Vanne papillon et vanne à bille

Vanne papillon et vanne à bille

Figure 1 : Une vanne papillon (à gauche), et une vanne à bille (à droite)

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. En général, les propriétés et les caractéristiques de chaque type de vanne permettent de décider facilement laquelle est la mieux adaptée à une fonction particulière. Cependant, pour des applications spécifiques, plusieurs types de vannes différentes peuvent fonctionner. Il est donc essentiel de savoir quel type de vanne conviendra à votre application spécifique.

Les vannes papillon et les vannes à bille offrent toutes deux des avantages uniques, de sorte que le choix entre les deux dans certains processus n'est pas difficile. Cela peut être problématique lorsqu'un processus nécessite des caractéristiques de vanne que les deux vannes possèdent. Nous avons besoin d'une compréhension plus approfondie de la vanne papillon par rapport à la vanne à bille 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 (90° de tour de la fermeture complète à l'ouverture complète). Les deux types de vannes peuvent être commandés manuellement, avec un actionneur électrique ou avec un actionneur pneumatique. Les vannes papillon et 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, elle suggère et corrobore les raisons pour lesquelles nous devons examiner de plus près les caractéristiques de la vanne et les applications pour lesquelles utiliser chaque vanne.

Comprendre la vanne papillon

Figure 2 : Composants d'une vanne papillon. Volant (A), réducteur (B), tige (C), corps (D), disque (E), joint (F), garniture (G)

Figure 2 : Composants d'une vanne papillon : volant (A), boîte de vitesses (B), tige (C), corps (D), disque (E), joint (F) et garniture (G)

Une vanne papillon comporte un disque (E) entraîné par un levier ou un volant (A). Lorsqu'il est fermé, le disque est perpendiculaire au sens d'écoulement du tuyau. Un joint (F) qui se loge dans le corps de la vanne (D) assure une fermeture étanche avec le disque de la vanne. Les caractéristiques d'une vanne papillon sont proches d'une relation linéaire entre le débit et la position de la tige (C). La vanne papillon peut être commandée manuellement, électriquement ou pneumatiquement.

Pour les diamètres supérieurs, les vannes papillon sont généralement considérées comme moins chères que les vannes à bille. Ils comportent le moins de pièces et sont relativement légers, ce qui nécessite moins de soutien. L'avantage en termes de poids des vannes papillon par rapport aux vannes à boisseau sphérique peut être significatif pour des diamètres de conduite plus importants. La probabilité de fuite est plus élevée en cas de différences de pression élevées entre les côtés du disque d'une vanne papillon et le joint d'étanchéité qu'avec une vanne à bille. De plus, dans les applications avec de grands diamètres de tuyaux, 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 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 pétrolière et gazière. Les vannes papillon sont généralement des vannes tout ou rien et ne conviennent pas à un contrôle précis du débit des fluides.

Pour en savoir plus sur les vannes papillon, lisez notre article sur les vannes papillon.

Comprendre le robinet à bille

Figure 3 : Composants d'un robinet à boisseau sphérique. Poignée (A), vis/boulon de poignée (B), arbre (C), garniture (D), siège (E), bille (F), corps (G)

Figure 3 : Composants d'une vanne à bille. Poignée (A), Vis/boulon de poignée (B), Arbre (C), Garniture (D), Siège (E), Boule (F), Corps (G)

Un robinet à boisseau sphérique possède une bille sphérique creuse (F) qui pivote à l'une ou aux deux extrémités. L'extrémité supérieure de la bille est fixée à un arbre (C), qui est tourné par une poignée (A) pour modifier la position de la vanne et l'ouvrir ou la fermer. Lorsqu'elle est complètement ouverte, le trou de la boule est parallèle au sens d'écoulement du tuyau. La bille repose sur un siège (E) à l'intérieur du corps de vanne (G). La vanne à bille peut être commandée manuellement, électriquement et pneumatiquement.

Les robinets à boisseau sphérique peuvent également avoir un sens d'écoulement à trois ou quatre voies dans un alésage en forme de "T" ou de "L". Les caractéristiques de débit d'un robinet à bille peuvent être lues dans notre article technique sur le contrôle du débit des fluides avec les robinets à bille.

L'alésage d'un robinet à boisseau sphérique peut être inférieur au diamètre de la conduite (orifice réduit ou alésage réduit), égal au diamètre de la conduite (orifice complet) ou conçu en forme de V. La conception de la boule a une incidence sur les caractéristiques d'écoulement. Un robinet à boisseau sphérique peut avoir une chute de pression à travers la vanne dans le cas d'un robinet à boisseau sphérique à port réduit ou une chute de pression presque nulle dans le cas d'un robinet à boisseau sphérique à port complet, tandis qu'une conception à port en V est idéale pour un contrôle stable du débit.

Contrairement aux vannes papillon, les vannes à bille n'ont 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 vannes à bille s'ouvrent facilement en cas de différence de pression élevée des deux côtés de la vanne et ne nécessitent donc pas de dérivation d'équilibrage de la pression.

Pour en savoir plus sur les vannes à bille, lisez notre article sur les vannes à bille.

Avantages et inconvénients

Bien que les vannes papillon et les vannes à bille présentent certaines similitudes, elles ont des différences distinctes qui peuvent présenter un avantage l'une par rapport à l'autre dans des applications spécifiques. Vous trouverez ci-dessous une comparaison montrant les caractéristiques de chaque valve et leur avantage l'une par rapport à l'autre.

Vanne papillon : Vanne à bille :
Poids Poids plus léger même pour des diamètres de tuyaux plus importants Très lourd lorsque le diamètre du tuyau est plus grand et peut nécessiter un support
Espace d'installation Nécessite un 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 petits diamètres de tuyaux (en dessous de DN 50)
Fuite Sujet à des fuites lors d'une différence de pression élevée Offre un joint étanche même en cas de différence de pression élevée
Coût Moins cher qu'un robinet à boisseau sphérique, en particulier pour les grandes dimensions Plus coûteux qu'une vanne papillon
Contrôle du débit Convient pour la commande ON/OFF mais peut être utilisé pour la commande proportionnelle. Fonctionne bien pour les commandes ON/OFF et modulantes
Restriction du débit Le disque de la vanne restreint le débit, ce qui crée une chute de pression. Les vannes à bille à passage intégral n'ont pas de perte de pression.
Style de connexion Il a un style de bride avec une conception de patte ou de plaquette Un large éventail de types de connexion avec filets ou 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 égouts, 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, notamment parce qu'ils sont faciles à nettoyer. Les vannes à bille peuvent traiter aussi bien des liquides que des gaz avec quelques particules solides (boue). Ils sont courants 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 plus grande capacité de débit car elles sont disponibles pour un diamètre de tuyau plus grand qu'une vanne à bille.
  • Etanchéité : Les robinets à boisseau sphérique offrent un joint étanche dans les applications de processus qui ne nécessitent aucune fuite lors de la fermeture.
  • Condition 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 une température (moins de 250 degrés Celsius) inférieures.
  • Régulation du débit : Les deux types de vannes peuvent être utilisés pour le contrôle tout ou rien et le contrôle proportionnel, mais les vannes à bille sont généralement utilisées pour le contrôle proportionnel en raison de la 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 bille permet de sélectionner la vanne appropriée. Les multiples exigences du processus, telles que la pression de fonctionnement, la précision du contrôle et le type de fluide, doivent être prises en compte et permettront de définir la vanne la mieux adaptée. Dans certaines applications, les deux valves peuvent être suffisantes, et le choix peut se faire entre le coût et la facilité de maintenance des valves. Dans d'autres applications, le diamètre de la conduite peut être le seul paramètre qui détermine le choix de la vanne à utiliser.

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