Que sont les vannes papillon ?
Une vanne papillon est un organe qui ouvre ou ferme l'écoulement du fluide par un mouvement de rotation de 90°. Elle est compacte et de construction simple, ce qui génère des avantages en termes de coûts. Elle est principalement utilisée pour des opérations d'ouverture/fermeture et convient, sous certaines conditions, à la régulation (étranglement).
Domaines d'application / Formes de corps / Conceptions / Joints
Les vannes papillon se composent généralement d'un corps compact, d'un disque de vanne destiné à interrompre ou à permettre l'écoulement, d'un arbre (avec paliers et joints) et d'un organe d'actionnement. Le disque de la vanne s'ouvre ou se ferme par une rotation de 90° actionnée par l'organe d'actionnement. Lorsqu'il est complètement ouvert, le disque de la vanne est parallèle à la direction d'écoulement, dans le flux du fluide.
Le domaine d'application classique des vannes papillon :
Les vannes papillon sont généralement utilisées comme dispositifs d'arrêt purs pour des opérations d'ouverture/fermeture. Comme le disque se trouve également dans le passage d'écoulement même lorsqu'il est complètement ouvert, leur utilisation avec des milieux contenant des solides n'est pas recommandée. Un passage complètement libre n'est donc pas assuré. Il est donc impossible de nettoyer la conduite à l'aide, par exemple, de racleurs.
Les vannes papillon peuvent également être utilisées de manière conditionnelle pour l'étranglement ou la régulation du fluide d'écoulement, bien qu'elles présentent le désavantage suivant en raison de leur conception. Plus le disque est fermé, plus la vitesse d'écoulement dans l'orifice augmente. Cela entraîne de la cavitation et des turbulences du fluide, ce qui peut endommager les composants internes, en particulier les joints.
La position d'installation de la vanne papillon est variable, à condition que l'arbre de la vanne soit horizontal.
Vanne papillon concentrique
Vanne papillon avec œillets filetés.
L'actionnement est manuel au moyen d'un levier ou, pour des diamètres nominaux plus importants, via un réducteur avec volant manuel. Les vannes d'arrêt automatisées peuvent être actionnées par des motorisations électriques, pneumatiques ou hydrauliques.
Les avantages des vannes papillon par rapport aux vannes, aux vannes à opercule et aux vannes à boisseau sphérique résident dans leur construction simple et leurs dimensions compactes. Elles nécessitent moins de matière, présentent un poids moindre et requièrent moins d'espace lors de l'installation, ce qui entraîne des économies de coûts significatives. Elles sont très polyvalentes et offrent un temps de manœuvre très court grâce à une rotation de 90°.
Un inconvénient est l'agencement lié à la conception du disque de vanne, qui se trouve dans le passage du fluide. Par conséquent, elles sont plutôt inadaptées aux milieux contenant des solides, et il est impossible de procéder au nettoyage par pigging de la canalisation. En raison de la résistance à l'écoulement du disque en position complètement ouverte et de l'augmentation de la vitesse d'écoulement lors de la fermeture, des dommages internes peuvent survenir, affectant négativement les propriétés d'étanchéité.
Classification des vannes papillon en fonction des caractéristiques suivantes :
Forme du corps: Bride intermédiaire, montage sur bride ou conception de type bride
Conception: vannes papillon concentriques ou excentriques
Type d'étanchéité: à joint souple ou à joint métallique
Formes du corps
Vanne papillon, bride intermédiaire,
centrée, à joint souple
Conception de bride intermédiaire
(Anglais : Wafer Type)
Les vannes papillon en conception de bride intermédiaire sont constituées uniquement d'un corps annulaire avec le disque papillon intégré, l'élément d'étanchéité, l'arbre avec paliers/joints, et la structure pour l'élément d'actionnement. Elles sont simplement serrées entre deux brides de tuyauterie, c'est pourquoi on les appelle aussi raccords de serrage. Le corps comporte généralement quatre œillets de centrage permettant de fixer la vanne dans la position d'installation souhaitée entre les brides.
En raison de leur construction légère et simple, la quantité de matériau utilisée est très faible, ce qui en fait les vannes papillon les plus économiques.
Version bride
(Anglais : Lug Type)
Dans cette conception, le corps est équipé de trous filetés intégrés (également appelés œillets filetés), permettant de visser directement le clapet aux brides correspondantes. Cela présente l'avantage que la canalisation peut être démontée d'un seul côté : le clapet peut être utilisé comme un soi-disant raccord d'extrémité.
Vanne papillon, montage sur bride,
centrée, à joint souple
Vanne papillon, conception à bride double,
centrée, à joint souple
Vannes papillon à bride double
Le corps de la vanne est équipé sur les deux faces d'une bride intégrée à profil en U, ce qui présente l'avantage d'une courte longueur totale et des économies associées sur le matériau, le poids et les coûts de production.
Vannes d'arrêt à bride
Les vannes d'arrêt à bride ont un raccord à bride des deux côtés et ont été développées comme une alternative économique aux vannes à opercule en coin. Elles présentent la même longueur totale courte selon la série de base 14 de la EN 558-1, mais sont plus économiques à fabriquer et nettement plus faciles à installer grâce à leur conception compacte et à l'utilisation réduite de matériaux. Plus le diamètre nominal est grand, plus la différence de prix se fait sentir.
Vanne papillon, montage sur bride,
centrée, à joint souple
Conceptions
Vanne papillon,
centrée, à joint souple
Vannes papillon centrales
Elles sont le "type original" des vannes d'arrêt à bride et restent aujourd'hui encore le type de vanne le plus couramment utilisé. Elles sont typiquement À joint souple et bidirectionnelles, assurant l'étanchéité des deux côtés. En position fermée, le disque de la vanne "s'appuie" sur les soufflets environnants, assurant l'étanchéité grâce à la manchette.
Par "central", on entend que le disque de la vanne tourne de 90° autour de son propre axe pour s'ouvrir ou se fermer. L'arbre est situé au milieu du disque de la vanne, de sorte que le point de pivot se trouve au centre du siège de la vanne et donc au centre de la canalisation.
Vannes d'arrêt excentriques (simple, double et triple)
Dans une vanne papillon simple excentrique, le point de pivot du disque du clapet est légèrement décalé par rapport au plan d'appui le long de l'axe du tuyau (1). Cela réduit les forces d'exploitation de la vanne d'arrêt et l'usure.
Double excentrique signifie que, de plus, le point d’articulation (2) du disque du clapet ne se trouve plus au centre du tuyau. Cette conception offre les avantages suivants :
Les moments d’actionnement sont plus faibles que pour les vannes concentriques, ce qui est particulièrement perceptible pour des diamètres nominaux plus importants et des pressions de service plus élevées.
L’approche d’écoulement est nettement plus favorable que celle des organes d’obturation positionnés perpendiculairement à la canalisation, ce qui réduit l’usure.
Les contraintes sur les éléments d’étanchéité sont réduites, ce qui diminue également l’usure et réduit les efforts d’entretien.
Vanne papillon Double excentrique.
Triple excentrique est une Vanne papillon lorsque l'axe de rotation du siège (3) n'est ni parallèle ni symétrique par rapport à l'axe de la canalisation. Cela signifie en détail :
Excentricité 1 : L'arbre de la vanne se trouve derrière le plan du siège.
Excentricité 2 : L'arbre de la vanne est décalé sur un côté par rapport à l'axe central de la canalisation.
Excentricité 3 : Elle est obtenue par un profil incliné et conique du siège. Cela fait que le contact entre les surfaces d'étanchéité du disque du clapet et du corps ne se produit qu'au dernier moment.
Vanne papillon triple excentrique
Cette triple excentricité garantit que la rotation de 90° du disque du clapet pour l'ouverture ou la fermeture de la vanne s'effectue quasiment sans frottement et empêche le coincement du disque. Les forces d'actionnement et l'usure sont considérablement réduites, prolongeant ainsi nettement la durée de vie.
Un écoulement bidirectionnel à travers la Vanne papillon est possible, où le fluide, selon le sens d'écoulement, aide soit à l'ouverture soit à la fermeture du disque du clapet.
Un autre avantage est l'étanchéité quasi sans fuite obtenue avec les vannes papillon triple excentrique. Cela rend possibles des applications sous vide ou une utilisation à de hautes pressions de service, à des températures de service élevées ou très basses. Elles peuvent même être utilisées en présence de fluctuations extrêmes de température et de pics de pression.
Types de Joints
Vannes papillon à joint souple
Les vannes papillon classiques sont à joint souple et conviennent pour des pressions de service faibles à moyennes allant jusqu'à 16 bar. Selon le matériau d'étanchéité, elles conviennent pour des températures de service allant jusqu'à un maximum de +200 °C. Elles sont fabriquées du diamètre nominal DN 25 à plus de DN 2000.
L'élément d'étanchéité, la manchette, est vulcanisé en tant que doublure du corps dans les modèles très bon marché et ne peut pas être remplacé en cas d'endommagement et/ou d'usure. La plupart des fabricants proposent aujourd'hui la manchette comme pièce de rechange facile à entretenir pour le remplacement.
Vanne papillon, à joint souple
Matériaux d'étanchéité commerciaux :
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NBR (Caoutchouc nitrile-butadiène) : bonne résistance aux huiles minérales, aux graisses, à l'eau, aux gaz, aux hydrocarbures et aux huiles. Plage de température : -10 °C à +80 °C
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EPDM (caoutchouc éthylène-propylène-diène monomère) : bonne résistance à la chaleur, à l'eau potable/chaude et aux produits chimiques. Plage de température : -10 °C à +130 °C
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FKM / FPM (Fluoroélastomère) (Viton®) : excellente résistance thermique et chimique, adapté aux huiles, aux produits chimiques et à d'autres milieux. Plage de température : 0 °C à +150 °C
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PTFE (Polytétrafluoroéthylène) (Teflon®) : bonne résistance aux produits chimiques, aux milieux agressifs et corrosifs, aux acides, au chlore, etc. Plage de température : -30 °C à +200 °C
Vanne papillon, étanchéité métallique
Vannes d'arrêt à joint métallique
Ces vannes d'arrêt sont fabriquées jusqu'à un diamètre nominal DN 2000 et conviennent pour des pressions de service allant jusqu'à 200 bar. Elles sont particulièrement adaptées aux conditions de température extrêmes. Selon la combinaison de matériaux, elles peuvent être utilisées pour des applications à haute température de -200 °C à +1100 °C.
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