Le mouvement complexe des fluides dans les systèmes industriels ne peut être complet sans l'aide des vannes industrielles. En ce qui concerne la sélection des vannes, les vannes à guillotine et les vannes papillon sont deux des types de vannes les plus populaires utilisées dans de nombreuses industries. Ces dispositifs mécaniques, généralement négligés dans la gestion globale des opérations, sont les contrôleurs du débit, de l'emplacement et du volume du flux. Le choix d'une mauvaise vanne peut entraîner une série de problèmes allant du gaspillage d'énergie à une consommation énergétique élevée, en passant par la défaillance de la vanne et même le danger. Il est donc important de connaître les différences entre ces deux types de vannes, ainsi que leurs avantages et leurs inconvénients. Il est également essentiel que les ingénieurs et les opérateurs de diverses industries possèdent ces connaissances afin d'éviter d'éventuels inconvénients lors du choix d'une vanne à opercule ou d'une vanne papillon pour leurs applications.
Qu'est-ce qu'un robinet-vanne ?
Un robinet-vanne est conçu de telle sorte qu'il possède une porte qui s'ouvre et se ferme pour réguler le débit des fluides. Il est principalement destiné aux services tout ou rien et offre un passage intégral et une faible perte de charge lorsqu'il est complètement ouvert. Un robinet-vanne fonctionne selon un mécanisme très simple. Il utilise une vanne ou un coin qui est placé perpendiculairement à la voie d'écoulement pour fermer le passage du fluide. Lorsqu'il est complètement ouvert, l'opercule est complètement éloigné du flux d'écoulement et produit le moins d'interférence possible. Les principales pièces du robinet-vanne sont le corps, le siège, l'opercule, la tige et le chapeau.
Types de robinets-vannes
Les robinets-vannes sont de différents types en fonction de leur conception et leur principe de fonctionnement est similaire, mais ils sont conçus pour des applications différentes. Le robinet-vanne à coin plein, comme son nom l'indique, est constitué d'une seule pièce et convient aux services généraux en raison de sa simplicité et de sa robustesse. Elles peuvent être fabriquées dans des matériaux tels que l'acier inoxydable afin d'accroître la durabilité de l'équipement. Dans les cas où la dilatation de la canalisation ou les contraintes peuvent entraîner un grippage, le robinet-vanne à coin flexible incorpore une coupe ou une fente dans le coin afin qu'il puisse fléchir et assurer une meilleure étanchéité, même dans ces conditions. Le robinet-vanne à coin divisé, composé de deux pièces distinctes qui se calent contre les sièges de la vanne, offre une meilleure étanchéité que les autres types de vannes, en particulier en présence de solides en suspension. Enfin, les robinets-vannes à glissière parallèle utilisent deux disques parallèles avec un mécanisme à ressort ou une pression de ligne pour maintenir les disques en contact avec les sièges ; ils sont utilisés dans les applications de vapeur à haute température et à haute pression parce qu'ils peuvent facilement supporter la distorsion thermique.
Qu'est-ce qu'une vanne papillon ?
Une vanne papillon est une vanne quart de tour qui contrôle l'écoulement des fluides par la rotation d'un disque. Ce disque est situé au milieu du tuyau et tourne sur une tige. En position complètement ouverte, le disque est tourné à environ 90 degrés pour permettre au fluide de s'écouler librement.
Types de vannes papillon
Les vannes papillon sont également disponibles en différents types, en fonction de l'application requise pour un processus donné. Le type de vanne papillon le plus courant est la vanne papillon de type wafer, qui est placée entre deux brides et fixée par des boulons qui traversent les brides. La vanne papillon à oreilles possède des inserts filetés ou "oreilles" qui lui permettent d'être boulonnée à une bride indépendamment de l'autre, ce qui la rend adaptée aux applications en cul-de-sac. Les vannes papillon ont des brides aux deux extrémités du disque qui sont compatibles avec les brides des canalisations, ce qui facilite l'alignement et la création d'une connexion solide, en particulier pour les grandes tailles ou les pressions élevées. Un autre type est la vanne papillon haute performance, qui peut avoir un disque décalé et un matériau de siège spécial pour lui permettre de fonctionner à des pressions et des températures plus élevées que le type standard.
Comparaison entre robinet-vanne et robinet-papillon : Principales différences
Principe structurel
La principale différence entre ces structures est la manière dont le flux est obstrué. Un robinet-vanne est doté d'une vanne qui s'ouvre et se ferme en ligne droite, soit à l'intérieur, soit à l'extérieur de la trajectoire du fluide. Lorsqu'il est ouvert, il ne présente pratiquement aucune restriction. En revanche, une vanne papillon utilise un disque situé sur le trajet du flux. Cependant, le disque est toujours maintenu à l'intérieur de l'alésage de la conduite, même lorsqu'il est complètement ouvert, mais dans une position parallèle à l'écoulement. Cette différence inhérente à la conception détermine leur applicabilité dans diverses applications et leurs performances. Le robinet-vanne a une conception à passage direct qui diffère de la conception plus compacte et rotative du robinet à papillon.
Direction de l'écoulement du produit
Une autre caractéristique importante est le sens d'écoulement du fluide. Les robinets-vannes sont de type bidirectionnel, ce qui signifie qu'ils sont capables de fermer le passage du fluide dans les deux sens, en fonction de la direction de l'écoulement du fluide vers le robinet-vanne. C'est un grand avantage dans les applications où le sens du flux peut être inversé ou lorsqu'une isolation dans l'une ou l'autre direction est souhaitée. Les vannes papillon, bien que généralement capables de gérer le débit dans les deux sens, peuvent avoir un sens de débit préférentiel pour des performances d'étanchéité optimales, en particulier à haute pression. La conception du disque et du siège peut parfois entraîner une légère chute de pression lorsque l'écoulement se fait dans le sens opposé.
Capacité de contrôle du débit
Les robinets-vannes ne sont pas adaptés au contrôle du débit, car ils n'ont pas la capacité de réguler le débit. Lorsqu'un robinet-vanne est partiellement ouvert, il provoque des vibrations, l'usure de l'opercule et des sièges en raison de la vitesse élevée du fluide passant par l'ouverture restreinte, et le robinet peut également être endommagé. Elles sont utilisées pour des applications tout ou rien, c'est-à-dire en position totalement ouverte ou totalement fermée. Les vannes papillon, quant à elles, sont idéales pour l'étranglement et le contrôle du débit, et offrent un meilleur contrôle. Le degré d'ouverture du disque est directement proportionnel à la restriction du débit et le débit peut être régulé avec un degré de précision relativement élevé. Toutefois, le maintien prolongé de positions partiellement ouvertes entraîne une usure du disque et du siège.
Dimensions et poids de la structure
Les robinets à papillon sont généralement plus compacts et plus légers que les robinets-vannes de même taille nominale et de même classe. Cette différence de dimensions structurelles et de poids peut être un facteur important dans les applications où l'espace est limité ou lorsque les considérations de poids sont cruciales, comme dans les plates-formes offshore ou les équipements portables. La distance face à face réduite des vannes papillon facilite également l'installation et l'utilisation des vannes papillon et réduit l'espace occupé par le système de tuyauterie. Les robinets-vannes, en raison du mouvement de la vanne, sont généralement plus longs et plus lourds, en particulier dans les grands systèmes de tuyauterie conçus pour des tuyaux de grand diamètre.
Performance d'étanchéité
Les robinets-vannes et les robinets-papillons peuvent tous deux assurer une fermeture étanche lorsqu'ils sont correctement sélectionnés et entretenus, mais la façon dont ils le font est différente. Les robinets-vannes sont conçus pour que l'opercule soit en contact étroit avec les sièges de soupape, ce qui est souvent le cas sous l'effet de la pression du fluide, qui rend la soupape hermétiquement fermée. Les vannes papillon sont étanches grâce à l'ajustement serré entre le bord du disque et le siège de la vanne, qui peut être constitué de divers matériaux élastiques. Bien que les deux puissent offrir une bonne étanchéité, l'étanchéité d'une vanne papillon peut être plus vulnérable aux dommages causés par les débris présents dans le flux d'écoulement en raison de l'exposition du siège. Les vannes papillon à haute performance et à structure de siège spéciale peuvent être aussi bonnes, voire meilleures, que d'autres types de vannes dans certaines applications.
Coût
Dans la plupart des cas, les robinets à papillon sont moins chers que les robinets-vannes, en particulier dans les grandes dimensions. En effet, elles sont relativement plus faciles à concevoir, comportent moins de pièces et sont plus légères, ce qui les rend moins coûteuses à fabriquer. La différence de coût est encore plus importante pour les conduites de grand diamètre, et c'est pourquoi les vannes papillon sont préférées lorsque leurs caractéristiques de performance sont adaptées à l'application. Mais si les dimensions sont extrêmement réduites ou si la pression est très élevée, la différence de coût peut ne pas être très importante et la décision sera basée sur d'autres facteurs tels que l'étanchéité et le contrôle du débit.
Avantages et inconvénients des robinets-vannes et des robinets à papillon
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Avantages des robinets-vannes
Les robinets-vannes conviennent parfaitement aux applications qui nécessitent un minimum de fuites grâce à leur bonne capacité d'étanchéité. Ils sont idéaux pour les applications à haute pression et à haute température qui sont caractéristiques des systèmes industriels et de canalisation. Lorsqu'ils sont complètement ouverts, ils offrent un passage direct, ce qui se traduit par une faible perte de charge. Ils sont construits pour durer longtemps et conviennent donc à une utilisation dans des conditions rigoureuses.
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Inconvénients des robinets-vannes
Un autre inconvénient des robinets-vannes est qu'ils sont lents à fonctionner, car il leur faut plusieurs tours pour s'ouvrir ou se fermer complètement. Ils sont également grands et massifs, ce qui rend leur installation et leur entretien difficiles. En outre, ils ne conviennent pas aux applications d'étranglement, car l'ouverture partielle de la vanne peut provoquer des turbulences et des vibrations susceptibles d'endommager la vanne. Les surfaces d'étanchéité ne sont pas permanentes et peuvent s'user avec le temps, d'où la nécessité de les remplacer ou de les entretenir.
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Avantages des vannes papillon
Les vannes papillon sont petites par la taille et légères par le poids et sont donc faciles à installer et à manœuvrer par rapport aux vannes à guillotine. Leur fonctionnement est rapide car elles peuvent être ouvertes et fermées rapidement, ce qui est essentiel dans les applications où il est nécessaire de réguler le débit. Contrairement aux robinets-vannes, ils offrent une bonne capacité d'étranglement, ce qui les rend adaptés à la régulation du débit. En outre, ils sont plus faciles à construire et nécessitent moins de matériaux, ce qui les rend moins chers pour de nombreux systèmes.
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Inconvénients des vannes papillon
Cependant, les vannes papillon peuvent ne pas être aussi étanches que les robinets-vannes, en particulier lorsqu'elles sont utilisées dans des systèmes à haute pression. En effet, la présence d'un disque dans le circuit d'écoulement entraîne une perte de charge plus importante que celle des robinets-vannes. Elles ne sont pas non plus très adaptées aux conditions de haute pression et de haute température. En outre, à certains débits, les vannes papillon peuvent développer des problèmes de cavitation et de vibration qui peuvent compromettre leur efficacité et leur durabilité.
Comment choisir entre un robinet-vanne et une vanne papillon ?
| Facteur | Vanne à guillotine | Vanne papillon |
| Application | Isolation tout ou rien, chute de pression minimale nécessaire | Environnement où l'espace est restreint |
| Coût | Généralement plus élevé, surtout dans les grandes tailles | Généralement plus bas, surtout dans les grandes tailles |
| Exigences en matière de débit | Écoulement complet et sans obstruction en position ouverte | Obstruction même en cas d'ouverture complète |
| Limitations de l'espace | Nécessite plus d'espace pour l'installation | Conception compacte, peu encombrante |
| Maintenance | Peut être plus complexe en raison de la multiplicité des pièces | Entretien généralement plus simple en raison du nombre réduit de pièces |
| Meilleur choix | Pour l'isolation où une perte de pression minimale est essentielle | Pour les applications d'étranglement et d'économie d'espace |
Tendances futures de l'utilisation des robinets-vannes et des robinets à papillon
L'avenir des robinets-vannes et des robinets-papillons est étroitement lié à l'utilisation de l'automatisation dans les industries. Ces deux types de vannes peuvent facilement être utilisés avec des actionneurs pneumatiques et électriques pour le contrôle à distance et la compatibilité avec des systèmes de contrôle complexes. Cela s'explique par le besoin croissant de productivité, de sécurité et de précision dans les opérations industrielles. Les actionneurs pneumatiques sont relativement moins chers et conviennent parfaitement à la plupart des applications, tandis que les actionneurs électriques sont précis et conviennent aux zones où l'air comprimé n'est pas facilement disponible. À l'avenir, ces vannes actionnées seront complétées par des technologies et des capteurs intelligents afin d'assurer une maintenance prédictive et un meilleur contrôle des flux.
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Conclusion
En conclusion, il est important de prendre la bonne décision entre les vannes à guillotine et les vannes papillon pour améliorer les performances des systèmes de contrôle des fluides industriels et éviter les problèmes. Il est clair qu'avec le développement de la technologie, l'actionnement électrique et pneumatique des vannes à guillotine et des vannes papillon devient de plus en plus populaire. L'adoption de ces solutions automatisées sera cruciale pour les industries qui cherchent à obtenir un meilleur contrôle, à accroître la sécurité et à rester compétitives dans l'avenir de la gestion des fluides.
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