Clapets anti-retour - Leur fonctionnement

Les clapets anti-retour - Comment ils fonctionnent

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Figure 1 : Clapet

Un clapet anti-retour, également appelé vanne unidirectionnelle, est un dispositif qui permet à l'écoulement des fluides de se faire dans un seul sens. L'objectif principal d'un clapet anti-retour est d'empêcher le reflux dans le système. Les clapets anti-retour sont des solutions bon marché, efficaces et faciles à mettre en œuvre pour résoudre un problème potentiel. Le reflux peut poser un problème si le flux est contaminé et, par conséquent, contamine le média en amont. Par exemple, une canalisation d'égout sera équipée d'un clapet anti-retour afin de garantir que les déchets peuvent quitter le système d'où ils proviennent, mais pas y revenir. La figure 1 montre un exemple de clapet anti-retour.

Il existe différentes tailles, conceptions et matériaux pour garantir qu'il y a un clapet anti-retour pour chaque application. Les clapets de retenue à deux voies sont couramment utilisés. Les clapets anti-retour avec évents sont utilisés comme clapets anti-retour à trois voies pour protéger l'alimentation en eau entrante contre la contamination causée par le reflux. L'évent atmosphérique permet l'évacuation de l'eau purgée dans un drain existant. Une flèche sur son capot indique le sens d'écoulement du clapet anti-retour.

Table des matières

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Comment fonctionne un clapet anti-retour ?

Pression de fissuration

Un clapet anti-retour nécessite une pression amont minimale (pression différentielle entre l'entrée et la sortie) pour ouvrir le clapet et laisser passer le fluide. Cette pression amont minimale à laquelle la soupape s'ouvre est appelée "pression de rupture" du clapet. La pression de fissuration spécifique varie en fonction de la conception et de la taille de la vanne. Il faut donc s'assurer que la pression du système peut générer la pression de fissuration de la ou des vannes de retenue choisies.

Fermeture

Si la pression en amont tombe en dessous de la pression de craquage ou s'il y a une contre-pression (débit tentant de passer de la sortie à l'entrée), le clapet anti-retour se ferme. En général, les clapets anti-retour sont équipés d'une vanne, d'une bille, d'un diaphragme ou d'un disque qui est pressé contre un joint pour fermer le clapet. La gravité ou le ressort peuvent faciliter le processus de fermeture. Lorsque la pression d'entrée diminue en dessous de la pression de craquage ou qu'il y a une contre-pression, la vanne se ferme par gravité, par ressort et/ou en utilisant la contre-pression.

Orientation de l'installation

Comme une vanne unidirectionnelle ne permet le débit que dans un sens, il est crucial de connaître l'orientation correcte de l'installation. En général, une flèche sur le boîtier de la vanne indique le sens du débit. S'il n'y a pas de flèche, examinez la vanne pour vous assurer qu'elle est installée dans le sens d'écoulement prévu. Si la vanne est installée à l'envers, le fluide ne pourra pas circuler dans le système et l'accumulation de pression qui en résulte peut causer des dommages.

Clapets anti-retour normalement ouverts et normalement fermés

Un clapet anti-retour normalement ouvert permet au fluide de s'écouler librement, mais bloque le débit en cas de reflux. Un clapet anti-retour normalement fermé empêche l'écoulement du fluide à travers lui jusqu'à ce que la pression de fissuration s'accumule, auquel moment la valve s'ouvre.

Types de clapets anti-retour

Les clapets anti-retour fonctionnent différemment selon leur conception. Le clapet anti-retour le plus courant est un clapet anti-retour en ligne à ressort ; cependant, nous allons aborder plusieurs types ci-dessous.

Clapet anti-retour en ligne à ressort

Les clapets anti-retour en ligne à ressort sont courants, faciles à comprendre et de conception simple. La figure 2 montre un clapet anti-retour en ligne à ressort en position ouverte et fermée. Les flèches indiquent la direction du flux. Lorsque le débit pénètre dans l'orifice d'entrée de la vanne, il doit avoir une pression (force) suffisante pour surmonter la pression de rupture et la force du ressort. La pression pousse le disque, ce qui ouvre l'orifice et permet au flux de passer à travers la vanne. Lorsque la pression d'entrée n'est plus assez élevée ou que la contre-pression est suffisante, la contre-pression et le ressort poussent le disque contre l'orifice et ferment la vanne. Le ressort, ainsi que la courte distance de déplacement du disque, permettent un temps de réaction rapide pour la fermeture. Cette conception de la vanne permet également d'éviter les coups de bélier et les coups de pression dans la conduite.

Les types courants de clapets anti-retour à ressort en ligne sont également appelés " clapets anti-retour à buse ", " clapets anti-retour à clapet ", " clapets anti-retour axiaux ", " clapets anti-retour à débit excessif ", " clapets anti-retour silencieux " ou " silencieux " ou " clapets anti-retour à coup de bélier ". Ils peuvent être installés dans une orientation verticale ou horizontale. Cependant, comme ils sont en ligne avec le système, ils doivent être entièrement retirés de la ligne pour être inspectés et/ou entretenus. Un clapet anti-retour à double plaque comporte deux plaques à ressort montées sur un axe central. Cette conception permet d'éviter efficacement les claquements et les coups de bélier.

Clapet anti-retour en ligne à ressort ouvert (à gauche) et fermé (à droite). Les composants fonctionnels sont le corps du clapet (A), le disque (B), le ressort (C) et le guide (D).

Figure 2 : Clapet anti-retour en ligne à ressort ouvert (à gauche) et fermé (à droite). Les composants fonctionnels sont le corps de vanne (A), le disque (B), le ressort (C) et le guide (D).

Clapet anti-retour en Y à ressort

Les clapets anti-retour en Y à ressort fonctionnent de la même manière que les clapets anti-retour en ligne à ressort. La différence est que le ressort et le disque mobile sont positionnés en angle. Cela crée une forme en "y", d'où le nom de la valve. Elle fonctionne de la même manière qu'une vanne en ligne, mais comme les composants mobiles sont inclinés, ils peuvent être inspectés et entretenus pendant que la vanne est connectée au système. Ces valves sont plus grandes et prennent plus de place dans le système.

Clapet de retenue en Y clapet de retenue en Y.jpg

Figure 3 : Clapet en Y

Clapet anti-retour à bille

Un clapet à bille utilise une bille flottante ou à ressort qui repose sur le siège d'étanchéité pour fermer l'orifice. Le siège d'étanchéité est normalement conique pour guider la bille dans le siège et créer un joint positif, empêchant ainsi l'écoulement inverse. Lorsque la pression du fluide du côté de l'entrée dépasse la pression de craquage, la bille est délogée de son siège, ce qui permet l'écoulement. Lorsque la pression d'entrée ne dépasse pas la pression d'ouverture, ou qu'il y a une contre-pression, la bille se ferme avec la contre-pression ou par l'intermédiaire du ressort, fermant ainsi efficacement l'orifice. Les clapets anti-retour à bille à union véritable permettent de retirer et de remplacer facilement les billes, ce qui évite d'avoir à acheter une nouvelle vanne. Lisez notre article sur les clapets anti-retour à bille pour plus d'informations.

Clapet anti-retour à bille à ressort en position ouverte permettant l'écoulement (A), et en position fermée empêchant le reflux (B).

Figure 4 : Clapet anti-retour à bille à ressort en position ouverte permettant l'écoulement (A), et en position fermée empêchant le reflux (B).

Clapet anti-retour à diaphragme

Les clapets anti-retour à diaphragme sont constitués d'un diaphragme en caoutchouc qui s'ouvre par flexion lorsque la pression d'entrée augmente. La figure 5 (à gauche) montre un clapet anti-retour à diaphragme normalement ouvert avec une pression d'entrée " minimale ", qui permet au fluide de s'écouler. Lorsque la pression d'entrée augmente, le diaphragme s'ouvre par flexion, permettant un débit plus important, comme le montre la figure 5 (au milieu). Si une contre-pression se produit (ou s'il s'agit d'un clapet anti-retour à diaphragme normalement fermé), le diaphragme sera forcé contre l'ouverture et la scellera pour empêcher tout reflux, comme le montre la figure 5 (à droite). Les clapets anti-retour à membrane sont idéaux pour les applications à basse pression ou à vide.

Clapet anti-retour à membrane normalement ouvert (à gauche), ouvert avec la pression d'entrée (au milieu), et fermé à cause de la pression de reflux (à droite).

Figure 5 : Clapet anti-retour à membrane normalement ouvert (à gauche), ouvert avec la pression d'entrée (au milieu), et fermé à cause de la pression de reflux (à droite).

Clapet anti-retour de levage

Un clapet anti-retour à levée consiste en un disque guidé qui s'élève (se soulève) du siège du clapet pour permettre l'écoulement du fluide. Il faut une pression de rupture pour vaincre la gravité et/ou la résistance des ressorts. Le guide maintient le disque en ligne verticale pour qu'il puisse être remis en place avec un alignement et un joint corrects.

Le plus souvent, les clapets anti-retour à élévation obligent le fluide à faire un virage à 90 degrés, comme le montre la figure 6. S'il n'y a pas de ressort pour aider à la fermeture, il est important de tenir compte de l'orientation du montage pour s'assurer que le disque se ferme par gravité.

Clapet anti-retour de levage en position ouverte (à gauche) et fermée (à droite)

Figure 6 : Clapet anti-retour de levage en position ouverte (à gauche) et fermée (à droite)

Clapet anti-retour à battant

Les clapets à battant sont appelés clapets à disque basculant ou clapets à battant. Ils comportent un disque sur une charnière (ou tourillon) qui s'ouvre en fonction de la pression d'entrée. Le disque se ferme lorsque la pression d'entrée diminue ou en cas de reflux. S'il n'y a pas de ressort pour aider à la fermeture, il est important de tenir compte de l'orientation du montage pour s'assurer que le disque se ferme par gravité. Un clapet de retenue à double disque ou à double porte comporte un disque central divisé en deux portes semi-circulaires qui fonctionnent indépendamment et sont articulées sur un point de pivot central. La figure 7 montre un exemple de clapet anti-retour à battant. Lisez notre article sur les clapets anti-retour à battant pour plus d'informations.

Clapet anti-retour à battant. Chapeau boulonné (A), charnière ou tourillon (B), corps de vanne (C), disque (D), joint (E).

Figure 7 : Clapet anti-retour à bascule. Chapeau boulonné (A), charnière ou tourillon (B), corps de vanne (C), disque (D), joint (E).

Clapet d'arrêt

Un clapet anti-retour d'arrêt est généralement un clapet anti-retour en Y à ressort ou un clapet anti-retour à levée avec une fonction de commande manuelle. Cela permet à la valve de fonctionner comme un clapet anti-retour normal et d'empêcher le reflux. Un mécanisme externe peut être utilisé pour maintenir la vanne dans un état ouvert ou fermé. Par conséquent, un clapet anti-retour peut fonctionner comme deux vannes en une seule : une vanne de régulation du débit et une vanne anti-refoulement. Ils sont couramment utilisés dans les centrales électriques, la circulation des chaudières, les générateurs de vapeur, le refroidissement des turbines et les systèmes de sécurité.

Clapet de retenue : La figure 1 montre la soupape fermée par le ressort. Dans la figure 2, la pression surpasse la force du ressort, entraînant l'ouverture de la vanne. Dans la figure 3, la vanne est ouverte par l'actionneur, ce qui maintient la vanne ouverte. Les pièces d'une vanne comprennent un actionneur (A), un arbre d'actionneur et un filetage (B), un ressort (C) et un disque (D).

Figure 8 : Valve de contrôle : La figure 1 montre la valve fermée par le ressort. Dans la figure 2, la pression dépasse la force du ressort, ce qui entraîne l'ouverture de la valve. Dans la figure 3, la vanne est ouverte par l'actionneur, ce qui maintient la vanne ouverte. Les pièces d'une vanne comprennent un actionneur (A), un arbre d'actionneur et un filetage (B), un ressort (C) et un disque (D).

Clapets anti-retour à papillon ou à gaufre

Les termes clapet antiretour papillon et clapet antiretour à gaufre sont souvent utilisés de manière interchangeable. Ils se composent d'un disque de type papillon, ou gaufre, sur une charnière et un ressort. Les deux côtés s'ouvrent lorsque la pression d'entrée dépasse la pression de craquage, comme le montre la figure 9. Lorsque la pression d'entrée diminue ou qu'il y a un reflux, le ressort de la charnière (ou la contre-pression) ferme le disque, le rendant ainsi étanche. Ce type de vanne permet un écoulement droit du fluide avec une obstruction minimale. Les clapets à battant Wafer sont d'une conception élégante et peuvent être installés dans des espaces de bride étroits.

Clapet anti-retour à papillon ou à gaufre

Figure 9 : Clapet anti-retour à papillon ou à gaufre

Clapet anti-retour à bec de canard

Les vannes à bec de canard permettent à l'écoulement de se faire à travers un tube souple dont l'extrémité a une forme naturellement aplatie, comme le montre la figure 10. Cette forme aplatie ressemble à un bec de canard, d'où le nom de la valve. L'écoulement ouvre l'extrémité aplatie du bec de canard, permettant le passage du fluide. Lorsque la pression est supprimée du côté de l'entrée, l'extrémité du bec de canard revient à son état aplati, coupant le flux.

Clapet anti-retour à bec de canard

Figure 10 : Clapet anti-retour à bec de canard

Vanne de pied

Un clapet de pied est un clapet anti-retour combiné à une crépine du côté de l'entrée. La crépine empêche les débris qui pourraient obstruer ou endommager quelque chose en aval de pénétrer dans le clapet anti-retour. Cette vanne est installée à l'extrémité d'une section de tuyauterie car son entrée n'a pas de point de raccordement. Les types de clapets de retenue couramment utilisés dans les clapets de pied sont les clapets à ressort en ligne ou les clapets à bille en ligne. Ils sont généralement installés à l'extrémité de la ligne d'aspiration d'une pompe d'un puits d'eau, d'un réservoir de carburant ou de toute autre application où la ligne d'aspiration est située en dessous de la pompe. Ils peuvent être utilisés pour maintenir les pompes amorcées, empêcher le liquide de siphonner en arrière et empêcher les débris d'entrer dans la conduite. La figure 11 montre un exemple de clapet de pied.

Clapet de pied

Figure 11 : Clapet de pied

Clapet anti-retour à double plaque

Un clapet anti-retour à double plaque comporte deux plaques à ressort montées sur un axe central. Cette conception permet d'éviter efficacement les claquements et les coups de bélier.

Clapets anti-retour doubles et clapets anti-retour doubles

Double clapet anti-retour

Un double clapet anti-retour est constitué de deux clapets anti-retour généraux montés en série. Un clapet de retenue double présente deux caractéristiques :

  • Si un clapet anti-retour est bloqué en position ouverte, l'autre clapet prend en charge la fonction nécessaire.
  • La fermeture d'un clapet anti-retour réduit le différentiel de pression dans l'autre clapet, ce qui permet d'obtenir un joint plus étanche et d'éviter toute fuite, même mineure.

Un disconnecteur à double clapet est utilisé pour empêcher la contre-pression et le siphonnage en retour dans des applications telles que les arroseurs d'incendie et l'irrigation des pelouses. Un clapet anti-retour simple est généralement utilisé pour la protection des fluides de catégorie 2 lorsqu'il peut y avoir des changements de température, de goût ou d'odeur du fluide. Un double clapet anti-retour est généralement utilisé pour la protection des fluides de catégorie 3, qui implique des substances à faible niveau de toxicité (comme les désinfectants courants).

Double clapet anti-retour

Un clapet anti-retour double est similaire à un clapet double. Cette configuration comporte deux clapets anti-retour à ressort en série et ne comprend généralement pas de vannes d'arrêt. Un double clapet anti-retour permet de lutter efficacement contre le siphonnage et la contre-pression. Cependant, il n'est approuvé que pour les raccordements résidentiels.

Matériaux des clapets anti-retour

Clapet anti-retour en laiton

Les clapets anti-retour en laiton sont excellents pour les applications d'air, d'eau, d'huile ou de carburant. Cependant, ils ne résistent pas à l'eau de mer, à l'eau purifiée ou à l'eau chlorée. Ils sont moins résistants à la chaleur et à la corrosion que l'acier inoxydable et sont généralement utilisés pour des applications à faible pression.

Clapet anti-retour en acier inoxydable

Les clapets anti-retour en acier inoxydable présentent une résistance supérieure à la corrosion, à la chaleur et aux basses températures et possèdent d'excellentes propriétés mécaniques. Pour les applications qui ne nécessitent pas une durabilité ou une résistance élevée, l'acier inoxydable n'est généralement pas une solution rentable par rapport aux clapets anti-retour en PVC ou en laiton. Les clapets à wafer en acier inoxydable sont généralement des clapets de haute qualité utilisés pour les applications à haute température et à haute pression.

Clapet anti-retour en PVC (chlorure de polyvinyle)

Les clapets anti-retour en plastique comme le PVC ou le CPVC sont fréquemment utilisés dans les systèmes d'irrigation et de gestion de l'eau. Ils résistent à la plupart des milieux corrosifs comme l'eau de mer, les acides, les bases, les solutions de chlorure et les solvants organiques. Cependant, ils ne sont pas à l'abri des hydrocarbures aromatiques et chlorés et ont généralement une résistance à la température maximale d'environ 60°C.

Clapet anti-retour en polypropylène (PP)

Les clapets anti-retour en polypropylène sont utilisés pour l'eau, les milieux agressifs et les produits alimentaires liquides. Ils sont résistants à la plupart des milieux corrosifs tels que les acides inorganiques, les bases et les solutions aqueuses qui corrodent rapidement les métaux. Cependant, ils ne résistent pas aux acides et aux agents oxydants concentrés et leur résistance à la température maximale est généralement d'environ 80°C.

Clapets anti-retour en fonte

Les clapets anti-retour en fonte sont généralement utilisés comme clapets anti-retour à haute température. La fonte est extrêmement solide et ne craint pas les vibrations. Le matériau présente une excellente résistance à l'usure et une bonne tolérance à la température. Mais la fonte n'est pas ductile par nature. Par conséquent, toute flexion peut provoquer la fissuration du matériau en fonte et le rendre inutilisable. La fonte peut fonctionner à des températures plus élevées que le PVC, mais elle se corrode avec le temps. Ces vannes trouvent des applications dans les industries sucrières, les industries papetières et les systèmes de lubrification à l'huile.

Critères de sélection

Les clapets anti-retour doivent tenir compte des critères suivants lors de leur sélection pour une application :

  1. Compatibilité matérielle avec le support
  2. Taille de la ligne pour les points de connexion
  3. Pression maximale et pression de craquage requises
  4. Orientation de l'installation horizontale ou verticale
  5. Dimensions de l'enveloppe
  6. Besoins d'accessibilité pour les inspections et les réparations
  7. Température (externe et média)

Applications

En raison de leur fonctionnement, les clapets anti-retour sont généralement utilisés pour l'une des quatre raisons suivantes dans une variété d'applications:

  • Pour protéger les équipements en aval des dommages causés par le reflux
  • Pour éviter la contamination due à l'inversion du flux
  • Pour éviter le siphonnage
  • Pour maintenir le vide

En raison de leur fonction, ils sont utilisés dans presque toutes les industries. Ils sont utilisés sur les appareils ménagers courants, comme les lave-vaisselle, les machines à laver, et les conduites d'eaux usées. À des fins industrielles, ils sont utilisés sur les chaudières, les fours, les systèmes de gaz, les applications de pompage ou les systèmes de vide. Ils sont également fréquemment utilisés comme clapets anti-retour pour aquarium sur les conduites d'eau et de CO2. De même, un clapet anti-retour miniature est un choix populaire lorsque l'espace est limité, mais qu'un fonctionnement fiable est essentiel. Deux des applications les plus courantes des clapets anti-retour sont l'eau et l'air, qui sont abordées plus en détail ci-dessous.

Clapets anti-retour pour l'eau

Les clapets anti-retour sont utilisés dans de nombreuses applications liées à l'eau, comme l'eau potable et les eaux usées, et sont simplement appelés clapets anti-retour. Pour les applications d'eau potable, elles garantissent qu'aucun fluide provenant de l'environnement (côté sortie de la vanne) ne peut pénétrer dans le système contenant l'eau potable sûre et propre et la contaminer. Pour les applications relatives aux eaux usées, ils garantissent que les eaux usées ne peuvent pas réintégrer le système et provoquer un débordement ou une contamination supplémentaire. Pour les applications de pompage d'eau, un clapet de pied est souvent utilisé pour s'assurer qu'aucun débris ne pénètre dans la conduite et pour maintenir la pression interne à des fins d'amorçage. Les vannes à bec de canard peuvent également être utilisées pour les décharges sur les conduites d'eau. Les clapets de retenue des pompes de puisard permettent d'éviter que l'eau évacuée ne revienne par gravité dans la pompe de puisard lorsque celle-ci est arrêtée.

Clapet anti-retour pneumatique

Un clapet anti-retour pneumatique, ou clapet anti-retour à air, permet le passage de l'air et l'empêche de sortir. On les appelle souvent simplement des valves à air unidirectionnelles. L'application la plus courante est celle d'un compresseur d'air. Un clapet anti-retour pneumatique permet au compresseur de maintenir certaines parties sous pression et d'autres hors pression. Ils peuvent être placés sur un réservoir d'air, un tuyau de refoulement ou comme clapet anti-retour sur les côtés entrée et sortie du compresseur à piston.

Symboles des clapets anti-retour

Les symboles P& ID pour les clapets anti-retour sont présentés dans les Figures 12-13.

Symboles P&ID clapet de retenue.Symboles P&ID clapet de retenue.

Figure 12 : Différents symboles P&ID utilisés pour les clapets anti-retour. Il est orienté de manière à permettre l'écoulement avec une ligne verticale montrant qu'il ne permet pas le reflux.

Symbole d'un clapet anti-retour piloté. La ligne en pointillés est la ligne pilote qui est utilisée pour soulever et ouvrir le clapet de retenue.

Figure 13 : Symbole du clapet anti-retour piloté. La ligne en pointillés est la ligne pilote qui est utilisée pour soulever et ouvrir le clapet anti-retour.

FAQs

Qu'est-ce qu'un clapet anti-retour ?

Un clapet anti-retour est une vanne unidirectionnelle qui laisse passer le fluide dans une direction mais empêche tout écoulement dans la direction opposée.

A quoi sert un clapet anti-retour ?

Le principal objectif d'un clapet anti-retour dans un système est d'empêcher le reflux, qui pourrait endommager l'équipement ou contaminer le milieu en amont.

Quels sont les problèmes courants des clapets anti-retour ?

Les problèmes courants des clapets de retenue sont le bruit, les coups de bélier, les vibrations, l'inversion du débit, le collage, les fuites et l'usure ou l'endommagement des composants.

Un clapet anti-retour arrêtera-t-il les coups de bélier ?

Un clapet anti-retour peut empêcher les coups de bélier s'il est à action rapide comme un clapet à ressort. Cela permet d'éviter les surpressions, qui créent des ondes de choc dans le média.

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