La sélection des vannes est une étape très importante dans la conception de tout système de traitement des fluides, car un mauvais type de vanne peut entraîner de nombreux problèmes. Parmi tous les types de vannes, le robinet-vanne et le robinet à boisseau sphérique sont deux des vannes les plus couramment utilisées dans l'ingénierie et la technologie. Bien qu'ils soient tous deux utilisés pour contrôler le flux de liquide, ils diffèrent en termes de conception, de fonctionnalité et d'application. Il est essentiel de comprendre ces différences pour obtenir les meilleurs résultats en termes de performances du système, de productivité et de sécurité dans de nombreuses industries. Cet article se concentre sur la description détaillée des robinets-vannes et des robinets à tournant sphérique, ce qui vous aidera à faire le bon choix pour votre application.
Qu'est-ce qu'un robinet-vanne ?
Dans sa forme la plus simple, un robinet-vanne est une vanne à mouvement linéaire qui ouvre ou ferme l'écoulement de l'eau ou de tout autre fluide. Sa principale application est d'ouvrir ou de fermer complètement l'écoulement du fluide, en permettant un écoulement complet lorsqu'il est en position ouverte et aucun écoulement lorsqu'il est en position fermée. Les types de robinets-vannes les plus courants sont les robinets-vannes à glissière parallèle, les robinets-vannes à coin (à coin plein, à coin flexible et à coin fendu) et les robinets-vannes à conduit traversant, qui sont conçus pour répondre à différentes conditions de pression et de température élevées.
Qu'est-ce qu'un robinet à boisseau sphérique ?
Un robinet à boisseau sphérique est un type de robinet rotatif qui tourne d'un quart de tour pour s'ouvrir ou se fermer à l'aide d'un disque sphérique percé d'un trou en son centre. Les robinets à tournant sphérique se caractérisent par leur capacité à se fermer rapidement, à assurer l'étanchéité et par leur taille relativement petite, ce qui les rend adaptés à une utilisation dans les systèmes d'alimentation en eau. Il existe plusieurs types de robinets à tournant sphérique, tels que les robinets à passage intégral, les robinets à passage réduit, les robinets à passage en V et les robinets à tournant sphérique monté sur tourillon, et chacun d'entre eux a des coefficients de débit et des pressions nominales différents. L'élément principal est une bille creuse avec un alésage rotatif.
Robinet-vanne ou robinet à boisseau sphérique : comment se comparent-ils ?
Travailler
Conception et structure
La structure des robinets-vannes et des robinets à tournant sphérique présente également quelques différences qui peuvent être décrites comme suit : Un robinet-vanne est composé d'un corps, d'un chapeau, d'une opercule, de bagues de siège, d'une tige et d'un actionneur qui peut être manuel ou automatique. L'opercule coulisse le long de la tige avec l'aide des bagues de siège pour réguler le débit. Les robinets à tournant sphérique, en revanche, sont généralement constitués d'un corps, d'un tournant sphérique, de sièges, d'une tige et d'un actionneur. Le boisseau, avec son alésage unique, est le principal composant de régulation du débit. Il tourne pour ouvrir ou fermer les sièges afin de permettre ou d'empêcher l'écoulement des fluides. Les robinets-vannes sont généralement plus grands et plus lourds que les robinets à tournant sphérique de même taille et de même classe de pression, principalement en raison de l'espace nécessaire au mouvement de la vanne.
Contrôle du débit
En ce qui concerne le contrôle du débit, les robinets-vannes sont principalement utilisés pour les applications tout ou rien dans les grandes conduites d'alimentation en eau. Ils ne sont pas très efficaces pour contrôler ou gérer le débit. L'ouverture partielle d'un robinet-vanne peut entraîner des vibrations dues au débit, l'érosion de l'opercule et des sièges en raison de la vitesse élevée du fluide passant par l'ouverture restreinte et l'endommagement du robinet. Les robinets à tournant sphérique sont principalement utilisés pour les services tout ou rien, mais ils peuvent offrir un certain degré d'étranglement, en particulier lorsque le robinet à tournant sphérique est doté d'un orifice en forme de V. Cependant, l'étranglement avec un robinet à tournant sphérique standard peut également provoquer l'usure du siège s'il est utilisé pendant une longue période. En termes de contrôle du débit, l'utilisation de vannes de régulation est plus recommandée que celle des robinets-vannes et des robinets à tournant sphérique.
Applications
Les robinets-vannes sont utilisés dans les processus où il est nécessaire d'assurer un débit important et libre du fluide et où le robinet n'est pas ouvert ou fermé fréquemment. Voici quelques exemples :
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Stations d'épuration des eaux et des eaux usées
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Oléoducs et gazoducs
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Centrales électriques
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Opérations minières
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Manutention de matériaux en vrac
Les robinets à tournant sphérique, en raison de leur fonctionnement rapide et de leur capacité de fermeture et d'étanchéité, sont utilisés dans une large gamme d'applications telles que :
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Systèmes CVC
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Distribution de gaz naturel
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Traitement chimique
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Industrie alimentaire et des boissons
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Produits pharmaceutiques
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Systèmes automatisés de contrôle des processus
Cela dépend principalement des besoins du système, par exemple, s'il nécessite une fermeture rapide, une étanchéité ou une faible perte de charge.
Performance d'étanchéité
L'étanchéité est l'un des aspects les plus importants de la performance des vannes, et les robinets-vannes et les robinets à tournant sphérique ont des degrés d'étanchéité variables. Les robinets à tournant sphérique, en particulier ceux dotés de sièges souples (PTFE ou élastomère), sont relativement plus efficaces en termes d'étanchéité que les robinets-vannes. Cela est dû à la forme sphérique de la bille et au contact uniforme avec les sièges le long de la surface d'étanchéité. Les robinets à opercule dépendent de la fermeture de l'opercule sur les sièges pour créer une étanchéité. Au fil du temps, les surfaces d'étanchéité des robinets-vannes peuvent être soumises à l'usure en fonction de la fréquence d'utilisation du robinet ou si le fluide traversant le robinet contient des matériaux abrasifs, ce qui peut entraîner des fuites.
Durée de vie
La durée de vie des robinets-vannes et des robinets à tournant sphérique dépend du matériau utilisé dans le robinet, des conditions de travail (pression, température, type de fluide) et de la fréquence d'utilisation. En général, les robinets à tournant sphérique sont de conception moins complexe et comportent moins de pièces en mouvement ; ils sont donc plus susceptibles d'avoir un cycle de vie plus long, en particulier dans les services cycliques. Le fonctionnement par quart de tour réduit également l'usure des pièces internes. Les robinets-vannes, en raison de leur mouvement de glissement, peuvent subir une usure plus importante de l'opercule et des sièges, en particulier si le robinet est utilisé pour l'étranglement. Néanmoins, lorsqu'elles sont utilisées principalement en position totalement ouverte ou totalement fermée et qu'elles ne sont pas exposées à des conditions sévères, les vannes à guillotine peuvent également servir pendant longtemps et garantir la durabilité du système dans son ensemble.
Entretien et nettoyage
La maintenance des robinets-vannes et des robinets à tournant sphérique est différente en raison de leur conception. Les robinets-vannes sont généralement plus exigeants en termes de maintenance en raison du nombre de pièces mobiles et de l'usure de l'opercule et des sièges. L'entretien de la tige peut nécessiter une lubrification fréquente, tandis que la garniture peut nécessiter une inspection pour vérifier qu'il n'y a pas de fuite. Le nettoyage peut également être plus compliqué dans le cas des robinets-vannes en raison de la cavité généralement disponible pour le dépôt de débris, ce qui entraîne une contamination. Les robinets à tournant sphérique sont comparativement moins complexes et nécessitent donc moins d'entretien. Néanmoins, les sièges des robinets à tournant sphérique peuvent être usés par des fluides abrasifs ou une pression élevée. Le nettoyage d'un robinet à boisseau sphérique est généralement facile, il suffit parfois d'ouvrir le robinet et de le rincer.
Facteurs à prendre en compte lors du choix entre robinets-vannes et robinets à boisseau sphérique
Type de fluide
La nature du fluide qui doit être géré par le système est un facteur essentiel dans le choix de la vanne. Pour les fluides propres et non visqueux, les robinets-vannes et les robinets à tournant sphérique peuvent constituer de meilleurs choix. Cependant, pour les fluides contenant des solides en suspension ou des boues, les robinets-vannes peuvent être plus susceptibles de se boucher ou d'endommager le siège en raison du mouvement de glissement de l'opercule. Les robinets à bille, qui se nettoient eux-mêmes lorsque la bille tourne, peuvent être préférables dans de telles applications. Pour les fluides très corrosifs, le matériau de construction des pièces de la vanne (corps, sièges, joints) est essentiel et les deux types de vannes sont fabriqués dans divers matériaux résistants à la corrosion et peuvent supporter des gaz.
Espace d'installation
La taille de l'espace d'installation peut également déterminer l'utilisation d'un robinet-vanne ou d'un robinet à boisseau sphérique. Les robinets à tournant sphérique sont généralement plus compacts que les robinets-vannes de même taille nominale et de même pression nominale. Les robinets à boisseau sphérique sont donc préférés dans de nombreux systèmes car ils nécessitent moins d'espace d'installation dans la plupart des cas. Les robinets-vannes ont besoin d'une course linéaire plus importante pour que la vanne soit entièrement soulevée lorsqu'elle est complètement ouverte, ce qui peut constituer une limitation dans certaines applications.
Coût
Le coût initial des robinets-vannes et des robinets à tournant sphérique peut varier en fonction de la taille, de la classe de pression, du matériau de construction et de la marque. En général, pour les petites tailles et les classes de pression faibles, le coût des robinets à boisseau sphérique peut être légèrement supérieur à celui des robinets-vannes. En revanche, pour les grandes dimensions et les classes de pression élevées, la différence de coût peut être minime et, dans certains cas, les robinets-vannes peuvent être moins chers. Le coût global doit également inclure les coûts à long terme, tels que les coûts de maintenance de l'équipement et les coûts de remplacement de l'équipement dans un avenir proche.
Pression
Pour les pressions faibles à moyennes allant jusqu'à la classe ANSI 300, les robinets-vannes et les robinets à tournant sphérique peuvent être utilisés, mais les robinets à tournant sphérique sont préférés en raison de leur meilleure étanchéité et de leur rapidité de fonctionnement. Pour les applications à haute pression (ANSI Class 600+), l'utilisation de conceptions spéciales est nécessaire pour les deux types de vannes. Les robinets-vannes sont utilisés pour les applications à très haute pression, mais il existe également des robinets à tournant sphérique à haute pression avec montage sur tourillon. Il est toujours important de s'assurer que la pression nominale de la vanne est supérieure à la pression maximale du système et aux chocs hydrauliques.
Température
Un autre facteur qui influence le choix de la vanne est la température du fluide manipulé. Les robinets-vannes et les robinets à tournant sphérique peuvent être commandés avec différents matériaux pour le corps, les sièges et les joints qui conviennent à différentes plages de température. La température joue un rôle important dans les performances et la durabilité de la vanne et peut donc être élevée ou basse. Par exemple, des températures élevées peuvent entraîner la détérioration de certains matériaux de siège souples utilisés dans les robinets à tournant sphérique. Le tableau suivant indique les limites de température approximatives pour les matériaux les plus couramment utilisés dans les robinets :
| Matériau | Plage de température typique (°C) | Plage de température typique (°F) |
| Acier au carbone | -29 à 427 | De -20 à 800 |
| Acier inoxydable | -196 à 538 | -320 à 1000 |
| PTFE (Téflon) | -200 à 260 | -328 à 500 |
| EPDM | -50 à 150 | -58 à 302 |
| Buna-N (Nitrile) | De -40 à 121 | -40 à 250 |
Actionnement des vannes : La prochaine étape pour les robinets-vannes et les robinets à tournant sphérique
Bien que les robinets-vannes et les robinets à tournant sphérique soient généralement actionnés à l'aide d'un volant ou d'un levier, il existe de nombreuses applications nécessitant une commande à distance ou automatique. C'est là que l'actionnement du robinet entre en jeu. Des actionneurs pneumatiques, électriques et hydrauliques peuvent être utilisés sur les robinets-vannes et les robinets à tournant sphérique. Les actionneurs pneumatiques fonctionnent sur le principe de l'air comprimé pour fournir la force nécessaire au fonctionnement de la vanne, ce qui en fait une solution rentable et efficace pour de nombreuses applications. Les actionneurs électriques utilisent un moteur électrique pour fournir le couple nécessaire au fonctionnement de la vanne, et ils sont faciles à interfacer avec les systèmes de contrôle.
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Conclusion
Le choix de la bonne vanne est crucial pour la réussite de tout système de traitement des fluides. Le choix entre ces deux types de vannes dépend de la nature de l'application, du type de fluide, de la pression, de la température, de l'espace disponible, du coût et de la nécessité ou non d'actionner la vanne. Ce n'est qu'en comprenant les différences et les points forts de chacun que l'on peut faire le bon choix de vannes et disposer d'un système de traitement des fluides meilleur et plus efficace.
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