Contrôle du débit des fluides avec les vannes à bille

Contrôle du débit des fluides avec les vannes à bille

Un robinet à boisseau sphérique est un type de robinet quart de tour doté d'une bille creuse pour contrôler le débit qui le traverse. Un tour de 90 degrés de la vanne positionnera le trou de la bille dans le sens du débit, et l'inverse fermera complètement la vanne en position fermée. Une tige est fixée au sommet de la boule, qui s'étend vers l'extérieur à travers le joint de la tige pour se connecter à une poignée manuelle ou à un actionneur pneumatique/électrique. Les vannes à bille sont souvent utilisées pour un fonctionnement tout ou rien, mais elles peuvent également fonctionner comme une vanne de régulation du débit.

Les robinets à boisseau sphérique sont de trois types principaux : port standard, port complet et port en V (pour un contrôle précis du débit). Ils sont exceptionnellement durables et peu coûteux. Ils conservent des performances constantes après de nombreux cycles de fonctionnement, sont étanches, supportent des pressions élevées et ne nécessitent que peu ou pas d'entretien. Le mécanisme simple d'un robinet à boisseau sphérique, sa facilité d'utilisation et sa flexibilité le rendent populaire dans les applications industrielles avec des pressions jusqu'à 1 000 bars et des températures jusqu'à 400°C. Pour en savoir plus sur les vannes à bille, lisez notre article technique.

Robinet à bille manuelRobinet à bille pneumatiqueRobinet à bille électrique

Figure 1 : Robinets à bille manuels, pneumatiques et électriques

Régulation du débit avec des vannes à bille

Lorsque l'on met côte à côte les paramètres (coût, maintenance, précision, etc.) des vannes pour le contrôle du débit, les vannes à bille conviennent souvent à la plupart des applications. Il est assez courant d'utiliser un robinet à boisseau sphérique pour le contrôle du débit, car il s'agit d'une solution rentable et la plupart des processus n'exigent pas une précision exacte des débits. La simplicité des vannes à bille et leur robustesse pour le contrôle du débit les rendent compatibles avec les applications domestiques, commerciales et industrielles.

Figure 2 : Caractéristiques de débit des types de vannes à bille : vanne à bille standard et à passage intégral (A), vanne à bille à passage en V (B), et courbe linéaire (C)

Figure 2 : Caractéristiques de débit des types de vannes à bille : vanne à bille standard et à passage intégral (A), vanne à bille à passage en V (B) et courbe linéaire (C)

La figure 2 montre les différentes caractéristiques de débit des robinets à bille en fonction de leur conception. Comme vous pouvez le constater, les caractéristiques de l'écoulement changent en fonction de la conception. Un robinet à boisseau sphérique à orifice en V a une courbe caractéristique à pourcentage égal (B), ce qui augmente la précision du contrôle du débit. Une courbe caractéristique à pourcentage égal se rapproche d'une courbe linéaire, mais n'est pas tout à fait une courbe linéaire, car la pente du pourcentage de débit maximal augmente à mesure que la vanne s'ouvre.

Lorsqu'elle est utilisée dans la bonne application, cette caractéristique d'un robinet à boisseau sphérique à orifice en V peut être avantageuse. Par exemple, les robinets à tournant sphérique à orifice en V sont particulièrement utiles lorsque le taux de changement de température diminue avec l'augmentation du débit (c'est-à-dire les processus de transfert de chaleur).

Les avantages des robinets à bille comme vanne de régulation du débit

Les robinets à boisseau sphérique ont un taux de réduction élevé (rapport entre le débit maximal et le débit minimal). Cela signifie qu'une vanne à bille peut réguler le débit sur une large plage. La rotation de la vanne est cohérente et régulière, sans effet de saut (un glissement dans le mouvement de la vanne). Cela garantit qu'un signal d'entrée proportionnel provenant d'un actionneur fournira des débits constants pour de petites ouvertures de vanne. Les vannes à bille sont couramment utilisées dans les applications de contrôle qui nécessitent des chutes de pression modérées car le trou de la bille offre peu de restrictions de débit, contrairement à la plupart des autres types de vannes. Les robinets à boisseau sphérique sont utiles pour la régulation du débit d'urgence car leur conception quart de tour assure un dispositif d'actionnement rapide. Pour en savoir plus sur les avantages de l'utilisation d'un robinet à bille pour le contrôle du débit, consultez notre article comparant les robinets à papillon et les robinets à bille.

Autres avantages des robinets à bille comme vanne de régulation du débit

  • Il peut fonctionner à haute pression et à haute température.
  • Il n'y a pas de fuite lorsqu'il est complètement fermé.
  • Il possède un excellent coefficient de débit de la valve dans un état complètement ouvert. Un robinet à boisseau sphérique à passage intégral possède les caractéristiques d'écoulement du tuyau.
  • La surface d'étanchéité est autonettoyante, ce qui explique qu'ils peuvent être utilisés avec des supports peu sales.
  • Elle a une taille relativement réduite et un poids plus léger par rapport à d'autres types de vannes ayant des caractéristiques de débit similaires.
  • Les robinets à boisseau sphérique existent dans une large gamme de types de connexion, tels que les brides, les écrous-raccords, les filets, etc.
Vanne à boisseau sphérique électrique à 3 voies en acier inoxydable 24V" 24V DC - BL2SA3

Figure 3 : Vanne à boisseau sphérique électrique à 2 voies en acier inoxydable 24V" 24V DC - BL2SA3

Les inconvénients des robinets à bille comme vanne de régulation du débit

Lorsqu'elles sont utilisées comme vanne de régulation modulante, les vannes à bille à passage intégral et standard sont parfaites pour des applications telles que le remplissage d'un réservoir d'eau et d'autres régulations de débit où les débits ajustés linéairement ne sont pas aussi importants. L'ouverture de l'orifice cylindrique du robinet à boisseau sphérique crée une distribution inégale du débit pour chaque degré d'ouverture. Malgré leur polyvalence, les robinets à boisseau sphérique se caractérisent par un mauvais étranglement, en particulier à faible débit. Avec une petite ouverture de vanne, la vitesse d'écoulement élevée peut user les pièces de la vanne. Les robinets à bille ne sont pas non plus disponibles pour les tuyaux de plus grand diamètre ou sont chers pour ces dimensions.

Qu'est-ce qu'une vanne à bille V-Port ?

Figure 4 : Une vanne à bille à orifice en V

Figure 4 : Un robinet à bille à orifice en V

Une vanne à boisseau sphérique à orifice en V est un type de vanne à boisseau sphérique où la forme en V caractérise l'ouverture de l'orifice pour l'écoulement du fluide, comme le montre la figure 4. Le dessin en forme de V se trouve généralement sur la boule, mais peut aussi se trouver sur le siège. Cette forme en V permet à l'écoulement à travers la vanne d'être stable pour les applications de débit de contrôle.

Comment le robinet à bille à orifice en V fonctionne-t-il pour le contrôle du débit ?

Lorsque la vanne tourne à partir d'une position fermée, la petite extrémité de l'ouverture en "V" permet au fluide de s'écouler à grande vitesse. Le débit à travers la vanne continue d'augmenter à un taux plus élevé lorsque la vanne passe à l'état complètement ouvert, contrairement à la vanne à bille à port complet et standard. Les angles courants du "V" sont de 15°, 30°, 45°, 60° ou 90°.

Le robinet à boisseau sphérique V-Port conserve tous les avantages des robinets à boisseau sphérique à port standard, mais il possède également de meilleures capacités de contrôle du débit. Cette caractéristique supplémentaire fait qu'ils sont couramment utilisés dans des applications telles que : l'agroalimentaire, l'agriculture, l'industrie chimique, le traitement des déchets, etc. L'inconvénient de la vanne à bille V-Port est sa construction qui nécessite des mesures supplémentaires pour gérer une vitesse d'écoulement plus élevée.

Pour en savoir plus sur la sélection du robinet à boisseau sphérique adapté à votre activité, lisez notre article technique sur la sélection des robinets à boisseau sphérique!

Conclusion

Le robinet à boisseau sphérique est une solution rentable pour les applications de contrôle de débit où la régulation précise des débits n'est pas une exigence. Le type de vanne à bille V-Port offre une précision supplémentaire pour le contrôle du débit tout en conservant les avantages des vannes à bille à port complet et standard. Lorsque tous les paramètres de sélection des vannes sont pris en compte, les vannes à bille présentent plusieurs caractéristiques qui en font une meilleure vanne à usage général que les autres types de vannes.