Vannes à guillotinesont le fruit de la révolution industrielle. Si certains modèles de vannes, comme les robinets à soupape et les robinets à boisseau sphérique, existent depuis plus longtemps, les robinets-vannes ont dominé l'industrie pendant de nombreuses décennies, cédant récemment une part de marché substantielle àvanne à boisseau sphérique et vanne papillondessins.
La vanne à guillotine diffère des vannes à boisseau sphérique, à boisseau sphérique et à papillon par le fait que l'élément de fermeture, appelé disque, guillotine ou obturateur, s'élève à la base d'une tige ou d'un axe hors du passage d'eau et pénètre dans le chapeau, appelé chapeau, par plusieurs tours de la tige ou de l'axe. Ces vannes à ouverture rectiligne sont également appelées vannes multitours ou linéaires et diffèrent des vannes quart de tour, dont les tiges pivotent à 90 degrés et ne s'élèvent généralement pas.
Les robinets-vannes sont disponibles dans des dizaines de matériaux différents et plusieurs classes de pression. Leurs dimensions varient de ½ pouce NPS, idéal pour la main, à 144 pouces NPS, imposant comme un camion. Les robinets-vannes sont fabriqués à partir de pièces moulées, forgées ou soudées, bien que les modèles moulés soient prédominants.
L'un des atouts majeurs des robinets-vannes est leur capacité à s'ouvrir complètement, laissant l'orifice d'écoulement pratiquement libre de tout encombrement ou frottement. Un robinet-vanne ouvert offre à peu près la même résistance à l'écoulement qu'une section de conduite de même diamètre. Par conséquent, les robinets-vannes sont toujours fortement recommandés pour les applications de blocage ou de tout ou rien. Dans certaines nomenclatures, un robinet-vanne est appelé « robinet à opercule ».vanne de blocage.
Les robinets-vannes sont généralement un mauvais choix pour réguler le débit ou fonctionner dans toute autre position que complètement ouverte ou complètement fermée. L'utilisation d'un robinet-vanne partiellement ouvert pour étrangler ou réguler le débit peut endommager le disque ou les sièges du corps, en raison du choc des surfaces de siège l'une contre l'autre dans un environnement d'écoulement partiellement ouvert et turbulent.
STYLES DE ROBINETS À GUILLOTINE
De l'extérieur, la plupart des robinets-vannes se ressemblent. Cependant, à l'intérieur, les possibilités de conception sont nombreuses. La plupart des robinets-vannes sont constitués d'un corps et d'un chapeau contenant un élément de fermeture, appelé disque ou vanne. Cet élément de fermeture est fixé à une tige traversant le chapeau de la vanne et reliant un volant ou un autre dispositif d'actionnement à la tige. La pression autour de la tige est contenue par une garniture comprimée dans une zone ou une chambre de garniture.
Le mouvement du disque d'un robinet-vanne sur la tige détermine si la tige monte ou se visse dans le disque lors de l'ouverture. Cette réaction définit également les deux principaux types de robinet-vanne à tige/disque :tige montante ou tige non montante (NRS)La tige montante est le type de conception tige/disque le plus populaire sur le marché industriel, tandis que le type non montant est depuis longtemps privilégié dans les secteurs de l'eau et de la plomberie. Certaines applications marines, où les robinets-vannes sont encore utilisés et où l'espace est restreint, utilisent également le type NRS.
La conception de tige/chapeau la plus courante utilisée sur les vannes industrielles est lavis et fourche extérieures (OS&Y)La conception OS&Y est privilégiée pour les environnements corrosifs, car les filetages sont situés hors de la zone de confinement du fluide. Elle diffère également des autres conceptions par le fait que le volant est fixé à une douille située au sommet de l'arcade de la vanne, et non à la tige elle-même. Ainsi, le volant ne remonte pas à l'ouverture de la vanne.
GARNITURE DE VANNE À GUICHET
Le terme « trim » est souvent entendu lorsque les professionnels de la robinetterie parlent de vannes à opercule industrielles. Le terme « trim » n'a rien à voir avec la finesse et l'ajustement d'une vanne ; il désigne plutôt les composants internes d'une vanne exposés à de fortes contraintes ou soumis à une forte combinaison d'érosion et de corrosion. Dans une vanne à opercule, les composants internes sont la tige, la portée du disque, les sièges du corps et, le cas échéant, le siège arrière. Les vannes courantes en bronze ou en laiton sont généralement dotées de pièces internes fabriquées dans le même matériau que le corps et le chapeau. Les vannes en fonte et en fonte ductile sont équipées soit entièrement de pièces internes en fer, soit parfois en bronze. On appelle « corps en fonte, monté en bronze » (IBBM) une vanne en fonte avec pièces internes en bronze. Les vannes en acier peuvent être fournies avec différents types de pièces internes. Le stellite, l'hastelloy, l'acier inoxydable 316, l'acier inoxydable 347, le monel et l'alliage 20 sont quelques-uns des matériaux couramment utilisés pour les pièces internes des vannes à opercule.
CONCEPTION DE DISQUE
Le cœur du robinet-vanne est l'élément de fermeture, qui peut être de deux types : à opercule ou à siège parallèle. Le type à opercule, le plus répandu, existe depuis son invention par le célèbre ingénieur britannique James Nasmyth en 1843. Ce type de robinet utilise un disque légèrement incliné s'adaptant aux mêmes sièges inclinés du corps de vanne pour assurer une fermeture étanche. Le siège de ces robinets est maintenu par l'application d'un couple qui pousse fermement le disque dans les sièges. Trois types de disques à opercule sont disponibles :
Lecoin solideC'est la plus ancienne vanne à obturateur à coin, et à une époque, la quasi-totalité des obturateurs à coin étaient de type massif. L'inconvénient d'une conception massive est son manque de flexibilité. En cas de déformation du corps ou du siège due à des variations de température extrêmes ou à des contraintes sur la tuyauterie, le disque massif peut se coincer dans les sièges. Le disque massif est toujours standard sur les vannes en bronze, en fonte, pour l'eau et en acier au carbone compact (type API 602).
Le disque flexible à coin est tout simplement flexible. Grâce à l'ajout d'une rainure ou d'une fente sur sa périphérie, il s'adapte aux variations de température et aux contraintes de tuyauterie sans se bloquer. Sa conception flexible est également plus facile à fabriquer, car les imperfections mineures des angles de la surface d'appui peuvent être compensées par la flexibilité du disque. Le disque à coin flexible est de loin le type le plus courant sur les robinets-vannes standard utilisés dans les applications industrielles.
Letype à coin fenduIl s'agit d'une conception en deux parties avec des surfaces de contact à l'arrière de chaque demi-pavillon. Ces surfaces de contact permettent une transmission uniforme de la poussée de la tige vers le bas aux faces du pavillon et aux sièges. Cette conception flexible offre également une protection contre le blocage dû à la dilatation thermique. L'inconvénient de la conception en deux parties est qu'en cas d'utilisation sale, des résidus ou des débris peuvent s'accumuler entre les deux demi-pavillons, provoquant un mauvais positionnement, voire un blocage, de la vanne. Les conceptions à clavette fendue sont courantes sur les vannes en acier inoxydable et en alliages forts, ainsi que sur de nombreuses petites vannes en bronze.
Les obturateurs à coin sont guidés par des rainures ou des nervures moulées ou soudées dans le corps de la vanne. Ces guides maintiennent l'alignement du disque lors de l'ouverture et de la fermeture, et l'empêchent également de glisser contre le siège aval lors de l'ouverture et de la fermeture.
L'autre style de disque de vanne à guillotine est lesiège parallèleConception. Les sièges parallèles peuvent être à ressort pour assurer une meilleure étanchéité ou créer une étanchéité positive en amont. Les vannes à sièges parallèles sont à siège positionné, c'est-à-dire que c'est la position du disque qui détermine l'efficacité de l'étanchéité, et non la force (le couple) appliquée au disque par la tige.
CONCEPTION DE LA CARROSSERIE/CAPOTEAU
Les robinets-vannes sont généralement constitués de deux parties principales : le corps et le chapeau. Ces deux éléments constituent l'enveloppe sous pression du robinet-vanne. L'interface entre ces deux composants est conçue de différentes manières.
Le joint vissé est la conception la plus simple. Cependant, il n'est utilisé que pour les vannes en bronze basse pression et peu coûteuses.
Le joint union est également principalement utilisé sur les vannes en bronze, mais la conception du joint permet un démontage plus facile pour la réparation et l'entretien.
L'assemblage à chapeau boulonné est le plus répandu et équipe la grande majorité des vannes-vannes industrielles actuelles. Contrairement aux vannes à chapeau fileté et à raccord union, l'assemblage à chapeau boulonné nécessite un joint pour assurer l'étanchéité entre le corps et le chapeau.
Lejoint d'étanchéité sous pressionLa vanne est alimentée par la pression du fluide dans le corps de la vanne, agissant sur un joint en forme de coin, en fonte douce ou en graphite, intercalé entre le corps et le chapeau. Sur une vanne à joint étanche, plus la pression dans la cavité du corps est élevée, plus la force exercée sur le joint est importante. Les chapeaux à joint étanche sont largement utilisés pour les applications haute pression et haute température, comme dans le secteur de l'énergie.
Les chapeaux soudés sont un joint corps-chapeau très populaire pour les vannes en acier compactes de tailles ½ pouce à 2 pouces et de classes de pression 800 à 2500, où le démontage n'est pas nécessaire.
AUTRES CONCEPTIONS DE ROBINETS À GUILLOTINE
La famille des vannes à guillotine comprend également des vannes à guillotine et des vannes à sas.porte à couteauest particulièrement adapté à une utilisation dans les boues telles que celles des usines de pâtes et papiers.
Les vannes à guillotine sont très fines, à peine plus larges que leur élément de fermeture (disque). En raison de leur géométrie unique et de leur faible section, elles sont réservées aux applications basse pression.
En apparence, la vanne à guillotine ne semble même pas appartenir à la famille des vannes à guillotine ; cependant, en raison de sa conception à disque coulissant, elle est caractérisée comme une vanne à guillotine.vannesIls sont limités à de très basses pressions, généralement à une simple pression de refoulement. Ils sont principalement utilisés dans les systèmes d'assainissement et d'irrigation.
SEGMENTS DE MARCHÉ DES ROBINETS À GUILLOTINE
Tandis que levanne quart de tourSi les vannes à siège parallèle ont conquis une part importante du marché des vannes à opercule au cours des 50 dernières années, certaines industries en dépendent encore fortement, notamment l'industrie pétrolière et gazière. Les oléoducs et les pipelines de pétrole brut sont toujours équipés de vannes à siège parallèle, malgré la percée des vannes à boisseau sphérique dans les gazoducs.
Dans les plus grandes dimensions, les vannes à guillotine restent le choix privilégié de l'industrie du raffinage pour la plupart des applications. La robustesse de leur conception et leur coût total de possession (incluant les coûts de réparation) sont des atouts qui rendent cette conception traditionnelle attractive.
En termes d'application, de nombreux procédés de raffinerie utilisent des températures supérieures à la température de fonctionnement sûre du Téflon, qui est le principal matériau d'assise des vannes à boisseau sphérique flottantes.papillon haute performanceLes vannes et les robinets à boisseau sphérique à siège métallique commencent à être de plus en plus utilisés dans les applications de raffinage, bien que leur coût total de possession soit souvent plus élevé que celui du robinet-vanne.
Le secteur des réseaux d'eau est toujours dominé par les vannes à guillotine en fer. Elles sont relativement peu coûteuses et durables, même pour les applications enterrées.
L'industrie de l'énergie utilise des vannes à guillotine en alliage pour des applications impliquant de trèshaute pression et très haute températureBien que certaines vannes à globe à motif en Y plus récentes et des vannes à boisseau sphérique à siège métallique conçues pour le service de blocage soient présentes dans les centrales électriques, les vannes à guillotine sont toujours appréciées des concepteurs et des exploitants d'usines.
MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION
L'acier et le fer sont les matériaux les plus courants pour la construction de robinets-vannes. L'acier est le choix privilégié pour la plupart des applications industrielles, tandis que le fer est utilisé pour l'eau, les eaux usées et le chauffage, la ventilation et la climatisation (CVC). Parmi les autres matériaux populaires pour la construction de robinets-vannes, on trouve l'acier inoxydable, le bronze et les alliages à haute teneur tels que l'Hastelloy et l'Inconel.
Les normes relatives à la conception et à la construction des vannes à guillotine sont publiées par l'American Petroleum Institute (API), Société de normalisation des fabricants (MSS), Association américaine des réseaux d'eau (AWWA) et la Société américaine des ingénieurs en mécanique (ASME).
TOUJOURS POPULAIRE
Les robinets-vannes restent le choix privilégié pour de nombreuses applications. Leur rapport coût de fabrication/valeur reste très élevé. Sur les projets pétrochimiques et de raffinage actuels, le pourcentage de robinets-vannes sur les commandes est d'environ 60 %.
Mark Twain a dit un jour : « Les rumeurs de ma mort ont été grandement exagérées. » Bien que les vannes à boisseau sphérique, à boisseau sphérique et à papillon gagnent des parts de marché depuis des décennies, la vénérable vanne à guillotine peut réagir de la même manière : les rumeurs de sa disparition ont été exagérées.
Date de publication : 12 avril 2022