Robinet à soupape

Qu'est-ce qu'un robinet à soupape ?

Les robinets à soupape, appelés ainsi en raison de leur forme extérieure, sont largement utilisés dans la tuyauterie des installations. Ils conviennent pour un fonctionnement manuel ou automatique. Contrairement au robinet-vanne, le robinet à soupape peut être utilisé pour réguler le débit ou les pressions, ainsi que pour fermer complètement le débit. Il peut également être utilisé comme soupape de décharge ou comme clapet anti-retour. Par rapport à un robinet-vanne ou à un robinet à boisseau sphérique, le robinet à soupape a une perte de pression considérablement plus élevée en position complètement ouverte. Cela s'explique par le fait que le fluide change de direction lorsqu'il traverse le robinet. Le rapport L/D pour ce type de vanne est d'environ 340. Les robinets à soupape sont fabriqués dans des tailles allant jusqu'à NPS 16. Ils sont généralement actionnés par un volant.

Comment fonctionnent les robinets à soupape ?

Un robinet à soupape est principalement conçu pour arrêter, démarrer et réguler le débit. Il se compose d'un disque mobile et d'un siège annulaire fixe dans un corps généralement sphérique. Le siège d'un robinet à soupape est situé au milieu de la conduite et parallèle à celle-ci, et l'ouverture du siège est fermée par le disque. Lorsque la poignée est tournée, manuellement ou par l'intermédiaire d'un actionneur, un disque est abaissé ou relevé par l'intermédiaire de la tige du robinet. Lorsque le disque est complètement abaissé, l'écoulement du fluide est coupé. Lorsque le disque est complètement relevé, le débit du fluide est maximal. Lorsque le disque est relevé à un niveau inférieur au niveau maximum, le débit du fluide est régulé proportionnellement à la course verticale du disque.

Types de robinets à soupape

Il existe trois principaux types de corps pour les robinets à soupape, à savoir... Le modèle en T ou corps en Z, le modèle en angle et le modèle en Wye ou corps en Y.

Modèle en T Robinet à soupape

Modèle en T Le robinet à soupape est le type de corps le plus courant, avec une membrane en forme de Z. Le siège horizontal permet à la tige et au disque de se déplacer perpendiculairement à la ligne horizontale. La position horizontale du siège permet à la tige et au disque de se déplacer perpendiculairement à la ligne horizontale. Cette conception présente le coefficient de débit le plus faible et une perte de charge plus élevée. Ils sont utilisés dans les services d'étranglement sévères, tels que les conduites de dérivation autour d'une vanne de régulation. Les robinets à soupape en T peuvent également être utilisés dans des applications où la perte de charge n'est pas un problème et où un étranglement est nécessaire.

Robinets à soupape à siège incliné

La conception des robinets à soupape à angle est une modification du robinet à soupape de base en T. Les extrémités de ce robinet à soupape sont à un angle de 90 degrés. Les extrémités de ce robinet à soupape forment un angle de 90 degrés et le fluide s'écoule en un seul tour de 90 degrés. Ils ont un coefficient de débit légèrement inférieur à celui des robinets à soupape en forme de wye. Ils sont utilisés dans les applications présentant des périodes de débit pulsé en raison de leur capacité à gérer l'effet d'engorgement de ce type de débit.

Robinets à soupape de type Wye

La conception des robinets à soupape de type Wye est une alternative à la perte de charge élevée inhérente aux robinets à soupape. Le siège et la tige sont inclinés à environ 45 degrés, ce qui permet un écoulement plus droit à pleine ouverture et offre le moins de résistance possible à l'écoulement. Ils peuvent être ouverts pendant de longues périodes sans érosion grave. Ils sont largement utilisés pour l'étranglement pendant les opérations saisonnières ou de démarrage. Ils peuvent être percés pour éliminer les débris lorsqu'ils sont utilisés dans des conduites de drainage qui sont normalement fermées.

Construction des robinets à soupape

Les robinets à soupape ont généralement des tiges ascendantes et, pour les plus grandes tailles, une construction à vis et à oreilles. Les composants du robinet à soupape sont similaires à ceux du robinet-vanne. Ce type de robinet a des sièges dans un plan parallèle ou incliné par rapport à la ligne d'écoulement.

La maintenance des robinets à soupape est relativement facile, car les disques et les sièges sont facilement remis à neuf ou remplacés. Les robinets à soupape sont donc particulièrement adaptés aux services nécessitant une maintenance fréquente. Lorsque les robinets sont actionnés manuellement, la course plus courte du disque permet à l'opérateur de gagner du temps, surtout si les robinets sont réglés fréquemment.

La principale variation dans la conception des robinets à soupape réside dans les types de disques utilisés. Les disques de type bouchon ont une configuration longue et conique avec une large surface d'appui. Ce type de siège offre une résistance maximale à l'action érosive du fluide. Dans le disque de composition, le disque a une face plate qui est pressée contre l'ouverture du siège comme un capuchon. Ce type de siège n'est pas aussi adapté à l'étranglement à haute pression différentielle.

Dans les robinets à soupape en fonte, les disques et les bagues de siège sont généralement en bronze. Dans les robinets à soupape en acier pour des températures allant jusqu'à 399°C (750°F), la garniture est généralement en acier inoxydable et offre ainsi une résistance au grippage et à l'éraillure. Les faces d'accouplement sont normalement traitées thermiquement pour obtenir des valeurs de dureté différentielle. D'autres matériaux de garniture, y compris des alliages à base de cobalt, sont également utilisés.

La surface d'assise est rectifiée pour assurer un contact complet avec la surface d'appui lorsque le robinet est fermé. Pour les classes de pression inférieures, l'alignement est maintenu par un long contre-écrou de disque. Pour les pressions plus élevées, les guides de disque sont moulés dans le corps du robinet. Le disque tourne librement sur la tige pour éviter le grippage de la face du disque et de la bague de siège. La tige repose sur une plaque de butée trempée, ce qui élimine le grippage de la tige et du disque au point de contact.

Disques pour robinets à soupape

Les disques des robinets à soupape sont de trois types :

Disque à billes (disque conventionnel)

Le disque à billes est adapté aux basses températures et aux basses pressions. Idéal pour les opérations de démarrage et d'arrêt. Mal adapté à la régulation du débit.

Disque de composition （Swivel Plug） (en anglais)

Par définition, les disques composites sont constitués de plusieurs éléments. Le disque est presque toujours fabriqué en métal, tandis qu'un anneau non métallique est monté sur le disque pour former la zone d'assise. Le matériau de l'anneau non métallique est choisi pour présenter de bonnes caractéristiques de corrosion et d'érosion et peut être fabriqué sur mesure pour garantir qu'il est adapté à l'usage prévu. Si l'anneau non métallique est choisi correctement, il devrait permettre une meilleure étanchéité. Les disques composites sont souvent utilisés dans les systèmes à vapeur.

Disque d'obturation

Les disques d'obturation ont une forme longue et effilée. La forme du disque d'obturation le rend beaucoup plus adapté à l'étranglement que les disques composites et les disques à billes.

Vanne à soupape Raccordement du chapeau

Les chapeaux sont d'autres composants importants pour les robinets-vannes et les robinets à soupape. En démontant le chapeau, le personnel de maintenance a accès aux mécanismes internes et peut remplacer des composants tels que le siège, la tige, etc. Le raccordement entre le chapeau et le corps du robinet sur les robinets à soupape se présente sous différentes formes. Les chapeaux peuvent être reliés au corps du robinet par des boulons, des brides, des soudures ou par un mécanisme d'étanchéité sous pression ; le chapeau peut faire partie intégrante du corps du robinet. Quelques-uns des raccordements entre le chapeau et le corps de vanne sont décrits plus loin.

Raccordement à chapeau boulonné

Le chapeau boulonné (ou vissé) est l'un des modèles les plus simples et les moins coûteux. Cependant, le joint du chapeau doit s'adapter aux faces rotatives, et le dévissage fréquent du chapeau peut endommager les faces du joint. De plus, le couple nécessaire pour serrer le joint du chapeau devient très important pour les vannes de taille supérieure. Pour cette raison, l'utilisation de chapeaux boulonnés est normalement limitée aux vannes de taille inférieure ou égale à NPS 3.

Raccordement à chapeau soudé

Si le chapeau est fabriqué dans un matériau soudable, le raccordement du chapeau peut être entièrement réalisé par soudage. Les chapeaux soudés sont non seulement économiques, mais aussi très fiables, quelles que soient la taille, la pression de fonctionnement et la température. Cependant, un inconvénient majeur est que l'accès aux parties internes de la vanne n'est possible qu'en retirant la soudure, ce qui peut entraîner une déformation du chapeau. Pour cette raison, les chapeaux soudés ne sont normalement utilisés que lorsque l'on peut s'attendre à ce que la vanne reste sans entretien pendant de longues périodes, lorsque la vanne est une vanne jetable, ou lorsque la fiabilité de l'étanchéité du joint du chapeau l'emporte sur la difficulté d'accéder aux parties internes de la vanne.

Union Ring Bonnet Connection

Le chapeau peut également être maintenu sur le corps du robinet par une bague d'union vissée séparée. Cette construction a l'avantage d'empêcher tout mouvement entre les faces du joint lorsque le joint est serré. Le dévissage répété du chapeau ne peut donc pas endommager facilement les faces du joint. Comme pour le chapeau vissé, l'utilisation des chapeaux avec un anneau d'union vissé est limitée aux tailles de vannes ne dépassant normalement pas DN 80 (NPS 3).

Joint de pression Bonnet Connexion

Le chapeau à joint sous pression surmonte l'inconvénient du poids en laissant la pression du fluide resserrer le joint. Le joint du chapeau devient donc plus étanche à mesure que la pression du fluide augmente. Ce principe de construction est souvent préféré pour les vannes de grande taille fonctionnant à des pressions et températures élevées.

Vente de robinets à soupape

Sens d'écoulement des robinets à soupape

Pour les applications à basse température, les robinets à soupape sont normalement installés de manière à ce que la pression se trouve sous le disque. Cela contribue à faciliter le fonctionnement et à protéger la garniture.

Pour les applications de vapeur à haute température, les robinets à soupape sont installés de manière à ce que la pression soit au-dessus du disque. Dans le cas contraire, la tige se contractera lors du refroidissement et aura tendance à soulever le disque du siège.

Avantages du robinet à soupape

• • Meilleure fermeture que le robinet-vanne.

• • Bon pour une utilisation fréquente, car il n'y a pas de risque d'usure du siège et du disque.

• • Facile à réparer, car le siège et le disque sont accessibles par la partie supérieure de la soupape.

• • Fonctionnement rapide par rapport à un robinet-vanne en raison de la longueur de course plus courte

• • Généralement actionné par un actionneur automatique

Avantages du robinet à soupape

• • Perte de charge importante due à deux ou plusieurs virages à angle droit du fluide circulant à l'intérieur du corps de la vanne.

• • Obstructions et discontinuités dans la trajectoire de l'écoulement entraînant une perte de charge élevée.

• • Dans une grande ligne à haute pression, les pulsations et les impacts peuvent endommager les pièces internes de la garniture.

• • Une grande vanne nécessite une puissance considérable pour s'ouvrir et produit du bruit lorsqu'elle fonctionne.

• • Elle est plus lourde que les autres soupapes de même pression nominale.

• • Plus coûteux que le robinet-vanne.