WO2007000508A1 - Vanne hydraulique automatique - Google Patents
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- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B7/00—Barrages or weirs; Layout, construction, methods of, or devices for, making same
- E02B7/20—Movable barrages; Lock or dry-dock gates
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- E02B7/40—Swinging or turning gates
- E02B7/46—Gates turning round a horizontal axis arranged midway of the flap
Definitions
- the present invention relates to the field of hydraulic techniques and can be used for closing waterways in dams and piers or for regulating the level of water in ponds and rivers.
- a device for regulating the level of water in a basin.
- This device is composed of a partition installed on the overflow edge of one of the weirs and is formed of at least one block that can easily be destroyed or tumble according to a water pressure calculated in relation to the level maximum of the forebay (NBSmax) after large floods as described in RU 2080433.
- NBSmax level maximum of the forebay
- valves with valves for closing hydraulic structures, valves having a panel with a horizontal axis of rotation installed on the base of the structure (Memento de techniques techniques, M., Selkhoizdat, 1955, p. 699, diagrams 26-29). This valve is controlled by means of additional devices - winches, manual controls, levers, etc. - requiring a lot of work 0 installation and maintenance.
- An automatic valve in the form of a flat panel pivoting on a horizontal axis and coming to rest on a base at a certain level of the forebay is also well known SU 18291.
- This valve has the defect to have a very 5 a large number of levers, rods, stays and hinges, all of them subjected to high humidity, which reduces their duration of use and renders their operation inefficient and random in the event of poor maintenance.
- the evaluations also show that this valve can not rotate automatically in the closed position and when it is found, it is not stable, because the stand, which enters its construction and 0 has a central hinge, operates under compression. If it is not perfectly straight, it triggers the valve.
- a hydrotechnical valve is also known composed of a one-piece construction that can pivot on a horizontal axis of rotation on a base. This construction has the shape of an empty triangular prism, whose two smaller sides are oriented towards the base on the forebay side, the long side having two openings as described in SU 636321. The valve functions as a float flowing when filling the inner box of the prism.
- This valve automatically guarantees the required water level, but is very unstable in the open position when subjected to currents. In addition, its operation depends on the level of the tailbay, which, as it is intended, is the reference level.
- the arrangement of the openings through which the water accesses the interior of the valve can cause its operation in exceptional conditions, the water being able to overflow over the edge of overflow of the prism.
- the present invention therefore aims to provide a hydraulic valve does not have the disadvantages of the state of the art, in particular to ensure safe operation of the valve and prevent the level of the forebay does not exceed the rating fixed.
- the present invention relates to an automatic hydraulic valve in the form of a panel, characterized in that the panel pivotable about a horizontal axis, fixed to the pillars installed on a weir, has a box said active, formed mainly above the pivot axis in the upper part of the panel and a water intake duct formed in the upper part of the panel above the so-called active case, said box said active having drain ports on the downstream side and being in communication with the water intake duct while counterweight means are provided in the lower portion of the panel, below the pivot axis thereof, now the valve in the inclined closing position, so that, during an overflow upstream, the filling of the active box causes the tilting of the valve and maintain horizontal position against the force exerted by means forman 'counterweight, said counterweight means automatically reminding the valve closed position when stopping overflow and emptying the active box.
- the active box fills, and the overflow continues and once the active box filled, the valve opens by pivoting around its axis and remains in a horizontal position, allowing the water to flow.
- the active box is empty, the valve automatically resumes the closed position through the counterweight means, causing the valve to pivot.
- a plate can be installed to operate the valve in the necessary position.
- the valve in accordance with the technical features described above, automatically prevents the level of water in the basin, dam, river does not exceed the maximum level of the level of the forebay, this in the absence of any kinematic operation Its full automaticity and operation depend only on the level of water in the forebay and thus make the system very reliable. This is particularly important because malfunctions of traditional valves due to human error or mechanical failure are often the cause of dam failures and floods.
- valves require a supply of electrical energy, lifting mechanisms, personnel to operate them.
- electricity can be cut off, hoisting mechanisms can jam, staff can be careless and undisciplined, access to the gates can be impossible, etc.
- the valve according to the invention can be installed in remote areas that are not supplied with electricity or remote from the localities, because it requires no major maintenance and operates automatically.
- the dam can be equipped with a large quantity of valves and the periodicity of their operation and the number of valves in operation can be chosen at each level in accordance with the> possible floods and the level and flow restrictions.
- Figure 1 shows a side view of the valve according to the invention in the closed position
- Figure 2 shows a side view of the valve in the open position
- Figure 3 shows a front view of the valve on the forebay side
- Figures 4a, 4b, 4c, 4d and 4e respectively show side views of the valve at different phases of operation.
- Figure 5 shows a side view of the valve in operation.
- the automatic hydraulic valve according to the invention has a P-panel installed on axes 1, the panel being mounted swivelingly drivable about said axes 1. These pins 1 are attached to the pillars 2 of a dam weir.
- This panel P has at least one filling cavity and a water intake to fill said cavity.
- This panel P thus has an upper frame 3 and a lower frame 4, between which are arranged boxes.
- a first caisson called active caisson 5 (filling cavity), formed mainly above the axis of pivoting of the panel, is composed of sections communicating with each other by orifices 6 formed in partition walls defining the sections. and has drainage holes 7 in each of the sections of the lower face 4 of the panel P, that is to say on the downstream biele side.
- the active box 5 is generally arranged to extend above the pivot axis of the panel but it can be arranged to extend also partially below said axis on the lower part of the panel P .
- the active casing 5 communicates, through the opening 8, with a water intake duct 9 formed in the upper end portion of the panel P and which has a plate 10 for adjusting the height and the size of the ducts. intake openings 11 of the intake pipe 9.
- a so-called passive box 12, formed below the axis of pivoting of the panel P may in its entire length rest on the base of the dam 13 so that in the closed position as is also visible in FIG. 4a, the panel is inclined towards the tailbay.
- the passive box 12 further has a counterweight mass 14.
- the lower end of the panel P may not be shaped as a box, in this case the counterweight means are simply fixed on the lower part of the panel P.
- the passive box 12 can have as many sections as the active box 5 and each section can be equipped with a counterweight.
- the angle of inclination of the panel P is calculated according to the sum of the moments.
- the surface of the drainage orifices 7 of the active box 5 is much smaller than the surface of the water intake openings 11 of the water intake pipe 9.
- the volume of the active box 5 and the weight of the counterweight means 14 are defined from the calculation taking into account the concrete dimensions of the panel P, the maximum flow or drop and the size of the bay to be crossed.
- the valve is always closed but there is overflow overflow edge 50, constituted by the upper edge of the active box 5 of Ic valve. Indeed, the valve is maintained in the closed position during the overflow of the current over the overflow edge 50 of the valve until the water does not begin to fill the active box 5 by first passing through the opening water intake 11 of the intake pipe 9 to reach, through the orifice 8, the active box 5 as can be seen in Figure 4c in which the active box 5 fills, while the continuous overflow.
- the installation of the plate 10 of the intake pipe 9 corresponds to the maximum established water level in the basin or maximum level of the upper reach NBSmax.
- the layer of water above the dam and the weight of the water in the active box 5 hold the valve between the pillars 2 in the open position.
Landscapes
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Abstract
Vanne hydraulique automatique se presentant sur la forme d'un panneau (P) , pouvant pivoter autour d'un axe horizontal, fixe a des piliers installes sur un deversoir possede un caisson dit actif (5) , menage principalement au-dessus de l'axe de pivotement dans la partie superieure du panneau (P) et un conduit de prise d'eau (9) menage dans la partie superieure du panneau (P) au-dessus du caisson dit actif (5) , ledit caisson (5) possedant des orifices de drainage (7) du cote du bief aval et etant en communication avec le conduit de prise d'eau (9) tandis que des moyens formant contrepoids (14) sont prevus dans Ia partie inferieure du panneau, au-dessous de l'axe horizontal de pivotement, maintenant la vanne en position inclinee de fermeture, de telle sorte que, lors d'un debordement en amont, le remplissage du caisson actif (5) provoque le basculement de la vanne et son maintien en position horizontal contre la force exercee par les moyens formant contrepoids (14) , lesdits moyens rappelant de maniere automatique en position fermee la vanne lors de l'arret du debordement et la vidange du caisson actif (5) . Application au deversoir de barrage, de bassin et similaire.
Description
VANNE HYDRAULIQUE AUTOMATIQUE
La présente invention concerne le domaine des techniques hydrauliques et peut être 5 utilisée pour la fermeture des voies d'eau dans les barrages et les jetées ou pour la régulation du niveau de l'eau dans les bassins et les rivières.
On connaît un dispositif permettant de réguler le niveau de l'eau dans un bassin. Ce dispositif est composé d'une cloison installée sur l'arête de débordement d'un des 0 déversoirs et est formé au moins d'un seul bloc pouvant se détruire facilement ou bien culbuter suivant une pression de l'eau calculée par rapport au niveau maximum du bief amont (NBSmax) après de grandes crues tel que décrit dans RU 2080433. Ce dispositif présente le défaut d'être difficile à reconstruire.
5 On connaît aussi l'utilisation de vannes à clapets pour la fermeture des ouvrages hydrauliques, vannes possédant un panneau avec un axe de rotation horizontal installé sur le socle de l'ouvrage (Mémento de techniques hydrauliques, M., Selkhoizdat, 1955, p. 699, schémas 26-29). Cette vanne est commandée au moyen de dispositifs supplémentaires - treuils, commandes manuelles, leviers, etc. - exigeant un gros travail 0 d'installation et d'entretien.
Une vanne automatique se présentant sous la forme d'un panneau plat pivotant sur un axe horizontal et venant reposer sur un socle à un certain niveau du bief amont est elle aussi bien connue de SU 18291. Cette vanne a pour défaut de posséder un très 5 grand nombre de leviers, de tringles, d'étais et de charnières, tous soumis à une grande humidité, ce qui réduit leur durée d'utilisation et rend leur fonctionnement peu efficace et aléatoire en cas de mauvaise maintenance. Les évaluations montrent par ailleurs que cette vanne ne peut pivoter automatiquement en position fermée et lorsqu'elle s'v trouve, elle n'est pas stable, car la béquille, qui entre dans sa construction et qui 0 possède une charnière centrale, fonctionne sous compression. Si elle n'est paε parfaitement droite, elle entraîne le déclenchement de la vanne. Cette vanne présente aussi le défaut de ne pouvoir être installée que sur le niveau du bief amont, et le réglage ne peut se faire sur l'autre niveau.
On connaît encore une vanne hydrotechnique composée d'une construction en un seul bloc pouvant pivoter sur un axe de rotation horizontal situé sur un socle. Cette construction a la forme d'un prisme triangulaire vide, dont les deux plus petits côtés sont orientés vers le socle du côté du bief amont, le grand côté possédant deux ouvertures comme décrit dans SU 636321. La vanne fonctionne à la façon d'un flotteur qui coule au moment du remplissage du caisson intérieur du prisme.
Cette vanne permet de garantir automatiquement le niveau d'eau exigé, mais se révèle très instable en position ouverte lorsqu'elle est soumise aux courants. Par ailleurs, son fonctionnement dépend du niveau du bief aval qui, comme il se veut, est le niveau de référence. La disposition des ouvertures par lesquelles l'eau accède à l'intérieur de la vanne peut entraîner son fonctionnement dans des conditions exceptionnelles, l'eau pouvant déborder par-dessus l'arête de débordement du prisme.
La présente invention vise donc à proposer une vanne hydraulique ne présentant pas les inconvénients de l'état de la technique, permettant notamment de garantir en toute sécurité le bon fonctionnement de la vanne et d'éviter que le niveau du bief amont ne dépasse la cote fixée.
A cet effet, la présente invention a pour objet une vanne hydraulique automatique se présentant sur la forme d'un panneau, caractérisé en ce que le panneau pouvant pivoter autour d'un axe horizontal, fixé aux piliers installés sur un déversoir, possède un caisson dit actif, ménagé principalement au-dessus de l'axe de pivotement dans la partie supérieure du panneau ainsi qu'un conduit de prise d'eau ménagé dans la partie supérieure du panneau au-dessus du caisson dit actif, ledit caisson dit actif possédant des orifices de drainage du côté du bief aval et étant en communication avec le conduit de prise d'eau tandis que des moyens formant contrepoids sont prévus dans la partie inférieure du panneau, au-dessous de l'axe de pivotement de celui-ci, maintenant la vanne en position inclinée de fermeture, de telle sorte que, lors d'un débordement en amont, le remplissage du caisson actif provoque le basculement de la vanne et sor maintien en position horizontale contre la force exercée par les moyens forman' contrepoids, lesdits moyens formant contrepoids rappelant de manière automatique er position fermée la vanne lors de l'arrêt du débordement et la vidange du caisson actif.
Ainsi de manière très avantageuse, lorsque la vanne est fermée et qu'il y a débordement par-dessus l'arête de débordement de la vanne, le caisson actif se remplit, et le débordement continue puis une fois le caisson actif rempli, la vanne s'ouvre par pivotement autour de son axe et se maintient en position horizontale, laissant l'eau s'écouler. Lorsqu'il n'y a plus de débordement, le caisson actif se vide, la vanne reprend automatiquement la position fermée grâce aux moyens formant contrepoids, entraînant la vanne en pivotement.
Dans des conditions concrètes d'exploitation, on peut installer une plaque permettant de faire fonctionner la vanne dans Ia position nécessaire.
La vanne, conformément aux particularités techniques décrites ci-dessus, empêche de façon automatique que le niveau de l'eau dans le bassin, barrage, rivière ne dépasse la cote maximale du niveau du bief amont, ceci en l'absence de toute opération cinématique, son entière automaticité et son fonctionnement ne dépendent que du niveau de l'eau dans le bief amont et rendent ainsi le système très fiable. Ceci est particulièrement important, car les dysfonctionnements des vannes traditionnelles dues à une erreur humaine ou à une panne mécanique sont souvent la cause de ruptures de barrages, et d'inondations.
En effet, les vannes habituelles nécessitent un approvisionnement en énergie électrique, des mécanismes de levage, du personnel pour les faire fonctionner. Dans des conditions extrêmes d'inondation, l'électricité peut être coupée, les mécanismes de levage peuvent s'enrayer, le personnel peut se montrer négligeant et indiscipliné, l'accès aux vannes peut se révéler impossible, etc..
La vanne selon l'invention peut être installée dans des régions reculées qui ne soni pas approvisionnées en électricité ou éloignées des localités, car elle n'exige aucun entretien important et fonctionne automatiquement. Le barrage peut être équipé d'une grande quantité de vannes et la périodicité de leur fonctionnement et le nombre de vannes en fonctionnement peut être choisi à chaque niveau conformément au> possibles inondations et aux restrictions des niveaux et du débit.
On décrira maintenant l'invention plus en détails en référence aux dessins dans lesquels :
La figure 1 présente une vue de côté de la vanne selon l'invention en position fermée ;
La figure 2 représente une vue de côté de la vanne en position ouverte ;
La figure 3 représente une vue frontale de la vanne du côté du bief amont ;
Les figures 4a, 4b, 4c, 4d et 4e représentent respectivement des vues de côté de la vanne à différentes phases de fonctionnement ; et
La figure 5 représente une vue de côté de la vanne en fonctionnement.
La vanne hydraulique automatique selon l'invention possède un panneau P installé sur des axes 1 , le panneau étant monté entraînable en pivotement autour desdits axes 1. Ces axes 1 sont fixés aux piliers 2 d'un déversoir de barrage.
Ce panneau P possède au moins une cavité de remplissage et une prise d'eau pour remplir ladite cavité. Ce panneau P possède ainsi une armature supérieure 3 et une armature inférieure 4, entre lesquelles sont disposés des caissons.
Un premier caisson dit caisson actif 5 (cavité de remplissage), ménagé principalement au-dessus de l'axe de pivotement du panneau, est composé de sections communicant les unes avec les autres par des orifices 6 ménagés dans des parois de séparation définissant les sections et possède des orifices de drainage 7 dans chacune des sections de la face inférieure 4 du panneau P, c'est à dire du côté du biel aval. Le caisson actif 5 est ménagé généralement de manière à s'étendre au-dessus de l'axe de pivotement du panneau mais il peut être ménagé de manière à s'étendre également en partie au-dessous dudit axe sur la partie inférieure du panneau P.
Le caisson actif 5 communique, au travers de l'ouverture 8, avec un conduit de prise d'eau 9, ménagé dans la partie supérieure d'extrémité du panneau P et qui possède une plaque 10 permettant de régler la hauteur et la taille des ouvertures de prise d'eau 11 du conduit de prise d'eau 9.
Un caisson dit passif 12, ménagé au-dessous de l'axe de pivotement du panneau P peut dans toute sa longueur s'appuyer sur le socle du barrage 13 de façon à ce qu'en position fermée comme cela est visible également à la figure 4a, le panneau soit incliné vers Ie bief aval. Le caisson passif 12 possède en outre une masse formant contrepoids 14. L'extrémité inférieure du panneau P peut ne pas être conformée sous forme d'un caisson, en ce cas les moyens formant contrepoids sont simplement fixés sur la partie inférieure du panneau P.
Le caisson passif 12 peut posséder autant de sections que le caisson actif 5 et chaque section peut être équipée d'un contrepoids. L'angle d'inclinaison du panneau P est calculé suivant la somme des moments.
La surface des orifices de drainage 7 du caisson actif 5 est beaucoup moins importante que la surface des ouvertures de prise d'eau 11 du conduit de prise d'eau 9.
Le volume du caisson actif 5 et le poids du moyen formant contrepoids 14 sont définis à partir du calcul prenant en compte les dimensions concrètes du panneau P, l'écoulement ou chute maximal et la taille de la travée à barrer.
La vanne fonctionne de la façon suivante. Comme cela est visible aux figures 4a et
5, la vanne est fermée, il n'y a pas de débordement, le niveau normal de soutenance NNS est représenté. Le maintien de la vanne en position fermée (lorsque le panneau s'appuie sur le socle du barrage) est garanti par le fait que la résultante R des forces hydrostatiques, du contrepoids et du poids de la vanne crée le moment M+ maintenani • la vanne en position fermée.
A la figure 4b, la vanne est toujours fermée mais il y a débordement par-dessuï l'arête de débordement 50, constituée par le bord supérieur du caisson actif 5 de Ic
vanne. En effet, la vanne se maintient en position fermée lors du débordement du courant par-dessus l'arête de débordement 50 de la vanne jusqu'à ce que l'eau ne commence à remplir le caisson actif 5 en passant d'abord par l'ouverture de prise d'eau 11 du conduit de prise d'eau 9 pour atteindre, par l'orifice 8, le caisson actif 5 comme on peut le voir à la figure 4c dans laquelle le caisson actif 5 se remplit, tandis que le débordement continue.
L'installation de la plaque 10 du conduit de prise d'eau 9 correspond à la cote maximale établie de l'eau dans le bassin ou niveau maximal du bief supérieur NBSmax.
Une fois le caisson actif 5 rempli, la somme des moments des forces hydrostatiques et du poids de la vanne avec le contrepoids 14 devient négative, c'est à dire que le moment de chute M- (indiqué sur la figure 5) devient supérieur au moment de maintien M+, la vanne pivote autour de ses axes 1 et vient passer en position horizontale et s'y maintient, s'ouvrant au courant au-dessous, comme au-dessus de la vanne comme on peut le voir à la figure 4d.
La couche d'eau au-dessus du barrage et le poids de l'eau dans le caisson actif 5 maintiennent la vanne entre les piliers 2 en position ouverte.
Lorsque le niveau de l'eau dans le bassin baisse, jusqu'à atteindre un nouveau niveau maximal du bief supérieur représenté par C, le débordement par-dessus la vanne cesse peu à peu et le caisson actif 5 se vide par les orifices de drainage 7. La somme des moments des forces devient positive et oblige le panneau P de la vanne à revenir en position fermée. Il n'y a plus de débordement, le caisson actif 5 s'est vidé, la vanne reprend automatiquement la position fermée.
L'invention n'est bien entendu pas limitée à l'exemple décrit mais couvre également toutes les variantes couvertes par les revendications.
Claims
1. Vanne hydraulique automatique se présentant sur la forme d'un panneau (P), caractérisé en ce que ledit panneau pouvant pivoter autour d'un axe horizontal, fixé à des piliers installés sur un déversoir, possède un caisson dit actif (5), ménagé principalement au-dessus de l'axe de pivotement dans la partie supérieure du panneau (P) et un conduit de prise d'eau (9) ménagé dans la partie supérieure du panneau (P) au-dessus du caisson dit actif (5), ledit caisson dit actif (5) possédant des orifices de drainage (7) du côté du bief aval et étant en communication avec le conduit de prise d'eau (9) tandis que des moyens formant contrepoids (14) sont prévus dans la partie inférieure du panneau, au-dessous de l'axe horizontal de pivotement, maintenant la vanne en position inclinée de fermeture, de telle sorte que, lors d'un débordement en amont, le remplissage du caisson actif (5) provoque le basculement de la vanne et son maintien en position horizontal contre la force exercée par les moyens formant contrepoids (14), lesdits moyens rappelant de manière automatique en position fermée la vanne lors de l'arrêt du débordement et la vidange du caisson actif (5).
2. Vanne selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le caisson actif (5) comprend des sections communicant les unes avec les autres par des orifices (6) ménagés dans des parois de séparation définissant les sections, les orifices de drainage (7) étant ménagés dans chacune des sections sur la paroi inférieure (4) du panneau P, c'est à dire du côté du bief aval.
3. Vanne selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le conduit de prise d'eau (9) possède une plaque (10) permettant de régler la hauteur et la taille des ouvertures de prise d'eau (11) dudh conduit de prise d'eau (9).
4. Vanne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens formant contrepoids sont constitués par une massç 14.
5. Vanne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le panneau (P) comporte également un caisson inférieur (12) dit passif renfermant les moyens formant contrepoids (14).
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