Différences de conception des vannes papillon

Les vannes papillon font partie des vannes quart de tour industrielles les plus populaires qui contrôlent les différents systèmes de circulation des fluides. Ils se présentent sous différentes formes et offrent des avantages variés, tels que la commande quart de tour, des dimensions réduites pour une utilisation dans des zones à espace limité et d'excellentes capacités de contrôle. Ils sont également légers, moins chers et permettent un coefficient de débit élevé, ce qui les rend utiles dans de nombreuses applications. Cependant, leur conception les rend difficiles à nettoyer et sujets à la cavitation et à l'étranglement. L'étranglement est limité à une faible pression différentielle. Cet article présente les différentes options de conception disponibles pour les vannes papillon.

Table des matières

• Qu'est-ce qu'une vanne papillon ?
• Types de vannes papillon
• Avantages et inconvénients des vannes papillon
• Applications de la vanne papillon
• FAQ

Qu'est-ce qu'une vanne papillon ?

Une vanne papillon est une vanne quart de tour dont le fonctionnement est similaire à celui d'une vanne à bille. Comme son nom l'indique, le papillon est un disque relié à une tige ou à un axe qui s'ouvre et se ferme d'une manière qui rappelle les battements d'ailes d'un papillon. La vanne papillon se ferme lorsque la tige fait pivoter le disque de 90° dans une position perpendiculaire au sens du flux, limitant ainsi le débit. Il s'ouvre lorsque le disque tourne vers l'arrière pour permettre la circulation du média. Les vannes papillon sont utilisées dans de nombreux secteurs pour l'étranglement, la marche-arrêt ou la modulation afin de contrôler le débit des fluides (gaz, liquides ou boues) dans les systèmes industriels. Ils permettent la circulation des fluides dans une seule direction. Lisez notre article sur les vannes papillon pour plus d'informations.

Types de vannes papillon

Les vannes papillon sont de conceptions différentes, chacune répondant à des applications et à des plages de pression spécifiques. Ils sont classés de différentes manières, notamment en fonction de la conception de la fermeture du disque, de la fonction, de la conception de la connexion, de la méthode de contrôle ou d'actionnement, de la vitesse de l'actionneur et du matériau du siège.

Basé sur la conception de la fermeture du disque

Les vannes papillon peuvent être concentriques ou excentriques en fonction de la position de l'axe ou de la tige par rapport au disque et à la surface du siège sur laquelle le disque se ferme.

Vannes papillon centriques ou concentriques

Les vannes papillon concentriques conviennent aux applications à basse pression. La vanne papillon concentrique est le type le plus simple. La broche passe par l'axe du disque, situé au centre de l'alésage du tube. Le siège de la soupape se trouve à la périphérie intérieure du corps de la soupape. Le disque entre en contact avec le siège à environ 85° lors d'une rotation de 90°. Cette conception est connue sous le nom de siège résilient car elle repose sur le siège en caoutchouc pour assurer l'étanchéité de l'écoulement lorsqu'il est fermé.

Vannes papillon excentriques

Les vannes papillon excentriques ont la tige qui passe derrière l'axe du disque, du côté opposé au sens de l'écoulement. Ces vannes peuvent être à simple excentration, à double excentration ou à triple excentration.

• Compensation unique : La tige est située juste derrière l'axe central.
• Double compensation : Également appelés doublement excentriques, ces robinets ont la tige derrière le disque avec un décalage supplémentaire d'un côté, ce qui permet au disque de frotter sur le siège pendant seulement 1 à 3° de rotation lors de la fermeture.
• Vanne papillon à triple excentration (TOV ou TOBV) : Ces vannes sont similaires aux vannes à double excentration, mais la troisième excentration les rend plus efficaces et plus résistantes à l'usure.

Sur la base de la construction de la carrosserie et de la conception des raccords

Vannes papillon de type Wafer

Une vanne papillon de type wafer est le modèle le plus économique. Il est pris en sandwich entre deux brides de tuyau pour permettre l'écoulement et l'étanchéité contre les pressions différentielles bidirectionnelles et les retours d'eau dans les systèmes à écoulement universel. Il est léger, ce qui permet de réduire les coûts initiaux et d'installation.

Ces vannes peuvent avoir ou non des trous de bride à l'extérieur de leur corps (figure 3, à gauche). Les brides de tuyauterie sont raccordées à la tuyauterie à l'aide de longs boulons qui traversent tout le corps du robinet. Les joints, les joints toriques et les faces plates de la vanne assurent l'étanchéité entre la vanne et les brides de la tuyauterie.

Vannes papillon à brides

Les vannes papillon à brides utilisent un disque ou une palette monté(e) au centre d'un arbre, d'une tige ou d'une bride, qui sert d'axe au disque en rotation. Ces vannes ont deux brides à chaque extrémité (figure 3, au milieu), ce qui leur confère une plus grande surface de contact que les vannes à oreilles ou les vannes à tranches. La position et la direction du disque par rapport aux brides déterminent la direction du flux.

Les vannes papillon à brides peuvent être rotatives, pneumatiques ou hydrauliques et trouvent des applications dans la distribution d'eau, les services chimiques et la ventilation, entre autres.

Vannes papillon soudées bout à bout

Les vannes papillon soudées bout à bout sont à double ou triple excentration et résistent aux températures extrêmes, à la pression et à la corrosion. Ils conviennent donc aux systèmes de chauffage, au gaz naturel, à l'énergie, aux produits chimiques, aux raffineries et aux services chimiques.

Vannes papillon à oreilles

Ces types de vannes ont des inserts filetés (pattes) à l'extérieur de la vanne (figure 3, à droite). Ils sont dotés de pattes saillantes dont les trous de boulons correspondent à ceux du tuyau et des brides, et le robinet est installé entre deux brides à l'aide d'un jeu de boulons pour chaque bride. L'installation permet de desservir un cul-de-sac ou d'éliminer la tuyauterie en aval sans affecter l'autre côté. Le tableau ci-dessous présente une comparaison entre les vannes papillon à oreilles et les vannes papillon à gaufres.

Vannes papillon à oreilles et vannes papillon à ailettes

Vanne papillon à oreilles	Vanne papillon de type Wafer
Convient comme vanne d'extrémité	Ne convient pas comme vanne d'extrémité
Plus facile à centrer	Difficile à centrer
Moins sensible aux différences de température extrêmes	Ne convient pas aux applications à haute température
Plus lourd avec les grandes tailles	Plus léger
Seuls des boulons sont nécessaires pour l'installation de la valve	Boulons et écrous nécessaires à l'installation de la vanne
Plus cher	Moins cher
Difficile à installer	Facile à installer

En fonction du matériau du siège

Le siège est ce contre quoi le disque s'appuie pour permettre ou interrompre le débit. Les vannes papillon ont des sièges en matériaux souples ou métalliques, en fonction de l'application et du coût. Les soupapes bon marché peuvent avoir des sièges irremplaçables ou irréparables moulés dans le corps. Ils sont généralement en métal. La plupart des soupapes de précision, en revanche, ont des sièges souples. Ces sièges ne sont pas fixés de manière permanente à la carrosserie et sont réparables et remplaçables.

Vannes papillon à siège métallique

Les deux côtés du joint de ces soupapes sont constitués d'un matériau métallique tel que l'acier, le cuivre, le graphite, les combinaisons, les alliages ou tout autre matériau dur. Bien que ces joints soient résistants aux températures élevées, à l'abrasion et à la corrosion, leurs performances d'étanchéité sont relativement médiocres.

Vannes papillon à siège souple

L'une des faces des vannes papillon à siège souple est en métal, comme l'acier. L'autre est constitué d'un matériau souple, élastique et non métallique, tel que le caoutchouc ou le tétrafluoroéthylène, qui assure une excellente étanchéité. Cependant, ce joint ne résiste pas aux températures élevées, s'use rapidement et présente des propriétés mécaniques médiocres.

Sur la base de la méthode d'actionnement

L'actionneur de la vanne papillon actionne la tige et le disque, contrôlant l'ouverture et la fermeture de la vanne. L'actionnement peut être manuel (levier ou commande manuelle) ou automatique (électrique, pneumatique ou hydraulique).

Actionnement manuel

Les actionneurs manuels de vannes papillon sont actionnés manuellement à l'aide d'un levier ou d'un engrenage pour ouvrir ou fermer la vanne. Ils sont bon marché et peuvent être largement utilisés dans les systèmes éloignés qui n'ont pas accès à l'électricité. Cependant, les vannes à engrenage sont autobloquantes et sont utilisées pour les vannes papillon légèrement plus grandes. Une vanne papillon avec un levier manuel est illustrée à la figure 4 étiquetée A.

Actionnement automatique

Il s'agit d'actionneurs motorisés qui permettent de commander à distance des vannes papillon. Ils sont plus coûteux que les actionneurs manuels et permettent d'actionner rapidement des vannes de plus grande taille. Les actionneurs automatiques peuvent également être conçus pour s'ouvrir ou se fermer par défaut afin de maintenir la vanne fermée ou ouverte en cas de défaillance de l'actionneur.

Les actionneurs automatiques peuvent être :

• Électrique : Utiliser un moteur électrique et permettre un fonctionnement manuel, semi-automatique ou automatique pour contrôler les vannes (figure 4 étiquetée B).
• Pneumatique : Actionneurs automatiques ou semi-automatiques qui utilisent de l'air comprimé pour déplacer un piston ou un diaphragme afin de contrôler le mouvement de la vanne (Figure 4 étiquetée C).
• Hydraulique : Requièrent une pression hydraulique pour déplacer un piston ou un diaphragme afin d'ouvrir ou de fermer une vanne automatiquement ou semi-automatiquement.

Avantages et inconvénients des vannes papillon

Avantages de la vanne papillon

• Disponibles en grandes dimensions, de DN 40 à plus de DN 5000 pour diverses applications industrielles
• Conception compacte et légère
• Il peut être utilisé avec des produits chimiques ou corrosifs à des températures élevées.
• Coefficient de débit élevé
• Perte de charge minimale et récupération rapide de la pression
• Scellé de manière étanche aux bulles d'air
• Quart de tour, qui permet une fermeture ou une ouverture plus rapide

Inconvénients de la vanne papillon

• Difficulté avec les boues
• Etranglement à faible pression différentielle uniquement
• Risque de cavitation et d'étouffement
• Le mouvement du disque non guidé est affecté par les turbulences de l'écoulement
• Difficile à nettoyer

Applications de la vanne papillon

Les vannes papillon ont une large gamme d'applications dans :

• Services chimiques
• HVAC
• Manipulation de pétrole, de gaz et de carburant
• Traitement de l'eau et des déchets
• Applications d'air comprimé ou de gaz
• Services de vide
• Shipbuilding
• Pharmaceuticals
• Approvisionnement en eau
• Transformation des aliments
• Protection contre l'incendie

FAQ

Qu'est-ce qu'une vanne papillon ?

Une vanne papillon est une vanne à mouvement rotatif quart de tour qui contrôle le débit d'un fluide ou d'un produit, permettant un contrôle rapide, une chute de pression faible et une récupération de la pression élevée.

Les vannes papillon sont-elles bidirectionnelles ?

Comme la plupart des vannes industrielles, les vannes papillon peuvent être bidirectionnelles. Cependant, ils ont souvent un sens d'écoulement préférentiel qui permet de réduire le couple et de prolonger leur durée de vie.

Qu'est-ce qu'une vanne papillon à oreilles ?

Les vannes papillon à oreilles ont des oreilles filetées placées sur les brides pour les raccordements par boulons. Ces vannes sont généralement composées de métaux et conviennent pour les services en fin de ligne.