Qu'est-ce qu'une vanne à globe

Une vanne à globe est un type de vanne utilisée pour démarrer, arrêter et/ou réguler le débit dans une canalisation. La vanne possède un élément de type disque mobile et un siège annulaire fixe à l'intérieur du corps de la vanne, et elle est efficace pour étrangler le débit et permettre un contrôle précis. Le nom vanne à globe provient de sa forme sphérique. Cet article explore le mécanisme de fonctionnement, les caractéristiques et les applications courantes des vannes à globe.

Table des matières

• Parties et principe de fonctionnement de la vanne à globe
• Avantages de la vanne à globe
• Inconvénients de la vanne à globe
• Applications de la vanne à globe
• Variations de conception de la vanne à globe
• Caractéristiques de débit de la vanne à globe
• Comparaison des vannes à globe avec d'autres types de vannes
• FAQs

Parties et principe de fonctionnement de la vanne à globe

Une vanne à globe possède deux chambres séparées pour le contrôle du débit. Le processus d'activation implique la rotation d'une tige via un volant ou un actionneur mécanique, qui à son tour, soulève ou abaisse le bouchon ou le disque. Le principe de fonctionnement de la vanne à globe est expliqué en détail ci-dessous :

Avantages de la vanne à globe

• Étranglement et modulation exceptionnels : Les vannes à globe sont idéales pour un contrôle précis du débit, permettant des ajustements fins du débit, ce qui est crucial dans les systèmes nécessitant une modulation régulière.
• Capacité de fermeture fiable : Elles assurent un scellement hermétique lorsqu'elles sont fermées, ce qui est essentiel pour arrêter le débit pendant la maintenance ou les urgences.
• Efficacité de maintenance et de réparation : Conçues pour un entretien facile, leurs composants sont facilement accessibles, réduisant les temps d'arrêt et les coûts.
• Polyvalence en maintenance : Le disque et le siège peuvent être remplacés ou resurfacés, prolongeant la durée de vie de la vanne et assurant un fonctionnement efficace.

Inconvénients de la vanne à globe

• Perte de charge significative : Un inconvénient majeur des vannes à globe est la chute de pression due au chemin du fluide à travers la vanne, ce qui peut être atténué en utilisant des vannes à globe en forme de Y ou d'angle pour moins de turbulence et de perte de pression. La perte de charge doit être prise en compte lors de la conception des paramètres de débit de la vanne à globe.
• Force de fonctionnement accrue : Plus de force est nécessaire pour faire fonctionner les vannes à globe, en particulier dans les environnements à haute pression, nécessitant souvent des actionneurs automatisés.
• Opération plus lente : Leur conception n'est pas adaptée aux situations nécessitant une ouverture ou une fermeture rapide en raison de l'opération multi-tour.
• Susceptibilité à la cavitation et au flashing : Les différences de pression élevées peuvent provoquer la cavitation et le flashing, endommageant potentiellement la vanne.
• Coût : La conception complexe et le processus de fabrication rendent les vannes à globe plus chères par rapport à d'autres types de vannes.

Applications de la vanne à globe

Les vannes à globe sont le choix optimal pour les applications nécessitant une modulation précise du débit, où la perte de pression n'est pas une préoccupation critique, y compris les scénarios tels que :

• Systèmes d'eau de refroidissement
• Systèmes de mazout
• Systèmes d'alimentation en eau et en produits chimiques
• Évents et drains de chaudière et de vapeur principale
• Système de lubrification de turbine
• Applications de drainage et de garniture dans les systèmes de sprinkleurs (pas comme vannes de contrôle dans les systèmes de sprinkleurs incendie, où la pression est primordiale)

Lisez notre article sur les applications des vannes à globe pour plus d'informations sur les applications industrielles des vannes à globe.

Variations de conception de la vanne à globe

Conception du chemin de débit

Les vannes à globe ont plusieurs conceptions basées sur leur chemin de débit :

1. Vanne à globe en T ou Z (Figure 3 gauche) : C'est la conception la plus courante pour les vannes à globe, caractérisée par un corps qui oblige le débit à changer de direction deux fois, créant un chemin qui ressemble à la lettre "Z". Cette conception est efficace pour l'étranglement car la configuration du siège et du disque permet un contrôle précis du débit. Cependant, cette conception entraîne également une chute de pression plus élevée à travers la vanne avec un coefficient L/D typique de ~340.
2. Vanne à globe d'angle (Figure 3 milieu) : Comme son nom l'indique, les vannes à globe d'angle ont un corps conçu de manière à ce que les ports d'entrée et de sortie forment un angle de 90 degrés, ressemblant à un coude. Cette conception permet au fluide de changer de direction une seule fois, réduisant la chute de pression par rapport à la conception en T ou Z. Les vannes à globe d'angle de 90 degrés sont utiles dans les applications où la configuration de la tuyauterie nécessite un changement de direction, combinant les fonctions d'une vanne et d'un coude. Ces vannes à globe ont un coefficient L/D typique de ~55.
3. Vanne à globe en Y (Figure 3 droite) : La vanne à globe en Y est une variation de la vanne à globe standard conçue pour minimiser la chute de pression. Dans cette conception, le corps de la vanne et le siège sont inclinés de manière à offrir un chemin de débit plus direct (moins tortueux que le chemin en forme de Z) tout en permettant de bonnes capacités d'étranglement. La forme en "Y" réduit la sévérité du changement de direction du débit, entraînant une perte de pression inférieure par rapport aux vannes à globe traditionnelles en T ou Z. Ces vannes à globe ont un coefficient L/D typique de ~150.

De plus, les vannes à globe à double siège comportent deux bouchons et sièges correspondants, améliorant leur capacité à gérer des débits plus élevés et offrant une conception équilibrée qui minimise la force nécessaire pour faire fonctionner la vanne, en faisant un choix efficace pour les applications nécessitant un contrôle précis du débit avec une force d'activation minimale.

Conception du bouchon

Les vannes à globe peuvent avoir l'une des conceptions de bouchon suivantes :

1. Disque de bouchon : La conception du disque de bouchon se caractérise par sa forme solide et conique, qui s'adapte parfaitement au siège de la vanne pour réguler ou bloquer le débit. Ce type est connu pour sa durabilité et son efficacité à fournir un scellement hermétique, le rendant adapté aux applications nécessitant un contrôle précis du débit.
2. Disque de composition : Doté d'un disque avec un insert remplaçable, généralement en matériau plus doux comme le caoutchouc ou le PTFE, le disque de composition est conçu pour assurer un scellement hermétique même en présence de particules dans le fluide. Ce type est idéal pour les applications où le scellement contre les impuretés est critique.
3. Disque à bille : Comme son nom l'indique, ce type de disque incorpore une bille sphérique qui s'aligne avec le siège pour contrôler le débit. Le disque à bille offre un fonctionnement fluide et est particulièrement efficace dans les applications nécessitant des capacités de fermeture rapide. Sa conception permet un entretien facile et est adaptée aux applications de contrôle modéré.

Caractéristiques de débit de la vanne à globe

Les vannes à globe présentent des caractéristiques de débit distinctes qui sont essentielles dans leur sélection et leur application dans les systèmes de contrôle des fluides. Ces caractéristiques sont principalement définies par le coefficient de débit inhérent de la vanne (Cv), la courbe de débit et la relation entre la levée de la vanne et le débit sous des conditions de pression variables.

Coefficient de débit inhérent (Cv)

La valeur Cv de la vanne à globe représente la capacité de débit de la vanne, indiquant le volume de fluide qui peut passer avec une chute de pression de un psi. Le coefficient de débit de la vanne à globe est généralement faible en raison de leur conception, qui privilégie le contrôle précis du débit par rapport à la haute capacité de débit.

Courbes de débit : linéaire vs pourcentage égal

• Courbe de débit linéaire : Offre une proportion directe entre la levée de la vanne et le débit, adaptée aux applications avec chute de pression constante.
• Courbe de débit à pourcentage égal : Fournit une relation exponentielle entre la levée de la vanne et le débit, idéale pour les conditions de chute de pression variables, améliorant la précision du contrôle.

Un dimensionnement approprié est crucial pour adapter les caractéristiques de débit de la vanne aux exigences de l'application, assurant un fonctionnement efficace. Le choix entre linéaire et pourcentage égal dépend de la dynamique de pression du système et des besoins de contrôle.

Comparaison des vannes à globe avec d'autres types de vannes

D'autres vannes à mouvement linéaire/multi-tour et vannes à quart de tour/rotatives sont des classifications de vannes courantes qui sont comparables à une vanne à globe. Leur but et leur fonction déterminent comment elles sont utilisées dans différentes applications.

Vannes à mouvement linéaire/multi-tour

Les vannes à globe industrielles sont des vannes à multi-tour. Une vanne à guillotine utilise également un volant multi-tour pour déplacer le bouchon de la vanne dans une direction linéaire, mais une vanne à guillotine a un débit direct. La tige de la vanne sur une vanne à guillotine abaisse un bouchon ou une obstruction qui bloque le chemin du débit ou permet le débit sans nécessiter que le fluide change de direction. Par conséquent, les vannes à guillotine ont une perte de charge beaucoup plus faible (L/D=~8) lorsqu'elles sont complètement ouvertes, mais elles ne doivent pas être utilisées pour réguler le débit en raison d'une augmentation drastique de la perte de charge et d'une usure accrue de la guillotine et du siège de la vanne à guillotine. Lisez notre article vanne à globe vs vanne à guillotine pour plus de détails.

Vannes à quart de tour/rotatives

Une vanne rotative utilise une poignée de clé, ne se déplaçant qu'un quart de tour (90 degrés) pour ouvrir ou fermer la vanne. La vanne de coupure sur une ligne de gaz est un exemple courant de ce type de vanne, conçue pour une fonction rapide d'ouverture/fermeture. Deux types courants de vannes à quart de tour/rotatives sont les vannes à bille et les vannes papillon.

• Les vannes à bille utilisent une sphère, ou bille, avec un trou percé à travers elle, permettant le débit lorsque le trou est parallèle à la direction du débit et le bloquant lorsqu'il est en position perpendiculaire.
• Une vanne papillon utilise une plaque mince pour bloquer le débit lorsque sa surface est perpendiculaire à la direction du débit ou permettre le débit lorsqu'elle est parallèle.

Les vannes à quart de tour/rotatives ont une perte de charge très faible (L/D=~3) mais ont une capacité d'étranglement limitée. Lisez notre article vanne à globe vs vanne à bille pour plus de détails.

FAQs

Comment choisir entre les vannes à globe 2 voies et 3 voies ?

Utilisez des vannes à globe 2 voies pour l'ouverture/fermeture ou l'étranglement dans un seul chemin de débit. Utilisez des vannes 3 voies pour mélanger ou détourner le débit entre deux chemins différents.

Comment les vannes à globe haute pression parviennent-elles à supporter des pressions élevées ?

Les vannes à globe haute pression sont conçues avec des matériaux robustes et des parois plus épaisses, et comportent souvent un mécanisme de fermeture renforcé.

Quel est le but d'un indicateur de position sur une vanne à globe ?

Un indicateur de position montre visuellement l'état ouvert ou fermé de la vanne, aidant aux vérifications manuelles et à la surveillance du système.

Quels sont les avantages d'utiliser une vanne à globe électrique par rapport à une manuelle ?

Les vannes à globe électriques offrent un contrôle à distance et une automatisation, permettant une régulation précise du débit et une intégration plus facile dans les systèmes de contrôle par rapport aux vannes manuelles.