Guide complet des vannes industrielles : Comprendre les différences entre les vannes à boisseau sphérique, les vannes papillon, les vannes à guillotine, les vannes à soupape, les clapets anti-retour et les autres types de vannes pour votre application

Un autre critère important est la taille. Il est essentiel de s'assurer que la vanne choisie est adaptée à la tuyauterie. Des vannes sous-dimensionnées peuvent entraîner un étranglement du débit en aval et une augmentation de la pression en amont. À l'inverse, des vannes surdimensionnées ne permettent qu'une régulation partielle du débit et peuvent engendrer des surcoûts inutiles. Après avoir pris en compte la fonction et la taille, l'étape suivante consiste à choisir le matériau de fabrication approprié. Ce matériau doit être adapté à la nature du fluide circulant dans le système afin d'éviter tout problème potentiel comme la contamination, les fuites et la détérioration de la vanne.

Termes et définitions courants relatifs aux vannes

Avant de lister les différents types de vannes, il y a certains termes relatifs à l'application des vannes que vous devez connaître.

ActionneurUn actionneur est un dispositif servant à ouvrir, fermer et contrôler une vanne. Il peut être actionné par des moyens pneumatiques, électriques ou hydrauliques.

Actionneur manuelCe sont des actionneurs qui ne nécessitent pas de source d'énergie externe pour activer la vanne et qui sont actionnés par des leviers, des engrenages ou des roues.

Actionneur électriqueIl convertit l'énergie électrique en force qui ouvre ou ferme la vanne. Ces dispositifs peuvent fonctionner sur courant alternatif ou continu.

Actionneur électrique

Actionneur pneumatique: utiliser la pneumatique, c'est-à-dire des systèmes d'air comprimé contrôlés, pour produire la force nécessaire au fonctionnement d'une vanne.

Actionneur pneumatique

Chemin d'écoulement: il s'agit du cheminement dans le système de tuyauterie par lequel circule le fluide.

RefoulementUn reflux se produit dans un système de tuyauterie lorsque le liquide change de direction. Cela peut être provoqué par la fermeture brutale d'une vanne ou par une pression plus élevée à la sortie qu'à l'entrée.

DiaphragmeLe diaphragme est un élément flexible sensible à la pression dans la vanne, grâce auquel des forces sont transmises à la plaque du diaphragme et à la tige de l'actionneur pour ouvrir, fermer ou contrôler une vanne.

Coup de bélier hydrauliqueIl s'agit d'un phénomène provoqué par une surpression dans la canalisation due à un reflux. Cela résulte généralement d'une fermeture trop rapide d'une vanne ou de l'arrêt d'une pompe.

Corps de vanneIl s'agit du cadre extérieur de la vanne qui renferme les composants internes. Il constitue également la principale limite de pression.

Bonnet: il s'agit de la partie détachable de la vanne qui permet d'accéder aux composants internes.

volantDispositif externe servant à ouvrir ou fermer la vanne. Il est généralement fixé à la tige de la vanne.

Garniture: il s'agit de la configuration ou de l'agencement des composants internes de la vanne, tels que la tige et le bouchon, à l'intérieur du corps de la vanne.

Étranglement: le réglage du débit dans un système de tuyauterie consiste à ajuster la taille du flux.

Flux bloquéCela se produit au point où le débit ne peut plus être augmenté en abaissant la pression en aval pour une pression en amont fixe.

Membre de la fermetureUn élément placé sur le trajet du fluide dans une vanne permet de modifier son débit. Il existe différents types de vannes : à disque, à obturateur, à navette, à bille, à membrane et à guillotine.

Types de vannes

Il existe de nombreux types de vannes, chacune conçue pour des fonctions, des conditions de fonctionnement et des exigences de débit spécifiques. Les vannes diffèrent non seulement par leur construction et leurs matériaux, mais aussi par leur mode de fonctionnement, leurs caractéristiques d'écoulement et leur adéquation à des applications particulières. Qu'il s'agisse d'un contrôle précis du débit, d'une fermeture rapide, d'une prévention du reflux ou de la manipulation de fluides abrasifs, chaque type de vanne est conçu pour exceller dans certaines conditions.

Vous trouverez ci-dessous un aperçu des types de vannes les plus courants, chacun étant lié à sa section détaillée pour une consultation rapide :

• vanne à bille

• vanne papillon

• Vanne à guillotine

• Valve à globe

• vanne à bouchon

• vanne à pointeau

• Clapet anti-retour

• Valve à siège incliné

• Valve à diaphragme

• électrovanne

vanne à bille

Les vannes à bille sont parmi les plus répandues. Elles régulent le débit grâce à une bille creuse percée d'orifices, actionnée par une poignée externe. Ce sont des vannes à quart de tour : leur ouverture ou leur fermeture nécessite une rotation de 90 degrés de la poignée. Le fluide s'écoule lorsque les orifices de la bille sont alignés avec son sens d'écoulement et s'arrête lorsque la partie pleine de la vanne est alignée avec ce même sens.

Les vannes à boisseau sphérique présentent une conception simple et flexible, ainsi qu'une durée de vie très longue. Correctement entretenues, elles peuvent être utilisées sans réparation après de nombreux cycles d'ouverture et de fermeture. Selon le type et la configuration, elles supportent des pressions allant jusqu'à 15 000 psi et des températures jusqu'à 752 °F (400 °C). Le corps de la vanne est disponible dans divers matériaux de construction, en fonction du modèle choisi.

Vanne à bille à brides

vanne papillon

Similaire à la vanne à bille, la vanne papillon est une vanne à action rapide qui utilise un mécanisme à quart de tour pour l'ouverture et la fermeture. Cependant, au lieu d'une bille, la vanne papillon actionne un disque circulaire fixé à une tige centrale, dans une structure qui rappelle vaguement un papillon stylisé, d'où son nom. Lorsque le disque est tourné et que sa section transversale est perpendiculaire au flux, l'écoulement du fluide est interrompu. En le tournant dans l'autre sens, le disque est parallèle au flux et le fluide circule librement. Le disque peut également être tourné progressivement pour réguler le débit. Les vannes papillon peuvent être actionnées de différentes manières.

Dans certains secteurs, comme l'industrie pétrolière, les vannes papillon sont plus répandues que les vannes à boisseau sphérique. Cela s'explique notamment par leur coût d'utilisation plus faible et leur installation plus simple.

Vanne papillon à plaquette en fonte

Vannes à guillotine

Les vannes à guillotine utilisent un clapet pour autoriser ou interrompre le passage du fluide dans la conduite. Le clapet se déplace uniquement de façon linéaire dans le plan vertical. Contrairement aux vannes mentionnées précédemment, les vannes à guillotine ne sont pas des vannes à réponse rapide. Cela signifie que le débit du fluide ne peut être interrompu brutalement. En effet, la fermeture complète du clapet nécessite un contrôle progressif afin d'éviter tout choc contre le corps de la vanne. Les vannes à guillotine ne peuvent pas être utilisées pour réguler le débit d'eau.

De plus, les vannes à guillotine multitours standard sont le plus souvent utilisées comme dispositifs d'arrêt ou de marche, et non comme véritables vannes de régulation de débit. Dans l'industrie, ce type de vanne est principalement employé pour les canalisations de grand diamètre en raison de sa simplicité d'installation, comparée à celle d'autres types de vannes de grande taille. Elles sont généralement plus coûteuses et plus complexes à actionner, car leur actionnement est principalement rotatif et non linéaire (contrairement aux vannes à guillotine).

Vanne à guillotine en acier inoxydable

soupapes à globe

Ces vannes sont à commande linéaire. Lorsque la manivelle est tournée vers la position ouverte, un disque se déplace linéairement vers le haut, proportionnellement au débit du fluide. Il existe plusieurs types de vannes à globe : à passage direct, à passage coudé, à passage croisé et en Y, à utiliser selon le profil d'écoulement. Parmi leurs inconvénients, on note les pertes d'énergie et la chute de pression dues aux nombreux virages du fluide, ainsi qu'une relative difficulté d'actionnement.

vannes à boisseau

Les vannes à boisseau sphérique présentent un mécanisme assez similaire à celui des vannes à bille. Ce sont toutes deux des vannes à réponse rapide quart de tour utilisant un mécanisme d'arrêt creux. La différence réside dans le matériau : au lieu d'une bille sphérique creuse, la vanne à boisseau sphérique utilise un boisseau cylindrique percé d'un trou à ses extrémités. L'un des principaux avantages des vannes à boisseau sphérique est l'absence de vides internes où les liquides pourraient s'accumuler, ainsi que leur grande facilité d'automatisation. Le boisseau peut également être facilement ajusté pour corriger les fuites qui peuvent s'aggraver avec le temps, contrairement aux vannes à bille sphérique qui nécessitent un remplacement ou une réparation, engendrant ainsi des coûts supplémentaires. Ce type de vanne est utilisé dans les industries aux applications exigeantes, notamment dans les environnements corrosifs tels que les raffineries et les usines chimiques.

vannes à pointeau

Les vannes à pointeau sont dotées d'un piston en forme d'aiguille, dont l'extrémité conique, appelée aiguille, permet de contrôler le débit. Bien qu'elles puissent servir à l'ouverture et à la fermeture, elles sont particulièrement adaptées au contrôle du débit (surtout dans les canalisations à faible débit) des fluides. On les utilise notamment dans les canalisations transportant des liquides très propres et des gaz comme le propane.

Valve à pointeau à filetage interne et externe

Clapets anti-retour

Les clapets anti-retour sont des vannes unidirectionnelles installées dans les réseaux de tuyauterie pour empêcher le reflux d'eau et les surpressions. Ces problèmes sont évités grâce à leur système d'autorégulation qui garantit la circulation de l'eau dans un seul sens. Les clapets anti-retour fonctionnent grâce à la différence de pression entre leur entrée et leur sortie. Lorsque la pression à l'entrée est supérieure à la pression à la sortie, le clapet s'ouvre, permettant ainsi au fluide de circuler. Si la pression à la sortie devient supérieure, le clapet se ferme immédiatement, empêchant tout reflux. Il existe plusieurs types de clapets anti-retour, selon l'application : clapet anti-retour à levage, clapet anti-retour à battant, clapet anti-retour à membrane, clapet anti-retour à bille, clapet anti-retour à double disque et clapet anti-retour d'arrêt. L'utilisation de ces vannes assure la longévité des canalisations et des pompes en atténuant, voire en éliminant, les effets néfastes des coups de bélier. Le choix de ces vannes dépend des exigences de pression, de température et de débit du réseau de tuyauterie.

Clapet anti-retour vertical

vannes à siège incliné

Les vannes à siège incliné sont des dispositifs à commande pneumatique fonctionnant grâce à un piston. Ce type de vanne garantit une perte de charge minimale et un débit optimal en position ouverte, grâce à son siège incliné. Le flux est obstrué par un obturateur de siège, moulé dans le passage du fluide. À l'ouverture, l'obturateur se rétracte quasi instantanément, ce qui confère à ces vannes une réactivité exceptionnelle et des pertes de charge minimales. Dans l'industrie, ce type de vanne est privilégié pour son rapport coût-efficacité et sa grande durabilité. Autre avantage : en inversant le sens d'ouverture, la vanne à piston à siège incliné prévient les coups de bélier. Elle est particulièrement adaptée aux systèmes à haut débit et haute pression.

Valves à membrane

Également appelées vannes à membrane, les vannes à diaphragme fonctionnent grâce à la compression d'une membrane élastique, qui sert de conduit au fluide, pour arrêter ou contrôler son débit. Le diaphragme est relié à un compresseur qui effectue un mouvement linéaire de haut en bas, assurant ainsi sa compression. Elles sont utilisées dans les industries agroalimentaire, cosmétique, des semi-conducteurs et pharmaceutique.

électrovannes

Une électrovanne est composée d'un solénoïde monté sur un corps de vanne. Son fonctionnement repose sur un obstruction coulissante linéaire qui s'ouvre lorsqu'un courant électrique traverse le solénoïde, créant ainsi un champ électromagnétique qui commande la vanne. Grâce aux électrovannes, les opérateurs peuvent contrôler facilement le débit des fluides dans le système de tuyauterie. Elles sont utilisées dans les centrales de traitement d'air et les lignes de production pour détecter et prévenir les fuites. Parmi les différents types d'électrovannes, on trouve les électrovannes à action directe (elles-mêmes classées en électrovannes normalement ouvertes/normalement fermées), les électrovannes bistables, les électrovannes à commande pilote et les électrovannes à trois voies.

Valve coaxiale

La vanne coaxiale utilise un obturateur à navette pour réguler le débit du fluide. Elle peut être commandée pneumatiquement ou électriquement. Les vannes coaxiales sont généralement plus volumineuses que les électrovannes.

soupapes à piston

Les vannes à piston utilisent un corps cylindrique dans lequel est intégré un piston qui se déplace verticalement pour contrôler le débit du fluide. Ce type de vanne est uniquement destiné à la fonction marche/arrêt et ne peut être utilisé pour la régulation du débit. Il est utilisé pour des fonctions d'isolement. Il existe deux types de vannes à piston : les vannes équilibrées, utilisées pour les applications haute pression, et les vannes déséquilibrées, pour les applications basse pression.

vanne à pincement

La vanne à pincement est constituée d'un tube flexible servant de conduit au fluide. Ce tube flexible est pincé pour bloquer l'écoulement, soit par pression d'air, soit par actionnement mécanique. En position ouverte, la vanne ne présente aucune obstruction et permet le passage de matériaux de granulométries diverses. Les vannes à pincement sont utilisées dans les systèmes où les fluides (par exemple, les produits corrosifs) ne doivent pas entrer en contact avec les autres composants de la vanne. Elles servent également au transport de boues et de matériaux granulaires. On retrouve ce type de vanne dans des secteurs tels que le ciment, le traitement des eaux usées, la chimie, les boissons, le plastique, le verre et l'agroalimentaire.

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