Électrovanne à séparation de fluide - Comment elles fonctionnent

Dans une électrovanne à séparation de fluide, le fluide n'est pas en contact avec les pièces mécaniques internes, telles que le plongeur et le ressort. Ces vannes sont particulièrement adaptées aux fluides contaminés ou corrosifs.

Table des matières

• Risque de corrosion et de contamination
• Électrovannes à séparation de fluide
• Types
• Critères de sélection

Risque de corrosion et de contamination

Dans la plupart des électrovannes, le plongeur ferromagnétique et le ressort de rappel sont en contact avec le fluide. Les vannes peuvent être choisies avec différents matériaux de boîtier pour être chimiquement compatibles avec le fluide, mais le plongeur doit toujours être ferromagnétique. Le matériau le plus courant pour le plongeur est l'acier inoxydable 430F, qui a une résistance chimique inférieure par rapport aux matériaux de boîtier courants, tels que l'acier inoxydable 304 ou 316.

De plus, en raison du mécanisme de l'actionneur dans les électrovannes, elles sont très sensibles à la saleté et ne fonctionnent qu'avec des liquides ou des gaz propres. Les vannes peuvent permettre au fluide de s'accumuler dans des espaces morts où l'accumulation de petites particules peut interférer avec le mouvement de la vanne, entraîner un risque de contamination croisée pour le lot suivant et causer l'usure des pièces mobiles. Les contaminations dans le fluide sont responsables de la plus grande partie des problèmes d'électrovannes. Il faut veiller à ce que les vannes soient installées avec leur solénoïde en position verticale, la bobine orientée vers le haut, pour éviter l'accumulation de débris et de corps étrangers autour du plongeur. Si l'électrovanne est montée en angle, il est recommandé de ne pas dépasser 90° par rapport à la position verticale.

Avant l'installation, il est toujours recommandé de rincer brièvement les tuyaux pour les débarrasser de toute particule. S'il y a un risque de contamination, un filtre peut être installé en amont de l'entrée de la vanne. Un entretien régulier peut prévenir ces problèmes.

Cependant, si le fluide dans le système est par nature contaminé, chargé de fines particules, agressif, corrosif, sensible à la température ou ultra-pur, il est recommandé d'utiliser des électrovannes à séparation de fluide. Veuillez noter que les électrovannes à séparation de fluide ne peuvent traiter que des fluides légèrement contaminés et ne conviennent pas à tous les fluides chargés de particules. Pour les fluides fortement contaminés ou les boues, d'autres types de vannes sont mieux adaptés. Nous expliquerons plus en détail les alternatives plus tard.

Électrovannes à séparation de fluide

Les vannes à séparation de fluide sont conçues pour traiter des fluides critiques tels que les liquides ou gaz agressifs, chargés de particules ou de haute pureté. Il est donc essentiel de séparer les parties hydrauliques et électriques de la vanne du chemin d'écoulement. Ces types de vannes sont conçus de manière à ce que le fluide ne soit en contact qu'avec le corps de vanne, le joint et la membrane d'isolation. L'actionneur est situé à l'extérieur de l'espace fluide, ce qui le protège de la corrosion ou de l'accumulation de corps étrangers. Par conséquent, le fluide est protégé de la contamination et des fluctuations excessives de température. La membrane d'isolation et le corps de vanne sont fabriqués en matériaux résistants et la vanne peut être facilement rincée grâce aux espaces morts réduits.

Types

Les électrovannes à séparation de fluide existent dans de nombreuses configurations différentes. En général, le mécanisme d'actionnement principal se divise en deux catégories : à commande directe et à commande indirecte. Le critère le plus important à garder à l'esprit lors du choix du bon type de vanne est que les vannes à commande directe fonctionnent à partir d'une différence de pression nulle entre l'entrée et la sortie, tandis que les électrovannes à commande indirecte nécessitent une différence de pression minimale d'environ 0,5 bar entre les orifices. Les électrovannes à commande indirecte sont conçues pour contrôler des débits plus importants en utilisant un solénoïde relativement petit. Dans les sections suivantes, le principe de fonctionnement des électrovannes à séparation de fluide couramment utilisées est discuté.

Électrovanne à bascule à commande directe

Pour expliquer cet exemple, le type Bürkert 0131 est pris comme référence. Cette vanne à bascule fonctionne selon la loi du levier. Un levier pivote sur une charnière fixe et peut être utilisé pour exercer une grande force sur une petite distance à une extrémité en n'exerçant qu'une petite force sur une plus grande distance à l'autre. Dans une électrovanne à bascule à action directe, le plongeur est connecté perpendiculairement au levier à l'extrémité supérieure (Figure 2) et le cylindre d'étanchéité est situé à l'extrémité inférieure du levier. La force d'entrée créée par le mouvement horizontal du plongeur est transmise par le levier au cylindre d'étanchéité sur les sièges de vanne. Cette caractéristique peut donc directement commuter de grands diamètres dans une vanne.

Comme le levier passe à travers une membrane isolante, l'actionneur est séparé du corps fluide. Cette séparation des fluides rend cette vanne particulièrement adaptée à une utilisation dans des solutions acides et alcalines critiques ou dans des fluides contenant des particules. En raison des grands diamètres, cette vanne est souvent utilisée comme vanne de vidange et de mélange. Cette vanne peut fonctionner comme une vanne 2/2 voies ou 3/2 voies.

Électrovanne à armature pivotante à action directe

Dans ce type de vanne, le plongeur est l'armature qui pivote en un point, passe à travers une membrane isolante flexible et entre dans le corps de la vanne de l'autre côté de la membrane. Lorsque le solénoïde est alimenté, l'armature pivotante (le plongeur) est attirée dans le solénoïde et pivote contre la force d'un ressort de rappel. Comme pour la vanne à bascule, le cylindre d'étanchéité est donc poussé contre le siège de la vanne (dans les vannes normalement ouvertes) pour arrêter l'écoulement. Sans courant, l'armature pivotante revient en position grâce à la force du ressort de rappel, ce qui fait que le cylindre d'étanchéité s'éloigne du siège de la vanne, permettant au fluide de s'écouler.

Une électrovanne à armature pivotante à action directe 3/2 voies est illustrée à la figure 3. À l'état hors tension, le cylindre d'étanchéité est forcé contre le siège de vanne 1 par la force du ressort. À l'état sous tension, le solénoïde fait pivoter l'armature centrale contre la force du ressort et le cylindre d'étanchéité est forcé contre le siège de vanne 2.

L'utilisation d'une membrane de séparation, qui sépare la chambre du fluide du système électromagnétique, permet d'utiliser ces vannes pour le contrôle de fluides corrosifs, contaminés et agressifs ainsi que pour le vide.

Électrovannes à action indirecte (servo-assistées)

L'ouverture de grands orifices en utilisant la méthode à action directe nécessiterait des bobines énormes et coûteuses. Les vannes servo-assistées utilisent la pression différentielle du fluide sur les orifices de la vanne pour ouvrir et fermer. Les principes de fonctionnement d'une électrovanne servo-assistée sont discutés plus en détail ici.

Dans une vanne servo-assistée avec commande pilote à armature pivotante, la vanne pilote est une vanne à armature pivotante à action directe, tandis que le joint de la vanne principale est une membrane flexible plus grande ou un piston.

Le principal domaine d'application de cette vanne est la commutation fiable de gaz et de fluides légèrement contaminés et agressifs pour des diamètres plus importants. Avec ce type de vanne, il y a très peu de risque de colmatage, car l'actionneur et la chambre du fluide sont séparés par une membrane.

Autres types de vannes

Parmi les autres vannes à séparation de fluide, les vannes à pincement, les vannes à boisseau sphérique et les vannes papillon sont également couramment utilisées pour le contrôle du débit de fluides contaminés ou agressifs :

Les vannes à pincement sont placées autour des tubes de process et forcent les tubes à se rapprocher (pincement) pour créer un joint qui arrête l'écoulement. Les vannes à pincement sont couramment utilisées dans les instruments médicaux, les analyseurs cliniques ou chimiques, et une large gamme d'équipements de laboratoire. Les vannes à pincement sont des vannes à passage intégral (full port) minimisant la perte de pression lorsqu'elles sont complètement ouvertes.

Les vannes à boisseau sphérique utilisent une boule pivotante creuse et perforée pour contrôler le fluide. Lorsque le trou de la boule est aligné avec l'écoulement, la vanne est complètement ouverte, et lorsqu'elle est pivotée de 90 degrés, la vanne est complètement fermée. Les vannes à boisseau sphérique sont durables, faciles à utiliser et peuvent fonctionner à des pressions et températures élevées.

Les vannes papillon utilisent un disque qui tourne d'un quart de tour pour passer entre les états ouvert et fermé. Les vannes papillon ont généralement des coûts plus bas et pèsent moins par rapport aux vannes à boisseau sphérique. Cependant, comme le disque est toujours présent dans l'écoulement, même en position complètement ouverte, elles induisent toujours une perte de pression dans le système.

Critères de sélection

Les principaux critères de sélection pour les électrovannes à séparation de fluide, après avoir déterminé la pression différentielle minimale requise aux orifices, la valeur Kv et l'orifice de la vanne, sont le choix du matériau de construction, à savoir le matériau du corps et du joint. Tous les matériaux de construction ont des propriétés spécifiques qui les rendent adaptés à différentes applications. Il est essentiel de choisir le matériau de corps et de joint approprié pour votre fluide.