Vannes à bille à tourillon - Leur fonctionnement
Figure 1 : Robinet à boisseau sphérique flottant (à gauche) et robinet à boisseau sphérique monté sur tourillon (à droite)
Les robinets à tournant sphérique sont des robinets quart de tour utilisés pour arrêter ou démarrer l'écoulement d'un fluide dans une conduite. Le type le plus courant de robinet à boisseau sphérique a une conception "flottante", le type à tourillon est donc une modification de la conception. Dans un robinet à tournant sphérique, le tournant sphérique est relié à la tige à une extrémité et à l'autre extrémité à un arbre appelé le tourillon. Grâce à ce changement de conception, la balle est maintenue fermement en place. Dans un robinet à boisseau sphérique flottant, le boisseau n'est relié qu'à la tige, c'est pourquoi il est dit flottant. Ceci est illustré dans la figure 1 et mis en évidence par un encadré rouge.
Les robinets à tournant sphérique à tourillon présentent de nombreux avantages par rapport aux robinets à flotteur libre. Ils conviennent aux applications à basse et haute pression et offrent des coûts d'exploitation inférieurs à ceux des robinets à tournant sphérique à flotteur libre.
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Avantages du robinet à tournant sphérique
Applications à haute pression
Pour les applications à haute pression, le robinet à boisseau sphérique à tourillon est le type de robinet à boisseau sphérique idéal. Dans les robinets à tournant sphérique flottant, la bille a une certaine liberté de mouvement. En cours d'utilisation, la sphère flotte légèrement vers l'aval contre la bague de siège et crée une étanchéité d'un seul côté de la vanne. En outre, le couple sur la tige est également augmenté.
C'est à ce stade que la conception du tourillon offre une solution. Dans la conception de la vanne à tourillon, la bille ne flotte pas car elle est reliée au tourillon. Cette solution est avantageuse car elle permet de maintenir une bonne étanchéité des deux côtés et n'ajoute pas de couple à la tige. Par conséquent, pour les applications à haute pression, un robinet à tournant sphérique à tourillon offrira une meilleure étanchéité et nécessitera moins de couple pour tourner.
Figure 2 : Coupe transversale d'un robinet à boisseau sphérique à tourillon, montrant clairement le tourillon (A) et les sièges montés sur ressort (B)
Sièges à ressort
Les robinets à tournant sphérique montés sur tourillon sont équipés de sièges à ressort. Dans un robinet à tournant sphérique flottant, la pression pousse la sphère contre les sièges, ce qui crée un joint. Malheureusement, le robinet à boisseau sphérique a besoin d'une pression élevée pour créer un joint efficace, ce qui le rendrait inefficace dans les systèmes à basse pression.
Les robinets à tournant sphérique montés sur tourillon sont efficaces dans les situations de basse et de haute pression. Dans les situations de pression faible ou nulle, les sièges à ressort créent une étanchéité, tout en fonctionnant pour les applications à haute pression.
Réduction des coûts opérationnels
Un robinet à tournant sphérique monté sur tourillon permet de réduire les coûts d'exploitation car toute pression supplémentaire exercée sur le robinet est absorbée par le tourillon et la tige. Il en résulte un couple de fonctionnement plus faible, ce qui élimine la nécessité d'un actionneur de grande taille.
Pour en savoir plus sur le choix d'un robinet à boisseau sphérique adapté à votre application, lisez notre article technique sur le choix des robinets à boisseau sphérique!
Poids du robinet à boisseau sphérique monté sur tourillon
Un robinet à tournant sphérique est conçu selon les normes API608 ou API 6D et est conforme à plusieurs autres normes industrielles. L'API 6D fournit des informations de base sur la conception, les dimensions et les normes d'essai des robinets à tourillon. La norme API 6D indique également les poids standard des robinets à tournant sphérique correspondant à différentes tailles d'alésage et dimensions de corps.
Robinets à boisseau sphérique à tourillon à double blocage et purge (dbb)
Le double blocage et la double purge (DBB) est le processus de fermeture d'une section de conduite des deux côtés de la vanne plutôt que d'un seul. Par conséquent, un robinet à tournant sphérique peut bloquer les côtés amont et aval de la zone de travail, puis évacuer (purger) toute pression restante dans la tuyauterie et le robinet. Un double bloc et purge (DBB) est souvent utilisé pour une isolation plus stricte du fluide de traitement par rapport à d'autres équipements. Il se compose généralement de deux robinets à tournant sphérique qui font office de vannes d'arrêt et d'une vanne de purge (généralement une vanne à bille ou à aiguille) vers un endroit sûr, conformément aux réglementations environnementales locales.
Un robinet DBB est un robinet à tournant sphérique à entrée latérale conçu pour les applications gazières et pétrolières en aval, en milieu et en amont, avec un corps soudé ou boulonné. La soupape comporte deux sièges, chacun assurant l'étanchéité à la pression séparément. Un siège assure l'étanchéité du fluide en amont et l'autre siège assure l'étanchéité du fluide en aval. Pour un robinet à tournant sphérique DBB, lorsque le robinet est en position fermée et que le fluide vient de l'amont, il pousse le siège contre la sphère pour libérer l'étanchéité.
Lorsque la canalisation est sous pression, le robinet à tournant sphérique est fermé. Le fluide reste piégé dans la bille, ce qui crée une pression résultante dans la bille. La pression à l'intérieur de la boule augmente lorsque la température de la boule s'élève. Il est nécessaire de purger la pression lorsque la pression dans le ballon devient suffisamment élevée. Dans le cas d'un robinet à tournant sphérique avec fonction de purge, la pression dans la sphère pousse le siège vers l'arrière lorsque le ressort situé derrière le siège se comprime, et il se produit un évent/une purge entre les surfaces d'étanchéité. Selon les spécifications de l'API 6D, la mise à l'air libre/la purge est nécessaire à une pression inférieure à 1,33 fois la pression nominale de conception des vannes à bille. Cependant, plusieurs projets critiques doivent être ventilés à une pression inférieure à 1,1 fois la pression initialement prévue.
Pour en savoir plus sur les robinets à boisseau sphérique, consultez notre guide complet sur les robinets à boisseau sphérique.
Figure 3 : Double valve de blocage et de purge