Chapitre 3 - Types de vannes et d'actionneurs
3.1 Types de vannes de régulation
3.1.3 Vannes rotatives
L'installation des corps nécessite un espace minimum (Figure 3.7).
Ces vannes assurent une faible perte de pression à travers les vannes.
Les corps des vannes papillon sont économiques, en particulier lorsqu'elles sont de grande taille et que la capacité du débit est importante.
Les surfaces de contact des corps peuvent être constituées de faces surélevées ASME et de brides DN.
Les corps des vannes papillon peuvent nécessiter des actionneurs de grande taille ou à haut rendement si la vanne est grande ou si la perte de pression est importante au vu du fait que les couples de fonctionnement peuvent être relativement importants.
Certaines unités peuvent être employées dans les centrales nucléaires, où les exigences en termes de fuite sont extrêmement contraignantes.
Les vannes papillon standard sont disponibles en différentes dimensions NPS 72 (DN 1800) pour les applications de régulation diverses. Les dimensions plus réduites peuvent utiliser des actionneurs à membrane ou à piston pneumatique traditionnels, notamment les actionneurs rotatifs modernes. Les dimensions plus importantes peuvent requérir un cylindre électrique à haute rendement, pneumatique à course longue, ou des actionneurs
électro-hy-drauliques. Les vannes papillons présentent généralement une caractéris-tique de débit à égal débit. Elles peuvent être utilisées pour les fonctions d'étran-glement ou marche/arrêt.
Figure 3.7 Vanne papillon de régulation
3.1.3.2 Corps desvannes à boisseau sphérique segmenté
Cette construction est semblable à celle des vannes à boisseau sphérique, mais la bille comprend un segment à encoche en V (Figure 3.8). L'encoche en V produit une caractéristique de débit à égal pourcentage.
Ces vannes de régulation ont de bonnes capacités en termes de marge de réglage théorique, de contrôle et d'arrêt. L'industrie du papier, les usines chimiques, les usines de traitement des eaux usées, les centrales électriques et les raffineries de pétrole sont équipées de ce type de vannes.
La conception à deux voies permet de gérer les petites chutes de pression.
Les corps de vanne à boisseau sphérique à encoche en V sont adaptés à la régulation de fluides visqueux ou qui provoquent l'érosion, la pâte à papier et autres boues contenant des solides ou des fibres.
Figure 3.8 Vanne à boisseau sphérique segmenté
Elles sont équipées d'actionneurs standard à ressort et membrane, à piston, élec-triques ou électro-hydrauliques rotatifs.
La bille reste au contact du joint durant la rotation, ce qui produit un effet de cisaillement lorsque la bille se ferme et réduit l'obstruction.
Les corps sont disponibles équipées d'un joint d'étanchéité de la bille pour service intensif ou garni de PTFE afin d'assurer une excellente marge de réglage théorique au-delà de 300:1.
Les vannes de régulation à boisseau sphérique segmenté sont disponibles équipées de raccords avec ou sans bride aux extrémités du corps.
Les vannes avec et sans brides peuvent toutes les deux être équipées de brides ASME Classe 150, 300 ou 600. Les conceptions prévoies également les brides DN, PN10, 16, 25 ou 40. Les conceptions à bride JIS 10K et 20K sont également disponibles.
3.1.3.3 Corps des vannes papillon hautes performances
Ces corps permettent de réguler l'étranglement de manière efficace.
Les corps de vannes papillon hautes performances assurent la caractéristique du débit linéaire sur 90 degrés de la rotation du disque (Figure 3.9).
Le montage du disque à double écartement l'éloigne du joint lorsque l'ouverture a commencé, ce qui minimise l'usure du joint.
Les corps de vanne papillon hautes performances sont disponibles en différentes tailles, comme indiqué par NPS 24 (DN 600), et ils sont compatibles avec les brides standard ASME.
Figure 3.9 Vanne papillon de régulation hautes performances
Manuel de la vanne de régulation | Chapitre 3 : Types de vannes et d'actionneurs
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Elles sont équipées d'actionneurs standard à ressort et membrane, à piston, électriques ou électro-hydrauliques rotatifs.
La direction standard du débit dépend de la conception du joint ; le débit inverse engendre une réduction de la capacité.
Les vannes papillon hautes performances sont conçues pour les applications générales qui ne nécessitent pas un contrôle précis de l'étranglement. Elles sont souvent utilisées dans les applications qui demandent de grandes tailles et des températures élevées, car elles ont un faible coût par rapport à d'autres types de vannes de régulation. La plage de régulation de ce type de vanne correspond environ à un tiers de celle des vannes à boisseau sphérique ou des robinets à soupape. Un plus grand soin est donc nécessaire lors du dimensionnement et de l'application de ce genre de vannes afin d'éliminer les problèmes de contrôle qui sont associés aux changements de charge du procédé. Elles fonctionnent relativement bien dans les procédés à charge constante. Les conceptions qui utilisent un profil caractérisé peuvent étendre la plage de régulation à celle d'une vanne à boisseau sphérique segmenté.
3.1.3.4 Corps des vannes à clapet excentré
L'ensemble de la vanne limite la corrosion. Le corps robuste et la conception de l'équipement interne permettent de prendre en charge des températures qui peuvent atteindre 427°C (800°F) et une chute de pression à la fermeture de 1500 psi (103 bar).
Le chemin du disque excentré minimise le contact avec la bague de siège durant l'ouverture, ce qui réduit l'usure du joint ainsi que la friction et prolonge donc la durée de vie du siège, tout en améliorant les performances de l'étranglement (Figure 3.10).
La bague de siège autocentrée et le disque robuste permettent à l'écoule-ment de se faire en sens normal ou en sens inverse, et ils et assurent une fermeture étanche dans les deux sens. Le disque, la bague de siège et le système de retenue sont disponibles en matériaux renforcés, notamment la céramique, afin d'assurer la résistance à l'érosion.
Le clapet, la bague de siège et le système de retenue sont disponibles en matériaux renforcés, notamment la céramique et les carbures, afin d'assurer la résistance à l'érosion.
Certaines conceptions prévoient une bille segmentée à encoche en V à la place du clapet si une plus grande capacité est nécessaire.
Ce type de vanne de régulation rotative est conçu pour réguler les fluides érosifs, de cokéfaction et les autres fluides difficiles à traiter, et il assure une fonction d'étrangle-ment ou marche/arrêt. Les vannes avec ou sans bride assurent un passage constant du fluide, tandis que les composants métalliques robustes de l'équipement interne garan-tissent un service fiable avec des fluides boueux. Ces vannes sont utilisées dans les exploitations minières, la raffinerie du pétrole, la génération de puissance, ainsi que le traitement de la pulpe et du papier. n
Figure 3.10 Corps de vanne de régulation à clapet excentré
3.1.3.5 Corps desvannes à boisseau sphérique Les vannes à boisseau sphérique sont conçues pour optimiser le contrôle de la pression, de l'étranglement, du débit et du procédé.
En général, une option permet d'atténuer le bruit et les vibrations. Une vanne à boisseau sphérique utilisée comme un dispositif de contrôle de l'étranglement est idéalement un appareil dont l'orifice est réduit, ou elle com-prend un mécanisme à passage complet équi-pé d'un atténuateur qui absorbe les petites chutes de pression en position entièrement ouverte. Une vanne à boisseau sphérique doit tourner de 15 à 20 degrés avant d'absorber une énergie suffisante du système, ce qui contribue à générer un retard dans le contrôle du procédé. Un passage réduit ou un
disposi-tif atténué absorbe une plus grande quantité de pression lorsque l'ouverture est complète ; lorsque la bille tourne, la chute de pression augmente durant les premiers incréments de la course. Les vannes à bille à passage com-plet présentent peu ou pas de restrictions en termes de débit et permettent le raclage (en l'absence d'atténuation). Voir la Figure 3,11.
Figure 3.11 Vanne à boisseau sphérique
3.1.3.6 Sélecteur de débit à passages multiples
Une vanne de sélection de débit à passages multiples est raccordée à huit lignes en entrée, ce qui permet d'isoler, de dévier et de tester le fluide sur chacune des lignes à l'aide d'un clapet rotatif, tout en permettant au débit des sept autres lignes de s'écouler vers une sortie commune au groupe. Cette vanne permet de sélectionner et de séparer de manière compacte les fluides d'une ligne afin de les tester, sans interrompre la production des autres lignes.
Le sélecteur de débit à passages multiples est composé de quatre composants principaux : le corps, le chapeau, le bouchon du rotor et l'actionneur. Le corps consiste en des pas-sages d'entrée et de sortie qui permettent de raccorder les huit entrées, une sortie d'essai et une sortie de séparation, et une sortie commune au groupe. Le chapeau maintient le clapet à la verticale, équilibré de façon à pivoter dans le corps, et il assure l'étanchéité complète du corps de vanne. Le clapet est utilisé pour sélectionner le passage de fluide qui sera envoyé vers le passage de sortie. Voir la Figure 3,12.
Figure 3.12 Vanne de sélection de débit à passages multiples