne que procure l'usage d'une pellicule li quide sous pression, permet de rendre la ma- noeuvre de la vanne automatique, c'est-à-dire de provoquer automatiquement son déplace ment, suivant les variations du plan d'eau.
On .pourra utiliser, par exemple, la dis position de la fig. 21, qui représente, de face, 11 vanne vue du côté aval. La vanne a. est solidaire de deux flotteurs t installés dans (les bassins u qui peuvent être alimentés par le bief amont, au moyen d'un déversoir <B>ï</B> arase aint <B>,</B> au niveau<B>à</B> m enir. Quant le ni veau d'eau amont monte, les bassins u se remplissent et la vanne liée aux flotteurs se soulève. Un orifice îr règle l'écoulement de l'eau contenue dans les bassins u et permet de rendre la levée de la vanne fonction ch l'élévation du plan d'eau amont.
Dans une variante plus simple, les flot teurs t peuvent ,être fixés directement à la paroi de la, vanne baignant dans le bassin amont.
Il convient de citer encore une variante des moyens de déplacement de la vanne. Con formément à cette variante (fig. 22), la vanne a, au lieu de s'appuyer sur les pile du barrage. par l'intermédiaire de galets, de roues ou d'une pellicule sous pression, est at tachée par l'intermédiaire de chaînes .x, câ bles ou bielles, à des points fixes y des piles. sur lesquelles est ainsi reportée la poussée de l'eau. Pour lever la vanne a, il suffit de la tirer dans le sens de la flèche C, la. pous sée de l'eau la maintient parallèle à elle- même, tandis qu'elle pivote autour des point y (position en traits ponctués).
Dans une va riante, et pour que la vanne se déplace d'un mouvement de translation rectiligne, on peut combiner son mouvement de soulèvement avec des moyens pour allonger les organes de liai son x, et inversement.
Les pièces d'attache x peuvent travailler à la traction ou à la compression (,dans le cas de bielles). La vanne a peut être droite ou inclinée.
Dans la position de fermeture, on pourra faire reposer la vanne a sur un cadre d'ap pui fixe z (fig. 23 et 24), assurant l'étan chéité. Pour décoller la vanne a, on fera va rier la longueur des pièces d'attache x. Cette variation de longueur peut par exemple être obtenue en appliquant un effort très faible en xi sur les pièces d'attache x légèrement détendues en position de fermeture (fig. 24). L'effort est exercé par un levier à. contre poids z1 et le premier mouvement a pour effet (fi-. 23) de tendre les pièces x en décollant la vanne a. La levée de la vanne s'opère en suite comme précédemment.
Enfin, on peut prévoir encore que dans le cas d'une vanne à manoeuvre commandée par les moyens ordinaires, on utilise pour la ma na:uvre<B>de</B> déplacement de la vanne un réser voir d'eau formant contrepoids. Il est alors possible, par simple remplissage ou vidange du réservoir, d'obtenir l'ouverture ou la fer meture de la came.
Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, on peut lui faire subir des modi fications de détail. C'est ainsi que, dans le cas de la vanne à segments représentée fig. 13, 14, la paroi de la vanne de forme toroï- dale n'est pas forcément engendrée par un demi-cercle, mais pourrait l'être par une por tion plus petite d'un cercle de diamètre supé rieur à la largeur du pertuis. Les extrémités de la partie arquée sont dans ce cas de pré férence entretoisés par des tirants comme l'é taient celles des fig. 5 et 6.