Découvrez les vannes à opercule

Une vanne à opercule est conçue pour contrôler le débit de fluide en ouvrant ou fermant complètement le passage. Elle est appelée vanne à opercule car elle utilise un opercule plat ou en forme de coin pour bloquer ou permettre l'écoulement. L'opercule se déplace perpendiculairement au sens d'écoulement, de manière similaire à une porte qui s'ouvre et se ferme pour contrôler le passage. Le principal avantage d'une vanne à opercule est le chemin droit et sans obstruction qu'elle offre, minimisant les pertes de pression et permettant le nettoyage des pipelines avec des racleurs, contrairement aux vannes papillon. Bien que plus lentes que les vannes quart de tour, les vannes à opercule sont idéales pour les applications nécessitant un fonctionnement peu fréquent et ne doivent pas être utilisées pour l'étranglement. Elles sont disponibles en versions manuelles, qui sont économiques, ou automatisées avec des actionneurs électriques ou pneumatiques pour plus de commodité.

Table des matières

• Schéma d'une vanne à opercule et ses composants
• Symbole de la vanne à opercule
• Fonctionnement
• Types
• Applications
• FAQ

Schéma d'une vanne à opercule et ses composants

Comme on peut le voir sur la Figure 2, une vanne à opercule comporte sept parties principales : le volant (A), la tige (B), le joint (C), le chapeau (D), le corps de vanne (E), la bride (F) et l'opercule (G). Une vanne à opercule à brides ou filetée est le type de raccordement le plus courant pour connecter la vanne à une application. De plus, selon le modèle spécifique et l'application, le volant, la tige, le chapeau et l'opercule peuvent avoir différents modèles pour s'adapter à différentes applications. Cependant, la fonction principale des pièces de la vanne à opercule reste la même. Continuez à lire pour trouver ces sections.

Symbole de la vanne à opercule

Le symbole de la vanne à opercule comporte deux triangles pointant vers le centre d'une ligne verticale, comme on peut le voir sur la Figure 3. Cette figure est couramment utilisée dans les schémas de tuyauterie et d'instrumentation (P&ID). Lisez notre article sur les symboles de vannes pour plus d'informations.

Fonctionnement

Une vanne à opercule fonctionne de manière similaire aux autres vannes. Pour ouvrir la vanne, tournez le volant (Figure 2 étiquette A), qui déplace l'opercule (Figure 2 étiquette G) vers le haut ou vers le bas sur la tige (Figure 2 étiquette B) via les filetages. Une vanne à opercule nécessite plus d'un tour complet de 360° du volant pour ouvrir ou fermer complètement la vanne. Lorsque l'opercule est soulevé, il ouvre le passage de l'entrée à la sortie, permettant un passage sans obstruction pour le fluide. Lorsque l'opercule est abaissé, il se ferme et bloque l'écoulement du fluide.

La relation entre le déplacement vertical de l'opercule et le débit est non linéaire pour une vanne à opercule, les plus grands changements se produisant près de la fermeture complète. Lorsqu'elle est utilisée pour réguler le débit, la vitesse relativement élevée de l'écoulement en ouverture partielle entraîne une usure de l'opercule et du siège, ce qui, avec les vibrations possibles de l'opercule, raccourcit la durée de vie de la vanne. Par conséquent, une vanne à opercule ne doit être utilisée que pour le contrôle marche/arrêt.

Une vanne à opercule est idéale pour le contrôle marche/arrêt avec une perte de pression minimale lorsqu'elle est complètement ouverte. Elle ne convient pas pour l'étranglement. En comparaison, les vannes à boisseau sphérique sont excellentes pour le contrôle marche/arrêt avec une faible perte de pression et un fonctionnement rapide. Elles peuvent être utilisées pour réguler le débit mais ne sont pas aussi précises que d'autres types de vannes, comme les vannes à pointeau. Pour en savoir plus, lisez notre article sur la vanne à opercule vs vanne à boisseau sphérique.

Une vanne à globe est idéale pour un contrôle précis du débit et l'étranglement, mais présente une perte de pression plus élevée. Vous trouverez plus d'informations sur les différences entre les vannes à globe et les vannes à opercule dans notre article.

Enfin, les vannes papillon sont polyvalentes pour les applications marche/arrêt et d'étranglement, avec un modèle compact et une faible perte de pression. Pour plus d'informations, lisez notre article sur la vanne à opercule vs vanne papillon. Chaque type de vanne a ses propres avantages et convient à différentes applications en fonction des exigences spécifiques du système.

Méthode d'actionnement de la vanne à opercule

Il existe trois principaux types de méthodes d'actionnement pour les vannes à opercule :

1. Vanne à opercule manuelle : Une vanne à opercule manuelle possède un volant que l'on tourne manuellement pour ouvrir ou fermer la vanne, comme illustré sur la Figure 2. Cela nécessite un utilisateur sur place pour tourner le volant. Une vanne à opercule manuelle est la plus économique, surtout étant donné que l'utilisation des vannes à opercule, une fois installées, est généralement faible.
2. Vanne à opercule pneumatique : Une vanne à opercule pneumatique utilise un actionneur pneumatique au lieu d'un volant. En utilisant de l'air comprimé, l'actionneur peut faire tourner la tige pour lever ou abaisser l'opercule. Cela permet de l'actionner à distance sans utilisateur sur place, mais nécessite un système pneumatique sur site.
3. Vanne à opercule électrique : Une vanne à opercule électrique utilise un moteur électrique au lieu d'un volant. En utilisant l'énergie électrique, l'actionneur fait tourner la tige pour lever ou abaisser l'opercule. Cela permet de l'actionner à distance sans utilisateur sur place, mais nécessite une alimentation électrique sur site. On les appelle aussi vannes à opercule motorisées.

Types

La vanne à opercule existe en différents modèles et technologies pour produire une étanchéité efficace pour diverses applications.

Vanne à guillotine

Une vanne à guillotine est utilisée pour les fluides épais et les solides en vrac. L'opercule n'est qu'une seule pièce de métal, généralement pointue comme un couteau. Ces vannes sont autonettoyantes car elles passent par les anneaux d'étanchéité à chaque ouverture et fermeture.

Vanne à opercule à coin

Une vanne à opercule à coin possède un opercule en forme de coin qui repose sur deux sièges inclinés, comme illustré dans la Figure 4, étiquetée A. En plus de la force principale créée par la pression du fluide, une force de coincement élevée sur les sièges créée par le serrage de la tige aide à l'étanchéité. L'opercule en forme de coin ne colle pas au siège en cas de pression différentielle élevée du fluide et a une durée de vie accrue en raison d'un moindre "frottement" sur les sièges. Cependant, les vannes à opercule à coin ont une charge de compression supplémentaire sur les sièges qui peut entraîner un blocage thermique et une ouverture limitée de la vanne due à la dilatation.

Vanne à opercule parallèle

Une vanne à opercule parallèle a un opercule plat et des sièges parallèles à celui-ci. Les vannes à opercule parallèle utilisent la pression de la ligne et le positionnement pour créer une étanchéité parfaite. Les opercules plats sont composés de deux pièces avec un ressort au milieu. Le ressort pousse les pièces vers les sièges pour une meilleure étanchéité. De par leur conception inhérente, les vannes à opercule parallèle présentent un avantage de sécurité dans les applications à haute température. De plus, comme il n'y a pas d'action de coincement dans les opercules parallèles, les couples de fermeture sont comparativement plus faibles, ce qui se traduit par des actionneurs plus petits et moins coûteux ou moins d'effort manuel. En raison de leur glissement en position, les opercules parallèles empêchent la saleté d'atteindre les surfaces d'étanchéité.

Vannes à opercule plein

Les vannes à opercule plein, également appelées vannes à passage intégral, sont des vannes à opercule d'une seule pièce qui comprennent un trou de la taille de l'alésage. L'alésage est aligné avec les deux anneaux d'étanchéité en position ouverte. Cet alignement crée un flux régulier avec une turbulence minimale. Cette conception unique permet une perte de pression minimale dans le système et est parfaite pour le transport du pétrole brut et des liquides de gaz naturel (LGN). Les sièges de la vanne restent propres. Cependant, la cavité du disque peut capturer des matières étrangères. Par conséquent, la cavité a généralement un bouchon intégré pour l'entretien afin de drainer les matières étrangères accumulées.

Opercules parallèles expansibles

Les vannes à opercule expansible ont deux opercules pleins assortis qui assurent l'étanchéité par l'expansion mécanique de l'opercule, comme illustré dans la Figure 5. Lorsqu'ils sont soulevés, les cavités des deux opercules pleins permettent au fluide de s'écouler. La force ascendante sur un opercule et l'arrêt du second opercule par un palier dans le corps de la vanne permettent une expansion mécanique vers l'extérieur pour une étanchéité appropriée. Lorsqu'ils sont fermés, les opercules pleins bloquent l'écoulement du fluide, et la force descendante (tige) sur un opercule et la force ascendante (palier dans le corps de la vanne) permettent une expansion mécanique vers l'extérieur pour une étanchéité appropriée.

Ces vannes assurent une étanchéité efficace simultanément pour les sièges en amont et en aval. Cette étanchéité les rend idéales pour des applications telles que les vannes d'isolement dans les centrales électriques, les vannes de sectionnement dans les systèmes de process et les vannes haute température dans les raffineries.

Chapeaux

Le chapeau d'une vanne à opercule protège ses parties internes en créant un joint étanche. Il est donc amovible pour les réparations ou l'entretien. Selon l'application, les vannes à opercule peuvent avoir des chapeaux vissés, à union, boulonnés ou à joint de pression.

Chapeaux vissés

Les chapeaux vissés sont les plus simples en construction, comme illustré dans la Figure 1. Ils sont courants dans les petites vannes et fournissent un joint étanche durable.

Chapeaux à union

Les chapeaux à union sont maintenus en place par un écrou d'union. L'écrou d'union repose sur le bord inférieur du chapeau et se visse dans les filetages du corps de la vanne. Ce type de conception garantit que le joint étanche créé par l'écrou ne se détériore pas par le retrait fréquent du chapeau. Par conséquent, les chapeaux à union sont courants pour les applications nécessitant une inspection ou un entretien régulier.

Chapeaux boulonnés

Les chapeaux boulonnés assurent l'étanchéité dans les vannes plus grandes et les applications à haute pression.

Chapeaux à joint de pression

Les vannes à opercule à chapeau à joint de pression sont idéales pour les applications à haute pression (plus de 15 MPa). Elles ont une coupelle orientée vers le bas insérée dans le corps de la vanne. Lorsque la pression interne du fluide augmente, la coupelle est poussée vers l'extérieur, améliorant l'étanchéité.

Conception de la tige

L'opercule est levé et abaissé par la rotation d'une tige filetée (Figure 2 étiquetée B). Comme mentionné, un volant manuel ou un actionneur fait tourner la tige. Selon la conception, elle est considérée comme une vanne à opercule à tige montante ou à tige non montante. Ainsi, lorsque vous faites tourner la tige, elle se soulève ou reste en place avec la rotation.

Les tiges à vis extérieure et étrier (OS&Y), également appelées tiges montantes, sont fixées à l'opercule. Par conséquent, les filetages sont du côté de l'actionnement. Ainsi, lorsque l'opercule est levé ou abaissé, la tige se déplace avec lui de haut en bas. En conséquence, elles ont des indicateurs visuels intégrés de l'état de la vanne et sont facilement lubrifiées. Comme elles ont des composants mobiles, elles ne peuvent pas être utilisées avec des engrenages coniques ou des actionneurs. Par conséquent, les vannes à opercule montantes conviennent à l'actionnement manuel.

D'autre part, une tige non montante est fixée à l'actionneur et filetée dans l'opercule. Un indicateur est souvent fileté sur la tige pour montrer l'état ouvert ou fermé de la vanne. Les vannes à opercule non montantes sont courantes dans les installations souterraines et les applications avec un espace vertical limité.

Applications

Les vannes à opercule ont de nombreuses applications industrielles et résidentielles.

Boues : Les vannes à opercule sont souvent utilisées dans des applications contenant des boues comme fluides. C'est parce qu'une vanne à opercule a un passage sans obstruction pour le fluide, donc la boue peut facilement passer à travers la vanne. De plus, les vannes à guillotine peuvent facilement couper à travers la boue pour se fermer.

Fluides visqueux : Les vannes à opercule sont couramment utilisées pour les fluides visqueux comme les graisses légères et les huiles. Le passage sans obstruction permet à ces fluides de s'écouler facilement. La vanne peut être raclée, une méthode de nettoyage courante pour ces applications. De plus, les vannes pour ces applications sont généralement ouvertes ou fermées pendant de longues périodes.

Vannes à opercule pour l'eau : Pour les applications d'eau, les vannes à opercule pour l'eau sont couramment utilisées car le contrôle du débit n'est généralement pas effectué pour ces applications. La vanne peut être complètement ouverte ou complètement fermée, permettant un contrôle approprié de l'eau.

FAQ

Qu'est-ce qu'une vanne à opercule ?

Une vanne à opercule est une vanne de contrôle qui permet soit au fluide de s'écouler sans obstruction, soit arrête l'écoulement du fluide.

Comment fonctionne une vanne à opercule ?

Une vanne à opercule fonctionne en faisant tourner la tige (manuellement ou avec un actionneur) pour lever ou abaisser un opercule. L'opercule permet soit un écoulement de fluide sans obstruction, soit l'arrête.

À quoi servent les vannes à opercule ?

Les vannes à opercule sont utilisées pour permettre un écoulement de fluide sans obstruction ou pour arrêter l'écoulement du fluide.