Qu'est-ce qu'une vanne à opercule ?
Une vanne à opercule est un raccord qui ouvre ou ferme complètement l'écoulement dans les tuyauteries. Elle fonctionne avec un élément d'obturation en forme de coin et s'utilise exclusivement en position ouverte ou fermée, car des positions intermédiaires peuvent entraîner une usure des matériaux.
Vanne à opercule cunéiforme plate / Vanne à opercule cunéiforme ovale / Vanne à opercule cunéiforme ronde
Les dénominations « vanne à opercule en coin plate », « vanne à opercule en coin ovale » et « vanne à opercule en coin ronde » trouvent leur origine dans les débuts de la construction des vannes. Elles renvoient, d'une part, aux longueurs totales : les vannes à opercule en coin plate ont une longueur totale sensiblement plus courte (= plate) que les vannes à opercule en coin ovale ou en coin ronde. Par le passé, elles ne pouvaient être fabriquées que pour la gamme basse pression en PN 6 jusqu'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 vannes à opercule en coin ovale et en coin ronde sont nommées selon la conception de leur corps. En vue de dessus, les vannes à opercule en coin ovale présentent une partie supérieure de forme ovale, tandis que les vannes à opercule en coin ronde présentent une partie supérieure de forme ronde. Les premières vannes à opercule en coin ovale disponibles étaient conçues pour la gamme moyenne pression PN 10 et PN 16/25. Aux paliers de pression supérieurs, à partir de PN 25, la partie supérieure de l'opercule a dû être conçue de manière plus robuste, raison pour laquelle on s'est écarté de la forme ovale habituelle et a adopté une partie supérieure ronde.
L'étanchéité de ces vannes est assurée par un élément d'arrêt en forme de coin – d'où le nom de vanne en coin. (voir aussi les types d'éléments d'arrêt en coin)
Les vannes en coin peuvent, en raison de leur conception, être traversées par l'écoulement dans les deux sens et assurer l'étanchéité des deux côtés. Cependant, elles ne sont pas adaptées à la régulation et ne sont utilisées que comme vannes d’arrêt en position ouverte ou fermée (On/Off). En position intermédiaire, le coin d'étanchéité commence à vibrer, ce qui provoque des turbulences et une usure accrue des matériaux sur le coin, le corps et les surfaces d'étanchéité.
vanne à opercule
Conception ovale Conception circulaire
Broche interne / externe
Broche interne (non montante),
avec étanchéité métallique
Broche interne
Aujourd'hui, les vannes coulissantes 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'avoir une partie supérieure basse et sa fabrication est plus économique que celle des vannes coulissantes à broche externe.
Lorsque la broche est actionnée, elle s'engage dans le filetage du coin d'obturation. Cela entraîne le coin d'obturation vers le haut dans la partie supérieure de la vanne coulissante et ouvre la vanne. En tournant dans le sens inverse, la vanne se referme.
L'étanchéité de la broche peut être obtenue en option au moyen d'un presse-étoupe réglable ou par plusieurs joints toriques pratiquement sans entretien.
Les vannes à opercule avec une broche interne ne conviennent que pour des liquides et des gaz non agressifs. Parce que le filetage de la broche se trouve dans le flux du fluide, l'utilisation de milieux agressifs peut entraîner une contamination et le "grippage" ultérieur du filetage.
Broche externe
Dans les vannes avec une Broche externe, la partie filetée de la tige de la vanne ne se trouve pas à l'intérieur du corps, mais est située en partie supérieure, en dehors de la partie supérieure de la vanne. La zone lisse de la broche se trouve à l'intérieur du corps et est reliée de manière solidaire à l'opercule de la vanne. L'écrou de la broche est monté dans la soi-disant attache en bloc au-dessus du corps de la vanne. Lorsque la vanne est actionnée, l'écrou de la broche est tourné, "tirant" la broche, y compris l'opercule, vers le haut, et la vanne s'ouvre.
L'avantage par rapport aux vannes à Broche interne est qu'elles conviennent également aux milieux agressifs. Tant le filetage de la broche que l'étanchéité de la broche (presse-étoupe) sont situés en dehors de l'écoulement du fluide, ce qui signifie que le "grippage" du filetage de la broche est presque exclu.
La position de la broche peut également indiquer rapidement si la vanne est ouverte ou fermée.
Broche externe (montante),
étanchéité métallique
Broche montante / non montante
Broche montante = toujours externe, voir ci-dessus
Broche non montante = toujours interne, voir ci-dessus
Types de coins d'arrêt
Coin d'arrêt rigide
L'élément d'arrêt d'une vanne à opercule est en forme de coin et se compose généralement de deux plaques reliées.
Si les deux plaques du coin sont solidement reliées (soudées), elles sont complètement immobiles, et nous appelons cela un Coin d'arrêt rigide. Les deux côtés du coin et les « contreparties » dans le corps, les sièges du corps, doivent être usinés très précisément et de manière plane afin d'assurer une étanchéité sûre de la vanne vis-à-vis du fluide.
Dans les petites vannes à opercule de diamètre nominal inférieur à DN 40 et dans les très grandes vannes, le Coin d'arrêt rigide est généralement fabriqué en une seule pièce (matériau forgé, moulage). Il est particulièrement lourd et encombrant dans les grands diamètres nominaux, et donc relativement coûteux.
Coin d'arrêt flexible
Dans le coin d'arrêt flexible, les deux plaques du coin ne sont pas rigidement reliées mais ne sont connectées que par un pont au centre. Cela permet aux deux moitiés de plaque d'être élastiques (flexibles) dans une certaine mesure et de s'adapter ainsi plus précisément aux sièges du boîtier. L'étanchéité obtenue est sensiblement plus élevée que celle d'une vanne à coin d'arrêt rigide.
En raison de ses bonnes propriétés d'étanchéité et de son faible poids, les vannes sont aujourd'hui majoritairement fabriquées avec un coin d'arrêt flexible.
Des exceptions existent, notamment les vannes à étanchéité souple, principalement utilisées dans le secteur de l'eau/des eaux usées. Dans ces vannes, le coin d'arrêt rigide est entièrement vulcanisé avec du NBR ou de l'EPDM, ce qui permet d'atteindre un niveau élevé d'étanchéité.
Coin d'arrêt à double plaque
Les deux plaques d'étanchéité sont reliées entre elles de manière mobile, par exemple par des segments de bille ou des coques sphériques, ou via un mécanisme à ressort. Étant donné qu'elles s'auto-alignent, un haut degré d'étanchéité est obtenu et les plaques d'obturation peuvent être ouvertes et fermées avec moins d'effort. En raison du procédé de fabrication élaboré et coûteux, les vannes à opercule à double plaque sont presque exclusivement utilisées pour des applications haute pression dans les centrales électriques comme vannes d'arrêt principales à la sortie principale de vapeur ou au niveau des générateurs de vapeur.
Vannes à opercule à Étanchéité métallique
Les vannes d’arrêt classiques sont très polyvalentes : pour des milieux liquides et gazeux, ainsi que pour des milieux contaminés par de la poussière ou des particules dures, pour des milieux agressifs ou abrasifs, dans des applications à haute température et haute pression. Bien entendu, les matériaux utilisés et la conception (broche interne ou externe) doivent être adaptés au milieu d'exploitation concerné.
Dans toutes les Vannes à opercule à Étanchéité métallique, les sièges/joints d'étanchéité dans le corps et sur le coin sont fabriqués en matériaux métalliques. Pour obtenir une capacité d'étanchéité, une résistance à l'abrasion et/ou à la corrosion supérieures, des joints d'étanchéité en différents matériaux peuvent être utilisés.
Un inconvénient majeur des Vannes à opercule à Étanchéité métallique est que les impuretés présentes dans le milieu (p. ex. sable, calcaire) se déposent dans la partie inférieure du corps (la poche de la vanne). Ces dépôts peuvent empêcher le coin de se fermer complètement, ce qui entraîne alors une fuite.
Siège en Stellite
Stellite™ est un alliage dur à base de cobalt-chrome et sert de protection contre des charges d'usure élevées provenant du milieu d'exploitation. Dans la vanne à opercule, les sièges du corps et, le cas échéant, le coin et la broche sont revêtus de Stellite lorsqu'ils sont exposés à des milieux agressifs ou à de la vapeur surchauffée. Sans protection, des matériaux standard tels que 1.4021 ou 1.4571 ne résisteraient pas longtemps à ces fortes sollicitations. Ce revêtement peut être appliqué par recouvrement par soudage ou par projection thermique.
à étanchéité souple, coin d'arrêt rigide,
broche non montante
Vannes à opercule à étanchéité souple
Les vannes à opercule à étanchéité souple sont principalement utilisées dans le domaine de l'eau/assainissement. Comme la broche est étanchéifiée sans entretien par des joints toriques, les vannes à opercule à étanchéité souple conviennent également à l'utilisation avec du gaz (gaz naturel, biogaz).
Contrairement aux vannes à opercule classiques à étanchéité métallique, elles présentent un passage intégral lisse sans poche de vanne. Cela offre l'avantage que les vannes sont adaptées au passage d'un pig et que la tuyauterie peut être complètement nettoyée si nécessaire. Un soi‑disant 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 en NBR ou EPDM, atteignant une étanchéité conforme à DIN EN 12 266-1, classe de fuite A ! De plus, ces vannes conviennent, sous condition, à une application sous 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 ou aux milieux abrasifs. Comme toutes les vannes à opercule, elles servent « uniquement » à arrêter une canalisation, et non à réguler le fluide de service.
Couvercle vissé / soudé
Cela se rapporte à la manière dont le corps de la vanne à opercule est connecté à la partie supérieure.
Dans le cas d'un couvercle vissé, comme son nom l'indique, le corps et la partie supérieure sont vissés l'un à l'autre. La liaison est amovible, ce qui permet d'entretenir ou de remplacer les composants internes de la vanne à opercule à tout moment pour des opérations de maintenance ou de réparation.
Si une vanne est difficile d'accès ou doit être installée en souterrain, on utilise généralement la variante avec un couvercle soudé. Cela empêche le desserrage indésirable des vis du couvercle, par exemple en raison de vibrations pendant le fonctionnement, de la dilatation thermique, de l'usure du joint du couvercle, etc., et garantit l'étanchéité vers l'extérieur. En cas de réparation ou d'entretien, toutefois, l'appareil doit être complètement retiré 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 veut que la vanne à opercule soit fermée en tournant le volant dans le sens horaire et ouverte en le tournant dans le sens antihoraire.
De plus, les types d'actionnement suivants sont disponibles :
Réducteur avec volant :
Si les forces d'actionnement requises sont trop importantes, on peut utiliser un réducteur avec volant.
Levier à fermeture rapide :
Au lieu du volant, un bloc de palier avec 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, tandis qu'en poussant vers le bas sur le levier, elle se ferme.
Roue à chaîne :
Si la vanne à opercule est installée à une hauteur importante, on peut utiliser une roue à chaîne pour l'actionnement. Une chaîne est placée sur la roue à chaîne et fixée par un support de guidage pour l'empêcher de tomber. En tirant sur la chaîne, la vanne à opercule peut être ouverte ou fermée depuis le sol.
Clé d'actionnement :
Au lieu du volant, un carré est fixé à l'extrémité de la broche de la vanne à opercule. La vanne à opercule peut alors être actionnée avec une clé à mâchoires ou (lorsqu'elle est installée sous terre) depuis au-dessus à l'aide d'une clé en T.
Vannes actionnées automatiquement
Actionnements électriques :
Les actionneurs électriques peuvent être précisément adaptés aux exigences de la vanne et peuvent être alimentés, au choix, en courant triphasé, en courant alternatif ou en courant continu. Bien qu'ils soient coûteux à l'achat, ils ont une longue durée de vie et n'engendrent que de faibles coûts de maintenance (installation facile, aucune consommation d'énergie pendant les pauses de commutation, faciles d'entretien). Les temps de commutation peuvent être choisis de manière variable en fonction de l'application, allant d'environ 20 secondes à plusieurs minutes.
Actionnements pneumatiques :
Ils sont actionnés par air comprimé, sont moins chers que les actionnements électriques, présentent de courts temps de commutation et sont faciles d'entretien. Cependant, une alimentation en air comprimé et une électrovanne pour la commande sont nécessaires.
On distingue les actionneurs pneumatiques à double effet et à simple effet.
Double effet signifie que l'actionneur nécessite de l'air comprimé pour ouvrir la vanne et également pour la fermer.
Simple effet signifie que l'air comprimé est nécessaire soit pour ouvrir, soit pour fermer. Le réarmement s'effectue alors automatiquement par un ressort.
Actionnements hydrauliques :
Le même principe que pour les actionneurs pneumatiques. Cependant, ces actionneurs sont alimentés par de l'huile ou des liquides à base d'eau (peu inflammables).
Vannes à opercule à commande à distance
Les vannes à opercule ne peuvent pas toujours être actionnées directement sur le lieu d'installation, par ex. lorsqu'elles sont installées dans une fosse, sous l'eau ou dans le sol. L'actionnement s'effectue alors manuellement via une tige de commande ou une rallonge filetée, ou par un actionnement électrique, pneumatique ou hydraulique. Selon les conditions structurelles, il peut être nécessaire d'installer en supplément des renvois comportant deux articulations universelles ou à rotule ou davantage, ainsi qu'une colonne verticale équipée d'un volant ou d'un actionnement.
Ensemble d'installation
Les conduites d'eau et d'eaux usées, y compris leurs vannes à opercule, sont souvent installées sous terre. Pour actionner les vannes à opercule, on utilise un ensemble d'installation. L'ensemble d'installation se compose d'une rallonge qui est fermement reliée à la broche de la vanne à opercule. Pour la 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 la rallonge est équipée d'un carré, la soi-disant clé en T, qui sert à actionner la vanne à opercule. Un couvercle de voirie constitue la fermeture au niveau du sol ainsi que l'indication visible de l'ensemble d'installation situé en dessous.
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