Introduction aux actionneurs de vannes

Actionneurs de vannes

Les actionneurs de vanne sont sélectionnés en fonction d'un certain nombre de facteurs, notamment le couple nécessaire pour faire fonctionner la vanne et la nécessité d'un actionnement automatique. Les types d'actionneurs comprennent le volant manuel, le levier manuel, le moteur électrique, le pneumatique, le solénoïde, le piston hydraulique et l'auto-actionnement. Tous les actionneurs, à l'exception du volant manuel et du levier, sont adaptables à l'actionnement automatique.

Actionneurs manuels, fixes et à marteau
Les actionneurs manuels sont capables de placer la vanne dans n'importe quelle position mais ne permettent pas un fonctionnement automatique. Le type d'actionneur mécanique le plus courant est le volant. Ce type comprend les volants fixés à la tige, les volants à marteau et les volants reliés à la tige par des engrenages.

Volants fixés à la tige
Comme illustré sur l'image de droite, les volants fixés à la tige n'apportent que l'avantage mécanique du volant. Lorsque ces vannes sont exposées à des températures de fonctionnement élevées, le blocage des vannes rend leur fonctionnement difficile.

Marteau Volant
Comme illustré sur l'image, le volant du marteau se déplace librement sur une partie de son tour, puis heurte un ergot d'une roue secondaire. La roue secondaire est fixée à la tige de valve. Avec cet agencement, la vanne peut être fermée à coups de marteau pour une fermeture étanche ou ouverte si elle est bloquée en position fermée.

Boîte de vitesses à commande manuelle

Si un avantage mécanique supplémentaire est nécessaire pour une vanne à commande manuelle, le chapeau de vanne est équipé de réducteurs à commande manuelle, comme illustré dans l'image. Une clé spéciale ou un volant fixé à l'arbre du pignon permet à une seule personne de faire fonctionner la vanne lorsque deux personnes pourraient être nécessaires sans l'avantage de l'engrenage. Étant donné que plusieurs tours de pignon sont nécessaires pour produire un tour de tige de soupape, la durée de fonctionnement des grandes soupapes est exceptionnellement longue. L'utilisation de moteurs pneumatiques portables connectés à l'arbre de pignon diminue le temps de fonctionnement de la vanne.

Boîte de vitesses à commande manuelle

Si un avantage mécanique supplémentaire est nécessaire pour une vanne à commande manuelle, le chapeau de vanne est équipé de réducteurs à commande manuelle, comme illustré dans l'image. Une clé spéciale ou un volant fixé à l'arbre du pignon permet à une seule personne de faire fonctionner la vanne lorsque deux personnes pourraient être nécessaires sans l'avantage de l'engrenage. Étant donné que plusieurs tours de pignon sont nécessaires pour produire un tour de tige de soupape, la durée de fonctionnement des grandes soupapes est exceptionnellement longue. L'utilisation de moteurs pneumatiques portables connectés à l'arbre de pignon diminue le temps de fonctionnement de la vanne.

Actionneurs de moteurs électriques

Les moteurs électriques permettent un fonctionnement manuel, semi-automatique et automatique de la vanne. Les moteurs sont principalement utilisés pour les fonctions d'ouverture-fermeture, bien qu'ils soient adaptables pour positionner la vanne à n'importe quel point d'ouverture, comme illustré dans l'image ci-dessous. Le moteur est généralement un type réversible à grande vitesse connecté via un train d'engrenages pour réduire la vitesse du moteur et ainsi augmenter le couple au niveau de la tige. Le sens de rotation du moteur détermine le sens de mouvement du disque.
L'actionnement électrique peut être semi-automatique, comme lorsque le moteur est démarré par un système de contrôle. Un volant, qui peut être engagé sur le train d'engrenages, permet le fonctionnement manuel de la vanne. Des interrupteurs de fin de course sont normalement fournis pour arrêter automatiquement le moteur dans les positions de vanne complètement ouverte et complètement fermée. Les interrupteurs de fin de course sont actionnés soit physiquement par la position de la vanne, soit par torsion par le couple du moteur.

Actionneurs hydrauliques

Les actionneurs hydrauliques assurent un positionnement semi-automatique ou automatique de la vanne, similaire aux actionneurs pneumatiques. Ces actionneurs utilisent un piston pour convertir un signal de pression en mouvement de la tige de vanne. Le fluide hydraulique est alimenté de chaque côté du piston tandis que l'autre côté est vidangé ou purgé. De l'eau ou de l'huile est utilisée comme fluide hydraulique. Les électrovannes sont généralement utilisées pour le contrôle automatique du fluide hydraulique afin de diriger l'ouverture ou la fermeture de la vanne. Des vannes manuelles peuvent également être utilisées pour contrôler le fluide hydraulique ; fournissant ainsi un fonctionnement semi-automatique.

Vannes auto-actionnées

Les vannes à commande automatique utilisent le fluide du système pour positionner la vanne. Les soupapes de décharge, les soupapes de sécurité, les clapets anti-retour et les purgeurs de vapeur sont des exemples de vannes auto-actionnées. Toutes ces vannes utilisent certaines caractéristiques du fluide du système pour actionner la vanne. Aucune source d'énergie extérieure à l'énergie fluide du système n'est nécessaire pour le fonctionnement de ces vannes.

Électrovannes simplessont appelés ouverture en cas de panne ou fermeture en cas de panne en fonction de la position de la vanne avec le solénoïde hors tension. Les électrovannes à ouverture insuffisante sont ouvertes par la pression du ressort et fermées en alimentant le solénoïde. Les électrovannes fermées en cas de défaillance sont fermées par la pression du ressort et ouvertes en alimentant le solénoïde. Les électrovannes doubles échouent généralement « telles quelles ». Autrement dit, la position de la vanne ne change pas lorsque les deux solénoïdes sont hors tension.
Une application des électrovannes concerne les systèmes pneumatiques tels que ceux utilisés pour fournir de l’air aux actionneurs de vannes pneumatiques. Les électrovannes servent à contrôler l'alimentation en air de l'actionneur pneumatique et donc la position de la vanne à commande pneumatique.

Vitesse des actionneurs électriques

Les considérations de sécurité de l'usine dictent les vitesses des vannes pour certaines vannes liées à la sécurité. Lorsqu’un système doit être isolé ou ouvert très rapidement, un actionnement très rapide des vannes est requis. Lorsque l'ouverture d'une vanne entraîne l'injection d'eau relativement froide dans un système chaud, une ouverture plus lente est nécessaire pour minimiser le choc thermique. La conception technique sélectionne l'actionneur pour les vannes de sécurité en fonction des exigences de vitesse et de puissance et de la disponibilité de l'énergie pour l'actionneur.

En général, l'actionnement le plus rapide est assuré par des actionneurs hydrauliques, pneumatiques et solénoïdes. Cependant, les solénoïdes ne sont pas pratiques pour les grandes vannes car leur taille et leur consommation électrique seraient excessives. De plus, les actionneurs hydrauliques et pneumatiques nécessitent un système pour fournir de l'énergie hydraulique ou pneumatique. La vitesse d'actionnement dans les deux cas peut être réglée en installant des orifices de taille appropriée dans les conduites hydrauliques ou pneumatiques. Dans certains cas, la vanne est fermée par la pression d'un ressort, à laquelle s'oppose une pression hydraulique ou pneumatique pour maintenir la vanne ouverte.

Les moteurs électriques permettent un actionnement relativement rapide. La vitesse réelle de la vanne est définie par la combinaison de la vitesse du moteur et du rapport de transmission. Cette combinaison peut être sélectionnée pour assurer une course complète de la vanne dans une plage allant d'environ deux secondes à plusieurs secondes.

Indication de position de la vanne

Les opérateurs ont besoin d'indiquer la position de certaines vannes pour permettre une exploitation éclairée de l'usine. Pour de telles vannes, une indication de position de vanne à distance est fournie sous la forme de voyants de position qui indiquent si les vannes sont ouvertes ou fermées. Les circuits d'indication de position de vanne à distance utilisent un détecteur de position qui détecte la position de la tige et du disque ou la position de l'actionneur. Un type de détecteur de position est le fin de course mécanique, qui est physiquement actionné par le mouvement de la vanne.

Un autre type est celui des interrupteurs ou transformateurs magnétiques qui détectent le mouvement de leurs noyaux magnétiques, qui sont physiquement actionnés par le mouvement de la vanne.

L'indication locale de la position de la vanne fait référence à une caractéristique visuellement discernable de la vanne qui indique la position de la vanne. La position de la vanne à tige montante est indiquée par la position de la tige. Les vannes à tige non montante ont parfois de petits pointeurs mécaniques qui sont actionnés par l'actionneur de vanne simultanément au fonctionnement de la vanne. Les vannes à commande électrique ont généralement un pointeur mécanique qui fournit une indication locale de la position de la vanne. En revanche, certaines vannes ne disposent d'aucune fonction d'indication de position.

Résumé des actionneurs de vannes

• Les actionneurs manuels sont le type d’actionneur de vanne le plus courant. Les actionneurs manuels comprennent des volants fixés directement à la tige de vanne et des volants fixés via des engrenages pour offrir un avantage mécanique.
• Les actionneurs à moteur électrique sont constitués de moteurs électriques réversibles connectés à la tige de vanne via un train d'engrenages qui réduit la vitesse de rotation et augmente le couple.
• Les actionneurs pneumatiques utilisent la pression de l'air sur un ou les deux côtés d'un diaphragme pour fournir la force nécessaire au positionnement de la vanne.
• Les actionneurs hydrauliques utilisent un liquide sous pression sur un ou les deux côtés d'un piston pour fournir la force nécessaire au positionnement de la vanne.
• Les actionneurs solénoïdes ont un bouchon magnétique fixé à la tige de la vanne. La force nécessaire pour positionner la vanne provient de l'attraction magnétique entre le pion sur la tige de la vanne et la bobine de l'électro-aimant dans l'actionneur de la vanne.