2-3-4 Vannes et électrovannes 64

Le réseau gaz est composé de 12 vannes à boisseau sphérique de marque Whitey (Fig.2.21). Elles servent à arrêter, modifier ou diriger le débit d’un gaz en milieu fermé (canalisation).

Figure 2.21 : Principaux composants d’une vanne à boisseau sphérique [41].

Dans les vannes à boisseau sphérique, le fluide s’écoule dans un sens indifférent. Le boisseau et la tige cylindrique en une seule pièce assurent l’alignement de la tige et de l’orifice. L’angle de rotation du boisseau, qui tourne autour de son axe central, détermine le débit de la vanne. La garniture de siège encapsulé est composée de PTFE et ne nécessite pas de pression du système pour être étanche. Elle n’a pratiquement aucun volume mort et permet un débit bidirectionnel et une commutation fiable.

Caractéristiques techniques

- Matière du corps de vanne : acier inoxydable

Ressort

Poignée directionnelle

avec écrou de garniture Garniture de siège

encapsulé Boisseau et tige en une

65 - Matériaux de garniture : PTFE modifié - Pression de service : jusqu’à 172 bar - Coefficient de débit : 0,05 < Kv < 2,04

- Configuration de passage : Tout ou rien (2 voies) ou commutation (3 voies)

Parmi les 12 vannes du réseau gaz, 10 sont des vannes tout ou rien 2 voies (Fig. 2.20) et deux sont des vannes de commutation 3 voies (Fig.2.22).

Figure 2.22: Vanne de commutation 3 voies [41].

Avec ce type de vanne 3 voies, le flux de gaz peut passer d’une seule entrée à plusieurs sorties ou de plusieurs entrées à une sortie commune.

La vanne 3 voies du réseau gaz numérotée A (Fig.2.9) permet de commuter de la ligne azote à la ligne air reconstitué (2 entrées), et dirige le flux gazeux vers une sortie commune.

La vanne 3 voies du réseau gaz numérotée B (Fig.2.9) permet de diriger le flux d’azote ou le flux d’air (une entrée) vers l’un ou l’autre des calibrateurs de vapeurs (2 sorties communes).

Toutes les vannes du réseau ont été contrôlées en étanchéité, en dirigeant un flux gazeux sur la vanne en position fermée, et en vérifiant l’absence de fuite en entrée et sortie de vanne, grâce à l’utilisation d’un détecteur de fuites (Mille Bulles).

Le réseau gaz est également composé de trois électrovannes tout ou rien et normalement fermées (NF), de marque Asco (Fig.2.23).

Commandées électriquement, elles permettent d’autoriser ou d’interrompre par une action mécanique la circulation d’un gaz dans le circuit. Les électrovannes dites « tout ou rien » sont des électrovannes soit ouvertes, soit fermées.

La mention normalement fermée indique que l’électrovanne ne laisse passer aucun flux gazeux au repos.

Figure 2.23 : Electrovanne tout ou rien NF, de marque ASCO.

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Description des principaux éléments d’une électrovanne tout ou rien

Les électrovannes utilisées dans le réseau gaz sont composées de deux parties élémentaires (Fig.2.24) :

- une tête magnétique constituée principalement d’une bobine, tube, culasse, bague de déphasage, ressort(s).

- un corps, comprenant des orifices de raccordement, obturés par un clapet.

L’ouverture et la fermeture de l’électrovanne sont liées à la position du noyau mobile qui est déplacé sous l’effet du champ magnétique engendré par la mise sous tension de la bobine.

Figure 2.24 : Schéma des principaux composants d’une électrovanne tout ou rien de marque Asco [42]

La bobine, destinée à créer un champ magnétique, est constituée d’un cylindre de fils de cuivre enroulé et isolé. Elle est maintenue en position sur le tube par un clip de maintien.

Le clapet est muni d’une garniture d’étanchéité et a pour rôle de fermer l’orifice principal.

La culasse est une masse métallique située à l’extrémité du tube et permet d’améliorer le champ magnétique lors du fonctionnement.

Le noyau est un cylindre, de faible magnétisme résiduel, déplacé par la force électromagnétique.

L’orifice calibré assure la fermeture de l’électrovanne par une présence permanente de la pression d’entrée ou amont au-dessus de la membrane.

Le porte-clapet est la partie actionnée par le noyau mobile et comprenant le clapet.

Le ressort de clapet est monté sur le noyau et assure une fermeture positive du clapet.

Le ressort de noyau est un ressort de maintien en position du noyau mobile en l’absence d’alimentation de la bobine.

Le siège est la partie du corps de vanne où la garniture du clapet vient assurer l’étanchéité.

Le tube sert de guide au noyau mobile qui se déplace par la force électromagnétique générée par la bobine (en laiton ou acier inox).

Tête magnétique

Corps de vanne

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Principe de fonctionnement des électrovannes NF du réseau gaz

La commande d’une électrovanne va transformer l’énergie magnétique créée par la tête magnétique en énergie mécanique.

Au repos l’électrovanne est fermée grâce au ressort qui pousse le noyau vers l’extérieur de la bobine. En amont des électrovannes, une pression non nulle est une première condition de fonctionnement, en permettant à la membrane de se mouvoir. Le gaz passe alors par l’orifice calibré et colle le clapet sur le passage de sortie (Fig.2.25).

En appliquant une tension de 24V et un courant de 300mA à la bobine située dans la tête magnétique, ce courant électrique circule dans le bobinage, créant ainsi un champ magnétique autour de la bobine. Sous l’effet du champ, le noyau situé à l’intérieur de la bobine se déplace dans le sens du champ pour créer une baisse de pression sur le dessus du clapet, qui va naturellement s’ouvrir et permettre ainsi le passage d’un gaz.

Figure 2.25 : Principe de fonctionnement d’une électrovanne [43]

Caractéristiques techniques et électriques des électrovannes Asco du réseau gaz : - Tension standard de fonctionnement : 24Vdc

- Puissance nominale de la bobine : 7W - Diamètre de passage : 1,6mm

- Coefficient de débit : Kv = 1,3 L/min.

- Pression différentielle admissible : 9 bar Utilisation et maintenance des électrovannes du réseau gaz :

Sur le schéma 2.9 du réseau gaz, les trois électrovannes autorisent ou permettent la circulation de gaz vecteurs ou gaz étalons issus des calibrateurs, vers la ligne de mélange (E1 et E3) ou la ligne d’évent (E2). Les fiches des électrovannes sont connectées électriquement avec du câble souple 3x0,75 mm², fixé à l’arrière de la panoplie aluminium et raccordé vers le circuit d’interfaçage. Les électrovannes sont alors directement pilotées via LabVIEW.

Pour vérifier le fonctionnement des électrovannes, il n’est pas nécessaire de les débrancher : un petit tournevis présenté au dessus de l’électroaimant sera attiré si l’électrovanne est sous tension.

En cas de défaillance d’une électrovanne, celle-ci pourra être remplacée facilement grâce à un stock disponible de 6 pièces de même modèle.

Un démontage périodique des électrovannes E2 et E3 peut être envisagé afin de procéder au nettoyage du corps qui peut être pollué par des dépôts calcaires, engendrés par la circulation de vapeurs.

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