Introduction aux vannes papillon

Vannes papillon

Une vanne papillon est une vanne à mouvement rotatif quart de tour, utilisée pour arrêter, réguler et démarrer le débit.

Les vannes papillon sont faciles et rapides à ouvrir. Une rotation de 90° de la poignée permet une fermeture ou une ouverture complète de la valve. Les grandes vannes papillon sont généralement équipées d'une boîte de vitesses, où le volant par engrenages est relié à la tige. Cela simplifie le fonctionnement de la vanne, mais au détriment de la vitesse.

Types de vannes papillon

Les vannes papillon ont un corps circulaire court, un disque rond, des sièges métal sur métal ou souples, des roulements d'arbre supérieur et inférieur et une boîte à garniture. La construction d'un corps de vanne papillon varie. Une conception couramment utilisée est le type de plaquette qui s’insère entre deux brides. Un autre type, la conception en forme de plaquette à cosses, est maintenu en place entre deux brides par des boulons qui relient les deux brides et passent à travers des trous dans le boîtier extérieur de la vanne. Les vannes papillon sont même disponibles avec des extrémités à brides, filetées et soudées bout à bout, mais elles ne sont pas souvent utilisées.

Les vannes papillon présentent de nombreux avantages par rapport aux vannes à guillotine, à globe, à boisseau et à bille, en particulier pour les applications de grandes vannes. Les économies de poids, d’espace et de coût sont les avantages les plus évidents. Les coûts de maintenance sont généralement faibles car le nombre de pièces mobiles est minime et il n’y a pas de poches pour retenir les fluides.

Les vannes papillon sont particulièrement adaptées à la manipulation de grands débits de liquides ou de gaz à des pressions relativement basses et à la manipulation de boues ou de liquides contenant de grandes quantités de matières en suspension.

Les vannes papillon sont construites sur le principe d'un registre tubulaire. L'élément de contrôle du débit est un disque ayant approximativement le même diamètre que le diamètre intérieur du tuyau adjacent, qui tourne sur un axe vertical ou horizontal. Lorsque le disque est parallèle au parcours de tuyauterie, la vanne est complètement ouverte. Lorsque le disque s'approche de la position perpendiculaire, la vanne se ferme. Les positions intermédiaires, à des fins d'étranglement, peuvent être sécurisées par des dispositifs de verrouillage des poignées.

Construction du siège de la vanne papillon

L'arrêt du débit est obtenu par le disque de la vanne qui se scelle contre un siège situé sur la périphérie du diamètre intérieur du corps de la vanne. De nombreuses vannes papillon ont un siège en élastomère contre lequel le disque assure l'étanchéité. D'autres vannes papillon ont un agencement de bague d'étanchéité qui utilise un anneau de serrage et un anneau d'appui sur un anneau en caoutchouc à bords dentelés. Cette conception empêche l'extrusion des joints toriques.

Dans les premières conceptions, un disque métallique était utilisé pour assurer l'étanchéité contre un siège métallique. Cet agencement ne fournissait pas une fermeture étanche, mais fournissait une fermeture suffisante dans certaines applications (par exemple, les conduites de distribution d'eau).

Construction du corps de la vanne papillon

La construction du corps de la vanne papillon varie. Le plus économique est le type de plaquette qui s’insère entre deux brides de pipeline. Un autre type, la conception à plaquettes à cosses, est maintenu en place entre deux brides de tuyau par des boulons qui relient les deux brides et passent à travers des trous dans le boîtier extérieur de la vanne. Les vannes papillon sont disponibles avec des extrémités à brides conventionnelles pour le boulonnage aux brides de tuyaux et dans une construction à extrémité filetée.

Disque de siège et tige d'une vanne papillon

La tige et le disque d'une vanne papillon sont des pièces distinctes. Le disque est alésé pour recevoir la tige. Deux méthodes sont utilisées pour fixer le disque à la tige afin que le disque tourne lorsque la tige est tournée. Dans la première méthode, le disque est percé et fixé à la tige avec des boulons ou des goupilles. La méthode alternative consiste à percer le disque comme auparavant, puis à façonner l'alésage de la tige supérieure pour l'adapter à une tige carrée ou hexagonale. Cette méthode permet au disque de « flotter » et de chercher son centre dans le siège. Une étanchéité uniforme est obtenue et les attaches externes de la tige sont éliminées. Ce mode d'assemblage est avantageux dans le cas de disques recouverts et dans les applications corrosives.

Pour que le disque soit maintenu dans la bonne position, la tige doit dépasser du bas du disque et s'insérer dans une bague située au bas du corps de la vanne. Une ou deux bagues similaires se trouvent également le long de la partie supérieure de la tige. Ces traversées doivent être soit résistantes aux fluides manipulés, soit scellées afin que les fluides corrosifs ne puissent pas entrer en contact avec elles.

Les joints de tige sont réalisés soit avec garniture dans une boîte à garniture conventionnelle, soit au moyen de joints toriques. Certains fabricants de vannes, notamment ceux spécialisés dans la manipulation de matières corrosives, placent un joint de tige à l'intérieur de la vanne afin qu'aucun matériau manipulé par la vanne ne puisse entrer en contact avec la tige de vanne. Si une boîte à garniture ou un joint torique externe est utilisé, le fluide traversant la vanne entrera en contact avec la tige de la vanne.

Applications typiques des vannes papillon

Une vanne papillon peut être utilisée dans de nombreux services fluides différents et fonctionne bien dans les applications de boues. Voici quelques applications typiques des vannes papillon :

• Eau de refroidissement, air, gaz, protection incendie, etc.
• Lisier et services similaires
• Service de vide
• Services d'eau et de vapeur à haute pression et haute température

Avantages des vannes papillon

• La conception compacte nécessite beaucoup moins d'espace que les autres vannes
• Léger
• Un fonctionnement rapide nécessite moins de temps pour ouvrir ou fermer
• Disponible en très grandes tailles
• Faible chute de pression et récupération haute pression

Inconvénients des vannes papillon

• Le service d'étranglement est limité à une faible pression différentielle
• La cavitation et l'écoulement étouffé sont deux problèmes potentiels
• Le mouvement du disque n'est pas guidé et est affecté par les turbulences d'écoulement

Vanne papillon triple excentration Vanessa

Remarque(s) de l’auteur…

Joints et installation de vannes papillon

Le 14 septembre 2012, j'ai reçu un e-mail avec le commentaire suivant :

J'ai une suggestion pour vous qui, je pense, n'est pas abordée sur votre site, qui consiste à décrire quel type de joint utiliser pour différentes vannes papillon (type E ou F) et quel type de bride d'accompagnement doit être utilisé (RF ou FF), et également lorsqu'un joint n'est pas nécessaire car certaines Vannes Papillon ont des joints intégrés. J'ai constaté qu'il y avait souvent une confusion à ce sujet.

Un bon constat et donc le suivant :

Instructions d'installation d'un fournisseur de vannes papillon :
La vanne est conçue pour être utilisée entre tous les types de brides à face plate ou surélevée.
N'UTILISEZ PAS DE JOINTS DE BRIDE.La conception de la vanne papillon élimine le besoin de joints. Pour une installation correcte, l'espace entre les brides doit être suffisant pour permettre l'insertion de la vanne sans perturber le joint de la bride. A noter que le bord d'étanchéité du diac est aligné avec le plat de l'arbre. Faites pivoter la tige pour positionner le disque dans le corps, placez la vanne entre les brides et serrez les boulons à la main.
OUVERT LENTEMENTla vanne dans le sens antihoraire pour vérifier le jeu adéquat du disque.
RETOURNER LE DISQUE EN POSITION OUVERTE À 10 %& serrez tous les boulons en croix, vérifiez à nouveau le jeu adéquat du disque.

Incorrect
Disque en position fermée et joints installés
entre la vanne et les brides d'accouplement

Correct
Aucun joint de bride utilisé et disque dans le
position presque fermée.

Une autre instruction d'installation d'un fournisseur de vannes papillon :

PRUDENCE
Les joints suivants doivent être utilisés pour l'installation des vannes dans les canalisations.

• Type de joint
  Joint en PTFE renforcé (le joint à gaine, le joint enroulé en spirale ou le joint métallique ne peuvent pas être installés.)
• Dimension du joint
  Les dimensions du joint doivent être conformes à la norme ASME B16.21. (L'épaisseur minimale du joint est de 3 mm.)

Les vannes ne peuvent pas être installées aux extrémités tronquées. La vanne doit être installée selon une flèche, prévue sur le côté de la bride de montage de l'opérateur. La flèche doit pointer du côté pression supérieure vers le côté pression inférieure en position fermée de la vanne.

Il est donc recommandé de suivre les instructions d’un fournisseur de vanne papillon !

Éviter les problèmes avec les vannes papillon

La majorité de tous les problèmes rencontrés sur le terrain avec les vannes papillon sont directement liés à de mauvaises procédures d'installation. Pour cette raison, il est sage de prendre en compte les meilleures pratiques lors de la disposition des canalisations et de l’installation de la vanne elle-même.

Le siège d'une vanne papillon à siège élastique s'étend généralement sur les deux faces de la vanne. En conséquence, aucun joint n’est requis puisque ces sièges remplissent la fonction d’un joint. Le matériau du siège qui s'étend au-delà de la face est comprimé lors de l'installation et s'écoule vers le centre du siège de vanne. Tout changement dans cette configuration dû à une installation incorrecte affecte directement la pression nominale et les couples de serrage/désserrage.

Contrairement à la plupart des types de vannes, le disque de la vanne papillon s'étend en fait au-delà de la face du corps de la vanne à des angles d'ouverture donnés (par exemple 30° ou plus) lorsqu'il est installé entre des brides. Par conséquent, il est très important, avant l'installation, de s'assurer que le disque peut tourner librement et pénétrer dans les brides et la tuyauterie.

Expédition et stockage

• Positionner les disques à 10 % d'ouverture afin qu'ils ne soient pas en place.
• Les faces de chaque vanne doivent être couvertes pour éviter d'endommager la face du siège, le bord du disque ou l'intérieur de la vanne.
• Conserver à l'intérieur, de préférence à une température ambiante comprise entre 5°C et 30°C.
• Ouvrez et fermez les vannes tous les 3 mois.
• Expédiez et stockez les vannes de manière à ce qu’aucune charge lourde ne soit appliquée aux corps.

Emplacement de la vanne

• Les vannes papillon doivent être installées si possible à un minimum de 6 diamètres de tuyaux des autres éléments de conduite, c'est-à-dire les coudes, les pompes, les vannes, etc. Parfois, cela n'est pas réalisable, mais il est important de respecter la plus grande distance possible.
• Lorsque la vanne papillon est connectée à un clapet anti-retour ou à une pompe, gardez suffisamment d'espace entre eux pour garantir que le disque n'interfère pas avec l'équipement adjacent.

Orientation des vannes

En règle générale, les vannes papillon doivent être installées avec la tige en position verticale et l'actionneur monté verticalement directement au-dessus. Cependant, dans certaines applications, la tige doit être horizontale. Le fichier .pdf ci-dessous vous explique pourquoi la tige doit parfois être positionnée horizontalement.

Dodge Ingénierie et Contrôles Inc
(Instructions d'installation de la vanne papillon)

Procédures d'installation

1. Assurez-vous que les faces du pipeline et des brides sont propres. Tout corps étranger tel que de la limaille de métal, de la calamine, des scories de soudage, des baguettes de soudage, etc. peut limiter le mouvement du disque ou endommager le disque ou le siège.
2. Les joints ne sont pas nécessaires sur les vannes à siège élastique car ils s'étendent sur les deux faces de la vanne.
3. Alignez la tuyauterie et écartez suffisamment les brides pour permettre au corps de la vanne d'être facilement inséré entre les brides sans entrer en contact avec les brides des tuyaux.
4. Vérifiez que le disque de la vanne a été réglé à environ 10 % d'ouverture afin qu'il ne se coince pas en position complètement assise.
5. Insérez la vanne entre les brides comme indiqué, en prenant soin de ne pas endommager les faces du siège. Soulevez toujours la valve par les trous de positionnement ou en utilisant une élingue en nylon sur le cou ou le corps. Ne soulevez jamais la vanne par l'actionneur ou l'opérateur monté sur la vanne.
6. Placez la vanne entre les brides, centrez-la, insérez les boulons et serrez-les à la main. Ouvrez soigneusement le disque, en vous assurant qu'il n'entre pas en contact avec l'intérieur des tuyaux adjacents.
7. Fermez très lentement le disque de la vanne pour garantir un dégagement du bord du disque par rapport à la bride du tuyau adjacent.
8. Ouvrez complètement le disque et serrez tous les boulons de bride comme indiqué.
9. Répétez une rotation complète de fermeture à ouverture complète du disque pour garantir un jeu approprié.