Principe de fonctionnement

Le fonctionnement est similaire à celui d'un robinet à tournant sphérique, ce qui permet une fermeture rapide. Les vannes papillon sont généralement préférées car elles coûtent moins cher que les autres modèles de vannes et sont plus légères, elles nécessitent donc moins de support. Le disque est positionné au centre du tuyau. Une tige traverse le disque jusqu'à un actionneur situé à l'extérieur de la vanne. La rotation de l'actionneur fait tourner le disque parallèlement ou perpendiculairement au flux. Contrairement à un robinet à tournant sphérique, le disque est toujours présent dans le débit, il induit donc une chute de pression, même lorsqu'il est ouvert.

Une vanne papillon appartient à une famille de vannes appeléesvannes quart de tour. En fonctionnement, la vanne est complètement ouverte ou fermée lorsque le disque tourne d'un quart de tour. Le « papillon » est un disque métallique monté sur une tige. Lorsque la vanne est fermée, le disque est tourné de manière à bloquer complètement le passage. Lorsque la vanne est complètement ouverte, le disque tourne d'un quart de tour afin de permettre un passage presque sans restriction du fluide. La vanne peut également être ouverte progressivement pour étrangler le débit.

Il existe différents types de vannes papillon, chacune adaptée à différentes pressions et différents usages. La vanne papillon à décalage nul, qui utilise la flexibilité du caoutchouc, a la pression nominale la plus basse. La vanne papillon à double excentration haute performance, utilisée dans les systèmes à pression légèrement plus élevée, est décalée par rapport à la ligne centrale du siège du disque et du joint du corps (décalage un) et à la ligne centrale de l'alésage (décalage deux). Cela crée une action de came pendant le fonctionnement pour soulever le siège hors du joint, ce qui entraîne moins de friction que celle créée dans la conception à décalage nul et diminue sa tendance à l'usure. La vanne la mieux adaptée aux systèmes haute pression est la vanne papillon à triple excentration. Dans cette vanne, l'axe de contact du siège du disque est décalé, ce qui élimine pratiquement tout contact glissant entre le disque et le siège. Dans le cas des vannes à triple excentration, le siège est en métal afin de pouvoir être usiné de manière à obtenir une fermeture étanche aux bulles au contact du disque.

Espèces

1. Vannes papillon concentriques – ce type de vanne possède un siège en caoutchouc élastique avec un disque métallique.
2. Vannes papillon doublement excentriques (vannes papillon hautes performances ou vannes papillon à double excentration) – différents types de matériaux sont utilisés pour le siège et le disque.
3. Vannes papillon triple excentriques (vannes papillon à triple excentration) – les sièges sont soit en laminé, soit en métal massif.

Vanne papillon de type plaquette

La vanne papillon de type plaquette est conçue pour maintenir une étanchéité contre la différence de pression bidirectionnelle afin d'empêcher tout reflux dans les systèmes conçus pour un débit unidirectionnel. Il y parvient grâce à un joint hermétique ; c'est-à-dire un joint, un joint torique, usiné avec précision et une face de vanne plate sur les côtés amont et aval de la vanne.

Vanne papillon à cosse

Les vannes à cosse ont des inserts filetés des deux côtés du corps de vanne. Cela leur permet d'être installés dans un système à l'aide de deux jeux de boulons et sans écrous. La vanne est installée entre deux brides à l'aide d'un jeu de boulons distinct pour chaque bride. Cette configuration permet de déconnecter chaque côté du système de tuyauterie sans perturber l’autre côté.

Une vanne papillon à ergots utilisée dans un service sans issue a généralement une pression nominale réduite. Par exemple, une vanne papillon à ergots montée entre deux brides a une pression nominale de 1 000 kPa (150 psi). La même vanne montée avec une bride, en service sans issue, a une pression nominale de 520 kPa (75 psi). Les vannes à oreilles sont extrêmement résistantes aux produits chimiques et aux solvants et peuvent supporter des températures allant jusqu'à 200 °C, ce qui en fait une solution polyvalente.

Vanne rotative

Les vannes rotatives constituent un dérivé des vannes papillon générales et sont principalement utilisées dans les industries de transformation des poudres. Au lieu d'être plat, le papillon est équipé de poches. Lorsqu'il est fermé, il agit exactement comme une vanne papillon et est étanche. Mais lorsqu'elle est en rotation, les poches permettent de laisser tomber une quantité définie de solides, ce qui rend la vanne adaptée au dosage de produits en vrac par gravité. Ces vannes sont généralement de petite taille (moins de 300 mm), activées pneumatiquement et tournent à 180 degrés d'avant en arrière.

Utilisation dans l'industrie

Dans les industries pharmaceutique, chimique et alimentaire, une vanne papillon est utilisée pour interrompre le flux de produits (solide, liquide, gaz) au sein du processus. Les vannes utilisées dans ces industries sont généralement fabriquées conformément aux directives cGMP (bonnes pratiques de fabrication en vigueur). Les vannes papillon ont généralement remplacé les vannes à bille dans de nombreuses industries, notamment pétrolières, en raison de leur coût inférieur et de leur facilité d'installation, mais les canalisations contenant des vannes papillon ne peuvent pas être « raclées » pour le nettoyage.

Histoire

La vanne papillon est utilisée depuis la fin du XVIIIe siècle. James Watt a utilisé une vanne papillon dans ses prototypes de machines à vapeur. Grâce aux progrès de la fabrication des matériaux et de la technologie, les vannes papillon pourraient être réduites et résister à des températures plus extrêmes. Après la Seconde Guerre mondiale, des caoutchoucs synthétiques ont été utilisés dans les éléments d'étanchéité, permettant à la vanne papillon d'être utilisée dans de nombreuses autres industries. En 1969, James E. Hemphill a breveté une amélioration de la vanne papillon, réduisant le couple hydrodynamique nécessaire pour modifier le débit de la vanne.