Qu’est-ce qu’une vanne d’arrêt ?
Une vanne d’arrêt est une vanne qui ferme une voie d’écoulement en obturant un fluide, tel qu’un liquide ou un gaz, à l’aide d’un disque (disque de vanne).
En général, les termes “robinet-vanne” et “vanne d’orientation” sont également utilisés comme synonymes.
Les vannes d’arrêt sont appelées ainsi parce que le disque (le clapet de vanne) glisse dans le canal d’écoulement et le ferme, comme une vanne dans une écluse.
Utilisations des vannes d’arrêt
Les vannes d’arrêt peuvent contrôler le débit d’un fluide sur une large plage de pression et de température et sont utilisées dans un grand nombre d’applications, de l’usage domestique à l’industrie générale en passant par la recherche universitaire. Les compteurs d’eau, les compteurs de gaz et la tuyauterie des chauffe-eau en sont des exemples familiers.
Les vannes d’arrêt, en particulier, sont normalement utilisées en position entièrement ouverte ou entièrement fermée, car le disque vibre lorsqu’il est utilisé en position d’ouverture médiane. Ces vannes sont donc utilisées comme vannes d’arrêt.
Elles sont généralement installées dans les canalisations ou comme vannes de division dans les canalisations d’approvisionnement en eau, par exemple, afin de maintenir la vanne ouverte en permanence ou de la fermer. Les vannes d’arrêt manuelles nécessitent de nombreuses rotations de la poignée et prennent du temps pour s’ouvrir et se fermer.
C’est pourquoi les vannes d’arrêt avec actionneur automatique d’ouverture/fermeture sont utilisées pour des ouvertures/fermetures très fréquentes ou pour un fonctionnement à distance.
Principe des vannes d’arrêt
Le principe d’une vanne à guillotine est très simple : lorsqu’elle est ouverte, le disque (clapet) est abaissé par le corps (boîte à vannes), ce qui coupe la voie d’écoulement et ferme le fluide. Une vanne fermée fait l’inverse : elle soulève le disque et ouvre la voie d’écoulement, permettant au fluide de circuler.
Le disque est soulevé et abaissé par un mécanisme à vis sur la tige, qui est tournée par une poignée ou un actionneur.
1. Chute de pression dans les vannes d’arrêt
Les vannes d’arrêt sont souvent conçues comme des vannes à passage intégral et se caractérisent par une perte de charge extrêmement faible lorsqu’elles sont complètement ouvertes, étant donné qu’il y a peu de différence dans la zone de passage du flux entre l’intérieur du corps et la tuyauterie d’entrée/sortie et que le passage du flux est presque rectiligne.
Les robinets à soupape, qui sont souvent utilisés comme robinets d’arrêt au même titre que les vannes d’arrêt, ont un chemin d’écoulement en forme de S dans le corps, de sorte que la perte de pression à pleine ouverture est plus élevée que celle des vannes d’arrêt.
La perte de pression est la quantité d’énergie perdue lorsqu’un fluide passe dans une conduite. Elle est causée par les pertes de friction dues aux parois internes de la conduite et à la génération de turbulences.
2. Phénomène du coup de bélier dans les vannes d’arrêt
Les vannes d’arrêt sont moins sujettes au phénomène du coup de bélier car elles ont une course relativement importante à l’ouverture et à la fermeture et ne peuvent pas s’ouvrir et se fermer brusquement. Le coup de bélier désigne le phénomène d’augmentation ou de diminution transitoire de la pression dans une conduite en raison d’un changement soudain de la vitesse d’écoulement lors de l’ouverture ou de la fermeture rapide de la vanne.
Les fluctuations de pression dues aux coups de bélier peuvent entraîner les problèmes suivants :
- Une augmentation soudaine de la pression endommage la tuyauterie, les pompes, les vannes et autres équipements qui y sont raccordés, ainsi que le matériel de support de la tuyauterie.
- Les chutes de pression soudaines entraînent des déformations de la tuyauterie et des dommages à la tuyauterie en raison des augmentations de pression secondaires causées par la séparation de la colonne d’eau.
- Les fluctuations de pression rendent le contrôle de la pression difficile.
Structure des vannes d’arrêt
Les vannes d’arrêt se composent principalement d’un corps (boîte à vannes), d’un disque (clapet de vanne), d’une tige (tige de vanne) et d’une poignée. Les vannes d’arrêt peuvent être actionnées par une poignée ou un actionneur.
La poignée est fixée à la tige et transmet la rotation à la tige. Lorsque la vanne est ouverte, la rotation de la poignée fait tourner la vis de la tige dans un sens qui soulève le disque, tandis que la rotation inverse fait tourner le disque vers le bas lorsque la vanne est fermée.
Types de vannes d’arrêt
1. Classification selon le mode d’ouverture/fermeture
Les vannes d’arrêt présentent les trois principaux types suivants de méthodes de fonctionnement et d’entraînement pour l’ouverture et la fermeture :
- Type manuel
Rotation de la tige à l’aide d’une poignée, etc. - Type pneumatique
Rotation de la tige par un actionneur pneumatique. - Type électrique
Rotation de la potence à l’aide d’un actionneur électrique
2. Classification selon la forme et la construction du disque
Les vannes d’arrêt sont classées comme suit en fonction de la forme et de la construction du disque :
- Disque parallèle ou en coin
Disques à section transversale “parallèle” ou “en coin”. - Parallèle coulissant
Combinaison de deux disques parallèles l’un à l’autre, où la pression du fluide exerce une pression superficielle sur la surface du siège de sortie (siège de soupape). - Double disque
Composé de deux disques, la tige écarte les disques et exerce une pression sur les surfaces des sièges d’entrée et de sortie.
3. Type à levée de tige et type sans levée de tige
Les vannes d’arrêt ont une tige qui tourne pour déplacer le disque vers le haut et vers le bas, mais peut ou non changer de position lorsque la tige tourne.
Type à levée de tige
Avec le type à levée de tige, la position de la tige ou de la poignée monte ou descend avec la rotation de la tige. Le degré d’ouverture et de fermeture peut être déterminé par la position de la tige ou de la poignée, de sorte que l’état peut être vérifié visuellement.
La tige ou la poignée monte, ce qui nécessite plus d’espace pour actionner la poignée.
Type à tige non montante
Dans le cas du type à tige montante, la tige ou la poignée ne monte ni ne descend avec la rotation de la tige. Le degrés d’ouverture et de fermeture ne peut pas être déterminé par la position de la tige ou de la poignée, de sorte que l’état ne peut pas être vérifié visuellement.
De plus, comme la tige ou la poignée ne se lève pas, l’espace disponible pour actionner la poignée est réduit.
4. Classification selon le matériau du corps
Les vannes d’arrêt peuvent être classées en fonction du matériau du corps. Les matériaux courants du corps sont les suivants :
- Fonte grise
- Fonte à graphite sphéroïdal
- Pièces forgées en acier au carbone pour appareils à pression
- Produits en acier moulé à haute température et à haute pression
- Pièces moulées en acier inoxydable
- Pièces moulées en cuivre et alliages de cuivre
- Pièces moulées en bronze Classe 3
- Barres en cuivre et en alliage de cuivre
- Laiton pour forgeage
Le choix du matériau du corps est basé sur les exigences suivantes : (pour plus de détails, se référer au catalogue du fabricant concerné, etc)
- Type de fluide, pression, température, vitesse d’écoulement, présence ou absence d’impuretés
- Exigence ou non d’une résistance à la corrosion
- Réglementations et normes applicables