Vanne pneumatique 3/2 voies - Comment elles fonctionnent
Figure 1 : Une électrovanne pneumatique 3/2 voies
Les vannes de commande pneumatiques 3/2 voies sont essentielles pour réguler le débit d'air dans diverses applications, notamment les vérins à simple effet, l'entraînement d'actionneurs pneumatiques et la gestion de tâches telles que le soufflage, la libération de pression et les opérations sous vide. Ces vannes comportent trois orifices et deux positions, fonctionnant en introduisant de l'air dans le vérin puis en le libérant, ce qui facilite une nouvelle course de travail. La nécessité d'un troisième orifice pour la ventilation rend les vannes à deux voies inadaptées à ces fins. Les vannes pneumatiques 3/2 voies peuvent être actionnées par plusieurs méthodes :
- Pneumatiquement : Actionnées par air comprimé
- Mécaniquement : Actionnées par une force mécanique, comme un levier ou une came, qui peut ou non impliquer une intervention humaine directe
- Manuellement : Actionnées par un opérateur manuel, comme un bouton-poussoir ou une pédale, ce qui est un type spécifique d'actionnement mécanique impliquant une interaction humaine directe
- Électriquement (Électrovanne) : Actionnées par une électrovanne
Cet article explore la fonction du circuit, le modèle, le fonctionnement et les applications courantes des vannes pneumatiques 3/2 voies, avec un accent particulier sur les électrovannes 3/2 voies.
Table des matières
- Fonction de circuit des vannes d'air à 3 voies
- Modèle des vannes 3/2 voies
- Fonctionnement de l'électrovanne pneumatique 3/2 voies
- Polyvalence et considérations environnementales des vannes pneumatiques
- Applications typiques des vannes 3/2 voies
- FAQ
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Modèle des vannes 3/2 voies
Les vannes pneumatiques 3/2 voies existent en différents modèles, avec des mécanismes d'étanchéité qui peuvent être soit à clapet, soit à tiroir. Ces vannes peuvent être catégorisées selon leur fonctionnement et leur stabilité.
Selon le fonctionnement
-
Vannes à commande directe : Dans les vannes à commande directe, le tiroir ou le clapet est déplacé directement par l'actionneur. La vanne s'ouvre ou se ferme en déplaçant le tiroir ou le clapet. Différents types d'actionneurs comprennent :
- Solénoïde (bobine)
- Bouton-poussoir
- Levier
- Pédale
- Vannes à commande indirecte : Dans les vannes à commande indirecte, le tiroir n'est pas directement actionné par le solénoïde. Au lieu de cela, la pression du système déplace le tiroir. Cela nécessite une vanne pilote supplémentaire, qui est une petite vanne 3/2 voies à commande directe. La vanne pilote délivre de l'air comprimé à un petit vérin d'air à l'intérieur de la vanne, poussant contre un piston pour actionner le solénoïde et commuter la vanne. Cela permet l'utilisation d'un solénoïde relativement petit pour commuter la vanne.
Selon la stabilité
- Vannes monostables : Les vannes monostables retournent à leur position par défaut en utilisant la force d'un ressort. Elles ont généralement une seule bobine.
- Vannes bistables : Les vannes bistables ont une bobine à chaque position et sont actionnées par impulsion. Elles peuvent maintenir leur position sans avoir besoin d'une alimentation continue, basculant entre deux états stables.
Fonction de circuit des vannes d'air à 3 voies
La vanne pneumatique 3/2 voies, ou vanne actionnée par air, a trois orifices de connexion et deux états. Les orifices sont :
- Entrée (P, 1)
- Sortie (A, 2)
- Échappement (R, 3)
Les deux états de la vanne sont ouvert et fermé. Lorsque la vanne est ouverte, l'air circule de l'entrée (P, 1) vers la sortie (A, 2). Lorsque la vanne est fermée, l'air circule de la sortie (A, 2) vers l'échappement (R, 3). Une vanne qui est fermée dans son état non actionné est appelée normalement fermée (NF), tandis qu'une vanne qui est ouverte dans son état non actionné est appelée normalement ouverte (NO).
Figure 2 : Fonction de circuit d'une vanne 3/2 voies monostable, normalement fermée
La plupart des vannes 3/2 voies sont monostables et retournent à leur position par défaut lorsqu'elles ne sont pas actionnées, généralement à l'aide d'un mécanisme à ressort. Les vannes 3/2 voies bistables conservent leur position en cas de perte de puissance et nécessitent une action séparée pour changer d'état. Ainsi, les vannes bistables ne peuvent pas être appelées NF ou NO.
En résumé, les différentes fonctions de la vanne 3/2 voies sont :
- 3/2 voies monostable NF
- 3/2 voies monostable NO
- 3/2 voies bistable
Les fonctions de circuit sont représentées à l'aide de symboles de vanne et pneumatiques. La figure 3 montre les symboles d'une électrovanne 3/2 à commande indirecte. Apprenez-en davantage sur les autres symboles de vannes pneumatiques et leur explication dans notre article sur les symboles de vannes.
Figure 3 : Symboles des électrovannes pneumatiques 3/2 voies, de gauche à droite : monostable normalement ouverte (gauche), monostable normalement fermée (centre), bistable (droite).
Fonctionnement de l'électrovanne pneumatique 3/2 voies
Figure 4 : Conception d'une électrovanne pneumatique 3/2 voies dans les états fermé (gauche) et ouvert (droite) : Opérateur manuel (A), noyau fixe (B), solénoïde (C), armature (D), tige de poussée (E), ressort de rappel 1 (F), tiroir (G), atmosphère (H), sortie de vanne (I), alimentation en air (J), ressort de rappel 2 (K), et orifice (L)
Dans une électrovanne pneumatique 3/2 voies, les principaux composants et leurs fonctions sont :
- Opérateur manuel (A) : Permet un contrôle manuel de la vanne.
- Noyau fixe (B) : Fournit un noyau magnétique stationnaire pour le solénoïde.
- Solénoïde (C) : Génère un champ magnétique pour déplacer l'armature.
- Armature (D) : Se déplace en réponse au champ magnétique généré par le solénoïde.
- Tige de poussée (E) : Transfère le mouvement de l'armature au tiroir.
- Ressort de rappel 1 (F) : Ramène l'armature à sa position par défaut lorsque le solénoïde est désactivé.
- Tiroir (G) : Contrôle le flux d'air à travers la vanne.
- Atmosphère (H) : L'orifice d'échappement où l'air est libéré.
- Sortie de vanne (I) : L'orifice par lequel le fluide sort de la vanne.
- Alimentation en air (J) : L'orifice où l'air comprimé entre dans la vanne.
- Ressort de rappel 2 (K) : Aide à ramener le tiroir à sa position par défaut.
- Orifice (L) : L'ouverture à travers laquelle l'air circule dans la vanne.
Lorsque le solénoïde (C) est activé, il crée un champ magnétique qui déplace l'armature (D). Le mouvement de l'armature est transféré via la tige de poussée (E) au tiroir (G), qui se déplace pour ouvrir ou fermer l'orifice (L). Cette action permet à l'air comprimé de l'alimentation en air (J) de circuler à travers la vanne et de sortir par la sortie de vanne (I).
Lorsque le solénoïde est désactivé, les ressorts de rappel (F) et (K) ramènent l'armature et le tiroir à leurs positions par défaut, arrêtant le flux d'air et permettant à l'air restant d'être évacué vers l'atmosphère (H).
Note : Toutes les électrovannes 3/2 voies n'ont pas nécessairement tous les composants spécifiques énumérés ci-dessus. La conception exacte et les composants peuvent varier selon le fabricant et les exigences spécifiques de l'application. Par exemple, certaines conceptions peuvent intégrer directement l'armature et le tiroir, éliminant le besoin d'une tige de poussée séparée.
Polyvalence et considérations environnementales des vannes pneumatiques
Avec un boîtier NAMUR, la vanne peut être directement montée sur un actionneur qui répond également à la norme NAMUR. Des collecteurs peuvent être utilisés pour économiser de l'espace et regrouper les vannes. Plusieurs vannes 3/2 voies peuvent être intégrées dans un seul collecteur, et il est possible de mélanger les types de vannes, comme monter une vanne 5/2 voies à côté d'une vanne 3/2 voies. Les combinaisons dépendent du type et de la conception du collecteur.
Les considérations environnementales sont cruciales dans les systèmes pneumatiques. Les vannes et les joints doivent être résistants à la corrosion lorsqu'ils sont exposés à des substances agressives. Des vannes spéciales sont disponibles pour les zones de salle blanche, les environnements ATEX, et l'industrie alimentaire.
Une vanne 5/2 voies peut fonctionner comme une vanne 3/2 voies en n'utilisant qu'une seule entrée et l'orifice de sortie correspondant. De plus, la fonction d'une vanne 3/2 voies peut être imitée en utilisant deux vannes 2/2 voies.
Applications typiques des vannes 3/2 voies
Les vannes 3/2 voies conviennent à plusieurs tâches : l'actionnement d'actionneurs pneumatiques, le soufflage, la décharge de pression et les applications sous vide.
Contrôle d'un vérin à simple effet
Un vérin à simple effet a un orifice pneumatique pour remplir et vider la chambre d'air. Le vérin se déplace dans une direction lorsque la chambre d'air est remplie et revient à sa position d'origine par la force du ressort. La vanne 3/2 voies remplit soit la chambre d'air, soit la ventile vers l'atmosphère. La figure 5 montre un circuit pneumatique de base pour un vérin à simple effet.
Figure 5 : Représentation schématique d'un entraînement de vérin à simple effet avec une vanne 3/2 voies
Contrôle d'un vérin à double effet
Un vérin à double effet a deux chambres d'air, chacune avec son propre orifice de connexion. Le vérin se déplace en remplissant une chambre d'air tout en ventilant l'autre. Typiquement, une vanne 5/2 voies est utilisée pour faire fonctionner un vérin à double effet. Cependant, cela peut également être réalisé en utilisant deux vannes 3/2 voies, chacune connectée à l'un des orifices du vérin. Une vanne entraîne la tige de piston en position étendue (a1), tandis que l'autre vanne ramène le piston à sa position initiale (a0) (Figure 6). Les avantages de l'utilisation de deux vannes 3/2 voies sont :
- Pressions différentes : Deux pressions différentes peuvent être appliquées aux orifices du vérin sans avoir besoin d'un régulateur de pression entre la vanne et le vérin.
- Ventilation simultanée : Les deux chambres d'air peuvent être ventilées simultanément, permettant un mouvement libre de la tige de piston, ce qui n'est pas possible avec une vanne 5/2 voies.
Pour entraîner le piston de la position a0 à a1 en utilisant deux vannes normalement fermées, une vanne doit être activée (mise sous tension, '1') tandis que l'autre est désactivée (mise hors tension, '0'). La vanne désactivée permet à l'air comprimé de s'échapper à l'orifice (R, 3), provoquant le déplacement du piston dans la direction requise. Les tableaux 1 et 2 fournissent plus de détails sur les états des vannes ('0' et '1' se réfèrent respectivement aux états non actionné et actionné de la vanne) lors de l'entraînement d'un vérin à double effet.
Au moins l'une des deux vannes doit être en position "échappement" pour éviter de pressuriser simultanément les deux orifices du vérin. Si les deux orifices sont pressurisés, le mouvement du piston dépendra de facteurs tels que l'état précédent du piston, la quantité de pression et le type de vérin.
Tableau 1 : Entraînement de vérin à double effet avec une vanne NF et une vanne NO
| Vanne NF (Gauche) | Vanne NO (Droite) | Position du piston |
| 0 | 0 | a0 |
| 1 | 0 | Pas d'état stable |
| 0 | 1 | Mouvement libre entre a0 et a1 |
| 1 | 1 | a1 |
Figure 6 : Entraînement de vérin à double effet avec une vanne NF et une vanne NO
Tableau 2 : Deux électrovannes pneumatiques NF contrôlant un vérin à double effet
| Vanne NF (Gauche) | Vanne NF (Droite) | Position du piston |
| 0 | 0 | Mouvement libre entre a0 et a1 |
| 1 | 0 | a1 |
| 0 | 1 | a0 |
| 1 | 1 | Pas d'état stable |
Figure 7 : Vérin pneumatique à double effet avec deux vannes NF
Applications de soufflage, de décharge de pression et de vide
Les vannes 3/2 voies sont idéales pour les applications de soufflage, de décharge de pression et de vide. Des vannes à pilotage externe ou à commande directe sont souvent nécessaires car elles ne requièrent pas une pression différentielle minimale. La figure 8 montre les configurations de vannes pour le soufflage, la décharge de pression et le vide.
Dans le circuit de vide, la pompe à vide est connectée à l'orifice (P, 1), et la pression atmosphérique est connectée à l'orifice (R, 3). Le vide est rompu lorsque l'orifice (A, 2) est connecté à l'orifice (R, 3). La ventouse saisit l'objet lorsque la pompe à vide (connectée à l'orifice P, 1) est activée.
Figure 8 : Vanne de soufflage 3/2 voies à pilotage externe (gauche), vanne de décharge à pilotage externe (droite)
Figure 9 : Symbole de vanne d'une vanne 3/2 voies utilisée pour une application de vide : Filtre à vide (A), ventouse (B), filtre avec séparateur, vidange manuelle (C), pompe à vide
FAQ
Comment fonctionne une vanne 3 voies 2 positions ?
Une vanne 3 voies 2 positions a trois orifices et deux positions. Elle dirige le flux entre deux des trois orifices dans chaque position, permettant le contrôle de la direction du fluide, généralement utilisée pour distribuer ou mélanger les flux.
Quelle est la différence entre une vanne 2 voies et une vanne 3 voies ?
Une vanne 2 voies est tout type de vanne avec deux orifices : un orifice d'entrée et un orifice de sortie. Une vanne 3 voies a trois orifices dans le corps de la vanne qui sont utilisés comme entrée, sortie et échappement.
