Vanne à opercule à coin d'arrêt
vanne à opercule à coin plat / vanne à opercule à coin ovale / vanne à opercule à coin rond
Les dénominations « vanne à opercule à coin plat », « vanne à opercule à coin ovale » et « vanne à opercule à coin rond » remontent aux débuts de la construction des vannes. Elles se rapportent, d'une part, aux longueurs totales : les vannes à opercule à coin plat présentent une longueur totale sensiblement plus courte (= plate) que les vannes à opercule à coin ovale ou à coin rond. Autrefois, elles ne pouvaient être fabriquées que pour la plage de basse pression, de PN 6 à un maximum de PN 10. Aujourd'hui, cela est possible pour le secteur de l'eau et des eaux usées jusqu'à PN 25.
D'autre part, les glissières en coin ovales et les glissières en coin rondes sont désignées selon la conception de leur boîtier. En vue de dessus, les glissières en coin ovales présentent une partie supérieure de forme ovale, tandis que les glissières en coin rondes ont une partie supérieure ronde. Les glissières en coin ovales initialement disponibles étaient fabriquées pour les plages de pression nominale PN 10 et PN 16/25. À des niveaux de pression plus élevés, à partir de PN 25, la partie supérieure de la glissière a dû être conçue de manière plus robuste, c'est pourquoi la forme ovale traditionnelle a été abandonnée au profit d'une partie supérieure ronde.
Le jointement de ces montages est assuré à l'aide d'un élément d'arrêt en forme de coin – d'où le nom vanne à opercule en coin (voir aussi Types de coins d'arrêt).
Les vannes à opercule en coin peuvent laisser passer l'écoulement dans les deux sens en raison de leur conception et assurent l'étanchéité des deux côtés. Cependant, elles ne conviennent pas à la régulation et sont utilisées uniquement comme vannes d’arrêt en positions ouvertes ou fermées (On/Off). En position intermédiaire, le coin d'étanchéité commence à vibrer, ce qui entraîne des turbulences et une usure accrue des matériaux sur le coin, le corps et les surfaces d'étanchéité.
Broche interne / externe
De nos jours, les vannes à broche interne sont les plus couramment utilisées, la partie filetée de la broche étant située dans le corps de la vanne. Cette conception compacte permet d'obtenir une partie supérieure de faible hauteur et est plus économique à fabriquer que les vannes à broche externe.
Lorsque la broche est manœuvrée, elle tourne dans le filetage du coin d'arrêt de la vanne. Cela tire le coin d'arrêt vers le haut dans la partie supérieure de la vanne et ouvre la vanne. En tournant dans le sens inverse, la vanne se referme.
L'étanchéité de la broche peut être assurée, en option, par une garniture réglable ou par plusieurs joints toriques, qui sont pratiquement sans entretien.
Les vannes à broche interne conviennent uniquement aux liquides et gaz non agressifs. Comme le filetage de la broche est exposé à l'écoulement du fluide, l'utilisation de milieux agressifs peut entraîner une contamination et le « grippage » ultérieur du filetage.
Broche externe – Construction et avantages
Dans les vannes à broches externes, la partie filetée de la tige de la broche ne se trouve pas à l'intérieur du boîtier, mais plutôt en haut, à l'extérieur de la partie supérieure de la vanne. La zone lisse de la broche est située à l'intérieur du boîtier et est reliée par ajustement au coin d'arrêt de la vanne. L'écrou de la broche est monté dans la tête dite "block" au-dessus du boîtier de la vanne. Lors de la manœuvre de la vanne, l'écrou de la broche est tourné et « tire » la broche, y compris le coin d'arrêt, vers le haut, ouvrant ainsi la vanne.
L'avantage par rapport aux vannes à broche interne est qu'elles conviennent également aux milieux agressifs. Le filetage de la broche ainsi que l'étanchéité de la broche (garniture) se trouvent à l'extérieur de l'écoulement du produit, ce qui rend presque impossible le « grippage » du filetage de la broche.
En fonction de la position de la broche, on peut également reconnaître rapidement si la vanne est ouverte ou fermée.
Broche montante / non montante
- Broche montante = toujours externe
- Broche non montante = toujours interne
Types de coins d'arrêt
Coin d'arrêt rigide et Coin d'arrêt flexible
L'élément d'arrêt d'une vanne à opercule a une forme de coin et se compose généralement de deux plaques reliées l'une à l'autre.
Si les deux plaques de coin sont fermement reliées (soudées), elles sont complètement immobiles ; on parle alors d'un coin d'arrêt rigide. Les deux faces du coin et les « counterparts » dans le corps, les sièges du corps, doivent être usinés très précisément et plans afin d'assurer une étanchéité fiable de la vanne vis‑à‑vis du milieu.
Dans les petites vannes de moins de DN 40, ainsi que dans les très grandes vannes, le coin d'arrêt rigide est généralement monobloc (matériau forgé, moulé). Il est particulièrement lourd et donc coûteux, notamment pour les grands diamètres nominaux.
Dans le cas du Coin d'arrêt flexible, les deux plaques de coin ne sont pas rigidement reliées mais seulement jointes par un pont au milieu. Cela rend les deux demi‑plaques élastiques (flexibles) dans une certaine mesure et leur permet de mieux s'adapter aux sièges du corps. L'étanchéité obtenue est ici nettement supérieure à celle d'une vanne munie d'un coin d'arrêt rigide.
En raison de sa bonne étanchéité et de son faible poids, les vannes sont aujourd'hui majoritairement conçues avec un Coin d'arrêt flexible. Les exceptions sont les vannes à étanchéité souple, principalement utilisées dans les applications d'eau et d'eaux usées. Dans ces vannes, le coin d'arrêt rigide est entièrement vulcanisé avec NBR (Caoutchouc nitrile butadiène) ou EPDM (Éthylène-propylène-diène monomère, caoutchouc), obtenant une grande étanchéité.
Coin d'arrêt à double plaque
Les deux plaques d'étanchéité sont reliées entre elles de manière mobile, par exemple au moyen de segments sphériques ou de coques à bille ou via un mécanisme à ressort. Étant auto-ajustantes, elles permettent d'obtenir une étanchéité élevée et les vannes peuvent être ouvertes et fermées avec moins d'effort. En raison du procédé de fabrication complexe et onéreux, les vannes à double plaque sont presque exclusivement utilisées pour des applications haute pression dans les centrales électriques en tant que vannes d’arrêt principales à la sortie vapeur principale ou au niveau des générateurs de vapeur.
Vannes à opercule à Étanchéité métallique
La vanne à opercule classique est très polyvalente : adaptée aux milieux liquides et gazeux ainsi qu'aux milieux chargés de poussières ou de particules dures, aux milieux agressifs ou abrasifs, pour des applications à haute température et haute pression. Bien sûr, les matériaux utilisés et la conception (Broche interne / externe) doivent être adaptés au média de procédé respectif.
Dans toutes les vannes à étanchéité métallique, les sièges/anneaux d'étanchéité dans le boîtier et sur le coin d'arrêt sont fabriqués en matériaux métalliques. Pour obtenir une étanchéité supérieure, une résistance à l'usure et/ou une résistance à la corrosion accrues, des anneaux d'étanchéité en différents matériaux peuvent être utilisés.
Un inconvénient majeur des Vannes à opercule à Étanchéité métallique est que des impuretés présentes dans le média (p. ex., du sable, de la chaux) se déposent dans la partie inférieure du boîtier (la poche de l'obturateur). Ces dépôts peuvent empêcher la fermeture complète du coin d'arrêt, ce qui entraîne alors une fuite.
Siège en cobalt-chrome
“Stellite” est un alliage dur à base de cobalt-chrome et sert de protection contre des sollicitations d'usure élevées du média de procédé. Dans le cas de la vanne à opercule, les sièges du boîtier et éventuellement le coin d'arrêt ainsi que la broche sont recouverts de Stellite lorsqu'ils sont exposés à des milieux agressifs ou à de la vapeur surchauffée.
Les matériaux standard non protégés, tels que 1.4021 ou 1.4571, ne résisteraient pas longtemps aux fortes contraintes. Ce revêtement peut être appliqué par soudage ou projection à la flamme.
Vannes à opercule à étanchéité souple
Les Vannes à opercule à étanchéité souple sont principalement utilisées dans le domaine de l'eau et des eaux usées. Étant donné que la broche est étanchéifiée sans entretien par des joints toriques, les Vannes à opercule à étanchéité souple conviennent également pour une utilisation avec des gaz (gaz naturel, biogaz).
Contrairement aux vannes à opercule classiques à étanchéité métallique, elles présentent un passage intégral sans poche pour le coin. Cela présente l'avantage que les vannes peuvent être parcourues par un « pig » et que la tuyauterie peut être entièrement nettoyée si nécessaire. Un « pig » est un dispositif de nettoyage ou d'inspection qui est poussé à travers la tuyauterie à l'aide de la pression.
Un autre avantage est la grande étanchéité des vannes au niveau du passage. Le coin d'arrêt est vulcanisé avec du NBR ou de l'EPDM, obtenant une étanchéité conforme à DIN EN 12266-1, classe de fuite A ! De plus, ces vannes sont conditionnellement adaptées au vide.
En raison du revêtement en caoutchouc, les Vannes à opercule à étanchéité souple ne conviennent pas aux températures élevées, aux pressions de service (PS) élevées ni aux milieux abrasifs. Comme toutes les autres vannes, elles conviennent « uniquement » pour couper le flux et non pour réguler le Média de procédé.
Couvercle vissé / soudé
Il s'agit de la manière dont le corps de la vanne à opercule est relié à la partie supérieure.
Dans le cas d'un couvercle vissé, comme son nom l'indique, le corps et la partie supérieure sont vissés ensemble. La connexion est démontable, de sorte que, par exemple, les pièces internes de l'opercule peuvent être usinées ou remplacées à tout moment à des fins d'entretien ou de réparation.
Si une vanne à opercule est difficile d'accès ou doit être installée enterrée, on utilise généralement la version à couvercle soudé. Un desserrage indésirable des vis du couvercle, par exemple dû aux vibrations en service, à la dilatation thermique, à l'usure du joint du couvercle, etc., est ainsi exclu, et l'étanchéité vers l'extérieur est assurée. Cependant, en cas de réparation ou d'entretien, la vanne doit être complètement retirée de la tuyauterie, et la liaison du couvercle doit être séparée en atelier.
Types d'entraînement
Le type d'entraînement classique pour les vannes à opercule est le volant. La norme internationale prévoit que la vanne à opercule se ferme en tournant le volant dans le sens des aiguilles d'une montre et s'ouvre en le tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
En outre, on distingue les types d'entraînement suivants :
Réducteur avec volant :
Si les forces d'actionnement requises sont trop élevées, un réducteur avec volant peut être utilisé.
Levier à fermeture rapide :
Au lieu du volant, un bloc de palier muni d'un levier est fixé à la partie supérieure de la vanne à opercule ; en tirant vers le haut, la vanne à opercule s'ouvre brusquement, et en poussant le levier vers le bas, elle se ferme.
Pignon :
Si la vanne à opercule est installée en hauteur, un pignon peut être utilisé pour l'actionnement. Une chaîne est passée sur le pignon et sécurisée contre la chute à l'aide d'un support de guidage. En tirant sur la chaîne, la vanne à opercule peut être ouverte ou fermée depuis le sol.
Clé d'actionnement :
Au lieu du volant, une section carrée est fixée à l'extrémité de la broche de la vanne à opercule. La vanne à opercule peut alors être actionnée à l'aide d'une clé ou (lorsqu'elle est installée sous terre) depuis le dessus avec une clé en T.
Vannes à opercule actionnées automatiquement
Actionnements électriques :
Les actionneurs électriques peuvent être adaptés avec précision aux exigences de la vanne à opercule et peuvent être alimentés, selon le cas, en courant triphasé, en courant alternatif ou en courant continu.
Bien qu'ils soient coûteux à l'achat, ils offrent une longue durée de vie et n'engendrent que de faibles coûts de maintenance (installation simple, pas de consommation d'énergie pendant les pauses de commutation, maintenance aisée).
Les temps de commutation peuvent être choisis de manière variable en fonction de l'application, entre environ 20 secondes et plusieurs minutes.
Actionnements pneumatiques :
Ils sont actionnés par de l'air comprimé, sont moins coûteux que les actionnements électriques, ont des temps de commutation courts et sont faciles d'entretien. Cependant, une conduite d'alimentation en air comprimé et une électrovanne pour le contrôle sont nécessaires.
On distingue les actionnements pneumatiques à double effet et à simple effet.
Actionneur à double effet: L'actionneur nécessite de l'air comprimé pour ouvrir la vanne à opercule et aussi pour la fermer.
Actionneur à simple effet: L'air comprimé est nécessaire soit pour ouvrir soit pour fermer. Le retour se fait automatiquement par un ressort.
Actionnements hydrauliques:
Le même principe que pour les actionnements pneumatiques et hydrauliques. Cependant, ces actionnements sont alimentés par de l'huile ou des liquides à base d'eau (peu inflammables).
Vannes à opercule actionnées à distance
Les vannes à opercule ne peuvent pas toujours être actionnées directement sur le site d'installation, p. ex. lorsqu'elles sont installées dans un regard, sous l'eau ou dans le sol. L'actionnement s'effectue alors manuellement via une tige d'entraînement ou une rallonge de broche, ou par un actionnement électrique, pneumatique ou hydraulique. Selon les conditions structurelles, il peut être nécessaire d'installer en outre des renvois comportant deux cardans universels ou plus ou des rotules, ainsi qu'une colonne au sol avec un volant ou un actionnement.
Ensemble d'installation
Les conduites d'eau et d'eaux usées, y compris leur vanne à opercule, sont souvent installées sous terre. Pour actionner les vannes, on utilise un ensemble d'installation. L'ensemble d'installation se compose d'une tige d'extension qui est solidement reliée à la broche de la vanne. Pour se protéger contre la contamination par l'eau de percolation et le sol environnant, la tige est recouverte d'un tuyau en PE. L'extrémité supérieure de l'extension est équipée d'une forme carrée, sur laquelle est placée la soi-disant manette en T pour actionner la vanne. Une borne de rue constitue l'aboutissement au niveau du sol et sert d'indication visible de l'ensemble d'installation situé en dessous.
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