Aperçu des vannes papillon

Vannes papillonLes vannes papillon appartiennent à la famille des vannes rotatives quart de tour, créées et utilisées pour la première fois dans des prototypes de machines à vapeur dès le XVIIIe siècle. Leur utilisation s'est développée dans les années 1950 pour des applications sur le marché du pétrole et du gaz, et 70 ans plus tard, elles restent largement utilisées dans de nombreuses applications industrielles.

Les vannes papillon peuvent être assemblées avec des poignées, des engrenages manuels,actionnement pneumatique ou hydrauliqueLa vanne est constituée d'une tige et d'un disque qui pivotent de 90° dans le sens horaire. Les vannes papillon sont populaires dans de nombreuses applications car elles sont économiques à entretenir, rapides à utiliser et légères par rapport aux autres types de vannes. La plupart des vannes papillon utilisent la même configuration de base : corps, tige, disque, siège et joint de tige. Cependant, d'autres pièces peuvent varier selon le type de vanne, comme les vannes à siège élastique, à revêtement, à simple excentration, à double excentration (souvent qualifiées de hautes performances) et à triple excentration. Ces types se distinguent par la géométrie du disque, de la tige, du siège et le matériau du siège.

L'un des principaux avantages d'une vanne papillon est la réduction de l'espace et du poids du système par rapport à d'autres options telles que les vannes à boisseau sphérique, les vannes à soupape ou les vannes à guillotine. L'installation d'une vanne papillon est plus simple et plus légère que celle d'une vanne à guillotine, et son coût de remplacement ou de réparation est généralement inférieur à celui d'une vanne à boisseau sphérique. Les vannes papillon présentent des limites d'utilisation en raison de leur orifice obstrué, une partie du disque étant toujours orientée vers le flux, même à pleine ouverture. Elles ne sont généralement pas utilisées pour les applications impliquant des boues lourdes, une vanne à guillotine ou une vanne à boisseau sphérique pour conditions difficiles étant privilégiée. Les vannes papillon sont également des produits polyvalents, utilisables aussi bien pour l'isolement que pour les applications de régulation/étranglement léger.

RÉSILIENT ASSIS CONCENTRIQUE
Les vannes à siège résilient sont concentriques à la canalisation, le disque étant maintenu au centre de la vanne. Ce type de vanne est à siège fixe, avec une interférence continue entre le disque et le siège. Les valeurs nominales sont généralement exprimées en pression de service à froid (PSF) plutôt qu'en classe, mais se situent entre les brides ASME de classe 125 et 150. Les vannes à siège résilient sont souvent conçues pour des pressions inférieures aux classes de pression ASME, ce qui les rend plus économiques pour les applications basse pression. L'étanchéité de la tige comprend un joint primaire (siège plat contre le moyeu du disque), un joint secondaire (diamètre de la tige supérieur à un trou du siège) et un joint tertiaire (joint de tige supérieur).

Les matériaux de corps courants incluent la fonte ductile, la fonte, l'acier au carbone, l'aluminium, l'acier inoxydable et le bronze d'aluminium. Les matériaux de siège courants incluent l'EPDM, le Buna-N, le PTFE, le caoutchouc naturel, etc. Les vannes papillon à siège résilient sont principalement utilisées pour les applications d'isolation et de contrôle, notamment le CVC, la chimie et la pétrochimie, l'agroalimentaire, la production d'électricité, l'eau et les eaux usées, le pétrole et le gaz, l'exploitation minière et la manutention de vrac sec. Leur sélection repose sur leur compatibilité avec le fluide circulant dans la canalisation et les conditions d'écoulement.

CONCENTRIQUE REVÊTU DE POLYMÈRE

Vannes papillon revêtuesConcentriques à la canalisation, ces produits à revêtement polymère offrent une durée de vie prolongée dans les milieux à forte teneur en acides. Parmi les options disponibles, on trouve des vannes à revêtement PTFE et PFA, toutes deux utilisées dans les industries pétrochimique, agroalimentaire et des boissons, où les fluides sont corrosifs. L'une des principales différences entre ces revêtements réside dans le fait que, dans les prototypes de machines à vapeur, les revêtements PFA restent flexibles au fil du temps, contrairement aux revêtements PTFE, en raison de leur mode de fabrication. Le PFA est fondu et lié chimiquement, tandis que le PTFE est fritté. La fusion et la liaison chimique créent un matériau plus dense et minimisent les poches d'air, ce qui assure flexibilité et étanchéité pour une utilisation prolongée dans des applications chimiques plus agressives. La vanne papillon à revêtement PTFE est généralement utilisée dans les applications liées à l'eau, à la saumure, à la pâte à papier et aux acides faibles. Le matériau du disque peut également varier selon l'application : acier inoxydable, acier inoxydable avec revêtement PTFE, PFA et UHMWPE (polyéthylène à très haut poids moléculaire).

HAUTE PERFORMANCE
Vannes papillon hautes performances(également appelées double décalage) présentent deux décalages : le premier décalage de la tige est décentré par rapport à la face d'appui du disque, ou derrière celle-ci, suivi du second décalage, qui décalent la tige de l'axe de la conduite. Ce double décalage crée un effet de came, éloignant le disque du siège plutôt que de le croiser, réduisant ainsi le frottement entre le disque et le siège, comme c'est le cas avec les vannes concentriques et à simple décalage.
Le double excentrage est couramment utilisé pour les applications d'isolation et de régulation, ainsi que pour les applications à cycles plus longs par rapport à une conception concentrique. La plupart des applications sont conçues pour des températures et des pressions plus élevées que celles des vannes à sièges résilients. Les sièges sont conçus pour fournir une force de réaction (contrainte de contact) au disque en position fermée. Cette contrainte de contact assure l'étanchéité avec le bord du disque. Ces conceptions peuvent être asservies à la pression, tandis que d'autres utilisent un ajustement serré assuré par un dispositif de sécurité du siège pour cette plage de pression. Les matériaux de corps courants sont l'acier au carbone, l'acier inoxydable et le bronze d'aluminium. Les matériaux de siège courants sont le PTFE, le PTFE renforcé, le TFM, l'UHMWPE et l'Inconel.

Des conceptions de sièges supplémentaires pour des applications spécifiques peuvent également inclure des sièges entièrement métalliques et ignifuges (à la fois souples et métalliques). Le siège métallique peut supporter des températures élevées, jusqu'à 400 °C (900 °F) en service sale, abrasif et de contrôle avec des températures élevées et des conditions de service difficiles. Le siège ignifuge est utilisé dans les services à risque d'incendie, utilisant un matériau souple pour l'isolation tout en assurant une étanchéité métal sur métal constante au disque en cas d'incendie. Dans ces applications, la vanne vise à assurer l'isolation afin d'éviter d'alimenter les flammes.

Leconception à double décalageIls peuvent être configurés pour des applications cryogéniques ; ils sont le plus souvent utilisés dans les applications de gaz industriels tels que l'argon, l'hélium, l'hydrogène, l'azote et l'oxygène. Le choix des matériaux est basé sur le service, l'accent étant mis sur la robustesse et la résistance aux chocs des matériaux de l'enveloppe sous pression à température de procédé. Les normes applicables à ces applications incluent des spécifications de matériaux strictes ainsi que des exigences de nettoyage pour la sécurité et le fonctionnement des vannes en service.

TRIPLE DÉCALAGE
Soupapes à triple décalageElles partagent le concept de premier et deuxième décalage avec les vannes papillon hautes performances et incluent un troisième décalage supplémentaire, les surfaces d'appui étant dotées d'une surface conique inclinée. Ce troisième décalage permet à l'élément d'étanchéité (bague d'étanchéité) de n'engager la surface d'appui qu'en position finale.
Degré de fermeture (et désengagement immédiat du siège à l'ouverture), évitant tout frottement entre les composants d'étanchéité. Ce type de vanne est à couple de serrage, ce qui signifie que le couple est appliqué pour solliciter les éléments d'étanchéité et assurer la fermeture. La bague d'étanchéité peut être constituée de couches laminées de métal et de graphite ou d'une tôle pleine, toutes deux remplaçables sur site. Le siège de vanne peut être boulonné (remplaçable sur site) ou intégré au corps de vanne. Les vannes à triple excentration sont intrinsèquement résistantes au feu et compatibles avec les classes de pression de la classe 150 à la classe 1500. Cette conception peut être utilisée dans une large plage de températures, de -320 °F à 1 500 °F, dans différentes configurations grâce à l'étanchéité métal sur métal.

Les matériaux de corps courants sont l'acier au carbone, l'acier inoxydable et le bronze d'aluminium, tandis que les matériaux de siège courants sont l'acier inoxydable 316 renforcé, le bronze d'aluminium nickelé, le Stellite et l'acier inoxydable duplex. Les matériaux d'étanchéité courants sont l'acier inoxydable duplex laminé, le Monel, le XM-19 ou l'Inconel avec des couches métalliques de graphite ou de PTFE, et les options en métal massif incluent l'acier inoxydable duplex, l'Inconel ou le XM-19. Les principales applications des vannes à triple excentration sont la distribution de vapeur, la pétrochimie, les parcs de stockage, les terminaux et la commutation.

La vanne à triple excentration, configurée pour le service cryogénique, permet des températures allant jusqu'à -220 °C ; elle est utilisée pour le GNL, l'hydrogène liquide et l'oxygène liquide, entre autres. Les chapeaux allongés protègent la garniture de tige des températures extrêmement froides.

Les modèles à températures plus élevées, jusqu'à 1 500 °F, utilisent un joint torique solide et un chapeau pour dissiper le transfert de chaleur vers la garniture et l'actionnement. Cette conception est principalement utilisée dans les turbines, les applications à sels fondus et à air chaud.

TYPES DE CONNEXION FINALE
Les vannes papillon offrent de multiples options de raccordement, notamment sans bride, à oreilles, à double bride et à souder bout à bout. Certaines options facilitent la maintenance, d'autres sont adaptées à un usage en bout de ligne, et certaines conceptions se comparent entre elles en termes de poids et de coût.

Les vannes à brides sont conçues pour être installées entre des brides, avec une faible dimension face à face par rapport au diamètre de la canalisation. Ces vannes ne peuvent pas être utilisées en service en cul-de-sac, ce qui nécessite des vannes d'isolement supplémentaires lors des arrêts pour maintenance. Les vannes à brides sont plus légères et moins chères que les vannes à oreilles et sont souvent utilisées pour les applications à basse pression.
Les vannes à oreilles sont conçues pour être boulonnées sur une ou les deux brides à l'aide de fixations filetées dans les saillies des oreilles du corps de la vanne, avec une dimension face à face réduite par rapport au diamètre de la canalisation. Ces vannes peuvent également être utilisées en bout de ligne selon la conception du siège, mais peuvent être déclassées et plus lourdes que les vannes à oreillettes.
Les vannes à double bride sont conçues avec des brides aux deux extrémités du corps pour fixer la vanne aux brides correspondantes de la conduite à l'aide de boulons ou de goujons et d'écrous. Elles peuvent être utilisées en service en bout de ligne ; cependant, certains types de vannes peuvent être déclassés.
Les vannes à embouts soudés bout à bout sont conçues avec des chanfreins (préparation de soudure) sur chaque face pour correspondre à l'épaisseur et au chanfrein du tuyau. Les deux extrémités sont aboutées à la canalisation et soudées. Elles sont utilisées dans les applications où le démontage est peu fréquent ou où une fuite potentielle entre les boulons de bride est un problème.

TYPES D'AUTOMATISATION
De nombreux types d'actionneurs permettent de contrôler l'ouverture et la fermeture d'une vanne papillon. L'actionneur fournit le couple nécessaire à l'ouverture et à la fermeture correctes de la vanne en service. Les types d'actionneurs suivants sont associés aux vannes papillon :

Le fonctionnement manuel d'une vanne est le mode d'actionnement le plus simple. Il utilise une molette ou un levier pour contrôler la position de la tige et du disque. Les commandes manuelles sont également très économiques et sont généralement utilisées avec des vannes de petite taille nécessitant un couple plus faible. Elles sont particulièrement adaptées aux applications où l'alimentation électrique n'est pas disponible. Leur vitesse est relativement lente, ce qui les rend peu adaptées aux applications d'arrêt d'urgence.
Les actionneurs de vannes électriques sont équipés d'un réducteur permettant de régler la vitesse du moteur, augmentant ou diminuant ainsi le couple. Faciles à entretenir, ils sont relativement simples à installer et fonctionnent de manière relativement silencieuse. La position de la vanne dépend du signal d'entrée de tension ou de courant et peut être équipée de fins de course qui arrêtent l'actionneur en position complètement fermée ou complètement ouverte. Les actionneurs électriques sont utilisés lorsque l'alimentation électrique est stable.
Les actionneurs à crémaillère contiennent des ressorts dans une chambre qui fonctionnent à l'entrée et à la sortie de l'air comprimé. Ces types d'actionneurs pneumatiques, à simple ou double effet, sont compacts, relativement économiques et légers. Leurs temps de réaction plus rapides permettent leur utilisation dans les applications d'étranglement ; ils nécessitent une alimentation externe en air comprimé.
Les actionneurs à étrier peuvent fonctionner à l'air comprimé ou au fluide hydraulique. Ils sont constitués d'une manivelle et d'un piston dans un cylindre creux. La pression est appliquée d'un côté, et la force résultante déplace le piston linéairement pour faire tourner la tige et le disque. Ces actionneurs peuvent être conçus avec des modules pour faciliter la maintenance, en retirant simplement une partie de l'actionneur au lieu de l'ensemble complet. L'étrier est plus grand et plus coûteux que la crémaillère, mais son couple de sortie est bien plus élevé pour les vannes de plus grande taille. L'étrier peut également être associé à des accessoires de commande pour les applications à fermeture rapide ou en douceur.
Les actionneurs de vannes hydrauliques utilisent la force hydraulique fournie par un fluide pour contrôler la position du disque et de la tige. Ils sont disponibles en simple ou double effet. Le simple effet fonctionne grâce à l'absence de pression du fluide, maintenant la vanne en position fermée ; lorsque la pression augmente, le fluide pousse le piston vers la vanne pour l'ouvrir. Le double effet utilise une pompe hydraulique qui inverse le sens du fluide pour ouvrir et fermer la vanne. Ces actionneurs sont utilisés pour les vannes de très grande taille ou à usage intensif nécessitant un couple de serrage important ; ils peuvent également être utilisés avec des solénoïdes pour un meilleur contrôle de la position.
NORMES DE CONCEPTION DES VANNE PAPILLON
Les vannes papillon sont soumises à de nombreuses normes nationales et internationales qui définissent les critères de conception, tels que l'épaisseur de paroi, la longueur entre faces, les schémas de montage, le perçage des brides, les émissions fugitives, etc. Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des normes courantes applicables aux différents types de vannes papillon.

Normes communes pour la conception des vannes

Les vannes papillon offrent une proposition de valeur unique grâce à leur poids, leur encombrement et leur rentabilité. Elles offrent une variété d'options en termes de matériaux de siège, de conceptions d'étanchéité et de plages de températures et de pressions nominales. Elles constituent l'un des plus grands marchés de vannes, après les vannes à boisseau sphérique et les vannes à guillotine. Leur croissance continue grâce à la flexibilité de l'automatisation, à un couple plus faible et à des performances améliorées en matière d'émissions fugitives par rapport aux vannes linéaires.