Que sont les vannes ?

Les vannes sont des dispositifs mécaniques qui contrôlent le débit et la pression au sein d'un système ou d'un processus. Ce sont des composants essentiels d'un système de canalisations qui transporte des liquides, des gaz, des vapeurs, des boues, etc.

Différents types de vannes sont disponibles : vannes à vanne, à soupape, à clapet, à bille, à papillon, anti-retour, à membrane, à pincement, de surpression, de régulation, etc. Chacun de ces types a un certain nombre de modèles, chacun avec des caractéristiques et des capacités fonctionnelles différentes. Certaines vannes sont autonomes tandis que d'autres sont actionnées manuellement ou avec un actionneur, pneumatique ou hydraulique.

Les fonctions des vannes sont :

• Arrêt et démarrage du flux
• Réduire ou augmenter un débit
• Contrôler la direction du flux
• Régulation d'un débit ou d'une pression de process
• Soulager un système de canalisations d'une certaine pression

Il existe de nombreux modèles, types et conceptions de vannes, avec une large gamme d'applications industrielles. Tous satisfont à une ou plusieurs des fonctions identifiées ci-dessus. Les vannes sont des articles coûteux, et il est important qu'une vanne appropriée soit spécifiée pour cette fonction et qu'elle soit construite avec le matériau approprié pour le liquide de procédé.

Quel que soit le type, toutes les vannes comportent les pièces de base suivantes : le corps, le chapeau, les éléments internes (éléments internes), l'actionneur et la garniture. Les éléments de base d'une vanne sont illustrés dans l'image de droite.

Corps de vanne

Le corps de la vanne, parfois appelé coque, constitue la limite principale d'une vanne à pression. Il constitue l'élément principal d'un ensemble de vannes car c'est le cadre qui maintient toutes les pièces ensemble.

Le corps, première limite de pression d'une vanne, résiste aux charges de pression du fluide provenant de la tuyauterie de connexion. Il reçoit la tuyauterie d'entrée et de sortie via des joints filetés, boulonnés ou soudés.

Les extrémités du corps de vanne sont conçues pour relier la vanne à la tuyauterie ou à la buse de l'équipement par différents types de connexions d'extrémité, telles que soudées bout à bout ou à emboîtement, filetées ou à brides.

Les corps de vanne sont moulés ou forgés sous diverses formes et chaque composant a une fonction spécifique et est construit dans un matériau adapté à cette fonction.

Capot de soupape

Le couvercle de l'ouverture dans le corps est le chapeau et constitue la deuxième limite la plus importante d'une soupape de pression. Comme les corps de vannes, les chapeaux sont disponibles dans de nombreux modèles et modèles.

Un chapeau fait office de couvercle sur le corps de la vanne et est moulé ou forgé dans le même matériau que le corps. Il est généralement relié au corps par un joint fileté, boulonné ou soudé. Lors de la fabrication de la vanne, les composants internes, tels que la tige, le disque, etc., sont placés dans le corps, puis le chapeau est fixé pour maintenir toutes les pièces ensemble à l'intérieur.

Dans tous les cas, la fixation du capot sur la carrosserie est considérée comme une enveloppe de pression. Cela signifie que le joint soudé ou les boulons qui relient le capot à la carrosserie sont des pièces retenant la pression. Les chapeaux de vannes, bien qu'ils soient une nécessité pour la plupart des vannes, représentent une source de préoccupation. Les chapeaux peuvent compliquer la fabrication des vannes, augmenter la taille des vannes, représenter une part importante du coût des vannes et sont une source de fuites potentielles.

Garniture de soupape

Les pièces internes de la valve amovibles et remplaçablesqui entrent en contact avec le fluide d'écoulement sont collectivement appelésGarniture de soupape. Ces pièces comprennent des sièges de soupape, des disques, des presse-étoupes, des entretoises, des guides, des bagues et des ressorts internes. Le corps de vanne, le chapeau, la garniture, etc. qui entrent également en contact avec le fluide en circulation ne sont pas considérés comme des éléments internes de vanne.

Les performances d'équilibrage d'une vanne sont déterminées par l'interface disque-siège et par la relation entre la position du disque et le siège. Grâce au trim, les mouvements de base et le contrôle du flux sont possibles. Dans les conceptions de garnitures à mouvement de rotation, le disque glisse près du siège pour produire une modification de l'ouverture d'écoulement. Dans les conceptions de garnitures à mouvement linéaire, le disque se soulève perpendiculairement du siège de sorte qu'un orifice annulaire apparaisse.

Les pièces d'éléments internes de soupape peuvent être construites à partir de matériaux variés en raison des différentes propriétés nécessaires pour résister à différentes forces et conditions. Les bagues et les presse-étoupes ne subissent pas les mêmes forces et conditions que le disque et le(s) siège(s) de vanne.

Les propriétés du fluide, la composition chimique, la pression, la température, le débit, la vitesse et la viscosité sont quelques-unes des considérations importantes lors de la sélection des matériaux de finition appropriés. Les matériaux des garnitures peuvent ou non être les mêmes que ceux du corps ou du chapeau de la vanne.

Garniture de vanne API 600 Non

Disque et siège(s) de soupape

Disque

Le disque est la pièce qui permet, étrangle ou arrête le débit, selon sa position. Dans le cas d'un clapet ou d'un robinet à bille, le disque est appelé clapet ou bille. Le disque constitue la troisième enveloppe de pression primaire la plus importante. Lorsque la vanne est fermée, la pleine pression du système est appliquée sur le disque et pour cette raison, le disque est un composant lié à la pression.

Les disques sont généralement forgés et, dans certaines conceptions, à surface dure pour offrir de bonnes propriétés d'usure. La plupart des vannes portent le nom de la conception de leurs disques.

Siège(s)

Le siège ou les bagues d'étanchéité constituent la surface d'appui du disque. Une vanne peut avoir un ou plusieurs sièges. Dans le cas d'un robinet à soupape ou d'un clapet anti-retour, il y a généralement un siège qui forme un joint avec le disque pour arrêter l'écoulement. Dans le cas d'un robinet-vanne, il y a deux sièges ; l'un du côté amont et l'autre du côté aval. Un disque de robinet-vanne comporte deux surfaces d'appui qui entrent en contact avec les sièges de soupape pour former un joint permettant d'arrêter le débit.

Pour améliorer la résistance à l'usure des bagues d'étanchéité, la surface est souvent durcie par soudage puis usinage de la surface de contact de la bague d'étanchéité. Une finition de surface fine de la zone d'appui est nécessaire pour une bonne étanchéité lorsque la vanne est fermée. Les bagues d'étanchéité ne sont généralement pas considérées comme des pièces d'enveloppe de pression car le corps a une épaisseur de paroi suffisante pour résister à la pression de conception sans dépendre de l'épaisseur des bagues d'étanchéité.

Tige de valve

La tige de vanne fournit le mouvement nécessaire au disque, au clapet ou à la bille pour ouvrir ou fermer la vanne et est responsable du bon positionnement du disque. Il est relié au volant de la vanne, à l'actionneur ou au levier à une extrémité et de l'autre côté au disque de la vanne. Dans les vannes à vanne ou à soupape, un mouvement linéaire du disque est nécessaire pour ouvrir ou fermer la vanne, tandis que dans les vannes à boisseau sphérique, à boisseau sphérique et à papillon, le disque est tourné pour ouvrir ou fermer la vanne.

Les tiges sont généralement forgées et reliées au disque par des techniques filetées ou autres. Pour éviter les fuites, une finition fine de la tige est nécessaire au niveau du joint.

Il existe cinq types de tiges de valve :

• Tige montante avec vis extérieure et joug
  L'extérieur de la tige est fileté, tandis que la partie de la tige dans la valve est lisse. Les filetages de tige sont isolés du fluide d'écoulement par la garniture de tige. Deux styles différents de ces modèles sont disponibles ; l'un avec le volant fixé à la tige, afin qu'ils puissent monter ensemble, et l'autre avec un manchon fileté qui fait monter la tige à travers le volant. Ce type de vanne est indiqué par « O. S. et Y. » est une conception courante pour les vannes NPS 2 et plus grandes.
• Tige montante avec vis intérieure
  La partie filetée de la tige se trouve à l'intérieur du corps de la vanne et la garniture de la tige se trouve le long de la section lisse exposée à l'atmosphère extérieure. Dans ce cas, les filetages de tige sont en contact avec le fluide en circulation. Lorsqu'ils sont tournés, la tige et le volant se lèvent ensemble pour ouvrir la vanne.
• Tige non montante avec vis intérieure
  La partie filetée de la tige est à l'intérieur de la valve et ne remonte pas. Le disque de la vanne se déplace le long de la tige, comme un écrou si la tige tourne. Les filetages de tige sont exposés au fluide d'écoulement et, en tant que tels, sont soumis à l'impact. C'est pourquoi ce modèle est utilisé lorsque l'espace est limité pour permettre un mouvement linéaire et que le fluide en circulation ne provoque pas d'érosion, de corrosion ou d'abrasion du matériau de la tige.
• Tige coulissante
  Cette tige de valve ne tourne pas et ne tourne pas. Il glisse dans et hors de la valve pour ouvrir ou fermer la valve. Cette conception est utilisée dans les vannes à ouverture rapide à levier actionné manuellement. Il est également utilisé dans les vannes de régulation actionnées par des vérins hydrauliques ou pneumatiques.
• Tige rotative
  Il s'agit d'un modèle couramment utilisé dans les vannes à bille, à clapet et papillon. Un mouvement d'un quart de tour de la tige ouvre ou ferme la vanne.

Dans le menu principal « Valves », vous trouverez des liens vers des images détaillées (grandes) des vannes à tige montante et NON montante.

Garniture de tige de valve

Pour une étanchéité fiable entre la tige et le chapeau, un joint est nécessaire. C'est ce qu'on appelle une garniture, et elle est équipée par exemple des composants suivants :

• Suiveur de presse-étoupe, un manchon qui comprime la garniture, par un presse-étoupe dans ce qu'on appelle la boîte à garniture.
• Gland, une sorte de bague, qui comprimait le presse-étoupe dans la boîte à garniture.
• Presse-étoupe, chambre dans laquelle la garniture est comprimée.
• Garniture, disponible en plusieurs matériaux, comme le Téflon®, le matériau élastomère, le matériau fibreux, etc.
• Une banquette arrière est un agencement de sièges à l’intérieur du capot. Il assure l'étanchéité entre la tige et le chapeau et empêche 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 à vanne et à soupape.

Un aspect important de la durée de vie d’une vanne est l’ensemble d’étanchéité. Presque toutes les vannes, comme les vannes à bille, à soupape, à vanne, à boisseau et à papillon standard, ont leur ensemble d'étanchéité basé sur la force de cisaillement, la friction et la déchirure.

Par conséquent, l'emballage de la vanne doit être effectué correctement afin d'éviter tout dommage à la tige et toute perte de fluide ou de gaz. Lorsqu’une garniture est trop lâche, la vanne fuira. Si la garniture est trop serrée, cela affectera le mouvement et pourrait endommager la tige.

Conseil d'entretien : 1. Comment installer un presse-étoupe

Conseil d'entretien : 2. Comment installer un presse-étoupe

Joug de valve et écrou de joug

Joug

Un étrier relie le corps de la vanne ou le chapeau au mécanisme d'actionnement. Le haut du joug contenant un écrou de joug, un écrou de tige ou une bague de joug et la tige de valve le traverse. Un joug comporte généralement des ouvertures pour permettre l'accès à la boîte à garniture, aux liaisons de l'actionneur, etc. Structurellement, un joug doit être suffisamment solide pour résister aux forces, aux moments et au couple développés par l'actionneur.

Écrou de joug

Un écrou de joug est un écrou fileté intérieurement et est placé dans la partie supérieure d'un joug par lequel passe la tige. Dans un robinet-vanne, par exemple, l'écrou du joug est tourné et la tige se déplace vers le haut ou vers le bas. Dans le cas des vannes à soupape, l'écrou est fixé et la tige tourne à travers lui.

Actionneur de vanne

Les vannes à commande manuelle sont généralement équipées d'un volant fixé à la tige de la vanne ou à l'écrou de joug qui tourne dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse pour fermer ou ouvrir une vanne. Les vannes à soupape et à vanne sont ouvertes et fermées de cette manière.

Les vannes quart de tour à commande manuelle, telles que les vannes à bille, à clapet ou à papillon, disposent d'un levier pour actionner la vanne.

Il existe des applications où il n'est pas possible ou souhaitable d'actionner la vanne manuellement par volant ou levier. Ces applications incluent :

• Grandes vannes qui doivent fonctionner contre une pression hydrostatique élevée
• Vannes ils doivent être actionnés à distance
• Lorsque le temps d'ouverture, de fermeture, d'étranglement ou de contrôle manuel de la vanne est plus long que celui requis par les critères de conception du système

Ces vannes sont généralement équipées d'un actionneur.
Un actionneur dans la définition la plus large est un dispositif qui produit un mouvement linéaire et rotatif d'une source d'énergie sous l'action d'une source de contrôle.

Les actionneurs de base sont utilisés pour ouvrir ou fermer complètement une vanne. Les actionneurs de commande ou de régulation des vannes reçoivent un signal de positionnement pour se déplacer vers n'importe quelle position intermédiaire. Il existe de nombreux types d'actionneurs différents, mais voici quelques-uns des actionneurs de vanne les plus couramment utilisés :

• Actionneurs à engrenages
• Actionneurs de moteurs électriques
• Actionneurs pneumatiques
• Actionneurs hydrauliques
• Actionneurs solénoïdes

Pour plus d'informations sur les actionneurs, voir le menu principal « Valves »-Actionneurs de vannes-

Classification des vannes

Voici quelques-unes des classifications de vannes couramment utilisées, basées sur le mouvement mécanique :

• Vannes à mouvement linéaire. Vannes dans lesquelles l'élément de fermeture, comme dans les clapets anti-retour à vanne, à globe, à membrane, à pincement et à levage, se déplace en ligne droite pour autoriser, arrêter ou étrangler le débit.
• Vannes à mouvement rotatif. Lorsque l'élément de fermeture de la vanne se déplace le long d'une trajectoire angulaire ou circulaire, comme dans les clapets anti-retour à papillon, à bille, à clapet, excentriques et à battant, les vannes sont appelées vannes à mouvement rotatif.
• Vannes quart de tour. Certaines vannes à mouvement rotatif nécessitent un mouvement d'environ un quart de tour, de 0 à 90°, de la tige pour passer d'une position complètement fermée à une ouverture complète ou vice versa.

Classification des vannes basée sur le mouvement

Notes de classe

Les valeurs pression-température des vannes sont désignées par des numéros de classe. ASME B16.34, Vannes à brides, filetage et extrémités soudées est l'une des normes de vannes les plus largement utilisées. Il définit trois types de classes : standard, spéciales et limitées. ASME B16.34 couvre les vannes des classes 150, 300, 400, 600, 900, 1 500, 2 500 et 4 500.

Résumé

Sur cette page sont définies un certain nombre d'informations de base sur les vannes.

Comme vous l'avez peut-être vu dans le menu principal « Valves », vous pouvez également trouver des informations sur plusieurs vannes souvent utilisées dans l'industrie pétrochimique et chimique.
Cela peut vous donner une impression et une bonne compréhension des différences entre les différents types de vannes et de la manière dont ces différences affectent le fonctionnement de la vanne. Cela contribuera à une bonne application de chaque type de vanne lors de la conception et à une utilisation appropriée de chaque type de vanne pendant le fonctionnement.