Électrovannes à séparation de fluide - Leur fonctionnement

Electrovanne à séparation de fluide - Comment fonctionnent-elles ?

Burkert 0131

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. Avant d'aborder la conception et l'application de ces vannes, nous expliquons d'abord les principes de base de la conception d'une électrovanne.

Une électrovanne est actionnée par voie électromagnétique. L'actionneur est un solénoïde, qui est une bobine électrique avec un noyau ferromagnétique mobile en son centre. Ce noyau est souvent appelé "piston". Un courant électrique passant par la bobine crée un champ magnétique qui exerce une force sur le plongeur. En conséquence, le plongeur est tiré vers le centre de la bobine. Si le courant circule, le noyau reste tiré vers le centre. Dès que le flux de courant s'arrête, le champ magnétique disparaît et le noyau est (généralement) poussé vers le bas par un ressort jusqu'à sa position initiale. Le déplacement du plongeur par un courant électrique crée un système électromécanique qui est le composant de fonctionnement de base de toutes les électrovannes.

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 de nombreux matériaux de boîtier différents pour être chimiquement compatibles avec le fluide, mais le plongeur doit toujours être ferromagnétique. Le matériau le plus courant pour le piston est l'acier inoxydable 430F, qui présente une résistance chimique moindre par rapport aux matériaux courants pour le boîtier, tels que l'acier inoxydable 304 ou 316.

En outre, en raison du mécanisme de l'actionneur des électrovannes, celles-ci sont très sensibles à la saleté et ne fonctionnent qu'avec des liquides ou des gaz propres. Les vannes peuvent laisser passer des fluides dans les 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 provoquer l'usure des pièces d'actionnement. Les contaminations du fluide sont responsables de la plus grande partie des problèmes liés aux électrovannes. Il faut veiller à ce que les vannes soient installées avec leur solénoïde en position verticale, la bobine tournée vers le haut, afin d'éviter l'accumulation de débris et de corps étrangers autour du plongeur. Dans le cas où l'électrovanne est montée en angle, il est recommandé de s'écarter au maximum de 90° de 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 du 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 séparées du fluide. Veuillez noter que les électrovannes à séparation de milieux ne peuvent traiter que des milieux légèrement contaminés et ne sont pas adaptées à tous les milieux chargés de particules. Pour les milieux fortement contaminés ou les boues, d'autres types de vannes sont mieux adaptés. Nous vous en dirons plus sur les alternatives plus tard.

Electrovannes à séparation de milieux

Les vannes à séparation de milieux sont conçues pour traiter des milieux critiques tels que des liquides ou des gaz agressifs, chargés de particules ou de haute pureté. Par conséquent, il est 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 n'entre en contact qu'avec le corps de la vanne, le joint et le diaphragme d'isolation. L'actionneur est situé en dehors de l'espace fluide, ce qui le protège de la corrosion ou de l'accumulation de corps étrangers. Par conséquent, les médias sont protégés de la contamination et des fluctuations de température excessives. La membrane d'isolation et le corps de la vanne sont fabriqués en matériaux résistants et la vanne peut être facilement rincée grâce à la réduction des espaces morts.

Types

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

Électrovalve à bascule à commande directe

Pour expliquer cet exemple, le type 0131 de Bürkert est pris comme référence. Cette vanne à bascule fonctionne selon la loi du levier. Un levier pivote autour d'une charnière fixe et peut être utilisé pour exercer une grande force sur une petite distance à une extrémité en exerçant seulement une petite force sur une plus grande distance à l'autre extrémité. Dans une vanne à bascule à action directe, le plongeur est relié perpendiculairement au levier à l'extrémité supérieure (figure 1) 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 soupape. Cette caractéristique permet donc de commuter directement les grands diamètres dans une vanne.

Electrovanne à bascule 2/2 à action directe

Figure 1 : Electrovanne à bascule 2/2 à action directe

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

Electrovanne à armature pivotante à commande directe

Dans ce type de vanne, le plongeur est l'armature qui pivote en un point, traverse un diaphragme d'isolation flexible et entre dans le corps de la vanne de l'autre côté du diaphragme. Lorsque le solénoïde est alimenté, l'armature pivotante (le plongeur) est tirée 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 le flux. En l'absence de courant, l'armature pivotante pivote en arrière sous l'effet de la force du ressort de rappel, ce qui fait que le cylindre d'étanchéité s'éloigne du siège de la vanne et laisse le fluide s'écouler.

La figure 2 montre une électrovanne 3/2 à action directe et à armature pivotante. A l'état non activé, le cylindre d'étanchéité est poussé contre le siège de soupape 1 par la force du ressort. A l'état excité, le solénoïde fait pivoter l'armature du noyau contre la force du ressort et le cylindre d'étanchéité est poussé contre le siège de soupape 2.

Electrovanne à armature pivotante à action directe 2/3

Figure 2 : Electrovanne à armature pivotante à action directe 2/3

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

Électrovannes à commande indirecte (servocommande)

L'ouverture de grands orifices par la méthode de l'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 s'ouvrir et se fermer. Les principes de fonctionnement d'une électrovanne servo-assistée sont discutés plus en détail ici.

Dans une vanne 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 un diaphragme flexible plus grand 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, le risque de colmatage est très faible, car l'actionneur et la chambre du fluide sont séparés par un diaphragme.

Autres types de vannes

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

Les vannes à pincement sont placées autour de la tuyauterie de traitement et forcent la tuyauterie à se rapprocher (pincement) pour créer un joint qui coupe le flux. 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 manchon sont des vannes à passage intégral (port intégral) qui minimisent la perte de pression lorsqu'elles sont complètement ouvertes.

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

Lesvannes papillon utilisent un disque qui tourne d'un quart de tour pour passer de l'état ouvert à l'état fermé. Les vannes papillon sont généralement moins chères et moins lourdes que les vannes à bille. Cependant, comme le disque est toujours présent dans le flux, même lorsqu'il est complètement ouvert, ils induisent toujours une perte de pression dans le système.

Critères de sélection

Le principal critère de sélection des électrovannes à séparation de milieux, après avoir déterminé la pression différentielle minimale requise aux orifices, la valeur KV et l'orifice de la vanne, est le choix du matériau de construction, à savoir le corps et le matériau des joints. Tous les matériaux de construction ont des propriétés spécifiques qui les rendent adaptés à différentes applications. Il est essentiel de choisir le corps et le matériau d'étanchéité appropriés pour votre support.