Types de vannes à pointeau

Types de vannes à pointeau

Soupape à aiguille

Figure 1 : Vanne à aiguille

Il existe trois conceptions générales de vannes à pointeau : droite, angulaire et multiport. En outre, les vannes à pointeau peuvent fonctionner manuellement, électriquement, pneumatiquement ou hydrauliquement. Cet article examine tous ces types de vannes à pointeau afin d'aider les utilisateurs à comprendre leur fonctionnement et à choisir le meilleur type de vanne à pointeau pour une application donnée. Lisez notre article complet sur les vannes à pointeau pour en savoir plus sur leur fonctionnement, leurs applications et leur processus de sélection !

Table des matières

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Soupape à aiguille droite vs soupape à aiguille angulaire

La dénomination des vannes à pointeau droites et angulaires fait référence à l'orientation des orifices d'entrée et de sortie l'un par rapport à l'autre. Une vanne à pointeau droite a une entrée et une sortie en ligne droite (à 180° l'une de l'autre), ce qui permet un écoulement droit à travers la vanne. Une vanne à pointeau à angle a une entrée et une sortie à 90° l'une de l'autre.

En raison de sa conception interne, l'écoulement à travers un robinet à pointeau droit emprunte un chemin en zigzag, autrement dit un chemin tortueux. Cela signifie qu'il y a une perte de charge plus importante à travers la vanne qu'avec une vanne à pointeau à angle, où le flux se déplace à un angle de 90°.

Similitudes

  • Taille : Les valves à aiguilles sont petites. Le DN25 (33,4 mm) est généralement la taille maximale pour la plupart des applications.
  • Conception de la tige : En général, les vannes à pointeau ont une extrémité de tige conique qui s'adapte parfaitement au siège de la vanne. De plus, de nombreux robinets à pointeau ont une tige montante.
  • Arrêt de la tige : Les deux types de vannes peuvent avoir un bouchon qui empêche la tige de sortir complètement du corps de la vanne. Un robinet à pointeau sans bouchon ne doit pas être utilisé avec des produits dangereux.
  • Opération : Plus une vanne à pointeau s'ouvre, moins la perte de pression est importante.
  • Les médias : Un média propre est nécessaire. Les solides et les boues peuvent facilement se coincer dans une vanne à pointeau.
  • Applications : Les deux types de vannes à pointeau peuvent moduler le débit en continu. Les applications courantes sont :
    • Contrôle du débit dans les dispositifs de dosage.
    • Contrôle de la pression et du débit de l'eau dans les systèmes de barrages, de réservoirs, de distribution d'eau et de centrales électriques.
    • Contrôle du flux d'air vers les cylindres pneumatiques pour contrôler la vitesse du piston.
    • Contrôle du débit de carburant dans les systèmes de contrôle automatique de la combustion.

Différences

Chemin d'écoulement

Une vanne à pointeau droite présente ce que l'on appelle un chemin d'écoulement tortueux (figure 2), ce qui signifie que le flux tourne plusieurs fois entre l'entrée et la sortie. Le chemin d'écoulement d'un robinet à pointeau à angle n'est pas tortueux et prend un virage de près de 90° de l'entrée à la sortie (figure 3).

Trajet d'écoulement d'une vanne à aiguille droite.

Figure 2 : Trajet d'écoulement d'une vanne à aiguille droite.

Trajet d'écoulement d'une vanne à pointeau à angle.

Figure 3 : Trajet d'écoulement d'une vanne à pointeau à angle.

Chute de pression et cavitation

Une vanne à pointeau droite a une perte de charge nettement plus élevée qu'une vanne à pointeau coudée. Par conséquent, les vannes à pointeau droites sont plus sensibles à la cavitation et au flashing que les vannes à angle. Ces deux phénomènes se produisent lorsqu'une zone de pression inférieure à la pression de vapeur du liquide se forme et qu'une partie du liquide se transforme en gaz. La différence entre les deux phénomènes est que la cavitation s'inverse (le gaz redevient liquide lorsque la pression augmente) alors que le flashage ne le fait pas (le gaz reste gazeux).

Qu'il s'agisse de cavitation ou d'éclatement, il existe un risque de rupture des bulles de gaz et d'ondes de choc qui, si elles se trouvent à proximité des composants ou des parois de la vanne, peuvent causer de graves dommages au fil du temps.

Installation

Comme nous l'avons vu plus haut, les vannes à pointeau sont petites et ne prennent pas beaucoup de place dans l'installation. Le choix entre les deux dépend du système pour lequel ils sont nécessaires. Un robinet d'angle a une fonctionnalité supplémentaire, celle de fonctionner comme un coude.

Soupape à aiguille multivoies

Les vannes à pointeau multivoies ont un orifice d'entrée standard et plusieurs orifices de sortie, généralement deux orifices de sortie mais parfois plus selon l'application. Le ou les orifices de sortie supplémentaires permettent l'installation de divers instruments, généralement des dispositifs de lecture de la pression.

Par exemple, un manomètre peut être installé directement dans la vanne à pointeau multivoies. Le principal avantage de cette configuration est que le nombre de points d'installation dans la tuyauterie est plus petit, ce qui réduit le risque de fuite ou de défaillance à un point de connexion.

Soupape à aiguille automatisée

Les vannes à pointeau automatisées peuvent fonctionner de manière hydraulique, électrique ou pneumatique. Un avantage de l'utilisation d'une vanne automatisée est qu'elle ne nécessite pas la présence d'un opérateur. Cependant, des équipements supplémentaires seront nécessaires pour chaque type de vanne automatisée. Les vannes à commande électrique nécessitent de l'électricité, les vannes à pointeau pneumatiques nécessitent un système pneumatique, et les vannes hydrauliques nécessitent un système hydraulique et de l'électricité. Les capteurs de température et de débit contrôlent généralement les actionneurs des vannes à aiguille automatisées. Les robinets à pointeau étant des robinets multi-tours, ce qui signifie que la tige du robinet doit tourner de plus de 360° pour ouvrir ou fermer complètement le robinet, il faut en tenir compte pour le type d'actionneur. Certains actionneurs ne conviennent qu'aux vannes quart de tour (vannes qui s'ouvrent ou se ferment en tournant la tige de 90° seulement).

Soupape à aiguille électronique

Un moteur électrique ou un solénoïde peut actionner électroniquement une vanne à pointeau. Un solénoïde nécessite une source d'alimentation en courant continu et un contrôleur à modulation de largeur d'impulsion (PWM). Un contrôleur PWM reçoit une tension continue spécifique et l'active et la désactive rapidement, ce qui permet de transmettre proportionnellement la tension au solénoïde. Ainsi, le solénoïde peut déplacer proportionnellement la tige de la vanne à pointeau entre la marche et l'arrêt plutôt que de n'avoir que la marche ou l'arrêt.Selon le moteur, un moteur électrique nécessite une tension continue ou alternative pour fonctionner. Il commande un réducteur qui déplace la tige de la vanne à aiguille entre l'ouverture et la fermeture complètes, permettant à la tige de s'arrêter en tout point.

Vanne à aiguille pneumatique

Une vanne à pointeau à actionnement pneumatique utilise généralement un actionneur rotatif pneumatique pour fonctionner. Les actionneurs pneumatiques peuvent être quart de tour ou multi-tours ; une vanne à pointeau nécessite un actionneur multi-tours. Un actionneur rotatif pneumatique peut être un piston ou un diaphragme monté directement sur une vanne à aiguille manuelle. Ces actionneurs sont disponibles en configurations air/ouvert (normalement fermé) et air/fermé (normalement ouvert). De l'air propre provenant d'un système central d'air comprimé est nécessaire pour faire fonctionner ces valves.

Le choix de l'actionneur pneumatique approprié pour une vanne à pointeau manuelle dépend de la taille de la vanne, de la pression du système et de la pression d'air disponible. Les différents fabricants de vannes ont des spécifications différentes pour ces trois critères. Il est important de consulter la fiche technique de la vanne avant de l'acheter pour déterminer si elle est adaptée à une application.

Soupape à aiguille hydraulique

Un robinet à pointeau à commande hydraulique fonctionne de la même manière qu'un robinet à pointeau à commande pneumatique. Toutefois, au lieu d'utiliser de l'air comprimé pour déplacer un piston ou un diaphragme, le système utilise un fluide hydraulique (généralement de l'huile). En utilisant le fluide hydraulique, qui n'est pas compressible et permet de multiplier les forces, les actionneurs hydrauliques permettent de transmettre une plus grande force à la vanne à pointeau.

Les actionneurs hydrauliques fournissent une grande quantité de force par multiplication de la force et sont stables en raison de la non-compressibilité du fluide. Un actionneur hydraulique est idéal lorsqu'une grande force est nécessaire pour actionner la vanne, par exemple lorsqu'il est utilisé dans le système de vapeur principal d'une centrale nucléaire.

Une configuration typique de piston hydraulique se compose d'un cylindre qui contient un ressort, d'un piston relié à la tige de la valve, et d'une ligne d'alimentation et de retour pour le fluide hydraulique. Le piston divise la chambre cylindrique en deux parties, supérieure et inférieure. Le ressort se trouve dans la partie supérieure, et le fluide hydraulique est amené à la chambre inférieure et en revient.

En l'absence de fluide hydraulique dans la chambre inférieure, le robinet à pointeau est complètement fermé. Le fluide hydraulique introduit dans la chambre va agir contre la force du ressort, soulever le piston et ouvrir la valve. Le contrôle de la quantité de fluide ajoutée à la chambre inférieure permet un contrôle précis de l'ouverture de la vanne à pointeau entre la fermeture complète et l'ouverture complète.

Embouts de tige de soupape à aiguille

L'embout du robinet à pointeau dépend du type de service, général ou sévère, auquel il est destiné.

Vanne à pointeau pour service général

Un robinet à pointeau de service général possède une garniture en haut de la tige, de sorte que la tige interagit avec le fluide. Les trois embouts de tige disponibles sont les embouts régulateurs, en V et à assise souple.

  • Régulation : Les embouts de tige régulateurs ont les meilleures propriétés de régulation. En raison de son filetage plus fin, la tige de la vanne doit tourner davantage pour ouvrir ou fermer la vanne.
  • Siège souple : Les tiges à siège souple résistent aux milieux sales qui peuvent endommager d'autres types de tiges.
  • Vee : Les tiges en V sont les types de tiges les plus courants des robinets à pointeau. Ils ont de meilleures propriétés régulatrices que les sièges souples, mais moins bonnes que les types de tiges régulatrices.

Soupape à pointeau pour service sévère

Un robinet à pointeau pour service sévère est équipé d'une garniture au-dessus des filets et d'un chapeau d'union pour éviter tout démontage accidentel. Le principal type de tige utilisé avec cette vanne est un type émoussé et sphérique. Un embout de tige émoussé et en boule est rond sur le fond. Il tourne sur la tige lorsque celle-ci descend dans le siège. Ainsi, la tige ne s'enfonce pas dans le siège de la soupape et ne provoque pas de dommages.

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