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Les vannes à soupape sont des vannes d'arrêt à mouvement linéaire utilisées pour démarrer, arrêter ou réguler le débit à l'aide d'un élément de fermeture appelé disque. Le disque du robinet à soupape peut fermer complètement le chemin d'écoulement ou peut être entièrement retiré. L'ouverture du siège change proportionnellement à la course du disque, ce qui est idéal pour les tâches impliquant la régulation du débit. Les vannes à soupape sont les plus adaptées et largement utilisées pour étrangler et contrôler le débit de fluide et sont généralement utilisées dans les canalisations de petite taille.

Un robinet à soupape utilise un mouvement linéaire pour déplacer un disque (élément de fermeture) dans ou hors de la surface d'appui. Les vannes à soupape forment une cavité de forme globulaire autour de la région du port, d'où leur nom. Le disque peut avoir différentes formes et se déplace perpendiculairement au siège du robinet à soupape. Ce mouvement du disque facilite l'ouverture et la fermeture de la vanne. Les robinets à soupape sont généralement utilisés pour les tuyaux de 8 pouces ou moins. Dans cet article, nous explorerons les types de vannes à soupape, leurs pièces, leur principe de fonctionnement, leur fonction, leur symbole, leur application, leurs avantages et leurs inconvénients.

De plus, selon la conception du siège et du disque, la charge d'appui des vannes à soupape peut être contrôlée positivement par une tige vissée. La capacité d'étanchéité du robinet à soupape est élevée. Ils peuvent être utilisés pour un service tout ou rien si la résistance au débit provenant du passage tortueux de ces vannes est acceptable. Certaines vannes à soupape sont également spécialement conçues pour une faible résistance au débit pour une utilisation en service tout ou rien. En raison de la courte distance de déplacement du disque entre les positions ouverte et fermée, les vannes à soupape sont idéales si la vanne doit être ouverte et fermée fréquemment. Ainsi, les vannes à soupape peuvent être utilisées pour un large éventail de tâches.

Pièces de robinet à soupape

Un robinet à soupape typique se compose des éléments suivants :

• Corps de vanne (6) : Forme globulaire
• Bonnet (7)
• Disque ou fiche (10)
• Tige (9)
• Joug
• Douille de presse-étoupe et bride (3)
• Anneau de siège (11)
• Manchon à empiècement (2)
• Boulons et écrous de presse-étoupe (4)
• Volant (1) : Actionneur mécanique
• Siège arrière
• Joint d'étanchéité à pression
• Emballage
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• Types de vannes à soupape

  Pour répondre à la gamme variée de tâches de travail au moindre coût, de nombreuses variantes de vannes à soupape sont conçues. Les trois types de configurations de robinets à soupape les plus courants disponibles pour un usage industriel sont

  Modèle de tee (type T) Les vannes à soupape possèdent le coefficient de débit le plus bas et une perte de charge plus élevée. Dans les services d'étranglement sévères, de telles vannes à soupape peuvent être utilisées. Si la chute de pression n'est pas un problème et qu'un étranglement est nécessaire, le robinet à soupape de type T sera un bon choix.

• Motif en étoile Les robinets à soupape peuvent être ouverts pendant de longues périodes sans érosion grave. Ils offrent une très faible résistance à l’écoulement. Pour les opérations de démarrage, les vannes à soupape de type Y sont largement utilisées.Modèle d'angle Les vannes à soupape font tourner le débit de fluide dans une direction perpendiculaire sans utiliser de coude. Pour les services à débit pulsé, des vannes à soupape à angle sont utilisées en raison de leur capacité à gérer l'effet de coupage.
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• Types de vannes à soupape en fonction de la connexion du chapeau du corps

  Sur la base des connexions corps-chapeau, les types de vannes à soupape suivants sont disponibles :

  • Capot vissé : Conception simple et peu coûteuse.
  • Capot boulonné : le plus populaire et le plus utilisé. Besoin d'un joint pour l'étanchéité des joints du corps et du capot.
  • Capot soudé : populaire là où aucun démontage n'est requis. Poids plus léger.
  • Chapeau à joint sous pression : pour les applications haute pression, ce type de vanne à soupape est utilisé.
  • Chapeau à bride : Peut être conçu pour n’importe quelle taille et pression de fonctionnement. Cependant, avec l'augmentation de la pression, ce type de robinet à soupape devient lourd et encombrant.
  • Chapeau à anneau-union : Un anneau-union vissé séparé est nécessaire pour maintenir le chapeau au corps de la vanne. Ce type de construction de robinet à soupape est généralement limité à une taille de 3 pouces.

  Siège de robinet à soupape

  Les robinets à soupape sont fournis avec un siège métallique ou un siège souple. Pour maintenir les contraintes des sièges uniformes, un certain nombre de variantes de conception des sièges sont réalisées. La figure suivante montre les configurations de sièges les plus fréquemment utilisées dans les vannes à soupape.

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• Fonction du robinet à soupape

  La fonction principale d'un robinet à soupape est de démarrer, d'arrêter ou de réguler le débit. Lorsque le robinet à soupape s'ouvre, le disque se déplace vers le haut, permettant au fluide de s'écouler proportionnellement. En position ouverte, la tige de valve se lève et sort par le haut. Globe Valve est normalement utilisé dans des tailles plus petites ; principalement des tailles de 12 pouces ou moins. Avec une augmentation de la taille du robinet à soupape, la puissance requise pour fonctionner augmente. Dans la pratique normale, une vanne à soupape fonctionne comme une vanne tout ou rien, mais elle peut également être utilisée à des fins d'étranglement.

  Principe de fonctionnement du robinet à soupape

  Reportez-vous à l'image en coupe transversale du robinet à soupape ci-dessous. Un robinet à soupape est composé d'un disque mobile et d'un siège annulaire fixe dans un corps sphérique. Le siège d'un robinet à soupape se trouve au milieu et parallèlement au tuyau, et l'ouverture du siège est fermée par le disque. Comme le montre l'image, lorsque le volant est tourné manuellement ou par un actionneur, le mouvement du disque est contrôlé (abaissé ou relevé) au moyen de la tige de vanne. Lorsque le disque du robinet à soupape repose sur l'anneau de siège, le débit est complètement arrêté.

  

  Mais lorsque le disque est soulevé, l'écoulement commence car le mouvement ascendant du disque crée un espace pour le fluide.

• Disques de vanne à soupape

  La position du disque et du siège du robinet à soupape peut être décrite schématiquement comme suit :

  

  Le disque d'un robinet à soupape est composé de trois modèles de base : Disque conventionnel (ou disque à bille), disque de composition et disque de type plug.

  Disque à billes : Dans le disque de type conventionnel, la construction du siège et du disque est constituée d'un disque métallique en forme de boule. Celui-ci possède une conicité courte et s’adapte facilement à un siège à surface plane dans le corps. Pour les services basse pression, ce type de robinet à soupape est très populaire et économique. Même si le disque à bille est capable d'étrangler le débit, il est toujours principalement utilisé pour démarrer et arrêter le débit.

• Disque de composition : Un anneau d'insertion dur et non métallique est utilisé sur le disque d'un modèle de disque de composition pour créer une fermeture plus serrée. Pour les applications à haute température et pression, les disques composites sont utilisés en raison de leur résilience et de leur résistance à l'érosion suffisantes. Le robinet à soupape à disque composé est essentiellement une version améliorée du robinet à soupape à disque conventionnel. Les disques de composition peuvent être remplacés ou réparés.

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  Brancher le disque : Le disque de bouchon est le meilleur parmi les trois modèles de disques de vanne à soupape et convient aux services d'étranglement. Un long bouchon métallique conique est transformé en un disque de bouchon qui s'insère dans un cône générant une large surface d'appui.

  Disque – Configuration de la tige

  La tige d'un robinet à soupape peut tourner ou ne pas tourner lors de la montée ou de l'abaissement du disque selon la conception. En conséquence, diverses configurations disque – tige sont disponibles comme

• Tige rotative avec disque intégré
  • Tige rotative avec disque non intégré
  • Tige non rotative avec disque intégré
  • Tige non rotative avec disque non intégré
• En raison de la simplicité de leur conception, la plupart des robinets à soupape intègrent une tige rotative.

• Direction du débit du robinet à soupape

  Pour les applications à basse température, le sens d'écoulement dans une vanne à soupape est installé de manière à ce que la pression agisse sous le disque. Cette conception facilite l'utilisation, protège la garniture et élimine une certaine quantité d'action érosive sur les faces du siège et du disque. Alors que, pour le service de vapeur à haute température, les vannes à soupape sont positionnées de telle sorte que la pression soit au-dessus du disque. Cela évitera la contraction de la tige lors du refroidissement qui pourrait avoir tendance à soulever le disque du siège.

• Symbole du robinet à soupape

  Le symbole de robinet à soupape suivant est très populaire dans l'industrie de la tuyauterie. Ceux-ci sont utilisés dans les P&ID pour différencier une vanne à gants des autres types de vannes.

  

  L'image suivante montre le symbole typique d'une vanne à soupape utilisé pour désigner une vanne de dérivation dans la station de contrôle.

  

  Schéma du robinet à soupape

  Les vannes à soupape sont disponibles en trois modèles de corps.

  • Modèle standard (motif en T ou motif en Z)
  • Modèle d'angle
  • Motif oblique (motif en étoile ou motif en Y)

  Vannes à soupape à modèle standard ou à modèle T/Z–

  Il s’agit du modèle de corps de robinet à soupape le plus courant. Le réglage horizontal du siège permet à la tige et au disque de se déplacer perpendiculairement à la direction d'écoulement du fluide. Cette conception offre la plus grande résistance à l’écoulement des fluides parmi tous les modèles disponibles. Cette conception de robinet à soupape de modèle standard présente le coefficient de débit le plus bas et la chute de pression la plus élevée. Pour les services d'étranglement sévères et les applications où la chute de pression n'est pas très préoccupante, comme dans les conduites de dérivation autour d'une vanne de régulation, ce type de vannes à soupape est couramment utilisé.

  

  Vanne à soupape à modèle oblique ou à modèle en Y

  La conception du corps du robinet à soupape à motif oblique convient aux applications nécessitant une faible chute de pression. Leur conception à motif oblique réduit au minimum la résistance à l'écoulement du robinet à soupape. Le siège et la tige étant inclinés à environ 45 degrés, ils offrent un chemin d'écoulement plus droit à pleine ouverture et offrent le moins de résistance à l'écoulement.

  

  Robinet à soupape à modèle d'angle

  La conception du corps du robinet à soupape à modèle angulaire est fabriquée en modifiant le robinet à soupape à modèle standard de base. Les extrémités des vannes de ce type de vannes à soupape sont perpendiculaires ou selon un angle de 90°, et l'écoulement du fluide s'effectue avec un seul tour de 90°. Par rapport aux vannes à soupape à motif oblique, elles ont un coefficient de débit légèrement inférieur. Pour les applications à débit pulsé en raison de leur capacité à gérer l'effet de coups, des vannes à soupape à angle sont utilisées.

  Lorsqu'un robinet à soupape est requis à proximité d'un coude de tuyau, le corps du robinet à soupape à motif angulaire offre deux avantages. Premièrement, le corps à motif angulaire offre une résistance à l'écoulement considérablement réduite. Deuxièmement, la conception du modèle d'angle évite l'utilisation d'un raccord de tuyau et d'un joint.

  

  Avantages du robinet à soupape

  Les principaux avantages des vannes à soupape peuvent être résumés comme suit :

  • Bonne capacité d'étanchéité.
  • Capacité de limitation modérée à bonne.
  • Course plus courte.
  • Offrent une large gamme de capacités disponibles dans les styles de corps en T, en étoile et en angle.
  • L'usinage et le resurfaçage des sièges sont faciles.
  • Le robinet à soupape peut être utilisé comme clapet anti-retour en modifiant légèrement sa conception.

  Inconvénients de la valve à gants

  Les inconvénients des robinets à soupape peuvent être répertoriés comme suit :

  • Des chutes de pression plus élevées en raison de nombreux changements de direction
    • Une plus grande force ou puissance requise pour asseoir la vanne.
    • Débit d'étranglement sous le siège et débit d'arrêt au-dessus du siège.

  • Applications du robinet à soupape

    Le robinet à soupape peut être utilisé dans une large gamme de services ; services de fluides basse pression et haute pression. Les applications typiques des vannes à soupape sont :

    • Systèmes d'eau de refroidissement nécessitant une régulation du débit.
    • Système fioul nécessitant une étanchéité.
    • Systèmes de dérivation de vannes de régulation.
    • Évents de point haut et drains de point bas.
    • Pétrole et gaz, eau d'alimentation, alimentation chimique, raffinerie, systèmes d'extraction d'air par condenseur et systèmes de drainage d'extraction.
    • Évents et drains de chaudière, services de vapeur, évents et drains de vapeur principaux et drains de chauffage.
    • Joints et drains de turbine.

    Vanne à soupape ou vanne à vanne

    Les principales différences entre le robinet à soupape et le robinet-vanne sont énumérées ci-dessous :

    Robinet à soupape	Vanne à vanne
    La construction du robinet à soupape en composants internes complexes et majeurs se trouve à l'intérieur de la cavité du corps.	La construction des vannes à vanne est plus simple, avec la majorité des pièces sur le dessus du corps de la vanne.
    Chute de pression élevée	Faible chute de pression.
    Globe Valve est unidirectionnel.	La vanne à vanne est une vanne multidirectionnelle.
    Globe Valve est utilisé pour le contrôle du débit.	Le robinet-vanne est utilisé uniquement pour l'isolation.
    Le disque du robinet à soupape se déplace parallèlement au fluide en écoulement.	Le disque du robinet-vanne se déplace perpendiculairement au flux de fluide.
    Globe Valve offre plus de résistance au débit de fluide.	Le robinet-vanne offre peu de résistance à l’écoulement du fluide.
    Le poids de la même taille et de la même valeur nominale du robinet à soupape est supérieur à celui du robinet-vanne.	Le poids du robinet-vanne est comparativement moindre.
    Le robinet à soupape est plus coûteux en raison de sa conception complexe	Comparativement moins cher
    Les robinets à soupape ne sont généralement pas utilisés pour des tailles supérieures à 12 pouces	Les vannes à vanne peuvent également être utilisées pour des tailles plus grandes.

    Vanne à soupape ou vanne à bille

    Le tableau suivant répertorie les principales différences entre un robinet à soupape et un robinet à bille.

    Robinet à soupape	Robinet à tournant sphérique
    Chute de pression élevée	Faible chute de pression
    Globe Valve utilise un disque qui fonctionne à contre-courant.	Le robinet à tournant sphérique utilise une boule qui se ferme à travers le débit.
    Globe Valve est une vanne à mouvement linéaire	Le robinet à tournant sphérique est une vanne à mouvement rotatif.
    Le robinet à soupape offre un meilleur contrôle que le robinet à bille	Le robinet à tournant sphérique offre de meilleures propriétés d'arrêt que le robinet à soupape.
    Le robinet à soupape est moins cher que les robinets à bille	Le robinet à tournant sphérique est de conception plus complexe que le robinet à soupape et donc plus coûteux.
    Fonctionnement lent	Arrêt rapide, possibilité de coup de bélier.

    Normes relatives aux robinets à soupape

    Les fabricants de robinets à soupape utilisent les codes et normes suivants pour concevoir des robinets à soupape pour les applications industrielles :

    Normes API pour les vannes à soupape :

    • API 623 – Vannes à soupape en acier – Extrémités à brides et à souder bout à bout, chapeaux boulonnés
    • API 602 – Vannes à guillotine, à soupape et anti-retour en acier pour les tailles DN 100 et inférieures pour les industries du pétrole et du gaz naturel
    • API 6D – Spécification pour les vannes de pipeline
    • API 598 – Inspection et tests des vannes
    • API 6FA – Essai incendie pour vannes

    Normes BS pour les vannes à soupape :

    • BS 1873 – Robinets à soupape et clapets d'arrêt et anti-retour en acier, extrémités à brides et à soudage bout à bout
    • BS 5152 – Robinets à soupape et clapets d'arrêt et anti-retour à soupape en fonte
    • BS 5352 – Vannes, robinets à soupape, clapets anti-retour et à boisseau en acier moulé et forgé, extrémités vissées et à emboîtement soudées

    Normes MSS pour les robinets à soupape :

    • MSS SP 80 – Robinets à soupape en bronze
    • MSS SP-85 Robinets à soupape et à angle en fonte, extrémités à brides et filetées
    • MSS SP 61 – Essais de pression des vannes en acier
    • MSS SP 25 – Système de marquage standard pour vannes, raccords, brides et raccords
    • MSS SP 45 – Raccordements de dérivation et de vidange
    • MSS SP 42 – Vannes à guillotine, à soupape, d'angle et anti-retour de classe 150 (PN 20) résistantes à la corrosion avec extrémités à brides et à souder bout à bout
    • Article de  Anup Kumar Dey