EP0102287B1 - Dispositif siphon à débit variable - Google Patents

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EP0102287B1
EP0102287B1 EP83401624A EP83401624A EP0102287B1 EP 0102287 B1 EP0102287 B1 EP 0102287B1 EP 83401624 A EP83401624 A EP 83401624A EP 83401624 A EP83401624 A EP 83401624A EP 0102287 B1 EP0102287 B1 EP 0102287B1
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EP
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siphon
liquid
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upstream
level
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EP83401624A
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Claude Bresso
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FORLEVAMAN
Original Assignee
FORLEVAMAN
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B7/00—Barrages or weirs; Layout, construction, methods of, or devices for, making same
    • E02B7/16—Fixed weirs; Superstructures or flash-boards therefor
    • E02B7/18—Siphon weirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F10/00—Siphons

Definitions

  • the present invention relates to a siphon device with variable flow placed between a high upstream water level and a lower water level located downstream and whose downstream and upstream branches are capable of entering the water.
  • the adjustment of the flow rate consists in maintaining a desired flow rate of water, which is less than the maximum flow rate.
  • an air pocket is acted upon which normally occupies the upper intermediate part forming the base of the U and part of the downstream branch. This trapped air is gradually emulsified at the foot of the interior waterfall and is drawn downstream.
  • an air supply valve is used for the pocket, making it possible to regulate depressions in the air pocket and the force tending to close this valve is changed to pass from one water flow to another.
  • a special hydropneumatic valve with a complex structure is used.
  • This valve is controlled by means of a pilot vacuum supplied by an amplifier relay and highly variable depending on the variation of the liquid level upstream of the siphon. A variation in this pilot depression leads to a correction of the interior depression of the siphon, that is to say in the air pocket, and therefore the water flow rate of the siphon.
  • French patent No. 482 001 discloses an automatic leveling siphon device comprising a certain number of independent conduits forming independent siphon elements, placed between a plane of an upstream liquid and a plane of a downstream liquid lower level.
  • the length of a certain number of these conduits is such that, while their upper orifices are all at the same level coinciding with the level of the highest surface of the admissible water upstream, the lower orifice of the first conduit plunges below the minimum level of water in the discharge channel and those of the other conduits on the contrary usually open above the level of the water downstream.
  • the various conduits forming independent siphon elements are joined together by a single cap covering the upper orifices of the conduits.
  • This known siphon device therefore makes it possible to produce a variable flow as a function of the number of conduits or independent siphon elements, but this variation in flow is fixed once and for all.
  • the present invention aims to provide a siphon device with variable flow at will and whose operation is easy and perfectly stable.
  • the siphon device comprises a plurality of independent siphon elements in the shape of an inverted U, placed between a plane of an upstream liquid and a plane of a liquid. downstream of lower level and whose downstream and upstream branches are likely to penetrate into the liquid, characterized in that at least one of said siphon elements is movable vertically, separately, between a working position of penetration below the level of liquid upstream and a rest position above this level, so as to thus vary at will the liquid flow section of said device.
  • each siphon element is displaceable vertically by means of its own drive device, such as a hydraulic cylinder.
  • each siphon element is connected by its upper part to the end of the piston rod of a hydraulic cylinder.
  • the siphon elements are arranged at different heights to ensure a variation in the flow rate as a function of the height of the liquid level.
  • the flow sections of the different siphon elements may be different from each other.
  • the cross section of at least one siphon element varies along the longitudinal axis of this element, the flow section of the siphon element being a function of the position in height of this element.
  • the siphon device proposed by the present invention comprises a plurality of independent siphon elements 1 which are juxtaposed.
  • This siphon device is intended to allow a regulated flow of water from an upstream plane 2 to a downstream water plane 3 of lower level.
  • the two plans or water reserves are separated in the example shown by a partition wall 4.
  • Each siphon element 1 constitutes in itself a conventional siphon formed by a U-shaped tube comprising an upstream branch 5 and a downstream branch 6 respectively intended to penetrate into the water bodies 2 and 3, on both sides and d 'other of the partition 4.
  • the intermediate part 7 of the two branches 5 and 6 is located above the partition 4 and constitutes the upper part of the siphon element. It can be seen that the length of the downstream branch 6 is greater than that of the upstream branch 5.
  • each siphon element 1 is mounted vertically movable, separately, between a working position in which at least the ends of the branches penetrate below the level of the respective water reserve and a rest position above the water levels.
  • each of these is provided with a hydraulic cylinder 8 whose rod 9 is fixed to the intermediate rounded part 7 of the element 1.
  • the various hydraulic cylinders 8, which are of the double-acting type, are selectively connected to a control device 10, using pipes schematically shown in 11.
  • the flow section of the siphon elements 1 can be the same for all the elements or only for a certain number of them. We could also make this section different for each siphon element.
  • the cross section of one or some or all of the siphon elements could be constant or vary along the longitudinal axis of the element (s).
  • the cross section of the branches of a siphon element could go up or down towards the end.
  • the flow section and consequently the flow rate of this element would be different depending on the penetration depth of the siphon element in the liquid.
  • the flow rate of the siphon device can be varied by varying its effective total flow section.
  • This variation of the section is obtained by variation of the number of siphon elements 1 which are in operating mode and / or by variation of the position in height of one or more elements.
  • the siphon element (s) are moved vertically, as appropriate, using the hydraulic cylinders 8.
  • the regulation of the levels of the upstream and downstream water bodies of the siphon device is therefore obtained simply by the use at will of a more or less large number of siphon elements and / or their positioning at altitude.
  • the water level can be kept constant, for example in the upstream body of water 2, despite an increase in the amount of water in this body, by increasing the flow rate of the siphon device at will. , appropriately, i.e. by increasing the number of siphon elements which enter the water and have been primed to produce the siphon effect, and / or their position at altitude.
  • the siphon elements 1 are arranged there in the manner shown in FIG. 2, the flow rate of the siphon device increases progressively as the level of the plane 2 increases. This arrangement of the siphon elements is particularly advantageous in cases where the water reserve or the water body 2 is formed by a watercourse whose level is likely to increase following a flood.
  • siphon elements according to FIG. 2 could be designed without the addition of the jack system by having only fixed siphons with sections and positions at different altitudes, previously determined according to hydraulic calculations of the planes d water to regulate.
  • FIG. 3 shows the increase in the flow rate d of the siphon device as a function of the number of siphon elements n put into service.
  • the shape of this curve and the height of the different steps can be varied by appropriately choosing the flow sections of the different siphon elements and their depth of penetration into the water.

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif siphon à débit variable placé entre un niveau d'eau élevé amont et un niveau d'eau plus bas situé en aval et dont les branches aval et amont sont susceptibles de pénétrer dans l'eau.
  • Dans les dispositifs siphons connus de ce type et comprenant au moins un siphon en forme d'un U renversé, le réglage du débit consiste dans un maintien d'un débit d'eau désiré, qui est inférieur au débit maximum. A cette fin on agit sur une poche d'air qui normalement occupe la partie haute intermédiaire formant la base du U et une partie de la branche aval. Cet air enfermé est progressivement mis en émulsion au pied de la chute d'eau intérieure et est entraîné vers l'aval. Pour assurer le maintien d'un débit d'eau désiré, il est nécessaire de régler un débit d'air alimentant la poche au débit d'air sortant de celle-ci. A cette fin on utilise une soupape d'alimentation en air de la poche, permettant de réguler des dépressions dans la poche d'air et on modifie la force tendant à fermer cette soupape pour passer d'un débit d'eau à un autre. Pour pouvoir accomplir cette fonction, on emploie une soupape spéciale à commande hydropneumatique d'une structure complexe. Cette soupape est commandée à l'aide d'une dépression pilote délivrée par un relais amplificateur et fortement variable en fonction de la variation du niveau liquide amont du siphon. Une variation de cette dépression pilote entraîne une correction de la dépression intérieure du siphon, c'est-à-dire dans la poche d'air, et donc le débit d'eau du siphon.
  • Les dispositifs siphons connus du type qui vient d'être décrit, ont pour inconvénient de nécessiter des moyens très sophistiqués, sans pour autant assurer l'obtention d'une stabilité de fonctionnement satisfaisante. En effet, l'établissement et le maintien de la dépression nécessaire à l'intérieur du siphon sont des opérations fort délicates.
  • D'autre part, on connaît par le brevet français n° 482 001 un dispositif siphon niveleur automatique comprenant un certain nombre de conduits indépendants formant des éléments siphons indépendants, placés entre un plan d'un liquide amont et un plan d'un liquide aval de niveau plus bas. La longueur d'un certain nombre de ces conduits est telle que, tandis que leurs orifices supérieurs sont tous au même niveau coïncidant avec le niveau de la surface la plus élevée de l'eau admissible en amont, l'orifice inférieur du premier conduit plonge au-dessous du niveau minimum de l'eau dans le canal de décharge et ceux des autres conduits débouchent au contraire ordinairement au-dessus du niveau de l'eau en aval. Les différents conduits formant des éléments siphons indépendants sont solidarisés entre eux par un même chapeau coiffant les orifices supérieurs des conduits.
  • Ce dispositif siphon connu permet donc de réaliser un débit variable en fonction du nombre de conduits ou d'éléments siphons indépendants mais cette variation de débit est fixée une fois pour toute.
  • La présente invention a pour objet de proposer un dispositif siphon à débit variable à volonté et dont le fonctionnement est facile et parfaitement stable.
  • Pour atteindre ce but, le dispositif formant siphon selon la présente invention, à débit variable à volonté, comprend une pluralité d'éléments siphons indépendants en forme de U renversé, placés entre un plan d'un liquide amont et un plan d'un liquide aval de niveau plus bas et dont les branches aval et amont sont susceptibles de pénétrer dans le liquide, caractérisé en ce qu'au moins un desdits éléments siphons est mobile verticalement, séparément, entre une position de travail de pénétration en dessous du niveau de liquide amont et une position de repos au-dessus de ce niveau, de façon à faire varier ainsi à volonté la section d'écoulement de liquide dudit dispositif.
  • Suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, chaque élément siphon est déplaçable verticalement à l'aide d'un propre dispositif d'entraînement, tel qu'un vérin hydraulique. De préférence, chaque élément siphon est relié par sa partie haute à l'extrémité de la tige de piston d'un vérin hydraulique.
  • D'autre part, selon un mode de réalisation particulier, les éléments siphons sont disposés à des hauteurs différentes pour assurer une variation du débit en fonction de la hauteur du niveau de liquide. De même, selon une autre caractéristique avantageuse, les sections d'écoulement des différents éléments siphons peuvent être différentes les unes des autres.
  • Selon encore une autre caractéristique avantageuse, la section transversale d'au moins un élément siphon varie le long de l'axe longitudinal de cet élément, la section d'écoulement de l'élément siphon étant fonction de la position en hauteur de cet élément.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif siphon selon la présente invention ;
    • la figure 2 est une vue de ce dispositif en direction de la flèche Il suivant la figure 1, mais à l'état d'un débit plus faible ; et
    • la figure 3 illustre sous forme d'une courbe la variation du débit du dispositif siphon en fonction notamment du nombre des éléments siphons en service.
  • Suivant les figures 1 et 2, le dispositif siphon proposé par la présente invention comprend une pluralité d'éléments siphons 1 indépendants qui sont juxtaposés. Ce dispositif siphon est destiné à permettre un écoulement régulé d'eau d'un plan amont 2 vers un plan d'eau aval 3 de niveau plus bas. Les deux plans ou réserves d'eau sont séparés dans l'exemple représenté par une cloison de séparation 4.
  • Chaque élément siphon 1 constitue en lui- même un siphon classique formé par un tube en forme d'un U comprenant une branche amont 5 et une branche aval 6 respectivement destinées à pénétrer dans les plans d'eau 2 et 3, de part et d'autre de la cloison de séparation 4. La partie intermédiaire 7 des deux branches 5 et 6 est située au-dessus de la cloison 4 et constitue la partie haute de l'élément siphon. On constate que la longueur de la branche aval 6 est supérieure à celle de la branche amont 5.
  • Suivant la présente invention, chaque élément siphon 1 est monté verticalement mobile, séparément, entre une position de travail dans laquelle au moins les extrémités des branches pénètrent en dessous du niveau de la réserve d'eau respective et une position de repos au-dessus des niveaux d'eau.
  • Pour assurer le déplacement vertical individuel ou sélectif des éléments siphons 1, chacun de ceux-ci est pourvu d'un vérin hydraulique 8 dont la tige 9 est fixée à la partie arrondie intermédiaire 7 de l'élément 1. Les différents vérins hydrauliques 8, qui sont du type à double effet, sont reliés sélectivement à un dispositif de commande 10, à l'aide de conduites schématiquement représentées en 11.
  • La section d'écoulement des éléments siphons 1 peut être la même pour tous les éléments ou seulement pour un certain nombre de ceux-ci. On pourrait également faire en sorte que cette section soit différente pour chaque élément siphon.
  • D'autre part, la section transversale d'un ou de certains ou de tous les éléments siphons pourrait être constante ou varier le long de l'axe longitudinal du ou des éléments. Ainsi la section transversale des branches d'un élément siphon pourrait aller en augmentant ou en diminuant vers l'extrémité. Ainsi, la section d'écoulement et en conséquence le débit de cet élément seraient différents en fonction de la profondeur de pénétration de l'élément siphon dans le liquide.
  • Le dispositif siphon suivant la présente invention qui vient d'être décrit, fonctionne de la façon suivante :
    • Chaque élément siphon 1 est susceptible de fonctionner comme les siphons connus, c'est-à-dire assure l'écoulement de liquide, tel que de l'eau, de la réserve 2 vers la réserve 3, à un débit prédéterminé, lorsque les branches sont enfoncées dans l'eau. Le débit est fonction des dimensions de section transversale de l'élément siphon.
  • Suivant la présente invention, on peut faire varier le débit du dispositif siphon en faisant varier sa section d'écoulement total effective. Cette variation de la section s'obtient par variation du nombre des éléments siphons 1 qui sont en régime de fonctionnement et/ou par variation de la position en hauteur d'un ou de plusieurs éléments. Dans les deux cas, on déplace verticalement, de façon appropriée, le ou les éléments siphons, à l'aide des vérins hydrauliques 8.
  • Selon la présente invention, la régulation des niveaux des plans d'eau amont et en aval du dispositif siphon s'obtient donc simplement par la mise en oeuvre à volonté d'un nombre plus ou moins important d'éléments siphons et/ou de leur positionnement en altitude.
  • On comprend aisément que suivant la présente invention on peut maintenir constant le niveau d'eau par exemple du plan d'eau amont 2, malgré une augmentation de la quantité de l'eau de ce plan, en augmentant le débit du dispositif siphon à volonté, de façon appropriée, c'est-à-dire en augmentant le nombre d'éléments siphons qui pénètrent dans l'eau et ont été amorcés pour produire l'effet siphon, et/ou de leur position en altitude. Par contre, lorsque les éléments siphons 1 sont agencés de là manière représentée à la figure 2, le débit du dispositif siphon augmente progressivement en fonction de la montée du niveau du plan 2. Cette disposition des éléments siphons est notamment avantageuse dans des cas où la réserve d'eau ou le plan d'eau 2 est formé par un cours d'eau dont le niveau est susceptible d'augmenter à la suite d'une crue.
  • Il est à noter qu'un agencement d'éléments siphons suivant la figure 2 pourrait être conçu sans l'adjonction du système de vérins en ayant seulement des siphons fixes à sections et positions en altitudes différentes, préalablement déterminées suivant des calculs hydrauliques des plans d'eau à réguler.
  • La description du fonctionnement du dispositif siphon suivant la présente invention est clairement illustrée par la figure 3 qui montre l'augmentation du débit d du dispositif siphon en fonction du nombre des éléments siphons n mis en service. Bien entendu, on peut faire varier la forme de cette courbe et la hauteur des différents gradins en choisissant de façon appropriée les sections d'écoulement des différents éléments siphons et leur profondeur de pénétration dans l'eau.

Claims (6)

1. Dispositif siphon à débit variable, comprenant une pluralité d'éléments siphons (1) indépendants en forme de U renversé, placés entre un plan d'un liquide amont (2) et un plan d'un liquide aval (3) de niveau plus bas et dont les branches aval et amont (6 et 5) sont susceptibles de pénétrer dans le liquide, caractérisé en ce qu'au moins un desdits éléments siphons (1) est mobile verticalement, séparément, entre une position de travail de pénétration en dessous du niveau de liquide amont (2) et une position de repos au-dessus de ce niveau, de façon à faire varier ainsi la section d'écoulement de liquide dudit dispositif.
2. Dispositif siphon selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément siphon (1) précité est déplaçable verticalement à l'aide d'un dispositif propre d'entraînement, tel qu'un vérin hydraulique (8).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque élément siphon (1) précité est relié par sa partie haute (7) à l'extrémité de la tige de piston (9) d'un vérin hydraulique (8).
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments siphons (1) précités sont disposés à des hauteurs différentes pour assurer une variation du débit en fonction de la hauteur du niveau de liquide.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sections d'écoulement des différents éléments siphons précités peuvent être différentes les unes des autres.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section transversale d'au moins un élément siphon précité varie le long de l'axe longitudinal de cet élément, la section d'écoulement de l'élément siphon étant fonction de la position en hauteur de cet élément.
EP83401624A 1982-08-05 1983-08-05 Dispositif siphon à débit variable Expired EP0102287B1 (fr)

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EP0102287A1 EP0102287A1 (fr) 1984-03-07
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DE3363069D1 (en) 1986-05-22
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