Introduction aux vannes à soupape

Vannes à soupape

Une vanne à soupape est une vanne à mouvement linéaire et est principalement conçue pour arrêter, démarrer et réguler le débit. Le disque d'une vanne à soupape peut être totalement retiré du chemin d'écoulement ou il peut fermer complètement le chemin d'écoulement.

Les vannes à soupape conventionnelles peuvent être utilisées pour les services d'isolation et d'étranglement. Bien que ces vannes présentent des chutes de pression légèrement plus élevées que les vannes directes (par exemple, à vanne, à clapet, à bille, etc.), elles peuvent être utilisées lorsque la chute de pression à travers la vanne n'est pas un facteur de contrôle.

Étant donné que toute la pression du système exercée sur le disque est transférée à la tige de la vanne, la taille limite pratique de ces vannes est de NPS 12 (DN 300). Les vannes à soupape d'une taille supérieure à NPS 12 (DN 300) sont une exception plutôt que la règle. Des vannes plus grandes nécessiteraient que d'énormes forces soient exercées sur la tige pour ouvrir ou fermer la vanne sous pression. Des vannes à soupape dans des tailles allant jusqu'à NPS 48 (DN 1200) ont été fabriquées et utilisées.

Les vannes à soupape sont largement utilisées pour contrôler le débit. La plage de contrôle du débit, de chute de pression et de service doit être prise en compte dans la conception de la vanne pour éviter une défaillance prématurée et assurer un service satisfaisant. Les vannes soumises à un service d'étranglement de pression différentielle élevée nécessitent des éléments internes de vanne spécialement conçus.

En règle générale, la pression différentielle maximale à travers le disque de la vanne ne doit pas dépasser 20 pour cent de la pression maximale en amont ou 200 psi (1 380 kPa), selon la valeur la plus faible. Les vannes dotées d'éléments internes spéciaux peuvent être conçues pour des applications dépassant ces limites de pression différentielle.

Robinet à soupape en acier moulé pour l'industrie pétrolière et gazière

Conceptions de corps de vannes à soupape

Il existe trois modèles de corps principaux pour les vannes à soupape, à savoir : le modèle en T ou le corps en Z, le modèle en angle et le modèle en étoile ou le corps en Y.

Conception de vanne à soupape à motif en Test le type de corps le plus courant, avec un diaphragme en forme de Z. Le réglage horizontal du siège permet à la tige et au disque de se déplacer perpendiculairement à la ligne horizontale. Cette conception présente le coefficient de débit le plus bas et une chute de pression plus élevée. Ils sont utilisés dans des services d'étranglement sévères, comme dans les conduites de dérivation autour d'une vanne de régulation. Les vannes à soupape en T peuvent également être utilisées dans les applications où la chute de pression n'est pas un problème et où un étranglement est requis.

 

 

Conception de vannes à soupape à modèle d'angleest une modification de la vanne à soupape en T de base. Les extrémités de ce robinet à soupape forment un angle de 90 degrés et l'écoulement du fluide se produit avec un seul tour de 90 degrés. Ils ont un coefficient de débit légèrement inférieur à celui des vannes Globe à motif en étoile. Ils sont utilisés dans des applications comportant des périodes de flux pulsé en raison de leur capacité à gérer l’effet de choc de ce type de flux.

 

 

Conception de vannes à soupape à motif en étoile, est une alternative à la perte de charge élevée, inhérente aux vannes Globe. Le siège et la tige sont inclinés à environ 45 degrés, ce qui donne un chemin d'écoulement plus droit à pleine ouverture et offre le moins de résistance à l'écoulement. Ils peuvent être fissurés pendant de longues périodes sans érosion grave. Ils sont largement utilisés pour la limitation lors des opérations saisonnières ou de démarrage. Ils peuvent être traversés pour éliminer les débris lorsqu'ils sont utilisés dans des conduites de drainage normalement fermées.

Disque, siège et tige de vannes à soupape

Disque:Les conceptions de disque les plus courantes pour les vannes à soupape sont : le disque à bille, le disque de composition et le disque à bouchon. La conception à disque à bille est principalement utilisée dans les systèmes basse pression et basse température. Il est capable de limiter le débit, mais en principe, il est appliqué pour arrêter et démarrer le débit.

La conception du disque de composition utilise un anneau d'insertion dur et non métallique sur le disque, qui assure une fermeture plus serrée.

La conception du disque de prise offre une meilleure limitation que les conceptions à bille ou à composition. Ils sont disponibles dans de nombreux modèles différents et ils sont tous longs et effilés.

Siège:Les sièges de vanne à soupape sont soit intégrés, soit vissés au corps de la vanne. De nombreuses vannes Globe ont des sièges arrière à l'intérieur du capot. Les sièges arrière assurent l'étanchéité entre la tige et le chapeau et empêchent la pression du système de s'accumuler contre le joint de la vanne lorsque la vanne est complètement ouverte. Les sièges arrière sont souvent utilisés dans les vannes Globe.

Tige:Les vannes à soupape utilisent deux méthodes pour connecter le disque et la tige : la construction à rainure en T et à écrou de disque. Dans la conception à rainure en T, le disque glisse sur la tige, tandis que dans la conception à écrou de disque, le disque est vissé dans la tige.

Construction d'un robinet à soupape

Les robinets à soupape ont généralement des tiges montantes et les plus grandes tailles sont de construction extérieure à vis et à étrier. Les composants du robinet à soupape sont similaires à ceux du robinet-vanne. Ce type de vanne possède des sièges dans un plan parallèle ou incliné à la ligne d'écoulement.

L'entretien des robinets à soupape est relativement facile, car les disques et les sièges sont facilement remis à neuf ou remplacés. Cela rend les vannes Globe particulièrement adaptées aux services qui nécessitent un entretien fréquent des vannes. Lorsque les vannes sont actionnées manuellement, la course plus courte du disque offre des avantages en termes de gain de temps pour l'opérateur, en particulier si les vannes sont réglées fréquemment.

La principale variation dans la conception des vannes à soupape réside dans les types de disques utilisés. Les disques de type bouchon ont une configuration longue et conique avec une large surface d'appui. Ce type de siège offre une résistance maximale à l'action érosive du courant de fluide. Dans le disque de composition, le disque présente une face plate qui est plaquée contre l'ouverture du siège à la manière d'un capuchon. Ce type de disposition de siège n'est pas aussi adapté à un étranglement à pression différentielle élevée.

Dans les robinets à soupape en fonte, le disque et les bagues de siège sont généralement en bronze. Dans les vannes à globe en acier pour des températures allant jusqu'à 750°F (399°C), la garniture est généralement en acier inoxydable et offre ainsi une résistance au grippage et au grippage. Les faces de contact sont normalement traitées thermiquement pour obtenir des valeurs de dureté différentielles. D'autres matériaux de finition, notamment des alliages à base de cobalt, sont également utilisés.

La surface d'appui est meulée pour garantir un contact complet avec la surface d'appui lorsque la vanne est fermée. Pour les classes de pression inférieures, l’alignement est maintenu par un long contre-écrou à disque. Pour des pressions plus élevées, des guides à disque sont coulés dans le corps de la vanne. Le disque tourne librement sur la tige pour éviter le grippage de la face du disque et de la bague de siège. La tige repose contre une plaque de poussée durcie, éliminant ainsi le grippage de la tige et du disque au point de contact.

Sens d'écoulement des vannes à soupape

Pour les applications à basse température, les vannes à soupape sont normalement installées de manière à ce que la pression soit sous le disque. Cela contribue à une opération facile et aide à protéger l’emballage.

Pour les applications avec service de vapeur à haute température, les vannes à soupape sont installées de manière à ce que la pression soit au-dessus du disque. Sinon, la tige se contractera lors du refroidissement et aura tendance à soulever le disque du siège.

Avantages et inconvénients des vannes à soupape

Avantages :

• Bonne capacité d'arrêt
• Capacité de limitation modérée à bonne
• Course plus courte (par rapport à un robinet-vanne)
• Disponible en modèles en T, en étoile et en angle, chacun offrant des capacités uniques
• Facile à usiner ou à refaire la surface des sièges
• Avec le disque non fixé à la tige, la vanne peut être utilisée comme clapet anti-retour

Inconvénients :

• Chute de pression plus élevée (par rapport à un robinet-vanne)
• Nécessite une plus grande force ou un actionneur plus grand pour asseoir la vanne (avec une pression sous le siège)
• Débit d'étranglement sous le siège et débit d'arrêt au-dessus du siège

Applications typiques des vannes à soupape

Voici quelques-unes des applications typiques des vannes à soupape :

• Systèmes d'eau de refroidissement où le débit doit être régulé
• Système fioul où le débit est régulé et l'étanchéité est importante
• Aérations en point haut et purges en point bas lorsque l'étanchéité et la sécurité sont des considérations majeures
• Systèmes d’eau alimentaire, d’alimentation chimique, d’extraction d’air du condenseur et de drainage d’extraction
• Évents et drains de chaudière, évents et drains de vapeur principaux et drains de chauffage
• Joints et drains de turbine
• Système d'huile de lubrification de turbine et autres