Vue d'ensemble détaillée et guide de sélection des vannes à membrane

Les vannes à membrane utilisent un diaphragme élastomère qui interagit avec un siège pour réguler ou arrêter complètement le flux de fluide. La flexibilité du diaphragme lui permet de se déplacer vers le haut ou vers le bas, ajustant ainsi le débit du fluide en conséquence, et assure un joint étanche lorsqu'il est fermé contre son siège. Les vannes à membrane sont des vannes à mouvement linéaire, idéales pour contrôler le mouvement des fluides avec une grande précision.

Les vannes à membrane, également appelées vannes à manchon, peuvent gérer divers types de médias, y compris les liquides, les gaz et les semi-solides comme les boues, même avec des particules solides. Cela est particulièrement utile pour les industries travaillant avec des matériaux épais ou agressifs. Leur conception simple réduit la probabilité d'accumulation de sédiments et de biofilm, important pour les industries propres comme l'alimentation et la pharmacie. Elles sont également excellentes pour la gestion des eaux usées, prouvant leur valeur dans le soin de l'environnement, tel que le traitement de l'eau et des eaux usées. Les vannes à membrane sont également utilisées dans des industries telles que la fabrication de produits électroniques et la production de pâte à papier et de papier.

Pièces et conception de la vanne à membrane

Comme on peut le voir sur la Figure 2, une vanne à membrane a les composants principaux suivants :

• Actionneur (A) : Une vanne à membrane manuelle possède une roue à main pour l'actionnement. Des actionneurs pneumatiques et électriques peuvent également être utilisés à la place de la roue à main pour l'automatisation et l'opération à distance.
• Tige (B) : La tige relie l'actionneur au compresseur. L'actionneur déplace la tige vers le haut et vers le bas, ce qui déplace le compresseur de la même manière.
• Compresseur (C) : Le compresseur est en forme de disque. Il connecte la tige au diaphragme et distribue la force de la tige pour améliorer l'étranglement et le contrôle.
• Diaphragme (D) : Le diaphragme est un disque en caoutchouc qui se soulève pour permettre le flux et s'abaisse sur le siège de la vanne pour bloquer le flux.
• Chapeau (E) : Le chapeau se boulonne sur le corps de la vanne. Il protège la tige de la vanne et le garnissage de l'environnement. Les chapeaux dans les vannes à membrane fonctionnant correctement n'interagissent pas avec le média.
• Corps de vanne (F) : Le média circulant à travers la vanne à membrane passe par le corps de la vanne. Le volume du corps de la vanne détermine le débit de la vanne lorsqu'elle est entièrement ouverte.

Fonctionnement de la vanne à membrane

Une vanne de régulation à membrane utilise un diaphragme élastomère ou en plastique pour contrôler le flux à travers la vanne. Les vannes à membrane sont des vannes à plusieurs tours, ce qui signifie que la tige doit tourner de plus de 360° pour que la vanne s'ouvre ou se ferme complètement. Lorsqu'elle est actionnée, le diaphragme se déplace vers ou s'éloigne du siège de la vanne. La quantité dont le diaphragme est soulevé par rapport au siège contrôle le débit. Lorsque le diaphragme se ferme, ses bords pressent contre les bords du siège de la vanne, et le reste du diaphragme se déforme. La forme du diaphragme, lorsqu'il se déforme, s'adapte parfaitement au fond du siège de la vanne et crée un joint étanche.

Types de vannes à membrane

Les vannes à membrane se déclinent en deux types principaux : les vannes à membrane à siège incliné et les vannes à membrane à passage intégral.

Vannes à membrane à siège incliné

Les vannes à membrane à siège incliné ont une crête ou un seuil distinctif au centre du corps de la vanne, contre lequel le diaphragme scelle pour réguler ou arrêter le flux.

• La conception à seuil minimise la distance de déplacement du diaphragme pour obtenir un joint complet, réduisant le stress et l'usure du matériel, ce qui la rend particulièrement efficace pour gérer à la fois les débits faibles et élevés.
• La conception de type à seuil, étant la plus populaire, est particulièrement adaptée aux applications de régulation et de contrôle du flux de fluide à faibles débits.
• Elle emploie un système de compresseur en deux parties pour une régulation précise du flux, avec le compresseur intérieur soulevant une partie centrale du diaphragme dans les phases initiales de déplacement de la tige. Cette conception non seulement prolonge la durée de vie du diaphragme en nécessitant moins de matériel mais rend également la vanne à membrane adaptée aux applications sous vide et haute pression.
• Les vannes à membrane à seuil sont recommandées pour manipuler des gaz, des liquides propres et homogènes, et même des médias corrosifs, dangereux et abrasifs. Cependant, elles peuvent subir des chutes de pression accrues à travers la vanne et sont sujettes à l'accumulation de sédiments et à l'encrassement par des liquides visqueux de part et d'autre du seuil.
• Les assemblages de chapeau dans ces vannes assurent la sécurité en empêchant la libération de fluide si le diaphragme échoue, et leur caractéristique d'auto-drainage les rend idéales pour les applications de traitement alimentaire.

Vannes à membrane à passage intégral

Les vannes à membrane à passage intégral ou direct ont un siège de vanne à fond plat, permettant au fluide de s'écouler dans un chemin direct avec un minimum d'obstruction.

• La conception directe se caractérise par une chute de pression plus faible par rapport aux vannes à seuil, la rendant mieux adaptée aux applications à haut débit.
• Le diaphragme dans ces vannes doit être très flexible pour sceller contre le fond plat, ce qui le soumet à plus d'usure, nécessitant des remplacements plus fréquents.
• Les vannes directes excellent dans la manipulation de médias semi-solides comme les boues, les boues d'épuration et les fluides visqueux, grâce à leur chemin de flux non obstrué.
• Elles sont également avantageuses pour les applications de flux bidirectionnel, car il n'y a pas de seuils pour entraver l'inversion de flux.

Matériaux pour vannes à membrane

Les vannes à membrane sont disponibles dans divers matériaux, les rendant adaptées à de multiples applications.

• Les matériaux typiques pour le corps de la vanne à membrane sont le PVC, l'acier inoxydable, le laiton, le bronze et la fonte. Le matériau doit résister à l'environnement et aux médias circulant à travers la vanne. Par exemple, l'acier inoxydable est couramment choisi pour les applications nécessitant des conditions stériles (par exemple, alimentation et boissons).
• Le matériau du diaphragme est flexible pour que la vanne puisse fonctionner correctement. Les matériaux couramment utilisés sont l'EPDM, le PTFE, le caoutchouc butyle et le caoutchouc nitrile.

Lisez notre article sur les matériaux des vannes à membrane pour plus de détails sur les classements de température et les détails de flexibilité de divers matériaux de vannes à membrane.

Critères de sélection

1. Coefficient de débit de la vanne : Le coefficient de débit Cv d'une vanne à membrane est essentiel pour déterminer la taille appropriée d'une vanne à membrane nécessaire pour atteindre un débit spécifique de fluide. Le coefficient de débit d'une vanne augmente à mesure que la vanne s'ouvre plus largement et que la tige se déplace davantage. Une vanne sous-dimensionnée (faible Cv) restreindra le flux, nuisant à la performance. À l'inverse, une vanne surdimensionnée (haut Cv) gaspille de l'énergie en raison d'une chute de pression excessive.
2. Chute de pression : La chute de pression est la réduction de la pression de l'entrée de la vanne à sa sortie. Lorsque le rapport de cette chute de pression à travers la vanne à la chute de pression totale du système est faible, le débit change peu jusqu'à ce que la vanne soit complètement fermée. Par conséquent, une vanne à membrane qui s'ouvre rapidement ou agit rapidement est préférée.
3. Capacité de régulation : La capacité de régulation fait référence à la capacité d'une vanne à contrôler le flux de son débit maximum à son débit minimum. Cette caractéristique dépend de la taille et de la précision de l'actionneur, ainsi que de la conception du corps de la vanne, du diaphragme et du compresseur. Une capacité de régulation plus élevée signifie que la vanne à membrane peut gérer un spectre plus large de débits.
4. Média : Comprendre la corrosivité du média pour déterminer quel matériau choisir pour le corps de la vanne et le diaphragme.
5. Température : Assurez-vous que le matériau du diaphragme peut supporter les températures minimales et maximales de l'application.
6. Débit : Sélectionnez une taille et un style de vanne qui peuvent fournir le débit souhaité pour l'application.
   1. Plein passage : Chute de pression faible et peut mieux gérer les boues et les fluides visqueux.
   2. À seuil : Contrôle de flux plus précis.

Actionnement :

1. Manuel : Économique et contrôle direct de la position du diaphragme.
2. Pneumatique : Nécessite de l'air comprimé et offre un temps de réponse rapide.
3. Électrique : Nécessite de l'électricité et offre une très haute précision.

Avantages des vannes à membrane

1. Fonctionnement sans fuite : Le diaphragme assure un joint efficace entre le corps de la vanne et la tige, réduisant considérablement le risque de fuites. Cela est particulièrement bénéfique dans les applications où les fuites pourraient être dangereuses ou coûteuses.
2. Contrôle de la contamination : Puisque le média ne contacte que le corps de la vanne et le diaphragme, il y a un risque réduit de contamination. La conception minimise les zones où les sédiments ou les biofilms pourraient s'accumuler, rendant ces vannes extrêmement propres et adaptées aux applications nécessitant des niveaux d'hygiène élevés.
3. Excellent contrôle du flux : Les vannes à membrane offrent un contrôle précis du flux sur une large gamme de débits, les rendant adaptées aux applications de régulation.
4. Adaptabilité aux médias agressifs : Ces vannes sont particulièrement efficaces pour les médias corrosifs, visqueux et abrasifs, y compris les boues, en raison de leur conception robuste et de la sélection des matériaux.
5. Maintenance simple : Le diaphragme est facilement remplaçable sans avoir besoin de retirer la vanne de la canalisation, facilitant la maintenance simple et réduisant les temps d'arrêt.

Lisez notre article sur les applications des vannes à membrane pour plus de détails sur les diverses applications des vannes à membrane.

Inconvénients des vannes à membrane

1. Limitations de pression et de température : Les matériaux du diaphragme peuvent limiter la capacité de la vanne à fonctionner sous des températures et des pressions élevées, les rendant inadaptées pour certaines applications.
2. Usure et déchirure du diaphragme : Le diaphragme est sujet à l'usure, nécessitant un entretien ou un remplacement plus fréquent par rapport à certains autres types de vannes. De plus, une utilisation extensive dans des applications de régulation sévère peut conduire à l'érosion du diaphragme, affectant la performance et la longévité de la vanne.
3. Actionnement plus lent : Les vannes à membrane ont généralement des temps de réponse plus lents en raison de leur fonctionnement à plusieurs tours, ce qui peut ne pas être idéal pour les applications nécessitant une action rapide.
4. Températures et pressions modérées de la canalisation : Ces vannes sont mieux adaptées à des conditions modérées, car des températures et des pressions extrêmes peuvent dépasser les capacités du diaphragme.
5. Limitations avec des pressions hydrostatiques élevées : La conception du diaphragme peut restreindre son utilisation dans des systèmes à haute pression hydrostatique, limitant potentiellement son champ d'application.
6. Problèmes de drainage : Le seuil de la vanne peut empêcher le drainage complet du système de tuyauterie, ce qui pourrait être un inconvénient significatif dans certaines applications nécessitant un drainage complet du système.

FAQ

Quelles sont les applications principales des vannes à membrane à 3 voies ?

Les vannes à membrane à 3 voies sont utilisées dans les applications de contrôle des fluides, mélangeant ou déviant les chemins de flux dans les industries pharmaceutiques, alimentaires et biotechnologiques.

Quel matériau est couramment utilisé pour les sièges de vannes à membrane, et pourquoi ?

Le PTFE ou l'EPDM sont courants pour les sièges de vannes à membrane en raison de leur résistance chimique et de leur adéquation pour les applications sanitaires.