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(11) | EP 0 083 800 B1 |
| (12) | FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
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Vanne de maintien automatique d'un niveau avec une faible consommation d'énergie Wehr zur automatischen Aufrechterhaltung eines Wasserspiegels mit geringem Energieverbrauch Barrage for the automatic maintenance of a water level with little energy consumption |
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| Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen). |
[0001] La présente invention est relative à une vanne de maintien selon le préambule de la revendication 1 et connu par le document FR-A-1 080 677. Cette vanne connue présente notamment l'inconvénient de ne pas permettre le maintien du niveau de l'eau dans le bassin aval lorsque l'appel d'eau en aval de ce bassin varie et lorsque le maintien du niveau de l'eau dans ce bassin aval est plus utile que le maintien du niveau de l'eau dans le bassin amont.
[0002] L'invention a pour but de réaliser une vanne de maintien automatique de niveau permettant de passer facilement du réglage du niveau amont au réglage du niveau aval et d'ajuster la valeur de consigne, le tout soit manuellement, soit par une commande à distance, par transmission d'un signal de faible puissance au moyen par exemple d'une ligne téléphonique.
[0005] Chacun desdits caissons présente une section horizontale sensiblement constante sur toute sa hauteur utile et le centre de gravité de l'ensemble fixé à la charpente est placé sensiblement à l'altitude dudit axe de rotation pour que le couple de rotation appliqué à la charpente soit commandé seulement par la différence entre les niveaux de l'eau dans le caisson régulateur et dans le bassin à niveau prédéterminé.
[0006] Les moyens de réglage comprennent une source de gaz comprimé à débit limité munie d'une canalisation dont l'extrémité ouverte est plongée dans le bassin amont à une altitude commandée par lesdits moyens de réglage, un robinet de commutation pour relier cette source à l'ouverture haute du caisson régulateur, et un organe commutable pour relier l'ouverture basse du caisson aval au bassin amont ou au bassin aval selon que ce caisson est régulateur ou non, l'ouverture basse du caisson amont débouchant dans le bassin amont même lorsqu'il est non régulateur.
[0007] Lesdits moyens de réglage comprennent un déversoir d'eau à altitude réglable, des moyens de remplissage de ce déversoir à débit limité, et des moyens pour relier l'ouverture basse du caisson régulateur à ces moyens de remplissage, l'ouverture haute de ce caisson étant ouverte sur l'atmosphère.
[0008] Les moyens de remplissage du déversoir comprennent une canalisation débouchant dans le bassin amont, ce déversoir déversant dans le bassin aval.
[0009] Les moyens de remplissage du déversoir comprennent un bassin auxiliaire alimenté en eau propre.
[0010] L'ouverture basse du caisson non régulateur communique avec le bassin dont le niveau n'est pas réglé par un circuit équivalent, quant aux pertes de charge, à une ouverture d'aire comprise entre 2 et 0,02 % de celle de la surface libre de l'eau dans ce caisson, l'ouverture haute de ce caisson laissant un passage pratiquement libre à l'air entre l'intérieur de ce caisson et l'air, de manière à réaliser un asservissement temporaire et partiel du niveau du bassin non régulateur notamment lors des communications entre réglage amont et réglage aval.
[0011] L'invention sera mieux comprise à la description donnée ci-après des divers modes de réalisation précités de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel,
la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'une vanne selon l'invention,
la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'une autre vanne selon l'invention,
la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale d'une troisième vanne selon l'invention, avec déversoir,
la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale d'une quatrième vanne selon l'invention avec caisson alimenté par un bassin auxiliaire.
[0012] Dans la figure 1, la référence 1 représente le niveau d'un bassin amont et la référence 2 le niveau d'un bassin aval constituant par exemple deux biefs successifs d'un canal d'irrigation.
[0013] La vanne automatique représentée est destinée à maintenir à une valeur constante le niveau amont ou aval. Elle comprend un tablier 3 mobile autour d'un axe de rotation 4. Le tablier est assujetti à l'axe de rotation au moyen d'une charpente 5 et commande la section de passage de l'eau au-dessus d'un seuil bétonné 27.
[0014] Un caisson amont 7A solidaire du tablier est partiellement immergé dans le bassin amont et un caisson aval 7B solidaire de la charpente est partiellement immergé dans le bassin aval.
[0015] La paroi inférieure 8A du caisson 7A porte une ouverture « basse » 9 permettant le remplissage partiel du caisson. La référence 10 désigne une grille pour éviter l'introduction de déchets dans le caisson.
[0016] Un remplissage partiel du caisson aval 7B est obtenu par un robinet de commutation 15 qui relie ledit caisson soit au bassin amont par l'intermédiaire de la canalisation 13, soit au bassin aval.
[0017] Les deux caissons sont reliés à une source d'air comprimé à débit limité 20 par des canalisations 22, 23A et 23B et par des vannes de commutation 28A et 28B qui relient soit le caisson amont, soit le caisson aval à la canalisation 22, l'autre caisson étant alors relié à l'atmosphère. Les robinets 28A, 28B et 15 sont commandés simultanément. Le gaz s'échappe bulle à bulle par une canalisation 24, communicant avec la canalisation 22, et dont l'extrémité 25 est plongée dans le bassin amont, à une distance d du niveau 1 de ce bassin.
[0018] Pour régler le niveau amont, (cas de la figure), on met le caisson 7A, qui devient le caisson régulateur, en communication avec la source de gaz ; l'autre caisson 7B est passif et joue le rôle d'amortisseur, il est mis à la pression atmosphérique et le robinet de commutation 15 le relie au bassin aval. Si on veut régler le niveau aval, on met le caisson 7B, qui devient caisson régulateur, en liaison avec la source de gaz et, par l'intermédiaire de l'organe 15, en liaison avec le bassin amont. Le caisson 7A est mis à l'atmosphère et devient caisson amortisseur.
[0019] Il résulte du montage que la valeur de la pression dans les canalisations et à l'intérieur du caisson choisi comme caisson régulateur est constante et égale à d exprimé en mètres d'eau. La position du plan d'eau à l'intérieur du caisson réglant est donc à l'altitude de l'extrémité 25, quel que soit le niveau dans le bassin amont.
[0020] Les parois amont et aval des caissons, de même que le tablier, sont des parties de surfaces de révolution autour de l'axe de rotation, de manière que les poussées hydrostatiques sur des parois n'induisent pas de couple de rotation. Seules les parois inférieures 8A et 8B des caissons appliquent à la charpente mobile une poussée proportionnelle à la différence entre les hauteurs d'eau à l'intérieur et à l'extérieur du caisson considéré.
[0021] La charpente de la vanne est étudiée pour que le centre de gravité 12 de l'ensemble mobile se trouve, pour une position moyenne de la vanne, du côté amont par rapport à l'axe de rotation 4 et au voisinage du plan horizontal passant par l'axe de rotation.
[0022] Le couple mécanique dû au poids de cet ensemble mobile est équilibré soit par la poussée hydrostatique sur le caisson 7A lorsque ce caisson amont est régulateur, soit par le supplément de poids de l'eau dans le caisson 7B, lorsque ce caisson aval est régulateur, ces efforts étant proportionnels à l'écart entre le niveau amont et le niveau aval et le niveau dans le caisson 7B, en réglage aval. Rappelons que le niveau dans le caisson qui n'est pas régulateur est égal au niveau du bassin dans lequel il est partiellement immergé, grâce à la commande simultanée des robinets 28A, 28B et 15. Il n'en diffère que pendant les régimes transitoires rapides, en raison du caractère limité du débit d'eau pouvant pénétrer dans ou sortir des caissons sous une pression donnée. Cette limitation de débit améliore la stabilité du fonctionnement du système bassin amont-vanne-bassin aval dans le cas ou ces bassins sont des biefs de canaux, et donc la qualité de la régulation. Il convient pour cela, dans le cas où ce débit passe par une simple ouverture à travers une tôle, que l'aire de cette ouverture ait une valeur convenable par rapport à celle de la surface libre de l'eau dans le caisson. Cette valeur dépend de la nature des biefs amont et aval du canal d'irrigation. Elle est généralement comprise entre les limites précédemment indiquées. Dans le cas ou l'eau parcourt un circuit il faut considérer l'aire d'une ouverture qui serait équivalente à ce circuit quant aux pertes de charge.
[0023] La constance de la position du niveau dans le caisson choisi comme caisson réglant entraîne le maintien à un niveau constant du bassin correspondant : en effet en prenant l'exemple de réglage du niveau amont, si le niveau du bassin amont à tendance à s'élever, le niveau 11A de l'eau dans le caisson 7A restant fixe, la poussée hydrostatique sur le caisson augmente et la vanne ouvre complètement le passage entre le tablier et le seuil 27 s'appuyant sur le fond car, en raison de la position du centre de gravité de la vanne, le couple mécanique qui lui est appliqué par son poids et la poussée hydrostatique est sensiblement constant quelle que soit la position angulaire.
[0024] La rotation inverse de la vanne se produit en cas de baisse du niveau du bassin amont. On obtient ainsi une régulation rapide et précise.
[0025] Le réglage du niveau dans le bassin choisi peut s'effectuer simplement par un déplacement vertical du tuyau 24. Un soulèvement du tuyau augmentera la valeur de consigne du niveau ; un enfoncement diminuera la valeur de cette consigne. Le mouvement vertical du tuyau 24 peut être réalisé manuellement, ou à distance au moyen d'un moteur télécommandé.
[0026] Par exemple, comme représenté dans la figure 1, la canalisation 24 peut être maintenue par une chaîne 50, fixée par un maillon ou par un autre selon la distance choisie, à un crochet fixe (réglage manuel). En variante, comme représenté dans la figure 2, la canalisation 24 peut être fixée par un câble 42 enroulé sur un treuil 40 mu par un moteur 41 commandé à distance et alimenté par une source d'énergie autonome telle qu'unë'piie solaire (réglage télécommandé).
[0027] La pression de gaz peut être fournie par une bouteille d'air comprimé que l'on change de temps en temps, ou par un compresseur actionné par une source d'énergie indépendante, telle une pile solaire, ou par la différence de pression de l'eau entre bassins amont et aval.
[0028] De même, les robinets de commutation 15, 28A, 28B peuvent être commandés à distance, permettant le choix du bassin dont on souhaite maintenir le niveau constant. Les débits d'air commandés par ces robinets étant très faibles, ceux-ci sont de petites dimensions et peuvent être commandés par une puissance très faible qui sera en général inférieure à 10W.
[0029] La figure 2 est une variante de réalisation du dispositif de la figure 1, présentant une tuyauterie et une robinetterie simplifiées.
[0031] Les robinets 28A, 28B ont été remplacés par un robinet unique 80, qui est manoeuvré en même temps que le robinet de commutation 15.
[0032] Une rotation simultanée d'un quart de tour des robinets 80 et 15 permet de passer au maintien constant du niveau du bassin amont (cas de la figure) au maintien constant du niveau du bassin aval.
[0033] La figure 3 représente une variante de réalisation d'une vanne automatique, pour maintien à un niveau constant du bassin amont ou aval. Les éléments communs aux figures 1 et 3 ont reçu les mêmes numéros de référence.
[0034] Les caissons 7A et 7B possèdent des ouvertures 29A et 29B à leur partie supérieure, mais les fonds 8A, 8B sont obturés.
[0035] Les niveaux 11A, 11B dans les caisson sont maintenus cette fois constants grâce à un déversoir 30 alimenté à partir du bassin amont par une canalisation 31, déversant dans le bassin aval, et relié à des orifices bas 32A et 32B des caissons par des canalisations 33A et 33B. Une circulation d'eau a donc lieu entre le bassin amont et le bassin aval par l'intermédiaire de la canalisation 31 et du déversoir 30.
[0036] Un diaphragme de perte de charge 35 est placée sur la canalisation 31 le niveau 11A est alors sensiblement égal au niveau 36 du déversoir 30.
[0037] Des robinets de commutation 34A et 34B mettent en communication soit le caisson amont, soit le caisson aval à la canalisation 31 et au déversoir 30, l'autre caisson étant alors relié directement au bassin dans lequel il est partiellement immergé.
[0038] Le niveau intérieur dans un des caissons étant constant, le niveau 1 dans le bassin correspondant sera également constant.
[0039] Le réglage du niveau du bassin se fait en déplaçant verticalement le déversoir 30, par exemple comme indiqué plus haut pour le déplacement de la canalisation 24 de la figure 1.
[0040] Comme précédemment, les robinets 34A, 34B peuvent être commandés à distance pour le choix du bassin dont on souhaite maintenir constant le niveau.
[0041] La figure 4 représente une vanne selon l'invention, pour le maintien à niveau constant d'un bassin, qui diffère de celle représentée dans la figure 3 en ce que les caissons ne sont plus alimentés par le bassin amont, mais par une canalisation 53 à partir d'un bassin extérieur schématisé en 52. Le reste du dispositif est inchangé ; on a représenté la commande à distance de la consigne, par treuil et moteur.
un tablier obturateur (3) séparant ces deux bassins et porté par une charpente (5) mobile autour d'un axe de rotation horizontal (4) disposé en aval du tablier pour que la rotation de cette charpente autour de cet axe commande la section de passage de l'eau de l'amont vers l'aval, ce tablier constituant une portion de cylindre de révolution ayant pour axe ledit axe de rotation,
un caisson amont (7A) porté par ce tablier et plongeant partiellement dans le bassin amont, ce caisson étant muni d'une ouverture basse de passage d'eau et d'une ouverture haute de passage d'air pour permettre de faire varier une quantité d'eau dans le caisson, la différence des niveaux dans ce caisson et ce bassin entraînant la commande de la position angulaire de ce tablier,
et des moyens de réglage de pression communiquant avec lesdites ouvertures du caisson (7A) pour commander le remplissage de ce caisson jusqu'à un niveau d'eau prédéfini afin de maintenir automatiquement le niveau de l'eau dans le bassin, cette vanne étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre :
un caisson aval (7B) porté par la charpente (5) en aval dudit axe (4) de manière à être plongé partiellement dans le bassin aval (2), ledit caisson aval (7B) étant muni d'ouvertures haute et basse analogues à celles du caisson amont (7A),
des moyens de réglage de pression communiquant avec les ouvertures du caisson aval (7B) pour commander le remplissage du caisson aval (7B) jusqu'à un niveau d'eau prédéfini afin de maintenir automatiquement le niveau de l'eau dans le bassin aval (2),
des robinets de commutation (28A, 28B, 34A, 34B, 80) commandant les ouvertures des caissons amont (7A) et aval (7B) de manière à pouvoir fonctionner sur demande alternativement soit selon un mode de réglage aval, soit selon un mode de réglage amont, les moyens de réglage commandant le niveau de l'éau dans un caisson régulateur, qui est le caisson amont (7A) dans le mode de réglage amont et le caisson aval (7B) dans le mode de réglage aval, pour maintenir automatiquement à un niveau prédéterminé l'eau du bassin dans lequel plonge le caisson régulateur, les robinets de commutation (28A, 28B, 34A, 34B, 80) laissant l'eau et l'air passer par les ouvertures de l'autre caisson pour égaliser les niveaux de l'eau dans ce caisson non régulateur et dans le bassin dont le niveau n'est pas prédéterminé et neutraliser ainsi son action.
a closing baffle (3) separating these two pools and being carried by a framework (5) movable about a horizontal rotation shaft (4) which is disposed downstream of the baffle such that the rotation of this framework about this shaft controls the water flow section from upstream to downstream, this baffle constituting a portion of a straight cylinder the axis of which coincides with said rotation shaft,
an upstream box (7A) carried by this baffle and partially immersed into the upstream pool, this box being supplied with a lower opening for water passage and an upper opening for air passage in order to allow the quantity of water in the box to be varied, the difference of levels in this box and in this pool causing the control of the angular position of this baffle,
and pressure regulating means communicating with said openings of the box (7A) for controlling the filling of this box up to a predetermined water level so as to automatically maintain the water level in the pool, characterized in that the barrage further comprises:
a downstream box (7B) carried by the framework (5) downstream of said shaft (4) so as to be partially immersed in the downstream pool (2), said downstream box (7B) being supplied with upper and lower openings analog to those of the upstream box (7A),
pressure regulating means communicating with the openings of the downstream box (7B) for controlling the filling of the downstream box (7B) up to a predetermined level so as to automatically maintain the water in the downstream pool (2) at a constant level,
switching valves (28A, 28B, 34A, 34B, 80) controlling the openings of the upstream (7A) and downstream boxes (7B) so as to 'be able to operate on request alternatingly either according to a downstream regulating mode, or according to an upstream regulating mode, the regulating means controlling the water level in a regulating box, which is the upstream box (7A) in the upstream regulating mode and the downstream box (7B) in the downstream regulating mode, for automatically maintaining the water of the pool in which the regulating box is immersed at a predetermined level, the switching valves (28A, 28B, 34A, 34B, 80) allowing the water and the air to pass through the openings of the other box so as to equalize the water levels of this non-regulating box and in the pool the level of which is not predetermined and to thus neutralize its action.
mit einer Verschlußschürze (3), die diese beiden Becken trennt und von einem Gerüst (5) getragen wird, das um eine waagerechte oberhalb der Schürze angeordnete Drehachse (4) beweglich ist, so daß die Drehung dieses Gerüsts um diese Achse den Querschnitt für den Wasserdurchtritt von oben nach unten steuert, wobei diese Schürze einen Teil eines geraden Zylinders bildet, dessen Achse die Drehachse ist,
mit einem oberen Kasten (7A), der von dieser Schürze getragen wird und teilweise in das obere Becken getaucht ist sowie mit einer unteren Wasserdurchlaßöffnung und mit einer oberen Luftdurchlaßöffnung versehen ist, um es zu ermöglichen, eine Wassermenge in dem Kasten zu variieren, wobei der Unterschied der Pegel in diesem Kasten und in diesem Becken die Steuerung der Winkelstellung dieser Schürze bewirkt,
und mit Druckeinstellmitteln, die mit den Öffnungen des Kastens (7A) verbunden sind, um das Füllen dieses Kastens bis zu einem vorbestimmten Wasserpegel zu steuern, um automatisch den Wasserpegel in dem Becken zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß das Wehr außerdem aufweist :
einen unteren Kasten (7B), der von dem Gerüst (5) unterhalb der Achse (4) getragen wird, so daß er teilweise in das untere Becken (2) getaucht ist, wobei der untere Kasten (7B) mit oberen und unteren Öffnungen entsprechend denen des oberen Kastens (7A) versehen ist.
Druckeinstellmittel, die mit den Öffnungen des unteren Kastens (7B) in Verbindung stehen, um das Füllen des unteren Kastens (7B) bis zu einem vorbestimmten Wasserpegel zu steuern, so daß automatisch der Wasserpegel im unteren Becken (2) aufrechterhalten wird,
Schaltventile (28A, 28B, 34A, 34B. 80), die die Öffnungen des oberen (7A) und des unteren Kastens (7B) so steuern, daß sie auf Wunsch abwechselnd entweder gemäß einem unteren oder gemäß einem oberen Einstellmodus funktionieren. wobei die Einstellmittel den Wasserpegel in einem Einstell-Kasten steuern, der beim oberen Einstellmodus der obere Kasten (7A) und beim unteren Einstellmodus der untere Kasten (7B) ist, um das Wasser des Beckens, in das der Einstell-Kasten getaucht ist, automatisch auf einem vorbestimmten Pegel zu halten, wobei die Schaltventile (28A, 28B, 34A, 34B, 80) das Wasser und die Luft durch die Öffnungen des anderen Kastens fließen lassen, um die Wasserpegel in diesem nicht-einstellenden Kasten und in dem Becken, dessen Wasserpegel nicht vorbestimmt ist, anzugleichen und so seine Aktion zu neutralisieren.