Comment fonctionne une vanne pneumatique à siège incliné ?

Une vanne pneumatique à siège incliné fonctionne en utilisant la pression de l'air pour déplacer un piston, qui ouvre ou ferme la vanne pour contrôler le débit.

Quels sont les avantages d'une vanne à siège incliné ?

Les vannes à siège incliné offrent une grande durabilité, des débits supérieurs et conviennent aux environnements difficiles, ce qui les rend plus efficaces que les vannes à boisseau sphérique ou les électrovannes.

Comment fonctionne une vanne à siège incliné

Figure 1 : Vannes à siège incliné pneumatiques

La caractéristique principale d'une vanne à siège incliné est sa conception à siège angulaire, qui minimise les perturbations d'écoulement et les pertes de pression. De plus, ce type de vanne est durable et possède une longue durée de vie cyclique. Elle excelle dans les environnements difficiles et gère des températures et des viscosités élevées.

Table des matières

Vannes à siège incliné par rapport aux autres types de vannes
Modèle de vanne à siège incliné
Comparaison des vannes à siège incliné pneumatiques, électriques et manuelles
Applications
Critères de sélection
FAQ

Figure 2 : Une vanne à siège incliné ou vanne à globe de type Y (à gauche) et une vanne à globe ou vanne à globe de type Z (à droite).

Vanne à siège incliné manuelle

Une vanne à siège incliné manuelle est contrôlée en tournant son volant (Figure 3, repère A). Il s'agit d'une vanne multi-tours, ce qui signifie que le volant doit être tourné à 360° ou plus pour ouvrir ou fermer complètement la vanne. Une vanne à siège incliné manuelle n'a pas de retour par ressort car le volant contrôle tous les mouvements.

Vanne à siège incliné pneumatique

Les actionneurs pour vannes à siège incliné pneumatiques sont équipés d'un ressort (Figure 4, repère A) et d'un piston (Figure 4, repère B). L'air entre par l'orifice d'air (Figure 4, repère C) et pousse le piston vers le haut ou vers le bas, selon que la vanne est normalement ouverte ou normalement fermée.

Le mouvement du piston soulève le disque du siège de la vanne ou pousse le disque vers le siège de la vanne. Lorsque la pression d'air est coupée, le ressort ramène le piston et le disque à leurs positions par défaut.

Les électrovannes pneumatique 3/2 voies sont couramment utilisées pour contrôler le flux d'air vers et depuis un actionneur pneumatique à ressort. Les électrovannes pneumatique 5/2 voies peuvent contrôler le flux d'air vers et depuis les actionneurs pneumatiques à double effet.

Figure 4 : Vue en coupe d'une vanne à siège incliné pneumatique : retour par ressort (A), piston (B), orifice d'air (C), garniture (D) et obturateur/disque (E).

Vannes à siège incliné électriques

Un actionneur électrique pour une vanne à siège incliné permet l'intégration dans des systèmes de contrôle de processus plus larges. Cette capacité offre un contrôle précis de la position, permettant une régulation fine du débit. Un capteur de position intégré assure une haute précision et une répétabilité en fournissant un retour continu sur l'emplacement exact de la vanne. Le système peut également accueillir des capteurs externes optionnels pour mesurer des paramètres tels que la température ou la pression, fournissant des données précieuses pour des ajustements automatisés et des réponses proactives du système.

Schéma de fonctionnement de l'actionneur électrique d'une vanne à siège incliné. Les éléments en bleu sont optionnels. Contrôle de processus (A), contrôle de position (B), moteur (C), engrenage (D), capteur de position (E), vanne à siège incliné (F), position réelle (G), et capteur externe (H).

Figure 5 : Schéma de fonctionnement de l'actionneur électrique d'une vanne à siège incliné. Les éléments en bleu sont optionnels. Contrôle de processus (A), contrôle de position (B), moteur (C), engrenage (D), capteur de position (E), vanne à siège incliné (F), position réelle (G), et capteur externe (H).

Comparaison des vannes à siège incliné pneumatiques, électriques et manuelles

Facteur	Pneumatique	Électrique	Manuelle
Disponibilité de la source d'énergie	Idéal lorsqu'il y a une alimentation fiable en air comprimé. Préféré dans les environnements explosifs en raison de l'absence de risque d'inflammation	Meilleur choix si l'électricité est facilement disponible et qu'un contrôle précis est nécessaire. Convient lorsque l'air comprimé est peu pratique.	Optimal lorsque ni l'électricité ni l'air comprimé ne sont disponibles. Idéal pour un contrôle direct sans automatisation
Besoins en contrôle et automatisation	Convient aux processus automatisés nécessitant un contrôle à distance	Offre un contrôle plus fin du positionnement de la vanne, idéal pour l'intégration dans des systèmes de contrôle automatisés	Convient aux applications où un contrôle manuel est suffisant, en particulier pour les opérations simples d'ouverture/fermeture
Conditions environnementales	Fonctionne bien dans des conditions difficiles (humides, poussiéreuses, explosives) en raison de l'absence de composants électriques	Convient aux environnements propres. Considérer l'indice IP pour la protection contre les poussières et l'eau dans des conditions difficiles	Adapté à une large gamme d'environnements. Moins affecté par les conditions en raison de l'absence de dépendance aux sources d'énergie ou aux systèmes de contrôle
Temps de réponse et précision	Temps de réponse rapides, adapté aux besoins d'actionnement rapide.	Fournit un contrôle précis, idéal pour une régulation minutieuse du débit ou de la pression.	Dépend de l'opérateur. Convient lorsque le timing d'actionnement de la vanne n'est pas critique.
Coût	Peut nécessiter une infrastructure supplémentaire pour l'air comprimé, mais généralement moins coûteux que les vannes électriques	Plus onéreux à l'achat en raison des mécanismes de contrôle de précision, mais peut réduire les coûts d'exploitation là où l'air comprimé n'est pas disponible	Le plus rentable en termes d'investissement initial et de maintenance
Maintenance et durée de vie	Nécessite un entretien régulier du système d'alimentation en air pour prévenir la contamination.	Nécessite moins d'entretien que les systèmes pneumatiques	Nécessite le moins d'entretien ; cependant, l'accessibilité pour l'opérateur doit être assurée

Applications

Les vannes à siège incliné sont appréciées non seulement pour leur polyvalence, mais aussi pour les avantages spécifiques que leur conception inclinée offre dans des applications exigeantes. Par rapport à d'autres types de vannes, elles excellent dans les situations où la durabilité, la résistance au colmatage et le contrôle efficace du débit sont essentiels.

Production alimentaire et de boissons

Stérilisation à la vapeur : Contrairement aux vannes à globe standard, les vannes à siège incliné peuvent gérer la vapeur à haute pression avec une usure minimale, assurant une stérilisation fiable des équipements.
Opérations de remplissage : Leur siège incliné permet une ouverture et une fermeture rapides, les rendant idéales pour les lignes d'embouteillage et de mise en conserve où la vitesse et la précision sont essentielles.

Traitement chimique

Dosage chimique : La conception robuste des vannes à siège incliné assure un contrôle précis du débit, même avec des fluides corrosifs ou agressifs qui pourraient endommager des alternatives à siège plus souple.
Environnements difficiles : Leur construction en acier inoxydable et leur siège incliné réduisent les turbulences et l'usure, prolongeant la durée de vie dans les usines chimiques.

Traitement de l'eau et des eaux usées

Contrôle des boues : Le siège incliné minimise le colmatage et l'accumulation, rendant ces vannes bien adaptées aux applications de boues et de suspensions où d'autres conceptions s'encrasseraient rapidement.
Fiabilité des processus : Dans les systèmes de filtration et de dosage, la réponse rapide et la résistance à la contamination améliorent l'efficacité globale du traitement.

Fabrication pharmaceutique

Systèmes de vapeur pure : La conception à siège incliné assure une fermeture étanche et des performances fiables à des températures élevées, ce qui est crucial pour les conditions stériles.
Contrôle des fluides et des gaz : Leur précision et leur facilité de nettoyage en font un meilleur choix que les vannes à bille dans les processus où l'intégrité du produit est primordiale.

Automatisation et CVC

Performance à cycles élevés : Dans les lignes de production automatisées, les vannes à siège incliné sont privilégiées pour leur capacité à supporter des millions de cycles sans usure significative.
Chauffage à vapeur : Leur tolérance aux hautes températures et pressions les rend plus fiables que de nombreuses alternatives dans les systèmes de distribution de vapeur CVC.

Critères de sélection

Actionnement
1. Manuel : Option la moins coûteuse
2. Pneumatique : Plus cher que le manuel mais nettement moins cher que l'électrique (sans considérer la source d'air comprimé). Plus susceptible d'être approuvé pour les environnements explosifs car il n'y a pas de composants produisant des étincelles.
3. Électrique : L'option la plus coûteuse mais aussi celle offrant le contrôle de position le plus précis. Des composants optionnels permettent une intégration plus complexe dans un système.
Taille de raccordement : La taille de raccordement de la vanne doit correspondre à celle du système lorsque possible. Des double mamelons avec des filetages de tailles différentes sont disponibles si nécessaire. Par exemple, ce raccord peut avoir une connexion de 1 pouce d'un côté et de 1/2 pouce de l'autre.
Type de raccordement : Les types de raccordement vont du fileté (par exemple, NPT, BSPP, métrique) aux connexions soudées et par blocage. Les vannes avec raccords filetés sont plus faciles à installer et à retirer du système, mais les connexions soudées sont plus étanches.
Matériau du corps : Le laiton et l'acier inoxydable sont des matériaux courants pour le corps des vannes à siège incliné. Le laiton est moins cher que l'acier inoxydable mais aussi moins durable. De plus, l'acier inoxydable est nécessaire pour les applications sanitaires.
Matériau du joint : Le matériau du joint détermine les limites de la vanne car il sera endommagé par des conditions extrêmes avant le corps de la vanne. Les matériaux de joint courants sont le Téflon, l'EPDM, le FKM et le NBR. Consultez notre article sur la résistance chimique pour savoir quels matériaux de joint conviennent à votre application.
1. Choisissez l'EPDM pour les applications d'eau potable car ce matériau n'affecte pas le goût de l'eau.
Fonction
1. Pneumatique : Les actionneurs pneumatiques peuvent être normalement ouverts ou normalement fermés avec retour par ressort à la position par défaut. Ces actionneurs peuvent également être à double effet, ce qui signifie qu'ils n'ont pas de ressort et que l'air comprimé contrôle la position dans les deux directions. Les actionneurs à double effet offrent plus d'options de précision que les actionneurs à simple effet.
2. Électrique : Les actionneurs électriques peuvent également être normalement ouverts ou normalement fermés. Ils disposent d'un stockage d'énergie interne pour revenir à leur position par défaut en cas de perte de courant. Certains actionneurs électriques n'ont pas ce stockage et leur position reste donc inchangée en cas de perte de courant.
Différence de pression maximale à 20 °C/68 °F : Le matériau d'étanchéité de la vanne influence la différence de pression maximale. Par exemple, les joints en Téflon et PEEK conviennent jusqu'à 25 bar (362 psi), tandis que le NBR, l'EPDM et le FKM conviennent jusqu'à 16 bar (232 psi).
Température maximale : Le matériau d'étanchéité détermine également la température maximale. Le Téflon et le PEEK sont adaptés à des températures plus élevées que le NBR, l'EPDM et le FKM.
Kv : Le Kv mesure le débit d'eau en m³/h avec une perte de pression de 1 bar. Utilisez le calculateur de Kv pour déterminer le Kv requis pour votre application. Unités impériales : Cv=1,16xKv.
Homologation : Les homologations indiquent les environnements adaptés à une vanne à siège incliné. Les homologations courantes comprennent :
1. Qualité alimentaire : La vanne est sûre pour une utilisation dans les environnements de transformation alimentaire et des boissons.
2. Zone ATEX : La vanne est sûre pour une utilisation dans des atmosphères potentiellement explosives au sein de l'Union européenne. Consultez notre FAQ ATEX pour en savoir plus.
3. IECEx : Fournit une certification internationale pour les équipements utilisés dans des atmosphères explosives, assurant la conformité aux normes de sécurité mondiales.
4. DVGW: Certifie la vanne pour une utilisation dans les applications de gaz et d'eau en Allemagne, garantissant qu'elle répond aux normes nationales de sécurité et de qualité.
5. Certification UL : Indique que la vanne a été testée et répond aux normes de sécurité établies par Underwriters Laboratories, communément reconnues en Amérique du Nord. Consultez notre guide sur la certification UL pour les produits électroniques pour en savoir plus.
Fermeture contre le flux : Une vanne à siège incliné peut se fermer dans la direction opposée au flux ou dans la même direction. Choisissez une vanne qui se ferme dans la direction opposée dans les applications où le coup de bélier est une préoccupation.

FAQ

Qu'est-ce qu'une vanne à siège incliné ?

Une vanne à siège incliné utilise un siège à 45° pour créer un passage d'écoulement plus large, réduisant la perte de pression et l'usure, idéale pour la vapeur, les températures élevées et les fluides visqueux.