Robinet à boisseau sphérique ou robinet à papillon : Quelle est la meilleure solution pour le contrôle du débit ?

Lorsqu'il s'agit de réguler le débit dans les systèmes de tuyauterie industriels, robinets à boisseau sphérique et les vannes papillon sont deux des options les plus courantes.

Les deux types de vannes présentent des avantages et des inconvénients l'un par rapport à l'autre. Connaître leurs différences vous permet de sélectionner la vanne la mieux adaptée à votre application.

Dans cet article, je vais comparer en profondeur les robinets à tournant sphérique et les robinets à papillon afin que vous puissiez faire un choix éclairé entre les deux.

Vue d'ensemble des robinets à boisseau sphérique

Un robinet à tournant sphérique utilise un disque sphérique perforé pour contrôler le débit d'un liquide ou d'un gaz. Lorsqu'il est ouvert, l'alésage de la bille est aligné avec l'entrée et la sortie du corps du robinet. Lorsqu'il est fermé, l'alésage est perpendiculaire, ce qui bloque le flux.

Les robinets à tournant sphérique sont des vannes rotatives qui nécessitent une rotation de 90 degrés pour passer d'une ouverture totale à une fermeture totale. Ils ont donc une action relativement rapide par rapport à d'autres types de vannes.

Ils peuvent gérer des applications à haute pression jusqu'à plus de 1 000 PSI selon le modèle et sont capables de réguler le débit dans une certaine mesure grâce à un positionnement précis.

Applications où les robinets à boisseau sphérique excellent

Les robinets à boisseau sphérique sont particulièrement adaptés aux applications de type "tout ou rien" plutôt qu'au contrôle des débits. Leur étanchéité et leur capacité à résister à des pressions élevées les destinent également à des applications de type "tout ou rien" :

• Conduites de gaz
• Transport de produits chimiques et pétroliers
• Liquides à haute température
• Milieux corrosifs
• Conduites à vide

Certaines variantes de robinets à boisseau sphérique, comme les robinets à orifice en V ou les robinets de contrôle caractérisés, permettent une régulation raisonnable du débit. Mais vous obtiendrez une meilleure modulation avec les robinets à soupape ou les robinets à papillon.

Vue d'ensemble des vannes papillon

Les vannes papillon utilisent également une conception à disque rotatif. Mais au lieu d'une sphère, c'est un disque fin qui pivote à partir du centre du corps de la vanne.

En position ouverte, le flux passe autour du disque sans entrave. En position fermée, le disque s'appuie sur le périmètre du corps du robinet, bloquant l'écoulement de la même manière qu'un robinet à bille.

Applications pour lesquelles les vannes papillon se distinguent

Les vannes papillon sont conçues pour des applications de grand diamètre où d'autres types de vannes ne seraient pas pratiques ou trop coûteuses.

Vous les trouverez généralement dans des fonctions telles que :

• Entrée/sortie de l'eau de refroidissement
• Lignes d'extinction d'incendie
• Transport de l'eau par les municipalités
• Conduites forcées hydroélectriques
• Débordement des eaux pluviales
• Canalisations d'égouts

Dans certains cas, ils conviennent mieux aux applications d'étranglement que les robinets à tournant sphérique. Le disque ne sort pas complètement du flux d'écoulement lorsqu'il est ouvert, ce qui permet un contrôle raisonnable.

Comparaison entre robinet à boisseau sphérique et robinet à papillon

Maintenant que vous connaissez les caractéristiques de base des robinets à tournant sphérique et des robinets à papillon, comparons-les dans quelques catégories clés :

Coût

Pour les tuyaux d'un diamètre inférieur à 12 pouces, les robinets à tournant sphérique et les robinets à papillon coûtent à peu près le même prix.

Mais au-delà de 12 pouces, les vannes papillon deviennent beaucoup plus abordables qu'une vanne à boisseau sphérique équivalente. À l'extrémité supérieure, atteignant 48 pouces, les vannes papillon sont environ 1/4 du prix d'une vanne à boisseau sphérique.

Le disque léger d'une seule pièce est moins coûteux à produire à grande échelle qu'une boule massive d'une seule pièce nécessitant un usinage important.

Gagnant : Vanne papillon

Pression nominale

Lorsqu'il s'agit de supporter la pression, les robinets à tournant sphérique sont les champions incontestés. Nombre d'entre eux peuvent supporter sans problème une pression d'au moins 800 PSI et les modèles spécialisés vont bien au-delà.

Le principal inconvénient d'une vanne papillon est son incapacité à supporter des applications à haute pression. Au-delà de 300 PSI, il y a risque de fuite et d'endommagement de la vanne. Le siège dépend d'un bord fin qui s'accouple parfaitement avec le joint périphérique.

Les pressions élevées rendent difficile la fermeture de la vanne et nécessitent une dérivation pour équilibrer la pression de la ligne.

Gagnant : Robinet à boisseau sphérique

Contrôle du débit

Les deux types de vannes permettent facilement d'effectuer un contrôle marche/arrêt. Ils peuvent tous deux moduler le débit dans une certaine mesure, bien que les robinets à tournant sphérique soient plus performants dans la plupart des cas.

Le disque d'une vanne papillon reste toujours incliné dans le flux d'écoulement, sauf lorsqu'il est complètement ouvert ou complètement fermé. À des vitesses d'écoulement élevées, ce disque incliné provoque des turbulences et des pertes de charge importantes.

Les capacités de contrôle du débit d'une vanne papillon diminuent donc rapidement lorsque les pressions et les vitesses augmentent. Elles finissent par se comporter davantage comme un composant marche/arrêt.

Les robinets à tournant sphérique, quant à eux, peuvent assumer une fonction légitime de vanne de régulation dans certains scénarios. Des configurations telles que l'orifice en V, l'orifice de contour et la garniture de contrôle caractérisée permettent de réguler le débit en douceur sans perte de pression.

Gagnant : Robinet à boisseau sphérique

Taille et poids

Nous avons mentionné plus haut que les coûts sont plus élevés pour les vannes papillon de grande taille. Le poids devient également un facteur de différenciation à partir d'un diamètre de 12 pouces.

Une vanne papillon de 48 pouces pèse moins de 1 500 livres. Alors qu'un robinet à boisseau sphérique équivalent pèse plus de 15 000 livres !

Le disque compact d'une seule pièce supporte des charges beaucoup plus faibles qu'un énorme morceau d'acier sphérique. Cela confère aux vannes papillon un avantage considérable dans les grands systèmes de distribution d'eau ou de traitement des eaux usées, où le poids est important.

Gagnant : Vanne papillon

Cycle de vie

Les deux types de vannes devraient offrir des durées de vie acceptables supérieures à 10 000 cycles si elles sont dimensionnées et spécifiées correctement. Toutefois, leur longévité diffère en fonction de facteurs tels que la pression et la vitesse d'écoulement.

Le talon d'Achille d'une vanne papillon est la pression différentielle élevée, comme nous l'avons vu précédemment. Le point de contact du siège s'use rapidement, ce qui entraîne des fuites au fil du temps.

Les robinets à tournant sphérique peuvent supporter des pressions beaucoup plus élevées pendant beaucoup plus longtemps. En fait, les vitesses élevées et les chutes de pression à travers une vanne raccourcissent considérablement sa durée de vie. Ce sont des effets dont souffrent les vannes papillon, mais pas les vannes à boisseau sphérique.

Gagnant : Robinet à boisseau sphérique

Choisir le bon robinet pour votre application

Nous avons abordé de nombreux facteurs concernant les différences entre les robinets à tournant sphérique et les robinets à papillon. Réduisons maintenant les choses à un processus de décision simple.

Voici deux questions qui permettent de déterminer rapidement s'il est judicieux d'utiliser une vanne à boisseau sphérique ou une vanne papillon :

1. La pression de la ligne est-elle inférieure à 300 PSI ? Si oui, envisagez une vanne papillon. Si non ou si la pression est proche ou supérieure à 1 000 PSI, choisissez une vanne à bille.
2. Le diamètre du tuyau est-il supérieur à 12 pouces ? Si oui, choisir par défaut une vanne papillon pour des raisons d'économie. Dans le cas contraire, évaluer les deux vannes.

Au-delà de ces règles empiriques, il faut également tenir compte des éléments suivants :

• Besoins en matière de contrôle du débit - Une régulation serrée convient mieux à un robinet à boisseau sphérique. Les fonctions simples de marche/arrêt peuvent utiliser l'une ou l'autre.
• Accès à la maintenance - Les robinets à tournant sphérique permettent une maintenance en ligne. Les robinets à papillon nécessitent souvent des pièces de tiroir adjacentes.
• Restrictions de poids - Les vannes papillon légères s'adaptent aux systèmes limités en taille et en poids.
• Propriétés des médias - Les robinets à tournant sphérique résistent mieux aux liquides et aux gaz difficiles que les robinets à papillon.

Il y a toujours des exceptions basées sur les nuances de votre système. Mais ce processus de décision touche les points critiques pour un choix éclairé de la vanne.

Un fournisseur expérimenté peut faire des recommandations spécifiques basées sur toutes vos conditions d'exploitation et vos exigences.

Résumé : Comment choisir entre les robinets à boisseau sphérique et les robinets à papillon ?

Les vannes à bille et les vannes papillon jouent un rôle important dans la régulation du débit dans un grand nombre de systèmes industriels.

Leurs principales différences se résument à ce qui suit :

• Coût - Les robinets à tournant sphérique coûtent plus cher pour les grandes tailles
• Pression - Les vannes à boisseau sphérique sont plus performantes à haute pression
• Contrôle du débit - Les vannes à bille assurent une régulation plus souple
• Poids - Les vannes papillon sont plus légères pour les grands diamètres

Tenez compte de la taille, de la pression, du débit, des limites de poids, de l'accès à la maintenance et de la compatibilité des fluides. Ensuite, tirez parti des conseils fournis ici pour choisir la technologie de vanne la mieux adaptée à votre application.