Vannes de décharge pour compresseurs d'air

Une vanne de décharge de compresseur d'air est un dispositif utilisé par les compresseurs d'air pour libérer l'air emprisonné à l'intérieur de la chambre de compression et de la conduite de décharge du réservoir lorsque le moteur s'arrête. Cela permet au moteur de démarrer plus facilement. En général, il existe deux types de vannes de décharge de compresseur d'air : les vannes électriques et les vannes mécaniques. La figure 1 montre un exemple de vanne de décharge d'un compresseur d'air électrique.

L'extraction de l'air par la soupape de décharge est indispensable pour que le moteur du compresseur puisse redémarrer sans effort. Sinon, la charge générée par l'air dans la chambre de compression et la conduite d'évacuation du réservoir crée un couple initial élevé que le moteur peut avoir du mal à surmonter.

 

Table des matières

• Quelle est la fonction d'une soupape de décharge d'un compresseur d'air ?
• Types de vannes de décharge pour compresseurs d'air
• Comparaison des vannes de décharge mécaniques et électriques
• Critères de sélection d'une vanne de décharge électrique
• Installation d'une vanne de décharge électrique
• Résoudre les problèmes courants
• FAQ

Quelle est la fonction d'une soupape de décharge d'un compresseur d'air ?

La fonction d'une soupape de décharge d'un compresseur d'air est de libérer l'air restant dans la chambre de compression et les conduites correspondantes lorsque le moteur s'éteint. Le fonctionnement d'un compresseur d'air est expliqué à partir du diagramme de la figure 2 pour comprendre le fonctionnement de cette vanne.

Avant que l'air comprimé n'atteigne le réservoir, il passe par un pressostat (B) qui évalue la pression entre les limites maximales et minimales établies. Pendant que le compresseur fonctionne, le réservoir accumule l'air comprimé jusqu'à ce que la pression atteigne son maximum prédéfini. Lorsqu'elle atteint sa valeur maximale prédéfinie, la pression exerce une force sur un piston interne du pressostat, le faisant monter, séparant ses contacts et coupant le moteur. L'air contenu dans la chambre du compresseur et dans la conduite de refoulement du réservoir (D) est immédiatement libéré dans l'atmosphère par la soupape de décharge (F). Cette action entraîne la fermeture du clapet anti-retour (A) et empêche l'air contenu dans le réservoir de s'échapper. Lorsque la pression du réservoir atteint son minimum, les contacts du pressostat (B) se reconnectent et le moteur redémarre.

L'extraction de l'air par la soupape de décharge est indispensable pour que le moteur du compresseur puisse redémarrer sans effort. Sinon, la charge générée par l'air dans la chambre de compression et la conduite d'évacuation du réservoir crée un couple initial élevé que le moteur peut avoir du mal à surmonter.

Types de vannes de décharge pour compresseurs d'air

Bien que le type de soupape de décharge du compresseur d'air varie en fonction du type de compresseur et du fabricant, il existe deux types principaux, mécanique et électrique :

Vannes de décharge mécaniques

Ce type de soupape de décharge fonctionne en fonction de la pression différentielle. Il s'ouvre lorsque la pression atteint une valeur prédéterminée. La figure 3 montre le schéma d'une vanne de décharge d'un compresseur d'air mécanique.

La figure 3 étape A montre que l'air provenant du compresseur pénètre dans la soupape de décharge mécanique par l'entrée (1), traverse la chambre de la soupape de décharge (2) jusqu'au clapet anti-retour (3). La force exercée par l'air pousse le clapet anti-retour à s'ouvrir, permettant à l'air comprimé d'aller vers le réservoir de stockage par la sortie (4) et également vers la chambre à membrane (5) par le passage (6). Au fur et à mesure que le réservoir se remplit d'air comprimé, la pression augmente jusqu'à atteindre sa limite maximale.

A l'étape B, la membrane (7) se soulève et laisse passer l'air dans la chambre supérieure (8) du piston (9). L'air entrant dans cette chambre pousse le piston vers le bas, ce qui permet à l'air emprisonné dans la chambre de la soupape de décharge d'être évacué dans l'atmosphère par la sortie (10). En raison de la chute de pression, le clapet anti-retour se ferme automatiquement.

La figure 3 étape C montre que lorsque le clapet anti-retour se ferme, l'air qui se dirige vers le diaphragme supérieur du clapet diminue, la force de poussée est faible et le diaphragme se referme. Il provoque la libération de l'air emprisonné sur le piston principal par l'échappement du régulateur (11) au sommet de la soupape de décharge du compresseur d'air (12).

Vannes de décharge électrique

Une électrovanne est un dispositif électrique qui contrôle la quantité d'air qui passe dans une conduite. Il ferme, libère ou dose le débit en fonction des besoins du système. Les compresseurs plus lourds (à partir de 5 kW) fonctionnent souvent avec un système étoile-triangle pour réduire le courant de démarrage du moteur (par rapport à un démarrage direct). Ce moteur démarre avec une connexion en étoile, puis il passe d'un circuit en étoile à un circuit en triangle. Lors du démarrage, l'air des compresseurs est déchargé, dans les premiers cycles, vers une sortie libre (plutôt que vers le réservoir) afin de réduire le couple nécessaire au moteur. Pour ce faire, une électrovanne est utilisée comme vanne de décharge.

Il existe trois types d'électrovannes : à action directe, à action semi-directe et à action indirecte (pilotée). La fonction de la vanne à action directe dépend uniquement d'un champ électromagnétique créé dans la bobine du solénoïde pour fermer ou ouvrir la vanne, et la vanne indirecte dépend de la pression différentielle du système. La soupape à action semi-directe combine les fonctions d'une soupape directe et d'une soupape indirecte. En outre, la fonction du circuit d'une électrovanne détermine les orifices (2, 3, 4 voies) et la position de l'électrovanne lorsqu'elle est hors tension (ouverte ou fermée). Pour plus d'informations, lisez notre article technique sur les électrovannes.

L'électrovanne 2/2 pilotée est le type d'électrovanne le plus couramment utilisé pour une vanne de décharge électrique de compresseurs d'air. L'une des raisons est que ce type de soupape est adapté aux débits plus importants des compresseurs d'air lourds par rapport aux soupapes à action directe. C'est également le type de vanne qui consomme le moins d'énergie. Ce type de vanne est également connu sous le nom d'électrovanne assistée. Son fonctionnement dépend du comportement de la bobine du solénoïde et de la pression différentielle du système (au moins 0,5 bar est nécessaire pour le fonctionnement). En général, la vanne comporte deux raccords, l'un pour l'entrée et l'autre pour l'évacuation de l'air, comme le montre la figure 4.

Pièces de la soupape de décharge du compresseur d'air

• Bobine (A) : Bobine cylindrique et creuse en fil de cuivre émaillé. Grâce à l'induction, cette bobine stocke l'énergie dans un champ magnétique.
• Armature (B) : Le cylindre métallique sur lequel la bobine est enroulée
• Ressort et piston (C) : Lorsqu'il n'y a pas de champ magnétique dans la bobine, le ressort maintient le plongeur dans une position spécifique, c'est-à-dire normalement ouverte ou normalement fermée. Le ressort cède à la force appliquée au plongeur par un champ magnétique.
• Membrane (D) : Membrane de fermeture qui arrête ou permet l'évacuation de l'air dans l'atmosphère.
• Orifice d'entrée (E) : L'air pénètre dans l'électrovanne par cet orifice.
• Orifice de sortie (F) : Cet orifice rejette l'air dans l'atmosphère.

Dans une électrovanne indirecte, l'air entre et sort de la connexion d'entrée (E) dans la zone au-dessus de la membrane à travers un orifice de contrôle. De là, l'air se dirige vers l'orifice pilote de l'électrovanne qui est initialement fermée, comme le montre la figure 5 (côté gauche).

Lorsque le réservoir atteint sa pression maximale, la bobine du solénoïde est alimentée et le plongeur de l'électrovanne se déplace vers le haut, ouvrant l'orifice pilote. Lorsque cette ligne est ouverte, la pression de l'air logé dans la zone située au-dessus de la membrane commence à diminuer jusqu'à ce que sa valeur soit inférieure à la pression exercée par l'air au-dessus de la membrane. Une fois que cette membrane se déplace vers le haut, l'air d'entrée passe à la sortie, comme le montre la figure 5 à droite. Lorsque la pression du réservoir atteint sa limite de pression minimale, le courant électrique vers la bobine du solénoïde s'arrête et l'orifice pilote se ferme immédiatement. La pression de l'air dans la chambre supérieure de la membrane est rétablie et la membrane revient à sa position initiale, empêchant le passage de l'air de l'entrée à la sortie.

Une vanne indirecte normalement fermée est la vanne la plus couramment utilisée ; elle est alimentée (ouverte) pendant le circuit en étoile et fermée pendant la connexion du circuit en triangle. Cependant, il existe des compresseurs d'air avec le circuit étoile-triangle qui utilisent également une vanne normalement ouverte. Dans ce cas, la pression du réservoir atteint sa limite maximale, le pressostat sépare ses contacts, le moteur s'arrête et l'électrovanne s'ouvre (hors tension) pour évacuer l'air dans l'atmosphère. Lorsque la pression du réservoir atteint la limite de pression minimale, les contacts du pressostat se connectent, le moteur démarre et l'électrovanne se ferme (sous tension) après le passage de la connexion en étoile à la connexion en triangle, comme le montre la figure 6.

Vannes de décharge mécaniques ou solénoïdes

	Mécanique	Électrification
réglable	Peut être ajusté manuellement	Réglé au niveau du pressostat ou de la minuterie
Minuteur	Ne peut pas fonctionner avec une minuterie	Peut fonctionner avec une minuterie
Position	Peut être installé dans n'importe quelle position	Doit être installé à la verticale ou avec une déflexion maximale de 90°.
Obstacles	Insensible à la saleté	Plus sensible à la saleté qu'une valve mécanique
Application	Une soupape de décharge mécanique est couramment utilisée dans les petits compresseurs (moins de 5 kW).	Dans les compresseurs plus lourds (moteur triphasé), la vanne de décharge utilisée est généralement une électrovanne indirecte.

Critères de sélection d'une vanne de décharge électrique

Outre le fait que l'électrovanne doit pouvoir fonctionner avec de l'air, il convient de prendre en compte les éléments suivants lors de la sélection d'une électrovanne destinée à être utilisée comme vanne de décharge d'un compresseur d'air :

• Capacité (valeur Kv) : La valeur Kv détermine le débit d'air à travers l'électrovanne. Connaître la valeur Kv requise permet de choisir la bonne vanne avec la capacité requise. Calculez les valeurs Kv ou Cv à l'aide de notre calculateur de dimensionnement des vannes.
• Pression de service maximale : L'électrovanne doit pouvoir supporter la pression de service maximale du compresseur.
• Contrôle électrique : Déterminer la tension de la vanne disponible sur le site d'installation. Vérifier si le système est alimenté pendant la période d'évacuation de l'air ou s'il utilise une minuterie intégrée dans la vanne pour régler le temps d'ouverture. En outre, vérifiez si le système nécessite une vanne normalement ouverte ou normalement fermée.
• Type et taille de la connexion : S'assurer que le filetage du tuyau correspond au type et à la taille du filetage de l'entrée du solénoïde. Si la taille de raccordement de l'électrovanne requise n'est pas disponible, un raccord peut être utilisé.
• Matériau de l'électrovanne : Pour le corps de la vanne, un bon choix pour un système d'air comprimé consiste à utiliser du laiton comme matériau de boîtier et un joint FKM (Viton) car ils ont une bonne résistance à la chaleur et aux produits chimiques.
• Classification IP : Les électrovannes utilisées dans les systèmes de compresseurs d'air doivent avoir un indice de protection IP65 pour garantir une étanchéité efficace contre les agents extérieurs.

Installation d'une vanne de décharge électrique

Lors du remplacement ou de l'installation d'une électrovanne de décharge d'un compresseur d'air électrique, suivez les étapes ci-dessous :

1. Arrêtez le compresseur, attendez que le système refroidisse et vérifiez que le circuit n'est pas sous pression.
2. Pour retirer une électrovanne endommagée, retirez la bobine puis le corps de l'électrovanne. Lors de la déconnexion de la vanne endommagée, veillez à utiliser un outil approprié pour maintenir la tuyauterie du système.
3. Effectuer une inspection interne des conduites reliées à l'électrovanne pour vérifier qu'il n'y a pas de particules de saleté à l'intérieur.
4. Pour commencer l'installation de l'électrovanne, assurez-vous qu'elle est positionnée correctement en fonction de la direction du flux d'air. Les électrovannes indiquent généralement le sens du flux d'air par une flèche.
5. Si la nouvelle soupape est équipée de bouchons pour les connexions d'entrée et de sortie, il est conseillé de les retirer juste avant l'installation afin d'éviter que des agents externes ne pénètrent dans la soupape.
6. Installez d'abord le corps de la valve. Utilisez un outil approprié pour serrer l'électrovanne et un autre pour maintenir la tuyauterie du système. Ne jamais serrer la valve en s'appuyant sur la bobine, car cela pourrait causer des dommages internes.
7. Positionner le corps de l'électrovanne avec la bobine vers le haut ou avec une déflexion maximale de 90 degrés afin de minimiser le risque d'accumulation d'agents externes dans le plongeur de l'électrovanne.
8. Installer la bobine. Le placer sur le corps de la valve, avec son joint et son écrou, et le serrer. Le couple de serrage conseillé est de 5 Nm, mais le manuel de l'électrovanne doit indiquer les spécifications de serrage.
9. Procéder au raccordement électrique de la bobine. Parmi les trois broches, celle du centre est reliée à la terre. Les deux broches restantes sont des bornes de bobine utilisées selon les besoins (pour l'alimentation de la phase ou du neutre). Ne jamais utiliser la tuyauterie du système comme prise de terre. Ne branchez la bobine sur le secteur qu'une fois l'installation terminée ; dans le cas contraire, la bobine risque de griller.
10. Tester l'électrovanne pour vérifier les performances du système.

Résoudre les problèmes courants

Un dysfonctionnement de la soupape de décharge d'un compresseur d'air peut provoquer des fuites si elle ne se ferme pas correctement, et même le moteur du compresseur peut ne pas démarrer si la soupape ne s'ouvre pas correctement. Les causes et les solutions de ces problèmes courants sont indiquées ci-dessous :

• Saleté dans la valve : Il arrive que des agents extérieurs (poussière, téflon, etc.) contaminent l'intérieur des électrovannes et provoquent un dysfonctionnement de l'appareil. Pour confirmer qu'il s'agit bien de la cause du problème, démontez l'électrovanne, inspectez l'état interne, effectuez un nettoyage approprié (si nécessaire), réinstallez l'électrovanne et testez-la pour en vérifier les performances. Il est également recommandé de vérifier les conduites en amont de la vanne de décharge du compresseur d'air. La saleté peut provenir d'un autre point du système et le nettoyage interne de la vanne peut être une solution momentanée, mais le problème se reproduit.
• Composants internes endommagés : Lors de l'inspection interne d'une électrovanne, toute pièce (membrane, joints d'étanchéité ou joints toriques) trouvée endommagée doit être remplacée.
• Problèmes électriques : Vérifiez que la tension et la fréquence sont correctes. Vérifiez l'état de la bobine et mesurez sa résistance. Si elle tend vers zéro, cette bobine est brûlée et doit être remplacée. Pour plus d'informations, lisez notre article technique sur le remplacement d'une bobine d'électrovanne.
• Position de la vanne : Assurez-vous que la vanne est installée dans le bon sens par rapport au flux d'air, en regardant l'indication de la flèche sur le boîtier de la vanne.

FAQ

Quelle est la fonction de la soupape de décharge d'un compresseur d'air ?

Ce dispositif est utilisé par les compresseurs d'air pour libérer dans l'atmosphère l'air emprisonné à l'intérieur de la chambre de compression lorsque la pression du réservoir atteint sa valeur maximale prédéfinie.

Un compresseur d'air a-t-il besoin d'une soupape de décharge ?

Oui, un compresseur d'air a besoin d'une soupape de décharge. L'extraction de l'air par la soupape de décharge est indispensable pour que le moteur du compresseur puisse redémarrer sans effort.