Qu'est-ce qu'une vanne papillon ?
Une vanne papillon est un organe qui ouvre ou ferme l'écoulement du fluide par une rotation de 90°. Elle est compacte et d'une construction simple, ce qui entraîne des avantages en termes de coûts. Elle est principalement utilisée pour les opérations d'ouverture/fermeture, et convient, sous certaines conditions, pour la régulation du débit.
Domaines d'application / formes de boîtier / conceptions / joints
Les vannes papillon se composent généralement d'un boîtier compact, du disque de la vanne destiné à couper ou permettre l'écoulement, d'un axe (avec paliers et joints) et de l'élément d'actionnement. Le disque de la vanne s'ouvre ou se ferme par un mouvement de rotation de 90° via l'élément d'actionnement. Une fois entièrement 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 uniquement comme Raccords d’arrêt pour une opération d'ouverture/fermeture. Comme le disque se trouve également dans le trajet d'écoulement même lorsqu'il est complètement ouvert, leur utilisation pour des fluides contenant des solides n'est pas recommandée. Un passage complet et libre n'est donc pas assuré. Il est impossible de nettoyer la tuyauterie en utilisant, par exemple, des racleurs (pigs).
Les vannes papillon peuvent également être utilisées de manière conditionnelle pour l'étranglement ou la régulation du fluide, bien qu'elles présentent l'inconvénient suivant du fait de leur conception. Plus le disque est fermé, plus la vitesse d'écoulement dans le passage augmente. Cela entraîne de la cavitation et des turbulences de l'eau, qui peuvent 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, centrée
Vanne papillon avec yeux filetés
L'actionnement se fait manuellement au moyen d'un levier ou, pour des diamètres nominaux plus grands, via une boîte de vitesses avec un volant. Les vannes d’arrêt automatisées peuvent être actionnées par des entraînements électriques, pneumatiques ou hydrauliques.
Les avantages des vannes papillon par rapport aux autres vannes, aux vannes à opercule et aux robinets à boisseau sphérique résident dans leur construction simple et leurs dimensions compactes. Elles nécessitent moins de matériau, ont un poids inférieur et demandent moins d'espace lors de l'installation, ce qui se traduit par des économies de coûts significatives. Elles sont très polyvalentes et présentent un temps de manœuvre très court grâce à une rotation de 90°.
Un inconvénient est l'arrangement lié à la conception du disque de la vanne, qui se trouve dans le trajet d'écoulement. Par conséquent, elles sont plutôt inadaptées aux milieux contenant des solides, et la canalisation ne peut pas être parcourue par un dispositif d'inspection (pig). En raison de la résistance à l'écoulement du disque de la vanne à l'état entièrement ouvert et de l'augmentation de la vitesse d'écoulement lors de la fermeture, des dommages peuvent survenir en interne, affectant négativement les propriétés d'étanchéité.
Classification des vannes papillon selon les caractéristiques suivantes :
Housing shape: bride intermédiaire, montage sur bride ou conception à bride
Design: vannes papillon, centrées ou excentrées
Sealing type: à étanchéité souple ou à étanchéité métallique.
Formes du boîtier
vanne papillon, conception à bride intermédiaire,
centrée, à étanchéité souple
bride intermédiaire
(Anglais : Wafer Type)
Les vannes papillon en bride intermédiaire se composent uniquement d'un boîtier annulaire avec le disque de clapet 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 Clamp. Le boîtier possède 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, l'utilisation de matériau est très faible, ce qui en fait les vannes papillon les plus économiques.
Version à bride
(Anglais : Lug Type)
Dans cette conception, le boîtier est équipé de perçages filetés intégrés (également appelés yeux filetés), ce qui permet de visser directement le clapet aux brides correspondantes. Cela présente l'avantage que la tuyauterie peut être démontée d'un seul côté : le clapet peut être utilisé comme ce que l'on appelle un embout terminal.
vanne papillon, version à montage sur bride,
centrée, à étanchéité souple
vanne papillon, conception à double bride,
centrée, à étanchéité souple
Vannes papillon à double bride
Le corps de la vanne est équipé, des deux côtés, d'une bride profil en U intégrée, offrant l'avantage d'une longueur totale réduite et les économies associées en matériau, en poids et en coûts de production.
Vannes d’arrêt à bride
Les vannes d’arrêt à bride possèdent un raccordement à bride sur les deux côtés et ont été développées comme une alternative économique aux vannes à opercule. Elles ont la même courte longueur totale selon EN 558-1 série de base 14, mais sont plus économiques à fabriquer et nettement plus faciles à installer grâce à leur conception compacte et à une utilisation réduite de matériaux. Plus le diamètre nominal est grand, plus la différence de prix devient notable.
vanne papillon, conception à bride,
centrée, à étanchéité souple
Conceptions
vanne papillon,
centrée, à étanchéité souple
Vannes papillon centrées.
Elles sont le « type originel » de vannes d’arrêt à bride et constituent encore aujourd'hui le type de vanne le plus couramment utilisé. Elles sont généralement à étanchéité souple et bidirectionnelles, assurant l'étanchéité des deux côtés. En position fermée, le disque de la vanne « s'installe » dans le soufflet environnant, assurant l'étanchéité grâce au manchon.
Centré signifie que le disque de la vanne est tourné de 90° autour de son propre axe pour s'ouvrir ou se fermer. La broche est située 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 tuyauterie.
Vannes d’arrêt excentriques (à simple, double et triple excentricité)
Dans une vanne papillon à simple excentricité, le point de pivot du disque du clapet est légèrement décalé par rapport au plan d'étanchéité le long de l'axe de la tuyauterie (1). Cela réduit les forces d'actionnement de la vanne d’arrêt ainsi que l'usure.
Double excentrique signifie que, de plus, le point de pivot (2) du disque du clapet n'est plus situé au centre de la tuyauterie. Cette conception offre les avantages suivants:
Les moments d'actionnement sont plus faibles que pour les vannes concentriques, ce qui est particulièrement perceptible pour les diamètres nominaux plus importants et des pressions de service (PS) plus élevées.
L'approche de l'écoulement est nettement plus favorable que pour des organes d'obturation perpendiculaires à la tuyauterie, ce qui réduit l'usure.
La contrainte sur les éléments d'étanchéité est réduite, ce qui diminue également l'usure et réduit l'effort de maintenance.
Double excentrique vanne papillon
Triple excentrique est une vanne papillon lorsque l'axe de rotation du siège (3) n'est ni parallèle ni symétrique à l'axe de la tuyauterie. Cela signifie en détail :
Excentricité 1 : L'arbre de la vanne est situé 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 tuyauterie.
Excentricité 3 : Elle est obtenue par un profil conique incliné du siège. Cela fait que le contact entre les surfaces d'étanchéité du disque du clapet et le boîtier ne se produit qu'au tout 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 du montage se fait presque sans frottement et empêche le disque de se bloquer. Les forces d'actionnement et l'usure sont considérablement réduites, prolongeant ainsi de manière significative la durée de vie.
Un écoulement bidirectionnel à travers la vanne papillon est possible, le milieu, selon le sens d'écoulement, aidant 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 à triple excentricité. Cela rend possibles des applications sous vide ou l'utilisation sous de hautes pressions de service (PS), ainsi que sous des températures de service élevées ou très basses. Elles peuvent même être utilisées en cas de fluctuations extrêmes de température et de pics de pression.
Types de joints
Vannes papillon à étanchéité souple
Les vannes papillon classiques sont à étanchéité souple et conviennent pour des pressions de service (PS) faibles à moyennes, jusqu'à 16 bar. Selon le matériau d'étanchéité, elles conviennent pour des températures de service 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 boîtier dans les modèles très bon marché et ne peut pas être remplacé en cas d'endommagement et/ou d'usure. De nos jours, la plupart des fabricants proposent la manchette comme pièce de rechange facile d'entretien pour le remplacement.
vanne papillon, à étanchéité souple
Les matériaux d'étanchéité commerciaux sont :
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NBR (Caoutchouc nitrile butadiène) : bonne résistance aux huiles minérales, aux graisses, à l'eau, aux gaz, aux hydrocarbures ou aux huiles. Plage de température : -10 °C à +80 °C
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EPDM (Éthylène-propylène-diène monomère) : bonne résistance à la chaleur, à l'eau potable/à l'eau chaude ou aux produits chimiques. Plage de température : -10 °C à +130 °C
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FKM / FPM (Fluoroélastomère) (Viton®) : haute résistance thermique et chimique, adapté aux huiles, aux produits chimiques ou 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 Étanchéité métallique
Ces vannes d’arrêt à Étanchéité métallique sont fabriquées jusqu'à un diamètre nominal DN 2000 et conviennent pour des pressions de service (PS) allant jusqu'à 200 bar. Elles sont parfaitement adaptées à des 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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