Soupapes de décompression - Leur fonctionnement

Les soupapes de décharge sont essentielles pour maintenir les systèmes hydrauliques et pneumatiques en dessous de la pression de consigne. En fonction de l'installation, ils peuvent soit

• Réduire la pression aval à un niveau constant chaque fois qu'elle dépasse un seuil.
• Maintenir des pressions soutenues en aval ou en amont de la vanne
• Réduire les pics ou les impulsions de pression pour protéger les équipements en aval

Cet article est une présentation complète des soupapes de sûreté qui explique leur conception, leur principe de fonctionnement, leurs applications et la manière de les installer dans un système.

Table des matières

• Conception et fonctionnement des soupapes de sûreté
• Applications des soupapes de sûreté
• Différences entre les soupapes de sûreté et les soupapes de sécurité
• Critères de sélection
• Installation de la soupape de sûreté
• FAQ

Conception et fonctionnement des soupapes de sûreté

La conception et le fonctionnement des soupapes de sûreté varient selon les types de soupapes. Cette section couvre la conception et le fonctionnement des soupapes de sûreté suivantes :

• Soupape de sûreté à action directe
• Soupape de décharge équilibrée pilotée
• Soupape de surpression télécommandée
• Soupape de surpression électrique

Soupape de sûreté à action directe

Comme le montre la figure 2 (à gauche), une soupape de pression à action directe comporte une entrée, une sortie et un mécanisme de contrôle du débit (c'est-à-dire un clapet, une bille ou un diaphragme) soutenu par un ressort réglable. Les soupapes de sûreté à pression ont deux conceptions pour le réglage du ressort : externe et interne. Une conception externe permet de régler le ressort à l'aide d'un bouton ou d'une poignée qui se boulonne à l'extérieur de la soupape. Une conception interne comporte un écrou ou une vis à l'intérieur du boîtier de la soupape qui tourne dans un sens ou dans l'autre pour détendre ou raidir le ressort. La conception interne nécessite un démontage partiel de la valve pour ajuster la rigidité du ressort.

Une soupape de sûreté à action directe limite l'augmentation de la pression dans un système au-delà d'une certaine limite. Le ressort (figure 2 étiquetée A) de la soupape, réglable ou non, détermine la limite. Si la pression du fluide dans le système n'est pas assez élevée, elle n'ouvrira pas le mécanisme d'ouverture de la vanne (Figure 2 étiquetée B), qui est généralement un disque ou un clapet.

Le mécanisme d'ouverture commence à s'ouvrir lorsque la pression du fluide atteint la pression de tarage de la soupape. La soupape de sûreté évacue certains fluides dans l'air, dans le cas des compresseurs d'air, ou dans un réservoir, dans le cas des systèmes hydrauliques. Cela ralentit la vitesse à laquelle la pression augmente dans le système.

Enfin, lorsque la pression du système atteint la limite de pression fixée par la soupape de sûreté, la soupape est complètement ouverte et tous les fluides sont évacués par la soupape. Cela arrête le fonctionnement de tous les composants en aval jusqu'à ce que la pression diminue suffisamment pour que la vanne commence à se fermer. La différence entre la pression de tarage de la soupape et le réglage réel de la soupape de sûreté est généralement d'au moins 13,8 bars (200 psi).

Soupape de décharge équilibrée pilotée

Une soupape de sûreté équilibrée pilotée comporte une entrée, une sortie et deux clapets : le clapet principal et un clapet pilote boulonné. Les deux poppets sont soutenus par un ressort. Un ressort souple et non réglable soutient le clapet principal, et un ressort réglable beaucoup plus rigide soutient le clapet pilote. Un trou pilote permet au fluide de s'écouler de l'entrée jusqu'au dessus du clapet principal et au clapet pilote. De plus, le fluide s'écoule de l'entrée jusqu'en dessous du clapet principal. Lorsque le clapet principal se soulève, le fluide provenant du bas s'écoule vers la sortie.

Comme le fluide se trouve au-dessus et au-dessous du clapet principal et que le haut et le bas du clapet ont à peu près la même surface, la pression est égale de chaque côté du clapet. C'est ainsi que le ressort souple peut maintenir le clapet fermé en cas de pression élevée dans le système.

Le clapet pilote est un clapet à action directe qui détermine le réglage de la pression de la soupape de sûreté. Lorsque la pression du système augmente suffisamment pour fissurer le clapet pilote, le fluide situé au-dessus du clapet principal peut s'écouler au-delà du clapet pilote vers la sortie. Cela provoque une chute de pression au-dessus du clapet principal, ce qui lui permet de s'ouvrir pour que le fluide situé en dessous puisse s'écouler vers la sortie de la vanne.

L'avantage d'une soupape de sûreté à pilotage équilibré est que le dépassement de pression (la différence entre les limites de pression de la soupape et les limites de pression réglées) est beaucoup plus faible qu'avec une soupape de sûreté à action directe. Une pression plus faible empêche l'accumulation inutile de chaleur et réduit la consommation d'énergie dans un système hydraulique.

Soupape de surpression télécommandée

Une soupape de sûreté à distance est identique à une soupape de sûreté pilotée par l'équilibrage, à une différence près. Cette soupape de sûreté est dotée d'un évent qui se raccorde à une soupape de sûreté à action directe par l'intermédiaire d'un tuyau long et étroit. La soupape de sûreté à action directe se trouve généralement à une distance importante, commodément située sur la console de l'opérateur.

Dans un système, les médias empruntent toujours le chemin de moindre résistance. Ainsi, lorsqu'un opérateur règle la pression de la soupape de sûreté à distance à un niveau inférieur à celui du clapet pilote boulonné, la soupape à distance prend le contrôle du réglage de la pression maximale du système. Le contrôle revient au clapet pilote lorsque l'opérateur règle la pression de la soupape de sûreté à distance au-dessus de celle du clapet pilote.

Soupape de surpression électrique

Un système de soupape de sûreté électrique utilise une soupape de sûreté télécommandée qui se connecte à plusieurs soupapes de sûreté à action directe. Chaque soupape de sûreté à action directe est reliée à une électrovanne qui contrôle si le fluide peut ou non s'écouler vers la soupape de sûreté.

Les soupapes de sûreté à action directe ont des réglages de pression inférieurs à ceux de la soupape de sûreté à pression principale. Par exemple, trois soupapes de sûreté à action directe peuvent avoir des réglages de pression de 1000, 2000 et 3000 psi (70, 138 et 207 bar) respectivement. La soupape de décharge de la pression principale peut avoir un réglage de pression de 4000 psi. Lorsqu'un solénoïde se met en marche et s'ouvre, le fluide suit le chemin de moindre résistance et s'écoule vers la soupape de sûreté dont le réglage est le plus bas. Cette configuration permet à un système de passer rapidement d'un réglage de pression à un autre - par exemple, une machine de presse dans une usine de fabrication.

Applications des soupapes de sûreté

Éviter la cavitation

La cavitation se produit lorsque la pression d'un liquide chute rapidement en dessous de la pression de vapeur. Si une pompe centrifuge pompe contre un système fermé, la surpression doit être évacuée à l'intérieur du corps de la pompe. Il en résulte des zones de basse pression, ce qui peut entraîner une cavitation.

En s'ouvrant proportionnellement à l'augmentation de la pression, les soupapes de sûreté contournent le logement. Cela permet d'évacuer lentement la pression excédentaire. Et en évitant la cavitation, elle augmente la durée de vie de la pompe. Pour en savoir plus, lisez nos guides sur la cavitation et le clignotement et sur la cavitation dans les pompes, les vannes et les tuyaux.

Circuits de refroidissement/chauffage

Les débits peuvent varier de manière significative en cas de charges intermittentes ou pendant le démarrage ou l'arrêt de l'installation. Les réactions des chaudières ou des réacteurs connectés peuvent entraîner une augmentation ou une diminution de la pression disproportionnée par rapport à l'apport généré par les équipements contrôlés par l'utilisateur (par exemple, les pompes et les échangeurs de chaleur). Les soupapes de décharge permettent d'éviter les variations de pression inattendues dans les circuits de chauffage.

Systèmes comportant des équipements sensibles

De même, dans les systèmes pneumatiques comportant plusieurs composants, une pression excessive peut endommager l'équipement. Une soupape de décharge peut éviter une défaillance prématurée de l'équipement et peut faire partie d'un plan d'entretien préventif.

Découvrez comment une soupape de décharge peut être utilisée pour les applications de piscine, parallèlement à un manomètre pour filtre de piscine.

Différences entre les soupapes de sûreté et les soupapes de sécurité

Les soupapes de sûreté ont un fonctionnement continu et proportionnel (figure 3 étiquetée 1), ce qui n'est pas le cas des soupapes de sécurité (figure 3 étiquetée 2). Les soupapes de sûreté sont un élément opérationnel des systèmes de fluides plutôt qu'un simple dispositif de sécurité. En fonctionnement normal, il est normal d'avoir une soupape de décharge/de surpression ouverte en permanence pour aider le système à se rééquilibrer et à retrouver des conditions de travail normales.

Les soupapes de sécurité, quant à elles, doivent éliminer toute l'énergie susceptible de pénétrer dans un système afin d'éviter toute défaillance de ce dernier. Après le soulèvement initial du disque, la zone sur laquelle la pression agit s'élargit et la force sur le ressort augmente de manière significative. La force importante provoque l'éclatement de la soupape de sécurité.

Au lieu de se décharger dans une zone de basse pression du circuit, les soupapes de sécurité se déchargent dans l'atmosphère et continuent de le faire même peu de temps après que la pression du système soit revenue à la pression seuil. Étant donné que les soupapes de sécurité protègent les récipients sous pression, elles ne cessent de se décharger que lorsqu'elles atteignent une situation sûre.

La différence de fonctionnement entre une soupape de sûreté et une soupape de sécurité est observable dans leurs caractéristiques de pression respectives. Ces vannes alternent entre l'ouverture complète (figure 3 étiquetée A) et la fermeture complète (figure 3 étiquetée B).

• La purge : La purge d'une soupape de sûreté (Figure 3 étiquetée F) est beaucoup plus étroite que celle d'une soupape de sécurité (Figure 3 étiquetée G). La différence entre la pression de réglage et la pression de fermeture est donc beaucoup plus faible, ce qui signifie que la fermeture est plus rapide.
• Renouvellement de la pression : La pression de repos (figure 3 étiquetée C), également appelée pression de fermeture, est la pression à laquelle la soupape se ferme. Les soupapes de sûreté se ferment proportionnellement, à proximité de la pression de tarage (figure 3 étiquetée D), tandis que les soupapes de sécurité se ferment plus loin de la pression de tarage.
• Pression de décharge maximale : Les soupapes de sûreté commencent à se fermer à proximité de la pression de décharge maximale (figure 3 étiquetée E), alors que les soupapes de sécurité se ferment beaucoup plus loin de la pression de décharge maximale.
• Mijotage : Les soupapes de sécurité ont une large valeur de frémissement (figure 3 étiquetée H), qui correspond à l'accumulation avant l'ouverture de la soupape.

Critères de sélection

Lors de la sélection d'une soupape de sûreté, il convient de tenir compte des critères suivants. Pour plus d'informations, lisez notre guide de sélection des soupapes de sûreté et des soupapes de sécurité.

• Pression de fonctionnement minimale/maximale : S'assurer que la soupape de sûreté est compatible avec les limites de pression du système.
• Matériaux du corps et des joints : S'assurer que les composants de la soupape de sûreté sont compatibles avec le fluide.
• Débit d'évacuation : Veillez à ce que la soupape de sûreté soit suffisamment dimensionnée pour assurer une décharge suffisante en cas de situation extrême.
• Réglable/non réglable : Une soupape de sûreté réglable est avantageuse si la pression de consigne souhaitée est inconnue ou susceptible de changer pendant la durée de vie de la soupape.

Installation de la soupape de sûreté

Les soupapes de sûreté fonctionnent mieux en aval des zones à haute pression d'un système. Une application courante est l'installation d'une soupape de sûreté près du refoulement d'une pompe. Pour plus d'informations, lisez notre guide sur l'installation des soupapes de sûreté et des soupapes de sécurité.

FAQ

Un limiteur de pression réduit-il le débit ?

Oui, mais cela ne se produit que lorsque la pression dépasse la pression de consigne. En fonctionnement normal, la pression ne doit pas dépasser le niveau fixé et la soupape de sûreté reste fermée.

Que faut-il rechercher lors de la sélection d'une soupape de sûreté ?

Débit maximal, pression maximale et nature du fluide. Les fluides corrosifs peuvent nécessiter des joints, une membrane ou un corps différents. Assurez-vous que la vanne possède les homologations nécessaires pour votre application.

Les soupapes de sûreté peuvent-elles empêcher les coups de bélier ?

Oui, certains modèles le peuvent. Pour éviter complètement les coups de bélier, il faut utiliser un modèle spécifique capable de supporter à la fois le débit élevé et les différences de pression courantes dans un scénario de coup de bélier.

Y a-t-il des inconvénients à utiliser des soupapes de décharge/débordement dans une dérivation ?

Le principal inconvénient est la perte d'énergie. Tout ce qui est pompé à travers la vanne n'est par définition pas utilisé en aval. Pour de courtes périodes, cela ne pose généralement pas de problème.