Vanne autonome à moteur-couple hydraulique La présente invention se rapporte à une vanne autonome à moteur-couple hydraulique, notamment pour prises d'eau automatiques, désableurs, dégra- veurs ou autres ouvrages hydrauliques.
Cette vanne est caractérisée en ce qu'elle com prend en regard d'un cadre de pertuis cylindrique à axe horizontal un équipage basculant composé d'un levier rotatif autour dudit axe, avec le tablier de la vanne à une extrémité et un organe de ma noeuvre à l'extrémité opposée, cet organe compor tant un auget équipé d'un siphon de vidange adapté à s'amorcer dans la position active abaissée de l'auget.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de la vanne faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique en coupe longitudinale de la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en plan correspondante. La fig. 3 est une vue schématique du cadre de pertuis vu d'aval.
La fig. 4 est une vue de détail en coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 3.
La fig. 5 est une vue de détail en coupe suivant la ligne V-V de la fig. 3.
La fig. 6 est une vue de détail du seuil, en coupe suivant la ligne VI-VI de la fig. 3.
Les fig. 7 à 10 sont des vues schématiques mon trant quatre phases successives du fonctionnement. La fi-. 11 est une vue schématique, similaire à la fig. 1 de la deuxième forme d'exécution. La fig. 12 est une vue de détail à plus grande échelle et en coupe. La fig. 13 est une vue de détail à plus petite échelle de l'auget avec son siphon. Les fig. 14 à 20 montrent des phases successi ves du fonctionnement progressif.
La vanne représentée aux figures 1 à 10, mon tée en regard d'un pertuis ménagé entre un radier 1 et un masque 2 est une vanne secteur compre nant un tablier cylindrique 3, au bout des bras 4 d'une paire de leviers solidaires d'un axe d'articula tion 5 qui est monté à rotation dans des paliers ou chaises 6. Un moteur-couple hydraulique est cons titué par un auget 7 monté en bout des bras plus courts 4' desdits leviers.
Un siphon 8 partant d'un point bas de l'auget (celui-ci étant dans la position relevée visible sur la fig. 8) comporte un coude situé sensiblement à la hauteur du bord inférieur 9 de l'orifice de l'auget et une branche descendante ter minée par un bec verseur 10 dont l'ouverture peut éventuellement être réglable. Un trou de fuite 10' de section réduite peut être ménagé en outre au départ du siphon ou en un autre point bas de l'auget.
Le tablier cylindrique 3 coopère avec un cadre fixe bordant l'entrée du pertuis (fig. 3) composé de deux montants cintrés 11 et 12 partant d'un seuil 13 et aboutissant à une traverse supérieure 14. La tra verse supérieure (fig. 4) de ce cadre fixe comprend une cornière 15 sur la face verticale de laquelle est fixée par soudure par exemple une barre porte- joint 16 de section en trapèze rectangle, sur la face oblique 17 de laquelle est appliquée, au moyen d'un serre-joint 18, un joint de caoutchouc plat 19 avec une lèvre 20 que la pression hydrostatique tend à appliquer contre le tablier 3.
L'aile horizontale 22 de la cornière 15 porte un déflecteur 23 constitué par une plaque dont le bord antérieur 24, se place à une faible distance, de l'ordre de quelques milli mètres par exemple du tablier 3.
Les montants gauche et droit 11, 12 du cadre fixe (fig. 5) sont formés par des profilés en U 25 - 26, convenablement cintrés, portant sur leur face aval en regard du tablier 3 des joints de caout chouc plat 27 - 28 montés avec des presse-joints respectifs 29 - 30 d'une manière exactement con forme au joint 19 d'étanchéité frontale. Des tôles déflectrices 31 - 32 de forme profilant le pertuis, fixées sur les faces intérieures des profilés 25 - 26 avancent ici encore à proximité du tablier.
L'identité de constitution des étanchéités laté rales et frontales permet de supprimer les fuites aux angles supérieurs du pertuis, en y facilitant les rac cords. On peut même, si on le désire, réaliser en une seule pièce les joints des trois côtés.
Le seuil du cadre fixe (fi-. 6) est constitué par un profilé 35 en H dont le canal supérieur com porte une garniture de caoutchouc 36 maintenue entre un porte-joint profilé 37 et un presse-joint 38.
Cette, garniture de caoutchouc peut être rem placée par une garniture métallique souple.
La vanne ainsi constituée est équipée enfin d'un accessoire de commande susceptible de déverser dans l'auget une certaine quantité d'eau chaque fois qu'il est nécessaire d'obtenir le fonctionnement de la vanne. Cet accessoire que l'on n'a pas représenté peut être d'un type quelconque, connu en soi vanne électromagnétique, discriminateur d'engrave- ment, collecteur de déversement, etc...
L'ensemble constitué par le tablier 3, le levier 4 - 4' et l'auget 7 est établi de manière à avoir, à vide, un couple naturel prépondérant dans le sens de la fermeture et suffisant pour assurer la ferme ture à l'encontre de l'ensemble des couples de frot tement. La vanne étant donc libre, elle fermera (fig. 1).
Lorsque l'auget est rempli d'eau jusqu'au cen tre (fi-. 7) le couple d'ouverture ainsi obtenu dit couple-moteur ou couple d'auget devient supé rieur à la somme du couple de déséquilibre à vide ou de prépondérance à la fermeture et à l'en semble des couples de frottement qui comprennent le frottement mécanique sur les paliers, le frotte ment des joints d'étanchéité correspondant à l'adhé rence des joints sous la presse hydrostatique, ainsi que le frottement des matériaux solides contre le tablier en cas d'engravement du pertuis. Le couple de frottement des étanchéités est en général le plus important.
Au moment désiré de fonctionnement de la vanne on procède au remplissage de l'auget par l'ac cessoire de commande non représenté jusqu'au mo- ment où le couple d'auget devient prépondérant et où la vanne décolle et s'ouvre (fig. 7).
L e réglage de position du siphon est tel que l'auget étant basculé le siphon s'amorce et com mence de vidanger le contenu de l'auget (fig. 8).
La vanne étant ouverte et le siphon amorcé, la durée de chasse, c'est-à-dire d'ouverture de la vanne, est déterminée par le temps que met le siphon pour vidanger l'eau en excédent pour éta blir l'équilibre des deux organes de la vanne : l'ob turateur d'une part, et le moteur couple d'autre part. La quantité d'eau correspondant à l'excédent de couple étant évacuée et le siphon étant amorcé, c'est l'eau équilibrant le couple de prépondérance qui s'évacue. Le couple de prépondérance à la fer meture n'étant plus équilibré, la vanne se ferme (fi-. 9). La vanne étant fermée (fi-. 10), le siphon continue d'évacuer l'eau de l'auget et la vanne se serre sur le seuil jusqu'au désamorçage du siphon.
On voit que la vanne ainsi constituée ne com porte aucun organe mobile auxiliaire, aucune arti culation, pas de poulie, levier, câble, flotteur, ren voi, ce qui réduit les frottements parasites au mini mum. Seuls les deux paliers de la vanne sont à graisser. Tous les organes sont statiques et réglés une fois pour toutes sans possibilités de déréglage.
La continuité de l'étanchéité sur trois côtés limite les risques de fuites aux angles de part et d'autre du' seuil.
Les déflecteurs 24, 31, 32 protègent les étan chéités contre les impacts de solides. Les garnitures ont une durée beaucoup plus grande que dans les vannes secteur ordinaires, étant constamment, soit immergées, soit en milieu humide et protégées de la lumière.
Il y a lieu de noter par ailleurs que le joint (frontal et latéral) peut se démonter entièrement de plein pied et sans avoir à lever la vanne, les ouvra ges amont étant vides bien entendu.
La vanne est d'une complète autonomie, toute l'énergie de manaeuvre est prélevée sur place sans aucune nécessité d'adduction de force motrice ex térieure.
La vanne: est très économique: si on la compare à une vanne classique à commande hydraulique par flotteur obturant un pertuis de mêmes dimensions, l'économie sur la vanne proprement dite, en poids et donc en prix, comme sur les ouvrages de Génie civil associés, est de l'ordre du quart du coût de la solution classique.
La vanne décrite permet en outre, dans la réa lisation de bassins de dégravement ou de décanta tion, de s'affranchir de toute sujétion de profondeur des bassins pour réaliser des dégraveurs avec forte pente de radier, donc évacuation rapide des maté riaux, ou avec murs plongeants , ouvrages desti nés à interdire en cas d'incident l'entrée des maté riaux dans les ouvrages d'adduction aval, et dont la construction nécessite une profondeur suffisante des bassins.
Dans ce cas, le remplacement par la vanne décrite, des vannes de surface obturant toute la hauteur du bassin et commandées par flotteur permet une économie particulièrement importante cette économie atteint par exemple, pour l'ensemble vanne proprement dite et Génie civil de la chambre de vanne, les trois quarts du coût de la solution classique pour un bassin de 3 mètres de profon deur à l'aplomb de la vanne.
Ce type de vanne présente cependant l'inconvé nient d'être d'un fonctionnement brutal, ce qui rend difficile son utilisation, sans complications en général prohibitives, (amortisseurs) pour des dimen sions supérieures à 0,7 X 0,40 mètre par exemple. On peut noter en outre que le temps de chasse est relativement court (de l'ordre d'une à deux minu tes) et fonction des dimensions des joints et de la hauteur hydrostatique, un réglage étant toutefois possible en faisant varier la largeur des joints et en modifiant l'ouverture du bec de siphon.
Ces inconvénients sont évités dans la forme de réalisation représentée aux fig. 11 à 20.
L'organe de manoeuvre comporte ici encore un auget mobile à siphon 50 monté sur un levier 4 - 4' en opposition avec le tablier 3, mais cet auget est adapté à s'emboîter, en position relevée, sur un ré servoir fixe 51 suspendu au moyen de bras 52 par exemple à un prolongement 53 de la maçonnerie ou de la charpente de l'ouvrage au-dessus de l'organe de manoeuvre. Celui-ci comporte dans sa partie basse une bonde à clapet dont la bonde 54 est fixée sur le réservoir et dont le clapet 55 est sur l'auget. Comme le montre la fig. 13, un siphon 56 part, ici encore, d'un point bas de l'auget relevé, et l'on re trouve ici encore un trou de fuite 57 en ce point bas.
Le réservoir 51 s'emboîte avec un certain jeu à l'intérieur de l'auget 50 et le clapet 55 se ferme et se serre sur la bonde 54 lorsque la vanne se ferme et se serre sur le seuil du pertuis.
Les accessoires de commande sont destinés ici à permettre au moment opportun le remplissage du réservoir d'une part, et de l'auget d'autre part.
Comme dans le cas précédent, un accessoire de commande de type quelconque, dont le choix sort du cadre de l'invention, aura ici encore pour rôle d'apporter à l'organe de manoeuvre une certaine quantité d'eau nécessaire pour son fonctionnement. Ainsi qu'on le verra plus en détail ci-après, l'acces soire de commande pourra être appelé à introduire l'eau nécessaire pour le fonctionnement soit dans le réservoir, soit dans l'auget selon le mode de fonc tionnement désiré.
Comme dans le cas précédent, l'auget étant vide, le couple résultant de l'ensemble mobile tablier-axe-auget, dit couple de prépondérance natu rel est suffisant en toutes circonstances pour assu rer la fermeture de la vanne, donc supérieur à l'en semble des divers couples de frottement.
Le couple d'auget ou couple-moteur, qui doit permettre l'ouverture de la vanne et dont la dispa- rition entraîne la fermeture de celle-ci, résulte ici de la poussée hydrostatique sur l'auget de l'eau introduite dans l'espace limité intérieurement par le réservoir. Cette poussée est variable suivant la posi tion de l'auget par rapport au réservoir et la quan tité d'eau existant dans l'auget.
Divers modes d'alimentation par les accessoires de commande du réservoir, d'une part, et de l'auget, d'autre part, permettent d'obtenir plusieurs modes de fonctionnement.
Ainsi, un fonctionnement à réponse rapide est obtenu lorsque le réservoir est maintenu plein en permanence, l'accessoire de commande alimentant directement l'auget.
Une réponse différée est obtenue lorsque le ré servoir étant normalement vide, l'accessoire de com mande alimente successivement le réservoir d'abord, l'auget ensuite.
Un temps d'ouverture allongé est obtenu lors que le réservoir étant normalement vide, l'accessoire de commande alimente directement l'auget.
On va décrire ci-après plus en détail, à titre d'exemple, en référence aux fig. 14 à 20 le fonc tionnement à réponse rapide.
En temps normal (fig. 14), vanne fermée, le réservoir 51 est maintenu plein par l'accessoire de commande (non représenté), par exemple par une alimentation permanente à faible débit, le trop plein étant écoulé à l'extérieur de l'auget par un bec dé versoir (non représenté) et récupéré dans les ouvra ges d'adduction. La quantité d'eau disponible en permanence dans le réservoir constitue une énergie de manoeuvre stockée, suffisante pour effectuer l'intégralité du cycle.
L'auget 50 est vide, soit qu'il ait été vidangé auparavant par le siphon, soit que le trou 57 percé au point bas (fig. 13) ait éliminé l'eau qui peut y stagner. La bonde à clapet est fermée.
Au moment choisi pour l'ouverture de la vanne, soit que ce fonctionnement soit volontaire et com mandé, soit qu'il soit déclenché par un appareil asservi, on provoque le remplissage de l'auget (fig. 15). Ce remplissage est extrêmement rapide, du fait du faible volume disponible entre réservoir et auget ; lorsque l'eau atteint un certain niveau, le couple créé par la pression hydrostatique devient supérieur à la somme des couples résistants (pré pondérance naturelle plus frottement) et la vanne amorce un mouvement d'ouverture.
Ce mouvement déclenche (fig. 16) un abaisse ment du niveau hydrostatique dans l'auget, donc une diminution rapide du couple-moteur, en même temps que le couple de frottement prépondérant aux joints d'étanchéité diminue aussi mais plus len tement. Un équilibre tend donc à s'établir, mais la bonde s'étant également ouverte, tend au contraire à augmenter le couple-moteur en alimentant l'au- get: le couple-moteur redevient prépondérant et le mouvement se poursuit.
L'augmentation progressive de l'ouverture de la bonde assurant le maintien de la prépondérance du couple-moteur la manoeuvre se poursuit progressivement jusqu'à complète ouver ture de la vanne (fig. 17).
La vanne étant complètement ouverte, le siphon s'amorce et tend à vidanger l'auget. Le niveau est maintenu cependant dans ce dernier à la valeur né cessaire pour le maintien de l'ouverture pendant un certain temps par le débit de la bonde du réservoir fixe.
Le temps de maintien de l'ouverture est déter miné, par conséquent par les facteurs suivants - la capacité du réservoir fixe ; - le diamètre de la bonde ; - le diamètre du bec de siphon. Le contenu du réservoir étant épuisé, la vidange de l'auget se poursuivant par le siphon, ainsi que par le trou de fuite 57, le couple-moteur décroît régu lièrement et devient à un instant donné inférieur au couple de prépondérance. La vanne amorce dès lors un mouvement de fermeture qui s'accélère jusqu'au moment où l'eau résiduelle de l'auget entre en con tact avec le fond du réservoir (fia. 18).
A cet instant, la pression hydrostatique remonte du fait du refoulement latéral de l'eau dans l'espace confiné entre le réservoir et l'auget ; il en résulte un freinage ralentissant la fermeture. Ce ralentissement est toutefois contrebalancé par le débit du siphon et par le refoulement de l'eau à travers la bonde à l'intérieur du réservoir, ces deux effets tendant constamment à alléger l'auget. Le mouvement de fermeture se poursuit ainsi progressivement (fig. 19).
Le mouvement se termine par une phase de ser rage du talon du tablier sur le seuil (fig. 20) : la vanne étant fermée, le siphon continue à débiter, donc à alléger l'auget et à donner au couple de pré pondérance son plein effet assurant le serrage sur le seuil du pertuis.
Il est clair d'après la description qui précède que si, au lieu d'être maintenu constamment plein, le réservoir fixe est normalement vide et que l'ac cessoire de commande alimente successivement ce réservoir d'abord et l'auget ensuite, on obtiendra une ouverture différée de toute la durée de remplis sage préalable du réservoir. Dans une telle applica tion l'accessoire de commande pourra ne compor ter qu'une tubulure unique d'alimentation du réser voir, le bec déversoir (non représenté) de celui-ci étant adapté à déverser le trop-plein non plus à l'extérieur mais à l'intérieur de l'auget.
Lorsque l'accessoire de commande alimente au contraire l'auget et non pas le réservoir fixe, celui-ci étant encore normalement vide, il est facile de voir que c'est un allongement du temps d'ouverture que l'on atteint: une faible quantité d'eau suffit comme dans le premier cas à remplir l'espace entre réser voir et auget, ce qui décolle la vanne du seuil ; ce mouvement entraîne la baisse du niveau hydrostati que dans l'auget, baisse qui se trouve accentuée par l'ouverture de la bonde qui permet à l'eau de s'écouler de l'auget vers l'intérieur du réservoir. Le couple-moteur tombe à une valeur très faible inter rompant presque le mouvement ;
l'alimentation en eau de l'espace entre réservoir et auget se poursui vant, le mouvement reprend progressivement au fur et à mesure de la montée du niveau hydrostatique entre réservoir et auget, la fin de l'ouverture de la vanne se produisant à la même vitesse que dans les cas précédents.
Outre les avantages de la vanne tout-ou-rien décrite en premier lieu, cette forme de réalisation offre non seulement les avantages inhérents au caractère progressif de son fonctionnement, mais encore celui d'une grande souplesse dans le réglage des temps d'ouverture, de chasse et de fermeture.
On peut indiquer pour fixer les idées que pour une vanne de 1 m X 0,80 m à moteur-couple de 250 mkg avec un débit d'alimentation de 21/s, le temps normal d'ouverture de la vanne depuis la mise en remplissage de l'auget jusqu'à l'ouverture totale, est de l'ordre de la minute : le décollage se produisant par exemple 20 à 30 secondes après le top de remplissage et 60 à 75 secondes s'écoulant entre le décollage et l'ouverture totale. La quantité d'eau nécessaire à la manoeuvre complète pour une chasse de dix minutes est de l'ordre de 250 litres.
Dans le cas du fonctionnement en réponse ra pide, en cas de blocage du mouvement de ferme ture sur un obstacle (cailloux, bois, etc...) la vanne refait automatiquement un cycle complet et se re ferme. En effet, en cas de fermeture incomplète le clapet ne se referme pas sur la bonde du réservoir fixe et l'alimentation du réservoir fixe se poursuivant ou recommençant, l'auget se remplit à nouveau jus qu'au niveau nécessaire au décollage. Le cycle se trouvant alors amorcé, se poursuit jusqu'à referme- ture complète.