SIC^2 : Logiciel de Simulation Intégrée des Canaux et de leur Contrôle

Les vannes GEC-Alsthom (AMIL, AVIS, AVIO, Mixtes)

David Dorchies — 2015-04-20T15:48:25Z

Les vannes de régulation AMIL, AVIS et AVIO et mixtes peuvent être modélisées directement sans faire appel à un module de régulation. Cela présente l'avantage de modéliser ce type d'ouvrage dès le calcul et régime permanent et d'avoir une modélisation beaucoup plus précise.

Lors de la création de ces vannes (à chaque modification de modèle ou à chaque modification de rayon de la vanne) on indique, à titre d'information, la perte de charge maximale admissible Jmax, le débit correspondant Q pour Jmax, le débit maximum Qmax qui peut passer à travers cette vanne ainsi que la charge correspondante J pour Qmax. Pour les vannes Amil cette perte de charge maximum Jmax n'est pas pertinente (pas d'indication du constructeur) et est donc remplacée par la perte de charge Jlimite correspondant à la transition noyée-dénoyée. Cette indication permet de choisir la vanne adaptée aux conditions hydrauliques locales du canal modélisé.

Les abaques des vannes, que nous avons régénérées à partir des équations que nous avons programmées sont fournies en Annexe. On peut vérifier qu'elles sont identiques à celles d'origine fournies par le constructeur Gec-Alsthom (maintenant Hydrostec).

Type

Le "type" correspond à la gamme des vannes choisies (Amil, Avio Haute Chute, Avio Basse Chute, Avis Haute Chute, Avis Basse Chute, Mixte sans masque d'ouverture max 45°, Mixte sans masque d'ouverture max 55°, Mixte avec masque).

Référence

La "référence" correspond à celle du catalogue constructeur Gec-Alsthom. Si vous voulez modéliser une vanne différente vous pouvez sélectionner l'option "autre". Dans ce cas nous utilisons certaines dimensions nécessaires pour le calcul déterminées à partir du rayon R indiqué en s'inspirant des valeurs proches des vannes classiques :

Amil :
- D=1.6*R
- E=0.95*R (hauteur du tablier pour calcul des débordements éventuels)
- b=0.91*R (largeur du tablier en bas)
Avis Haute Chute :
- E=0.81*R (hauteur du tablier pour calcul des débordements éventuels)
- b=1.19*R (largeur du tablier en bas)
Avis Basse Chute :
- E=0.95*R (hauteur du tablier pour calcul des débordements éventuels)
- b=1.19*R
Avio Haute Chute :
- L=0.5*R (largeur buse)
Avio Basse Chute :
- L=R (largeur buse)

Décrément

Le "décrément" est la différence entre les niveaux minimum et maximum régulés. Pour des raisons de stabilité ce décrément ne peut être nul. Pour une vanne AMIL la valeur par défaut proposée par le constructeur (et par le logiciel SIC) est de d=0.02*D. Pour une vanne AVIS, la valeur par défaut est d=0.028*R (basse chute) et d=0.032*R (haute chute). Pour une vanne AVIO, la valeur par défaut est d=0.028*R (basse chute et haute chute).

Cote de l'axe

La "cote de l'axe" est la cote de l'axe de rotation de la vanne. Elle correspond à la cote de consigne pour Q=0 pour les vannes AVIS, AVIO et les vannes AMIL en réglage alternatif (ou pour Q=Qmax pour une AMIL en réglage classique). La cote de l'axe par défaut proposée par le constructeur est calculée et proposée par le logiciel.

Cote de radier

La "cote de radier" est la cote du fond de l'ouvrage de génie civil à l'endroit où la vanne bute en fermeture complète.

Rayon

Le "rayon" est le rayon du tablier de la vanne. Il est proposé automatiquement en fonction de la référence de la vanne choisie, mais il peut être modifié. C'est un paramètre essentiel pour le calcul du fonctionnement de la vanne.

Équations de débit

L'équation "GOU 93" correspond à l'équation déduite d'un document fourni par Goussard, ancien ingénieur de Gec-Alsthom, et rédigé en 1993.

L'équation "CEM 02" correspond à une équation mise au point par le Cemagref en 2002.

L'ouverture maximum

La variable "ouverture maximum" correspond à l'ouverture réelle bloquée de la vanne si l'équation choisie est "CEM 02 (V)" et correspond à l'ouverture maximum atteinte pour le réglage lié au décrément de la vanne si l'équation choisie est "GOU 93". Une valeur par défaut correspondant à la butée mécanique est proposée par défaut en fonction du type et de la référence de la vanne. Cette valeur peut être modifiée si une butée différente limite ou augmente l'ouverture maximum atteignable.

Pour une vanne Amil en réglage classique la vanne sera à cette ouverture max dès que le niveau de l'eau amont sera >= à la cote de l'axe. Pour une vanne Amil en réglage alternatif la vanne sera à cette ouverture max dès que le niveau de l'eau amont sera >= à la cote de l'axe + décrément. Pour une vanne Amil en réglage intermédiaire la vanne sera à cette ouverture max dès que le niveau de l'eau amont sera >= à la cote de l'axe + Z amont max (cf. ci dessous pour la définition de cette variable).

Pour les vannes Avis et Avio, la vanne sera à cette ouverture max dès que le niveau de l'eau aval sera <= à la cote de l'axe - décrément. Modifier cette valeur revient à modifier la butée contrôlant l'ouverture maximum de la vanne et à modifier l'équilibrage de la vanne.

Ouverture minimum

Par défaut les vannes GEC ont par défaut une fermeture minimum égale à 0.5% du rayon de la vanne. Cela permet de mimer le fait que ces vannes ne sont pas parfaitement étanches et facilite le calcul en régime permanent pour les vannes AVIS et AVIO car une vanne fermée complètement générera une perte de charge très importante qui se répercutera d'aval en amont.

Z amont max

La variable "Z amont max" correspond à la hauteur d'eau max par rapport à la cote de l'axe (correspond au réglage dans le cas de la vanne AMIL) : 0 <= Zmax <= d. Zmax=0 pour le réglage classique et Zmax=d pour le réglage alternatif. Les réglages intermédiaires sont possibles. Pour le réglage classique les niveaux amont vont donc varier entre Z=cote de l'axe - d pour Q=0 et Z=cote de l'axe pour Q=Qmax. Pour le réglage alternatif les niveaux amont vont donc varier entre Z=cote de l'axe pour Q=0 et Z=cote de l'axe + d pour Q=Qmax. Cette variable n'est pas utilisée pour les vannes autres que les vannes Amil.

Filtrage S1/S2

La variable "filtrage S1/S2" permet de filtrer la cote influençant le déplacement du flotteur de la vanne. Nous n'utilisons pas cette variable pour l'instant pour les vannes Amil. On pourrait imaginer l'utiliser pour mimer l'amortissement lié à l'amortisseur à piston installé sur ces vannes. Pour les vannes Avis et Avio, cette valeur permet de mimer le filtrage lié au bac dans lequel le flotteur est situé. Théoriquement, le coefficient S1/S2 à renseigner ici correspond au ratio entre la surface libre de l'eau dans le bac autour du flotteur divisé par la surface de l'orifice qui fait communiquer le bac au bief de canal à l'aval. Mais dans la pratique ce coefficient doit être augmenté pour tenir compte des pertes de charges supplémentaires liées aux tuyauteries éventuelles de cette prise d'eau.

Décalage prise bac

La variable "décalage prise bac" correspond à déporter la prise d'eau du bac vers le bief aval. Dans la pratique, en particulier lorsqu'il y a plusieurs vannes en parallèle, la prise d'eau du ou des bacs est reliée à un tuyau communiquant au bief aval plusieurs mètres à l'aval de la vanne dans une zone tranquillisée. Ce décalage est indiqué en mètres (SIC cherche alors la valeur de la cote de l'eau dans la section de calcul la plus proche).

Limitation pour les vannes mixtes

Il n'est possible de définir qu'une seule vanne mixte par structure (Le modèle ne permet pas de placer plusieurs vannes mixtes en parallèle).

La surverse d'une vanne (débordement au dessus d'une vanne)

David Dorchies — 2015-04-13T12:01:16Z

Pour les différentes vannes disponibles parmi les types d'ouvrages, il y a la possibilité de modéliser la surverse éventuelle se faisant par dessus l'ouvrage en cas de hautes eaux.

Pour se faire, il suffit de :

cocher la case "Surverse" au bas de l'écran,
définir la hauteur de la vanne
choisir l'équation de seuil (les même que pour un seuil rectangulaire)
définir le coefficient de débit pour l'équation de seuil

La surverse se déclenche à partir du moment où la cote de l'eau à l'amont est supérieure à la cote de radier + l'ouverture de la vanne + la hauteur de la vanne.

La largeur prise en compte pour la surverse correspond :

à la largeur de la vanne pour une vanne rectangulaire ;
à la largeur au niveau des berges pour une vanne trapézoïdale.

Si la surverse n'est pas cochée, la hauteur de la vanne est considérée comme infinie et aucune surverse n'est possible.

Les équations de débit aux ouvrages

David Dorchies — 2015-04-13T11:57:58Z

"CEM 88(V)" (Déversoir / Vanne de fond) est l'équation proposée par défaut pour une vanne rectangulaire ou circulaire . Elle prend en compte les différents écoulements : noyé, dénoyé, à surface libre et en charge. De plus, elle assure une continuité du débit entre ces différents écoulements. Elle peut aussi être utilisée dans le cas d'un seuil, c'est à dire sans possibilité de mise en charge. Elle peut être utile dans le cas d'un seuil avec une pelle faible ou nulle.
"CEM 88(D)" (Déversoir / Orifice) est l'équation proposée par défaut pour un seuil rectangulaire. Elle prend aussi en compte les différents écoulements (noyé, dénoyé, à surface libre et en charge) et assure une continuité du débit entre ces différents écoulements. Elle peut être utile dans le cas d'une vanne avec une pelle importante.
"CUN 80" sont les équations décrites par Cunge dans son livre [1], ou avec plus de détails dans un article de Mahmood et Yevjevich [2]. Les équations "CUN 80" prennent aussi en considération les différentes conditions d'écoulement : noyé, dénoyé, à surface libre et en charge (comme les équations Cemagref "CEM 88"), mais il n'y a aucune continuité entre les conditions d'écoulement à surface libre et en charge. Cela peut entraîner des problèmes de calcul quand nous sommes près de cette transition.
"Noyée" correspond à l'équation classique d'une vanne noyée en racine de cote amont - cote aval.
"Dénoyé" correspond à l'équation classique d'un seuil dénoyé en cote amont à la puissance 1.5.
"GOU 93 Amil" et "GOU 93 Avi" sont les équations proposées par défaut pour les vannes GEC-Alsthom AVIS/AVIO et AMIL. Elles sont issues de documents internes de GEC-Alsthom et permettent de reproduire les débits fournis dans les abaques du constructeur.
"CEM 02(V)" est l'équation proposée par défaut pour les vannes trapézoïdales. C'est la somme de l'équation déversoir / vanne de fond "CEM 88(V)" pour la partie rectangulaire et de l'équation de Gourley pour la partie triangulaire.
"CEM 02(D)" est l'équation proposée par défaut pour les seuils trapézoïdaux. C'est la somme de l'équation déversoir / orifice "CEM 88(D)" pour la partie rectangulaire et de l'équation de Gourley pour la partie triangulaire.

[1] Cunge, Holly, Verwey, 1980, "Practical aspects of computational river hydraulics", Pitman, p. 169 pour les seuils et p. 266 pour les vannes

[2] Mahmood K., Yevjevich V., 1975, "Unsteady flow in open channels, Volume 1 and 2", Water resources publications, Fort Collins, USA, 923 p

Les ouvrages disponibles dans SIC

David Dorchies — 2015-04-13T11:57:54Z

Les ouvrages sont définis au niveau de la structure en travers d'une section singulière ou au niveau d'une structure d'ouvrages de 1^er ou 2^ème niveau d'une prise.

Au sein d'une structure, on peut définir un ou plusieurs ouvrages placés en parallèle.

Différents types d'ouvrages peuvent être combinés au sein d'une même structure. Pour chacun de ces types d'ouvrage, SIC propose un choix d'équation de débit défini ci-dessous entre parenthèses :

Seuil rectangulaire (CEM 88 (D), Dénoyé, CUN 80, CEM 88 (V)) ;
Vanne rectangulaire (CEM 88 (V), Noyé, CUN 80, CEM 88 (D)) ;
Vanne circulaire (CEM 88 (V), Noyé, CUN 80, CEM 88 (D)) ;
Vannes auto-régulées GEC-Alsthom, AMIL, AVIO-AVIS et MIXTES (GOU 93, CEM 02 (V)) ;
Seuil trapézoïdal (CEM 02 (V), CEM 02 (D)) ;
Vanne trapézoïdale (CEM 02 (V), CEM 02 (D)) ;
Tube
APM