Vanne papillon et vanne à bille
Figure 1 : Une vanne papillon (à gauche) et une vanne à bille (à droite)
Le choix de la vanne adaptée à votre application est une tâche importante lors de la conception d'un système de traitement. Les propriétés et les caractéristiques d'une vanne déterminent son adéquation à une application particulière. Cependant, pour certaines applications, plusieurs types de vannes peuvent être utilisés.
Les vannes papillon et les vannes à boisseau sphérique offrent toutes deux des avantages uniques, de sorte qu'il n'est pas difficile de choisir entre les deux dans certains processus. Cela peut s'avérer problématique lorsqu'un processus nécessite des caractéristiques de vannes que les deux vannes possèdent. Cet article permet de mieux comprendre les différences entre les vannes papillon et les vannes à boisseau sphérique afin de choisir la bonne vanne.
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Qu'est-ce qui rend les vannes papillon et les vannes à bille comparables ?
En termes de mécanismes de fonctionnement, ces deux vannes sont sans doute les plus simples des types de vannes disponibles. Ils sont largement utilisés dans les applications domestiques, commerciales et industrielles pour le contrôle du débit des fluides dans une large gamme de températures et de pressions. Il s'agit de vannes rotatives quart de tour (rotation de 90° de la fermeture à l'ouverture). Les deux types de vannes peuvent être commandés manuellement, à l'aide d'un actionneur électrique ou d'un actionneur pneumatique. Les vannes papillon et les vannes à bille sont relativement bon marché, faciles à entretenir, fiables et ont une durée de vie plus longue que les autres types de vannes.
Ces similitudes ne signifient pas que les vannes sont interchangeables dans toutes les fonctions du processus. Au contraire, il suggère et corrobore les raisons pour lesquelles nous devons examiner de plus près les caractéristiques des soupapes et les applications pour lesquelles chaque soupape doit être utilisée.
Comprendre la vanne papillon
Figure 2 : Composants d'une vanne papillon : volant (A), réducteur (B), tige (C), corps (D), disque (E), joint (F), et garniture (G).
Une vanne papillon est constituée d'un disque (Figure 2 étiquetée E) actionné par un levier ou un volant (Figure 2 étiquetée A). Lorsqu'il est fermé, le disque est perpendiculaire au sens d'écoulement de la conduite. Un joint (Figure 2 étiqueté F) qui siège dans le corps de la valve (Figure 2 étiqueté D) assure une fermeture étanche avec le disque de la valve. Il existe une relation quasi linéaire entre la position de la tige d'une vanne papillon (Figure 2 étiquetée C) et le débit. La vanne papillon peut être commandée manuellement, électriquement ou pneumatiquement.
Pour les diamètres plus importants, les vannes papillon sont généralement considérées comme moins chères que les vannes à bille. Ils comportent le moins de pièces possible et sont relativement légers, ce qui nécessite moins de soutien. L'avantage de poids des vannes papillon par rapport aux vannes à boisseau sphérique peut être significatif pour des diamètres de tuyauterie plus importants. La probabilité de fuite lors de différences de pression élevées entre les côtés du disque d'une vanne papillon et le joint est plus élevée qu'avec une vanne à bille. De plus, dans les applications avec des tuyaux de grand diamètre, cette différence de pression élevée rend difficile l'ouverture de la vanne, ce qui nécessite une vanne de dérivation pour équilibrer la pression des deux côtés avant que la vanne ne puisse être ouverte.
Il y a une chute de pression à travers la vanne papillon car le disque reste à l'intérieur du flux même lorsqu'il est complètement ouvert. Cela empêche l'utilisation des vannes papillon dans les flux de processus qui doivent être raclés, comme dans l'industrie du pétrole et du gaz. Les vannes papillon sont généralement des vannes ON/OFF et ne sont pas adaptées à un contrôle précis du débit des fluides.
Comprendre le robinet à boisseau sphérique
Figure 3 : Composants d'un robinet à boisseau sphérique. Poignée (A), Vis de poignée/boulon (B), Arbre (C), Garniture (D), Siège (E), Bille (F), Corps (G)
Un robinet à tournant sphérique est constitué d'une sphère creuse (Figure 3 étiquetée F) qui pivote à l'une ou aux deux extrémités. L'extrémité supérieure de la bille est attachée à un arbre (Figure 3 étiquetée C), qui est tourné par une poignée (Figure 3 étiquetée A) pour modifier la position de la vanne, c'est-à-dire l'ouvrir ou la fermer. Lorsqu'il est complètement ouvert, le trou de la bille est parallèle au sens d'écoulement du tuyau. La bille repose sur un siège (Figure 3 étiquetée E) à l'intérieur du corps du robinet (Figure 3 étiquetée G). Le robinet à boisseau sphérique peut être commandé manuellement, électriquement et pneumatiquement.
Les robinets à tournant sphérique peuvent également avoir des directions d'écoulement à trois ou quatre voies dans un alésage en forme de T ou de L. Pour en savoir plus sur les caractéristiques de débit d'un robinet à boisseau sphérique, consultez notre article technique sur le contrôle du débit des fluides à l'aide de robinets à boisseau sphérique.
L'orifice d'un robinet à tournant sphérique peut être plus petit que le diamètre de la conduite (orifice réduit ou orifice réduit), égal au diamètre de la conduite (orifice complet) ou en forme de "V". La conception de la bille influe sur les caractéristiques de l'écoulement. Un robinet à boisseau sphérique peut avoir une chute de pression à travers le robinet dans le cas d'un robinet à boisseau sphérique à orifice réduit ou une chute de pression presque nulle dans le cas d'un robinet à boisseau sphérique à orifice plein, tandis que la conception d'un orifice en V est idéale pour un contrôle stable du débit.
Contrairement aux vannes papillon, les vannes à boisseau sphérique ne présentent aucune fuite lorsqu'elles sont complètement fermées. La pression du fluide en amont de la vanne pousse la bille contre le joint, assurant une position d'arrêt positive. Les robinets à tournant sphérique s'ouvrent facilement en cas de différence de pression élevée de part et d'autre du robinet et n'ont donc pas besoin d'un by-pass d'équilibrage de la pression.
Avantages et inconvénients
Bien que les vannes papillon et les vannes à boisseau sphérique présentent certaines similitudes, elles ont des différences distinctes qui peuvent présenter un avantage par rapport à l'autre dans des applications spécifiques. Vous trouverez ci-dessous une comparaison des caractéristiques de chaque vanne et de leurs avantages respectifs.
Tableau 1 : Vanne à bille ou vanne papillon
| Vanne papillon | Vanne à bille | |
| poids | Poids plus léger, même pour des diamètres de tuyaux plus importants | Très lourd lorsque le diamètre du tube est plus important et peut nécessiter un support |
| Espace d'installation | Espace d'installation réduit | Nécessite un espace plus important qu'une vanne papillon |
| Taille | Convient aux tuyaux de plus grand diamètre (au-dessus de DN 150), notamment en raison de sa légèreté. | Mieux adapté aux tuyaux de petit diamètre (inférieurs à DN 50) |
| Fuites | Sujet à des fuites lors d'une différence de pression élevée | Assure l'étanchéité même en cas de différence de pression élevée |
| Coût | Moins cher qu'un robinet à boisseau sphérique, en particulier pour les grandes dimensions | Plus cher qu'une vanne papillon |
| Contrôle du débit | Convient pour la commande ON/OFF mais peut être utilisé pour la commande proportionnelle. | Fonctionne aussi bien pour la commande ON/OFF que pour la commande modulante |
| Restriction du débit | Le disque du clapet restreint le débit, ce qui crée une chute de pression. | Les robinets à tournant sphérique à passage intégral n'ont pas de perte de charge. |
| Style de connexion | Il s'agit d'un modèle à bride avec un ergot ou une plaquette. | Un large éventail de types de connexions avec des filetages ou des brides |
Critères de sélection
Les critères suivants peuvent être pris en compte avant de choisir entre une vanne papillon et une vanne à bille :
- Application : Les vannes papillon sont couramment utilisées dans les processus à base d'eau tels que les eaux usées, la production de bière et de soda, etc. Ils sont populaires dans les industries chimiques, agricoles, les usines de traitement des déchets et les industries alimentaires, en partie parce qu'ils sont faciles à nettoyer. Les robinets à tournant sphérique peuvent contenir des liquides et des gaz avec quelques particules solides (boue). Ils sont couramment utilisés dans les usines de traitement, les centrales électriques, le raffinage du pétrole, l'exploration pétrolière et gazière, car ils peuvent être raclés pour être nettoyés.
- Capacité de débit : Les vannes papillon peuvent fournir une capacité de débit plus importante car elles sont facilement disponibles pour un diamètre de tuyau plus grand que celui d'une vanne à bille.
- Scellage : Les robinets à tournant sphérique assurent l'étanchéité dans les applications de traitement qui nécessitent une absence de fuite lors de la fermeture.
- État de fonctionnement : Les vannes à bille peuvent fonctionner jusqu'à 1 000 bars et 400 degrés Celsius. Les vannes papillon fonctionnent généralement à une pression (moins de 50 bars) et à une température (moins de 250 degrés Celsius) plus faibles.
- Régulation du débit : Les deux types de vannes peuvent être utilisés pour la régulation tout ou rien et la régulation proportionnelle, mais les vannes à bille sont généralement utilisées pour la régulation proportionnelle en raison d'une meilleure régulation du débit.
- Ports : Une vanne papillon ne peut avoir que deux orifices, tandis qu'une vanne à bille peut avoir plus de deux orifices.
Conclusion
Une bonne compréhension des exigences du processus et des caractéristiques de la vanne papillon par rapport à la vanne à boisseau sphérique permet de sélectionner la vanne appropriée. Les exigences multiples du processus, telles que la pression de fonctionnement, la précision du contrôle et le type de fluide, doivent être prises en compte et définiront la vanne la mieux adaptée. Dans certaines applications, les deux vannes peuvent suffire, et le choix peut se faire entre le coût et la facilité de maintenance des vannes. Dans d'autres applications, le diamètre de la conduite peut être le seul paramètre qui détermine la vanne à utiliser.
