Science populaire | Connaissance pratique des vannes : savez-vous tout cela ?

Notions de base sur les vannes

1. Les paramètres de base d'une vanne sont : la pression nominale PN, le diamètre nominal DN.

2. Les fonctions de base d'une vanne : fermer et connecter le fluide, régler le débit, changer le sens du débit.

3. Les principales méthodes de connexion des vannes sont : la bride, le filetage, le soudage et la plaquette.

4. Pression-température nominale de la vanne : sous différents matériaux et températures de travail, la pression de service maximale autorisée varie.

5. Les normes relatives aux brides de tuyaux comprennent principalement deux systèmes : le système européen et le système américain.

Les dimensions de connexion des deux systèmes sont complètement différentes et ne peuvent pas être échangées.

Pour la classification des pressions, la distinction la plus appropriée est :

• Système européen : PN0.25, 0.6, 1.0, 1.6, 2.5, 4.0, 6.3, 10.0, 16.0, 25.0, 32.0, 40.0 MPa.

• Système américain : PN1.0 (Classe 75), 2.0 (Classe 150), 5.0 (Classe 300), 11.0 (Classe 600), 15.0 (Classe 900), 26.0 (Classe 1500), 42.0 (Classe 2500) MPa.

• Les types de brides comprennent principalement : intégrales (IF), soudage de plaques (PL), soudage bout à bout à col (SO), soudage bout à bout à col (WN), soudage à emboîtement (SW), fileté (Th), bride libre à anneau soudé bout à bout (PJ/SE)/(LF/SE), bride libre à anneau de soudure plat (PJ/RJ) et couvercle de bride (BL).

• Les types de faces d'étanchéité des brides comprennent : face plate (FF), face surélevée (RF), concave (FM) convexe (M), languette (T), rainure (G), joint annulaire (RJ), etc.

Vannes communes (générales)

1. Les codes de type de vanne Z, J, L, Q, D, G, X, H, A, Y, S représentent : vanne à vanne, vanne à soupape, papillon des gaz, vanne à bille, vanne papillon, vanne à membrane, vanne à boisseau sphérique, clapet anti-retour, soupape de sécurité, réducteur de pression et purgeur de vapeur.

2. Les codes de type de connexion de vanne 1, 2, 4, 6, 7 représentent : 1 – filetage interne, 2 – filetage externe, 4 – bride, 6 – soudé, 7 – plaquette.

3. Les codes de type d'entraînement de vanne 9, 6, 3 représentent : 9 – électrique, 6 – pneumatique, 3 – engrenage à vis sans fin.

4. Les codes de matériaux du corps de vanne Z, K, Q, T, C, P, R, V représentent : fonte grise, fonte ductile, fonte nodulaire, cuivre et alliages, acier au carbone, acier inoxydable chrome-nickel, acier inoxydable chrome-nickel-molybdène, acier chrome-molybdène-vanadium.

5. Les codes de matériaux d'étanchéité ou de revêtement de siège de vanne R, T, X, S, N, F, H, Y, J, M, W représentent : acier inoxydable austénitique, alliage de cuivre, caoutchouc, plastique, plastique nylon, plastiques fluorés, acier inoxydable Cr, alliage dur, revêtement en caoutchouc, alliage Monel, matériau du corps de vanne.

6. Les corps de vanne en fonte ne conviennent pas aux conditions suivantes :

• Vapeur d'eau ou gaz humides à forte teneur en humidité ;

• Fluides inflammables ou explosifs ;

• Environnements où la température est inférieure à -20°C ;

• Gaz comprimés.

Vannes de contrôle

1. Une vanne de régulation se compose d'un corps de vanne, d'un actionneur et de ses accessoires.

2. Les actionneurs pneumatiques à membrane sont de deux types : action directe et action inverse. Avec l'augmentation de la pression du signal, la tige de poussée descend en action directe et monte en action inverse. La pression du signal standard est de 20 à 100 kPa ; la pression la plus élevée avec un positionneur est de 250 kPa. Les tailles de course de base sont : 10, 16, 25, 40, 60, 100 mm.

Quelles sont les caractéristiques des actionneurs électriques par rapport aux actionneurs pneumatiques et quels sont les différents types de sortie ?

• La source d'énergie est l'électricité, qui est simple et pratique, avec une poussée et un couple élevés et une plus grande rigidité. Cependant, la structure est plus complexe et la fiabilité est moindre. Il est plus cher dans les petites et moyennes tailles que les actionneurs pneumatiques. Il est souvent utilisé dans des situations sans source d'air ou lorsque la prévention des explosions/incendies n'est pas stricte.

• Il existe trois types de sortie : course angulaire, course linéaire et multitours.

Quelles sont les caractéristiques d'une vanne de régulation à simple clapet à action directe et où est-elle appliquée ?

• Faible fuite, car un seul obus de valve assure une meilleure étanchéité. La fuite standard est de 0,01 % KV et une conception supplémentaire peut en faire une vanne d'arrêt.

• Faible différence de pression admissible en raison d'une force de poussée déséquilibrée élevée. Pour le DN100, la différence de pression n'est que de 120 kPa.

• Faible capacité de débit. Le KV pour le DN100 n'est que de 120. Il doit être utilisé dans les cas de petites fuites et de faible différence de pression.

Quelles sont les caractéristiques d'une vanne de régulation à double siège à action directe et où est-elle utilisée ?

• Grand différentiel de pression admissible, car il peut compenser de nombreuses forces déséquilibrées. Pour le DN100, la différence de pression est de 280 kPa.

• Grande capacité de débit. Le KV pour DN100 est de 160.

• Fuite élevée, car les deux corps de valve ne peuvent pas assurer l'étanchéité en même temps. La fuite standard est de 0,1 % KV, soit 10 fois celle d'une vanne à simple siège.

Il est principalement utilisé dans les situations de haute pression différentielle où les fuites ne constituent pas une exigence stricte.

Quels sont les principaux avantages des vannes de régulation à manchon ?

Combine les avantages des vannes à simple et double siège. Avantages clés :

1. Bonne stabilité. Au lieu d'utiliser le noyau et le siège de vanne pour l'étranglement, le clapet de vanne est utilisé, qui comporte un trou d'équilibrage pour réduire la force déséquilibrée sur le clapet de vanne. La grande surface de guidage entre le manchon et le bouchon, ainsi qu'un léger changement de force déséquilibrée, le rendent moins sujet aux vibrations.

2. Forte interchangeabilité et polyvalence. En remplaçant le manchon, différents coefficients de débit et caractéristiques de débit peuvent être obtenus.

3. Grande différence de pression admissible, avec des effets de dilatation thermique minimes. Le principe d'équilibrage de la vanne à manchon avec trou d'équilibrage est similaire à celui d'une vanne à double siège, permettant une différence de pression importante. Le manchon et le bouchon étant constitués du même matériau, la dilatation thermique est constante.

4. La fenêtre d'étranglement fournie par le manchon peut avoir de grandes ouvertures ou de petits trous (type jet). Cette dernière a des effets de réduction du bruit et des vibrations, et des améliorations supplémentaires peuvent en faire une vanne à faible bruit.

Il convient aux situations avec une différence de pression importante et des exigences de faible bruit.

Quelles autres vannes dotées de fonctions de régulation existent en dehors des vannes à simple, double siège et à manchon ?

Vannes à membrane, vannes papillon, vannes à bille en O (principalement pour l'arrêt), vannes à bille en V (grande plage de régulation, action de cisaillement) et vannes rotatives excentriques.

Quel est le rapport réglable R, le rapport réglable idéal et le rapport réglable réel d'une vanne de régulation ?

Le rapport réglable R est le rapport entre le débit maximum et le débit minimum qu'une vanne peut contrôler.

Lorsque la différence de pression à travers la vanne reste constante, le rapport entre le débit maximum et le débit minimum est appelé rapport réglable idéal.

En pratique, la différence de pression change, le rapport est donc appelé rapport réglable réel.

Quelle est la valeur du coefficient de débit C, Cv et KV d'une vanne de régulation ?

La capacité de débit d'une vanne de régulation est représentée par le coefficient de débit.

1. Cv en unités techniques : quantité d'eau passant à travers la vanne par heure lorsqu'elle est complètement ouverte, avec une différence de pression de 1 kgf/cm⊃2 ; et une température de 5 à 40°C.

2. C en unités impériales : le nombre de gallons par minute d'eau passant à travers la vanne lorsqu'elle est complètement ouverte, avec une différence de pression de 1 psi.

3. KV en unités internationales : volume d'eau passant par la vanne par heure lorsqu'elle est complètement ouverte, avec une pression différentielle de 100 kPa et une température de 5 à 40°C.

Cv = 1,17 KV KV = 1,01 C

Quelles forces la sortie de l'actionneur doit-elle satisfaire pour la vanne de régulation ?

1. Surmontez la force statique déséquilibrée sur le noyau de la valve.

2. Fournissez la pression de fermeture pour soutenir le siège de soupape.

3. Surmontez la friction de l’emballage.

4. Forces supplémentaires requises par des applications ou des structures spécifiques (par exemple, soufflets, joints souples, etc.).

Que signifient l'ouverture et la fermeture du débit dans les vannes de régulation ?

Il fait référence à la direction du flux du fluide et n'est pas lié à la fonction de la vanne (ouverture d'air, fermeture d'air). La direction du flux est importante car elle affecte la stabilité, les fuites et le bruit.

Définition : Si le sens d'écoulement à l'ouverture d'étranglement est le même que le sens d'ouverture de la vanne, on parle d'ouverture d'écoulement ; sinon, on parle de fermeture de flux.

Quelles vannes nécessitent une sélection du sens d'écoulement et comment est-ce choisi ?

• Les vannes de régulation à joint unique, telles que les vannes à simple siège, les vannes haute pression et les vannes à manchon à simple joint sans trous d'équilibrage, nécessitent une sélection de la direction d'écoulement.

• L'ouverture et la fermeture du flux ont chacune leurs avantages et leurs inconvénients. Les vannes d'ouverture de débit sont plus stables, mais elles ont des performances d'auto-nettoyage et d'étanchéité moins bonnes, ce qui entraîne une durée de vie plus courte. Les vannes de fermeture de débit ont une durée de vie plus longue, de meilleures performances d'auto-nettoyage et d'étanchéité, mais la stabilité est mauvaise lorsque le diamètre de la tige est inférieur au diamètre du noyau de la vanne.

• Les vannes à simple siège, les vannes à petit débit et les vannes à manchon à simple étanchéité choisissent généralement l'ouverture de débit. En cas de décapage important ou de nécessité d'auto-nettoyage, la fermeture du flux peut être sélectionnée. Les vannes de régulation à deux positions à ouverture rapide choisissent généralement la fermeture du débit.

Quels sont les trois principaux facteurs à prendre en compte lors de la sélection d’un actionneur ?

• La force de sortie de l'actionneur doit être supérieure à la charge de la vanne de régulation et doit correspondre raisonnablement.

• Vérifiez si la différence de pression admissible spécifiée par la vanne de régulation correspond aux exigences du processus. Pour des différences de pression importantes, calculez la force déséquilibrée sur le noyau de la vanne.

• La vitesse de réponse de l'actionneur doit répondre aux exigences de fonctionnement du procédé, notamment pour les actionneurs électriques.

Quelles sont les sept étapes pour déterminer la taille d’une vanne de régulation ?

1. Déterminez le débit calculé — Qmax, Qmin.

2. Déterminez la différence de pression calculée — sélectionnez le rapport de résistance S en fonction des caractéristiques du système, puis calculez la différence de pression (lorsque la vanne est complètement ouverte).

3. Calculez le coefficient de débit — utilisez les formules, graphiques ou logiciels appropriés pour déterminer KVmax et KVmin.

4. Sélectionnez la valeur KV — en fonction de KVmax, choisissez la valeur KV disponible la plus proche dans la série de produits sélectionnée.

5. Vérifiez l'ouverture — lorsque Qmax est requis, l'ouverture de la vanne doit être inférieure à 90 % ; pour Qmin, elle doit être supérieure à 10 %.

6. Vérifiez le rapport réglable réel — il est généralement requis que le rapport réglable réel soit supérieur au rapport réglable requis.

7. Déterminez la taille de la vanne — si elle ne répond pas aux exigences, resélectionnez la valeur KV et revérifiez.

Quels sont les dispositifs auxiliaires (accessoires) des vannes de régulation pneumatiques et quelles sont leurs fonctions ?

1. Positionneur de vanne — utilisé pour améliorer les performances de la vanne de régulation et obtenir un positionnement correct.

2. Commutateur de position (course) de la vanne : affiche les limites de course supérieure et inférieure de la vanne de régulation.

3. Valve de retenue pneumatique : maintient la valve dans sa position actuelle en cas de panne de la source d'air.

4. Électrovanne : commute automatiquement le passage de l'air. Pour un contrôle mono-air, utilisez une vanne 3 voies à 2 positions ; pour un contrôle double air, utiliser une vanne 5 voies à 2 positions.

5. Mécanisme manuel — permet un fonctionnement manuel en cas de panne du système.

6. Booster pneumatique — accélère le mouvement de l'actionneur pneumatique à membrane et réduit le temps de transmission.

7. Régulateur de filtre à air — utilisé pour la purification de l’air et la régulation de la pression.

8. Réservoir d'air — fournit de l'air pour le fonctionnement continu de la vanne en cas de panne de la source d'air, nécessitant généralement une protection à trois niveaux.

Dans quelles conditions un positionneur de vanne est-il nécessaire ?

1. Dans les situations à friction élevée et où un positionnement précis est requis. Par exemple, des vannes de régulation haute température, basse température ou des vannes de régulation utilisant une garniture flexible en graphite.

2. Dans les processus lents où la vitesse de réponse de la vanne de régulation doit être améliorée. Par exemple, les systèmes contrôlant la température, le niveau de liquide, l'analyse, etc.

3. Dans les cas où la force de sortie et la force d'arrêt de l'actionneur doivent être augmentées. Par exemple, des vannes à simple siège avec DN ≥ 25, des vannes à double siège avec DN > 100 ou des vannes avec une différence de pression (△P) > 1 MPa ou une pression d'entrée P1 > 10 MPa.

4. Dans les systèmes de contrôle segmentaires, ou lorsque la forme d'ouverture ou de fermeture d'air de la vanne de régulation doit être modifiée pendant le fonctionnement.

5. Dans les situations où les caractéristiques de débit de la vanne de régulation doivent être modifiées.