Qu'est-ce qu'une vanne papillon ?

Figure 1 : Vanne papillon

Les vannes papillon sont des vannes quart de tour populaires pour les services tout ou rien ou de modulation. Elles sont légères, peu encombrantes, à fonctionnement rapide et disponibles en grandes tailles d'orifice. Le "papillon" est un disque relié à une tige. Lorsque la vanne s'ouvre, le disque pivote, permettant au fluide de passer. Elle se ferme lorsque la tige fait pivoter le disque d'un quart de tour dans une position perpendiculaire à la direction du flux. Dans cet article, vous découvrirez le fonctionnement d'une vanne papillon, les différents types de vannes papillon, les options d'actionnement disponibles pour ces vannes, et plus encore.

Table des matières

• Vannes papillon vs autres types de vannes
• Comment fonctionne une vanne papillon ?
• Types de connexion des vannes papillon
• Actionnement des vannes papillon
• Critères de sélection
• Symbole de la vanne papillon
• FAQ

Vannes papillon vs autres types de vannes

Choisir une vanne papillon plutôt que d'autres types de vannes peut être avantageux pour plusieurs raisons :

• Modèle compact : Les vannes papillon sont compactes et légères, ce qui les rend idéales pour les applications où l'espace est limité. Cela est particulièrement bénéfique dans les grands systèmes de tuyauterie où le poids et l'espace sont des facteurs critiques.
• Rentabilité : Les vannes papillon sont généralement plus rentables que les autres types de vannes, en particulier pour les grandes tailles. Leur conception plus simple et leur nombre réduit de composants contribuent à des coûts de fabrication et d'entretien plus faibles.
• Fonctionnement rapide : Comme les vannes à bille, les vannes papillon sont des vannes quart de tour qui permettent une ouverture et une fermeture rapides. Cela les rend adaptées aux applications nécessitant une fermeture rapide ou un fonctionnement fréquent.
• Contrôle du débit : L'angle du disque contrôle le débit à travers la vanne.
• Large gamme de tailles : Les vannes papillon sont disponibles dans une large gamme de tailles, adaptées aux applications à petite et grande échelle.

Découvrez les autres types de vannes dans notre article sur l'aperçu des vannes.

Comment fonctionne une vanne papillon ?

Une vanne papillon est une vanne quart de tour, ce qui signifie que la poignée (Figure 2 étiquetée A) doit être tournée de 90° pour ouvrir ou fermer complètement la vanne. La poignée fait tourner la tige (Figure 2 étiquetée B), qui fait pivoter le disque (Figure 2 étiqueté D). Lorsque la vanne se ferme, le disque appuie contre le joint d'étanchéité (Figure 2 étiqueté E).

De plus, l'angle du disque influence le débit à travers la vanne. Cela fait de la vanne papillon un excellent choix pour le contrôle du débit au-delà du contrôle tout ou rien. La Figure 2 illustre les composants typiques d'une vanne papillon.

Figure 2 : Schéma des composants d'une vanne papillon : poignée (A), tige (B), connexion (wafer ou lug) (C), disque (D), et joint d'étanchéité (E).

Types de connexion des vannes papillon

Les vannes papillon peuvent se connecter à un système de tuyauterie de différentes manières. Deux connexions courantes sont les types wafer et lug. La différence la plus importante entre les deux est que les vannes papillon de type lug conviennent aux services en bout de ligne et à l'isolation, tandis que les vannes papillon de type wafer ne le sont pas.

Figure 3 : Types de raccordement des vannes papillon : type wafer (à gauche) et type lug (à droite).

Vanne papillon de type wafer

Les vannes papillon de type wafer (Figure 3 à gauche) ont généralement quatre trous qui s'alignent avec le raccordement de la tuyauterie. Elles s'insèrent parfaitement entre les brides de la tuyauterie, et leur joint en caoutchouc assure une étanchéité robuste entre la vanne et la bride. Comme illustré dans la Figure 4, des tiges filetées des deux côtés passent à travers les trous de la vanne et sont fixées à la tuyauterie avec un écrou de chaque côté. Les vannes papillon de type wafer ne peuvent pas être utilisées pour les services en bout de ligne ou les besoins d'isolation. Pour la maintenance, toute la ligne doit être arrêtée.

Figure 4 : Des tiges filetées des deux côtés passent à travers les trous de la vanne papillon.

Vanne papillon de type lug

Les vannes papillon de type lug ont généralement quatre trous filetés ou plus sur chaque face. Comme illustré dans la Figure 5, des boulons des deux côtés de la vanne passent à travers les trous de raccordement sur la bride de la tuyauterie et dans les trous filetés de la vanne. Ce style de raccordement permet aux vannes papillon de type lug d'être adaptées aux services en bout de ligne. De plus, un côté de la tuyauterie peut être isolé et déconnecté de la vanne sans arrêter toute la ligne. Une bride pleine est recommandée lors de l'utilisation d'une vanne papillon de type lug pour les services en bout de ligne.

Figure 5 : Des boulons relient la vanne papillon de type lug à la tuyauterie des deux côtés.

Actionnement des vannes papillon

Les vannes papillon peuvent être actionnées manuellement à l'aide de poignées et d'engrenages ou automatiquement à l'aide d'actionneurs électriques ou pneumatiques. Voici une brève description des différentes méthodes d'actionnement.

Vannes papillon manuelles

Les vannes papillon actionnées manuellement sont peu coûteuses et faciles à utiliser. Les deux méthodes courantes sont :

• Levier à pression : Un levier à pression est courant pour les petites vannes papillon. La poignée a un cran de verrouillage qui bloque la vanne en position ouverte, partiellement ouverte ou fermée. Un exemple peut être vu dans la Figure 4 (à gauche).
• Volant et boîte de vitesses : Ceux-ci sont destinés aux vannes papillon plus grandes. Ils utilisent une boîte de vitesses pour augmenter le couple au détriment de la vitesse d'ouverture/fermeture. Les vannes à engrenages sont également autobloquantes (ne peuvent pas être entraînées en sens inverse) et peuvent être équipées d'indicateurs de position. Un exemple peut être vu dans la Figure 4 (à droite).

Figure 6 : Vannes papillon actionnées manuellement : levier à pression (à gauche) et volant plus boîte de vitesses (à droite).

Vannes papillon automatiques

Une vanne papillon automatique fait référence aux vannes papillon qui ne sont pas actionnées manuellement (c'est-à-dire les vannes papillon électriques et pneumatiques). Les actionneurs de ces vannes ont généralement des fonctions de commande manuelle auxiliaire et des indicateurs de position sur le dessus.

Vannes papillon électriques

Une vanne papillon électrique fait référence à une vanne papillon ordinaire avec un actionneur électrique au lieu d'un levier à pression ou d'un volant. Les actionneurs électriques peuvent être rapidement intégrés dans un système pour l'automatisation car ils sont simples à installer et à câbler. Il est courant que ces actionneurs utilisent des brides ISO 5211 pour se monter sur la tige et l'arbre de la vanne.

Les vannes papillon électriques sont couramment utilisées dans les industries pharmaceutique, chimique et autres. Elles se ferment relativement lentement pour atténuer les coups de bélier et ne consomment pas d'énergie lorsque le disque ne bouge pas.

Figure 7 : Une vanne papillon électrique

Vannes papillon pneumatiques

Les vannes papillon pneumatiques utilisent un actionneur rotatif pneumatique pour actionner la vanne papillon. Pour une installation simple, les actionneurs pneumatiques peuvent avoir une bride ISO 5211 pour le montage sur la vanne papillon et une interface NAMUR pour le montage de l'électrovanne.

Comme leurs homologues électriques, les vannes papillon pneumatiques sont présentes dans diverses industries. Leurs principaux avantages par rapport aux actionneurs électriques sont qu'elles fonctionnent nettement plus rapidement et peuvent souvent être utilisées dans des environnements où des explosions pourraient se produire. Remarque : Tous les actionneurs pneumatiques n'ont pas d'homologation (par exemple, ATEX) pour les environnements explosifs.

Figure 8 : Une vanne papillon pneumatique

Critères de sélection

Considérez les critères suivants lors de la sélection d'une vanne papillon :

1. Actionnement
   1. Manuel : Simple, économique et ne nécessite pas d'alimentation
   2. Électrique : Précis, à fonctionnement lent et l'option la plus coûteuse
   3. Pneumatique : Fonctionnement rapide, potentiellement adapté aux environnements explosifs
2. Diamètre intérieur nominal : L'un des principaux avantages des vannes papillon est qu'elles vont du très petit au très grand. Par exemple, elles peuvent aller de 1" à 28" (DN 25 à DN 700).
3. Tension : Pour les vannes papillon électriques, assurez-vous que l'actionneur correspond à l'alimentation électrique. Les actionneurs électriques peuvent fonctionner en CC ou CA à diverses tensions.
4. Raccordement : Choisissez entre le type lug et le type wafer selon que vous avez besoin ou non d'un service en bout de ligne, respectivement.
5. Matériau du corps
   1. Fonte : Les vannes papillon en fonte peuvent fonctionner dans une plage de température plus large que les vannes papillon en acier inoxydable.
   2. Acier inoxydable : Les vannes papillon en acier inoxydable sont généralement choisies pour les applications sanitaires (par exemple, l'industrie alimentaire).
6. Matériau du joint
   1. EPDM : L'EPDM fonctionne jusqu'à 120 °C (248 °F) et est le choix privilégié pour les applications d'eau potable car il n'influence pas le goût de l'eau.
   2. FKM : Le FKM fonctionne jusqu'à 180 °C (356 °F)
   3. NBR (caoutchouc nitrile) : Le NBR fonctionne jusqu'à 85 °C (185 °F)
   4. NBR (contenant du carboxyle) : Le NBR contenant du carboxyle fonctionne jusqu'à 110 °C (230 °F)
   5. EPDM blanc : L'EPDM blanc fonctionne jusqu'à 80 °C (176 °F)
   6. PTFE/Silicone : Le PTFE/Silicone fonctionne jusqu'à 200 °C (392 °F)
7. Matériau du guidage : Consultez notre guide de résistance chimique des matériaux pour en savoir plus.
8. Couple maximal de l'actionneur : Pour les vannes papillon automatiques, assurez-vous que l'actionneur produit un couple suffisant pour ouvrir et fermer efficacement la vanne papillon. Consultez notre guide d'estimation du couple pour les vannes quart de tour pour en savoir plus.
9. Fonction de sécurité : Les vannes papillon électriques peuvent être normalement ouvertes ou normalement fermées. Sélectionnez en fonction de la position que la vanne doit avoir en cas de perte d'alimentation ou de perte d'air comprimé.
10. Différence de pression maximale à 20 °C (68 °F) : Choisissez une vanne capable de résister à la pression qui la traverse. Les valeurs typiques varient de 6 à 16 bar (87 à 232 psi).
11. Homologation : Certaines applications nécessitent des vannes homologuées (par exemple, les applications d'eau potable et les applications présentant un risque d'explosion).

Symbole de la vanne papillon

Le symbole de la vanne papillon ressemble étroitement à la vanne réelle. Deux T latéraux représentent les raccordements de tuyauterie et de bride, et une ligne diagonale avec une sphère en son centre représente le disque de la vanne.

Figure 9 : Symbole de la vanne papillon

FAQ

À quoi sert une vanne papillon ?

Les vannes papillon sont utilisées pour le contrôle tout ou rien ou modulé des fluides dans diverses applications industrielles.

Peut-on utiliser une vanne papillon pour le gaz ?

Oui, les vannes papillon peuvent être utilisées pour les liquides et les gaz, mais pas pour les solides en vrac.

Quel est l'avantage d'une vanne papillon ?

Les vannes papillon sont légères, en particulier pour les grandes tailles, et peuvent être utilisées à la fois pour le contrôle tout ou rien et modulé des fluides.

Une vanne papillon peut-elle être utilisée pour le contrôle du débit ?

Oui. Il existe une relation entre l'angle du disque et le débit. Cette relation n'est pas linéaire, mais les fiches techniques du fabricant devraient fournir des indications sur cette relation.

Une vanne papillon peut-elle être installée à l'envers ?

Techniquement, une vanne papillon peut être installée à l'envers. Cependant, cela n'est pas recommandé car cela peut avoir un impact négatif sur les joints d'étanchéité et augmenter la turbulence à travers la vanne.

Les vannes papillon ont-elles un sens d'écoulement ?

Oui. Les vannes papillon ont un sens d'écoulement. Une flèche peut être estampée sur le corps de la vanne pour indiquer la direction.

Les vannes papillon nécessitent-elles des joints ?

De nombreuses vannes papillon ont des sièges résilients intégrés et ne nécessitent pas de joints. Cependant, les vannes papillon avec des sièges métalliques nécessiteront des joints.