Vanne à Disque - Fonctionnement

Les vannes à disque possèdent un disque à l'intérieur de la vanne pour bloquer complètement ou permettre partiellement le flux à travers le tuyau. Le terme 'vanne à disque' n'est pas un type spécifique de vanne, mais plutôt une description générale pour les vannes qui utilisent un disque pour contrôler le flux. Ces disques sont intégraux au fonctionnement de plusieurs types de vannes, y compris les vannes de non-retour et les vannes papillon, où ils aident à créer un joint étanche à la pression. Les vannes à disque sont polyvalentes, convenant à une large gamme d'applications, de haute à basse pression, et sont particulièrement efficaces dans les lignes de processus, les systèmes d'eau chaude et avec des matériaux visqueux ou corrosifs. Cet article discute du fonctionnement, des types et des caractéristiques de conception des vannes à disque.

Comment fonctionnent les vannes à disque ?

Les vannes à disque fonctionnent généralement en utilisant un disque circulaire monté sur un arbre central ou une charnière. Le disque peut se déplacer pour ouvrir ou fermer le chemin du flux. La rotation du disque est généralement réalisée par un levier manuel, un opérateur à engrenages ou un actionneur (pneumatique, électrique, hydraulique) selon les exigences de l'application.

Le fonctionnement d'une vanne à disque varie selon la vanne dont elle fait partie. Cependant, toutes les vannes à disque partagent la caractéristique commune d'avoir le disque comme principale barrière à la pression. Les disques sont généralement fabriqués à partir de métaux durables pour résister à de telles pressions, et différentes méthodes sont utilisées pour positionner le disque en conséquence. Leur fonctionnement dépend de leurs types spécifiques. Dans la section suivante, nous examinerons les différents types de vannes à disque.

Types de vannes à disque

Cette section discute des types communs de vannes à disque. Il existe de nombreuses autres vannes à disque, chacune adaptée à des fabricants ou des applications spécifiques, au sein de ces catégories générales.

Vannes papillon

Vannes papillon utilisent des disques pour fermer complètement une conduite et sont disponibles dans diverses conceptions. Il existe trois types principaux : les vannes papillon à décalage zéro, à double décalage et à triple décalage.

• Les vannes à décalage zéro, ou vannes concentriques, comportent un disque qui tourne autour de l'axe central du tuyau et sont généralement utilisées dans des conditions allant jusqu'à 13,7 bar et 204 °C pour des applications générales.
• Les vannes à double décalage, connues sous le nom de vannes papillon haute performance, ont deux tiges décalées qui créent une action de came pour déplacer le disque de la vanne, leur permettant de gérer des pressions plus élevées.
• Les vannes à triple décalage sont conçues avec trois tiges décalées, permettant un joint sans friction avec le siège du disque. Cette réduction de la friction assure un joint uniforme, rendant ces vannes adaptées à l'utilisation avec de la vapeur surchauffée ou des gaz et d'autres applications à haute demande étanches aux fuites.

Lisez notre article sur la conception des vannes papillon pour plus d'informations sur les différentes options de conception disponibles pour les vannes papillon.

Vannes de non-retour à disque

Les vannes de non-retour à disque sont conçues pour empêcher le retour de flux, assurant que le fluide de processus s'écoule uniquement dans la direction prévue et non en sens inverse. Ces vannes peuvent être fermées en utilisant divers mécanismes, comme un disque basculant, un mécanisme à ressort ou de style wafer. Dans chaque cas, le disque de la vanne fonctionne pour bloquer tout flux inverse dans le tuyau. Elles empêchent le retour de flux dans les lignes de décharge des pompes, les systèmes alimentés par gravité et protègent les équipements contre les surpressions. Lisez notre article sur l'aperçu des vannes de non-retour pour plus d'informations sur la conception et le fonctionnement des différents types de vannes de non-retour.

Vanne à Disque pour Contrôle Proportionnel

Le contrôle proportionnel dans les vannes à disque permet une régulation précise des débits à travers la vanne. Contrairement aux vannes traditionnelles tout ou rien qui sont soit entièrement ouvertes soit entièrement fermées, les vannes de contrôle proportionnel peuvent ajuster leur ouverture à n'importe quelle position entre entièrement ouverte et entièrement fermée. Cela permet à la vanne de réguler le flux de média avec une grande précision, basée sur des signaux de contrôle externes, typiquement sous forme de boucles de courant de 4-20 mA. C'est essentiel dans les applications nécessitant des ajustements de flux finement réglés pour maintenir des conditions de processus spécifiques.

Vanne à Disque Burkert 3285

La Burkert 3285 est une vanne à disque avancée avec un contrôleur de processus intégré proportionnel, conçue pour offrir un contrôle précis sur le flux de média grâce à l'utilisation d'un contrôleur PID intégré. Ce contrôleur ajuste le flux basé sur des signaux d'entrée externes de 4-20 mA, assurant une régulation précise adaptée à des besoins spécifiques. La conception de la vanne présente deux disques en céramique d'oxyde : un fixe avec un trou et un disque rotatif qui contient également un trou. En ajustant la rotation du disque mobile, l'alignement de ces trous peut être finement contrôlé, permettant à l'ouverture de la vanne d'être ajustée de complètement ouverte à proportionnellement fermée. Ce mécanisme fournit un contrôle exceptionnel sur le débit, assurant une régulation de flux efficace et précise.

Vanne à Disque Sanitaire

Les vannes sanitaires, bien qu'elles soient fonctionnellement similaires à d'autres vannes à disque, sont spécifiquement conçues pour maintenir des conditions stériles pour le fluide traité. Le disque dans ces vannes est souvent arrondi pour faciliter un flux doux du produit. Communément construites à partir de matériaux inertes comme l'acier inoxydable, ces vannes sont idéales pour une utilisation avec des produits laitiers, pharmaceutiques, des boissons, des huiles de cuisson et d'autres substances liées à l'alimentation ou chimiques. La vanne à disque, lorsqu'elle est utilisée comme vanne sanitaire, est particulièrement appréciée pour sa polyvalence dans la manipulation de différentes viscosités et boues, ainsi que pour fournir des capacités de fermeture efficaces pour de telles applications.

Considérations de Conception

Conception du Disque

• Matériau : La sélection du matériau du disque dépend du service prévu et des caractéristiques du fluide. Les matériaux courants incluent :
  • Métaux : Fonte, acier inoxydable (divers grades pour la résistance à la température et à la corrosion), alliages exotiques pour des applications à haute pression ou corrosives.
  • Plastiques : PVC, CPVC, PP (Polypropylène) pour des médias à basse pression, non corrosifs.
  • Revêtements : Des revêtements souples ou résilients (par exemple, PTFE - Téflon) peuvent être utilisés pour une meilleure étanchéité ou compatibilité avec des fluides spécifiques.
• Forme : La forme du disque peut influencer les caractéristiques de flux et la chute de pression à travers la vanne. Les formes courantes incluent :
  • Circulaire : La plus commune, assure une bonne fermeture et un contrôle du flux.
  • Excentrique : Offre une meilleure fermeture et réduit l'usure sur les surfaces d'étanchéité.
  • Papillon : Principalement utilisée pour des applications tout ou rien, offre une conception à faible chute de pression.

Conception du Siège

• Matériau : Des considérations similaires au matériau du disque, assurant la compatibilité et la résistance à l'usure.
• Mécanisme de scellement : La conception du siège et son interaction avec le disque déterminent l'efficacité du scellement. Les types courants incluent :
  • Siège souple : Utilise un joint compressible ou un matériau élastomère pour une fermeture étanche. Convient pour des applications à basse pression.
  • Siège métallique : Fournit un sceau plus robuste pour des applications à haute pression. Peut nécessiter un rodage (frotter le siège métallique et le disque ensemble avec une pâte abrasive pour éliminer les imperfections) pour un scellement optimal.

Conception du Corps

• Matériau : Le matériau du corps est choisi en fonction de la classification de pression, des exigences de température et de la compatibilité avec le fluide en circulation. Les matériaux courants incluent la fonte, le fer ductile, l'acier inoxydable et l'acier allié.
• Style à bride ou wafer : Le style du corps dicte comment la vanne se connecte au système de tuyauterie. Les vannes à bride ont des faces surélevées avec des trous de boulons pour une connexion directe avec les brides sur les tuyaux. Les vannes de style wafer s'insèrent entre les brides des tuyaux et sont sécurisées avec des boulons à travers le corps.
• Conception du port : La taille et la configuration des ports d'entrée et de sortie (plein ou réduit) impactent les caractéristiques de flux et la chute de pression.

Conception de l'Arbre et des Roulements

• Le matériau de l'arbre doit être suffisamment solide pour gérer le couple opérationnel et assurer une rotation douce du disque. L'acier inoxydable est un choix courant.
• Les roulements soutiennent l'arbre et minimisent la friction pendant le fonctionnement. Selon l'application, les roulements peuvent être lubrifiés ou auto-lubrifiants.

Critères de Sélection

• Taille de la vanne : Identifiez le diamètre du tuyau se connectant à la vanne et en sortant. Cela aide à sélectionner la taille de vanne appropriée, le type de vanne à disque nécessaire, les débits nécessaires, et les forces que la vanne doit supporter. Considérez les dimensions externes de la vanne pour vous assurer qu'elle s'adapte à l'espace disponible sans causer de contraintes spatiales.
• Plage de pression et de température : Comprenez les pressions et températures de travail des fluides de processus. Les vannes à disque sont classées par pression en fonction de leur conception (par exemple, concentrique vs double décalage) et de leur utilisation prévue, donc connaître la plage de pression opérationnelle est essentiel pour affiner vos options. Si des températures élevées sont impliquées (par exemple, avec des vapeurs surchauffées ou des produits chimiques chauds), assurez-vous que la vanne est classée pour de telles conditions.
• Type d'actionneur : Les vannes à disque peuvent être actionnées par des volants manuels, des actionneurs électriques, pneumatiques ou hydrauliques. La sélection d'un actionneur dépend de la précision de contrôle requise, de la vitesse d'opération, des sources d'alimentation disponibles et des considérations environnementales. Les actionneurs électriques conviennent pour un contrôle précis, pneumatiques pour une réponse rapide, et hydrauliques pour des applications à haute force.
• Type de connexion et matériau : Les classifications de pression requises décident du type de connexions de tuyauterie nécessaires. Les options incluent les connexions filetées, rivetées, à bride, et soudées, les filetées étant adaptées pour des pressions plus basses et les brides ou les connexions soudées pour des pressions plus élevées. Choisissez le matériau le plus approprié pour la vanne, en considérant les fluides de processus. Par exemple, les vannes sanitaires utilisent souvent l'acier inoxydable pour éviter les interactions chimiques avec les fluides.

Applications

Les vannes à disque sont utilisées dans une large gamme d'industries en raison de leur polyvalence et fiabilité. Voici quelques applications clés où les vannes à disque jouent un rôle essentiel :

• Systèmes d'eau chaude : Les vannes à disque sont utilisées pour contrôler le flux et la température de l'eau chaude, assurant un fonctionnement efficace et la sécurité dans les environnements résidentiels, commerciaux et industriels.
• Systèmes de fabrication pharmaceutique : Dans l'industrie pharmaceutique, le maintien de la stérilité et un contrôle précis sur les conditions de processus sont cruciaux. Les vannes à disque, en particulier celles conçues pour des conditions sanitaires, sont utilisées pour contrôler le flux de liquides et de gaz sans les contaminer.
• Usines de traitement des aliments/chimiques : Similaire aux pharmaceutiques, les industries alimentaires et chimiques nécessitent des vannes capables de gérer diverses viscosités et de maintenir la pureté. Les vannes à disque sont choisies pour leur capacité à fournir un sceau étanche et à résister à la corrosion par des substances agressives.
• Applications à haute pression : Les vannes à disque sont conçues pour résister à de hautes pressions, les rendant adaptées pour des applications où contrôler le flux sous de telles conditions est nécessaire, y compris les pipelines de pétrole et de gaz, les installations de traitement de l'eau et les centrales électriques.
• Brasseries : L'industrie brassicole bénéficie de l'utilisation de vannes à disque à plusieurs étapes de production, depuis le contrôle du flux des ingrédients jusqu'à la gestion du processus de fermentation. Leur durabilité et facilité de nettoyage les rendent idéales pour ces applications.
• Applications corrosives : Les vannes à disque fabriquées à partir de matériaux comme l'acier inoxydable peuvent résister à la corrosion par des produits chimiques agressifs, les rendant adaptées pour une utilisation dans des environnements où des substances corrosives sont traitées.