Différences de conception des vannes papillon

Différences de conception des vannes papillon

Vanne papillon vannes papillon.png

Figure 1 : Vanne papillon

Les vannes papillon font partie des vannes quart de tour industrielles les plus populaires qui contrôlent différents systèmes de circulation de fluides. Ils se déclinent en différents modèles, offrant des avantages variés, tels que la commande quart de tour, des dimensions réduites pour une utilisation dans des zones à l'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 les rend sujets à la cavitation et à l'étouffement. L'étranglement est limité à une faible pression différentielle. Cet article traite des différentes options de conception disponibles pour les vannes papillon.

Table des matières

Qu'est-ce qu'une vanne papillon ?

Une vanne papillon est une vanne quart de tour qui fonctionne de la même manière qu'une vanne à bille. Comme son nom l'indique, le papillon est un disque relié à une tige ou à une broche qui s'ouvre et se ferme d'une manière qui rappelle le battement des ailes d'un papillon. La vanne papillon se ferme lorsque la tige fait pivoter le disque de 90° vers une position perpendiculaire à la direction du débit, ce qui restreint le débit. Il s'ouvre lorsque le disque tourne en arrière pour permettre l'écoulement du média. Les vannes papillon sont utilisées dans de nombreux secteurs pour les services d'étranglement, de marche-arrêt ou de modulation afin de contrôler le débit des fluides (gaz, liquides ou boues) dans les systèmes industriels. Ils permettent l'écoulement des fluides dans une seule direction. Lisez notre article sur les vannes papillon pour plus d'informations.

Types de vannes papillon

Les vannes papillon ont des conceptions différentes, chacune servant des applications et des plages de pression spécifiques. Ils sont classés de différentes façons, notamment en fonction de la conception de la fermeture du disque, de la fonction, de la conception du raccordement, de la méthode de commande 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 lequel le disque se ferme.

Vannes papillon centriques ou concentriques

Les vannes papillon concentriques conviennent aux applications à basse pression. Une vanne papillon concentrique est le type le plus basique. La broche passe par la ligne centrale du disque, située au centre de l'alésage du tuyau. Le siège de la soupape se trouve dans 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 sceller efficacement le flux lorsqu'il est fermé.

Vannes papillon excentriques

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

  • Simple décalage : La tige est située juste derrière la ligne centrale.
  • Double décalage : Également appelées doublement excentriques, ces vannes ont la tige derrière le disque avec un décalage supplémentaire sur un côté, ce qui permet au disque de frotter sur le siège pendant seulement 1-3° de rotation pendant la fermeture.
  • Vanne papillon à triple excentration (TOV ou TOBV) : Elles sont similaires aux soupapes à double excentration, mais la troisième excentration rend ces soupapes plus efficaces et plus résistantes à l'usure.
Une vanne papillon à décalage nul avec une poignée de levier (à gauche) et une vanne papillon excentrique avec un volant et une boîte de vitesses (à droite).

Figure 2 : Une vanne papillon à décalage nul avec une poignée de levier (à gauche) et une vanne papillon excentrique avec un volant et une boîte de vitesses (à droite).

Basé sur la construction du corps et la conception des connexions

Vannes papillon de type Wafer

Une vanne papillon de type wafer présente la conception la 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 le reflux 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 sont reliées à la tuyauterie par de longs boulons qui traversent tout le corps de la vanne. Les joints, les joints toriques et les faces plates du robinet assurent l'étanchéité entre le robinet et les brides du tuyau.

Robinets à papillon à brides

Les vannes papillon à brides utilisent un disque ou une ailette monté(e) au centre d'un arbre, d'une tige ou d'une bride, qui sert d'axe au disque rotatif. Ces vannes ont deux brides à chaque extrémité (figure 3, au milieu), ce qui leur donne une face-à-face plus grande que les vannes à oreilles ou à gaufres. 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. Elles trouvent des applications dans la distribution d'eau, les services chimiques et la ventilation, entre autres.

Robinets à papillon soudés bout à bout

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

Robinets à papillon à oreilles

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

Types de raccordement des vannes papillon : A : vanne papillon de type Wafer, B : vanne papillon à brides et C : vanne papillon à oreilles.

Figure 3 : Types de raccordement des vannes papillon ; A : Vanne papillon de type Wafer, B : Vanne papillon à brides, et C : vanne papillon à oreilles.

Robinets à papillon à oreilles et à gaufrettes

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 écarts de température extrêmes Peu propice aux applications à haute température
Plus lourd pour 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 empêcher l'écoulement. Les vannes papillon ont des sièges en matériaux souples ou métalliques, selon l'application et le coût. Les valves bon marché peuvent avoir des sièges irremplaçables ou non réparables moulés dans le corps. Ils sont généralement en métal. La plupart des vannes de précision, en revanche, ont des sièges souples. Ces sièges ne sont pas fixés de façon permanente à la carrosserie et sont réparables et remplaçables.

Robinets à papillon à siège métallique

Ces vannes ont les deux côtés du joint 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 résistent aux températures élevées, à l'abrasion et à la corrosion, leurs performances d'étanchéité sont relativement faibles.

Robinets à 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. Toutefois, ce joint ne résiste pas aux températures élevées, s'use rapidement et présente des propriétés mécaniques médiocres.

Basé sur la méthode d'actionnement

L'actionneur de la vanne papillon actionne la tige et le disque, contrôlant ainsi 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 sont largement applicables dans les systèmes éloignés qui peuvent manquer d'accès à l'électricité. Cependant, les vannes à engrenage sont autobloquantes et sont utilisées pour des vannes papillon légèrement plus grandes. Un robinet à papillon avec un levier manuel est illustré à la figure 4 intitulée A.

Actionnement automatique

Il s'agit d'actionneurs motorisés qui permettent de commander à distance les vannes papillon. Ils sont plus coûteux que les actionneurs manuels et permettent le fonctionnement rapide de vannes plus grandes. Les actionneurs automatiques peuvent également être conçus pour une ouverture ou une fermeture par défaut afin de maintenir la vanne fermée ou ouverte en cas de défaillance de l'actionneur.

Les actionneurs automatiques peuvent être :

  • Électrique : Utilisez un moteur électrique et permettez un fonctionnement manuel, semi-automatique ou automatique pour contrôler les vannes (Figure 4 étiquetée B).
  • Pneumatique : Actionneurs automatiques ou semi-automatiques qui utilisent l'air comprimé pour déplacer un piston ou un diaphragme afin de contrôler le mouvement de la vanne (Figure 4 étiquetée C).
  • Hydraulique : Nécessitent une pression hydraulique pour déplacer un piston ou un diaphragme afin d'ouvrir ou de fermer une vanne automatiquement ou semi-automatiquement.
Vanne papillon manuelle (A), vanne papillon à commande électrique (B) et vanne papillon à commande pneumatique (C).

Figure 4 : Vanne papillon manuelle (A), vanne papillon à commande électrique (B) et vanne papillon à commande pneumatique (C).

Avantages et inconvénients des vannes papillon

Avantages du robinet à papillon

  • Disponibles en grandes tailles, de DN 40 à plus de DN 5000 pour diverses applications industrielles.
  • Conception compacte et légère
  • Il peut être utilisé avec des milieux chimiques ou corrosifs à des températures élevées.
  • Coefficient de débit élevé
  • Chute de pression minimale et récupération rapide de la pression
  • A un joint étanche aux bulles
  • Quart de tour, qui permet une fermeture ou une ouverture plus rapide

Désavantages de la vanne papillon

  • Difficulté avec les boues
  • Régulation à faible pression différentielle uniquement
  • Possibilité de cavitation et d'étouffement
  • Le mouvement non guidé du disque est affecté par la turbulence du flux.
  • Difficile à nettoyer

Applications des vannes papillon

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

  • Services chimiques
  • HVAC
  • Manipulation de pétrole, de gaz et de carburant
  • Traitement des eaux et des déchets
  • Applications d'air ou de gaz comprimés
  • Services d'aspiration
  • Construction navale
  • Produits pharmaceutiques
  • Approvisionnement en eau
  • Traitement des aliments
  • Protection contre l'incendie

FAQs

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 média, permettant un contrôle rapide, une chute de pression faible et une récupération de pression élevée.

Les vannes papillon sont-elles bidirectionnelles ?

Comme la plupart des vannes industrielles, les vannes papillon peuvent être bidirectionnelles. Cependant, ils ont souvent une direction d'écoulement préférée 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 sont dotées d'oreilles filetées placées sur les brides pour les connexions par boulons. Ces vannes sont généralement composées de métaux et conviennent aux services en bout de ligne.