Comment fonctionne une vanne d'air à trois voies ?

Vous est-il déjà arrivé de regarder un système pneumatique et de vous demander ce que faisaient ces étranges vannes à trois raccords ?

Je comprends. Lorsque j'ai commencé à travailler avec des systèmes d'air comprimé, les vannes à 3 voies semblaient relever de la magie noire. Mais voilà : une fois que l'on a compris comment une vanne à 3 voies soupape d'air sont en fait assez simples.

En fait, ces petits dispositifs sont les bêtes de somme de l'automatisation pneumatique. Ils contrôlent tout, des robots d'usine aux freins pneumatiques des camions.

Aujourd'hui, je vais vous expliquer exactement comment un système à 3 voies peut être mis en place dans le cadre d'un programme de formation. soupape d'air fonctionne. Pas de discours technique compliqué. Juste des informations simples et pratiques que vous pouvez réellement utiliser.

Plongeons dans le vif du sujet.

Qu'est-ce qu'une vanne d'air à trois voies ?

Commençons par le commencement.

Un système à trois voies soupape d'air est en fait un contrôleur de trafic pour l'air comprimé. Il possède trois orifices (d'où le nom "3 voies") et dirige le flux d'air entre eux.

Imaginez un carrefour en Y sur une route. Le trafic peut passer d'une route à l'une ou l'autre des deux autres, en fonction de la façon dont le feu de circulation est réglé.

Il en va de même pour une vanne à trois voies.

Les trois ports sont généralement étiquetés :

• P (Pression): Lieu d'entrée de l'air comprimé
• A (Actionneur): Où va l'air pour alimenter votre appareil
• R ou E (échappement): Où l'air utilisé s'échappe

C'est assez simple, non ?

Les deux principaux types de vannes d'air à trois voies

C'est là que les choses deviennent intéressantes.

Il existe deux configurations principales de vannes à 3 voies :

Vannes normalement fermées (NC)

C'est le type le plus courant que je vois dans les applications industrielles.

Lorsque la vanne est "au repos" (non alimentée) :

• L'orifice de pression est bloqué
• L'orifice de l'actionneur est relié à l'échappement
• Votre cylindre pneumatique reste rétracté

Lorsque vous lui donnez de l'énergie :

• Orifice de pression ouvre vers le port de l'actionneur
• L'orifice d'échappement se ferme
• De l'air comprimé circule vers votre appareil

Vannes normalement ouvertes (NO)

Ces derniers fonctionnent à l'inverse.

Au repos :

• La pression s'écoule vers l'actionneur
• L'échappement est bloqué

Lorsqu'il est sous tension :

• La pression est bloquée
• L'actionneur est relié à l'échappement

J'ai constaté que les soupapes NC sont beaucoup plus courantes. Pourquoi ? Pour des raisons de sécurité. En cas de panne de courant, la plupart des systèmes veulent évacuer la pression plutôt que de la maintenir.

Comment fonctionne une vanne d'air à trois voies ?

Passons maintenant à la partie la plus amusante.

À l'intérieur d'une vanne à trois voies, vous trouverez généralement l'un des deux mécanismes suivants :

Conception de la bobine

C'est ce que l'on trouve dans la plupart des vannes industrielles.

Imaginez un cylindre qui glisse d'avant en arrière à l'intérieur du corps de la valve. Ce cylindre (le tiroir) comporte des rainures soigneusement usinées qui créent différentes voies d'écoulement lors de son déplacement.

Lorsque la bobine se déplace :

1. Il bloque un port
2. Ouvre un autre
3. Création d'une nouvelle voie d'accès à l'air

La beauté ? Elle est super fiable. J'ai vu des distributeurs fonctionner pendant des millions de cycles sans défaillance.

Poppet Design

Ces derniers utilisent une approche différente.

Au lieu d'un tiroir coulissant, les valves à clapet utilisent des disques à ressort qui s'ouvrent ou se ferment. Ils sont comparables aux soupapes du moteur de votre voiture, mais en beaucoup plus petit.

L'avantage ? Ils sont plus étanches que les distributeurs à tiroir. L'inconvénient ? Ils sont généralement limités à des débits plus faibles.

Applications dans le monde réel (où vous les avez vus sans le savoir)

Voici la partie la plus intéressante.

Les vannes à 3 voies sont partout. Vous avez probablement interagi avec des dizaines d'entre eux aujourd'hui sans vous en rendre compte.

Vérins à simple effet

Il s'agit de l'application la plus courante.

Un vérin à simple effet n'a besoin que d'une pression d'air pour se déplacer dans une direction. Un ressort le ramène à sa position initiale.

La vanne à trois voies permet de contrôler parfaitement ce phénomène :

• Energize = allonger le cylindre
• Désexcitation = le ressort ramène le cylindre

J'en vois dans tous les domaines, des portes automatisées aux presses industrielles.

Actionneurs pneumatiques

Vannes à bille, vannes papillon, etc. S'il s'agit d'un actionnement pneumatique, il y a probablement une vanne à trois voies qui le contrôle.

La vanne dirige l'air pour ouvrir ou fermer l'actionneur. C'est aussi simple que cela.

Applications de purge

Besoin d'éliminer les copeaux d'une machine ? Retirer la poussière d'un produit ?

Les vannes à 3 voies excellent dans ce domaine. Elles peuvent rapidement passer de l'alimentation en air pour la purge à la mise à l'air libre une fois celle-ci terminée.

Choisir la bonne valve (Ne faites pas ces erreurs)

Après avoir passé des années à spécifier ces choses, j'ai appris ce qui est important.

Capacité de débit

C'est l'erreur #1 que je vois.

Les gens choisissent une vanne trop petite pour leur application. Résultat ? Un mouvement lent du cylindre ou une force de purge inadéquate.

Vérifiez votre :

• Débit requis (SCFM ou litres/min)
• Cote Cv de la vanne (coefficient de débit)
• Taille des orifices

Conseil de pro : en cas de doute, prenez une taille au-dessus. La différence de coût est minime, mais l'amélioration des performances peut être énorme.

Temps de réponse

À quelle vitesse votre vanne doit-elle basculer ?

Électrovannes standard : 10-50 millisecondes
Vannes à grande vitesse : Moins de 10 millisecondes
Vannes pilotées par l'air : 50-200 millisecondes

Pour la plupart des applications, la vitesse standard est suffisante. Mais si vous effectuez des opérations de tri à grande vitesse ou des fonctions de sécurité, tenez compte de cette spécification.

Considérations environnementales

Où va la valve ?

Intérieur, environnement propre ? La valve standard convient.
Zone de lavage ? Obtenir IP65 ou mieux.
Atmosphère explosive ? Vous avez besoin d'un appareil à sécurité intrinsèque ou antidéflagrant.

Je l'ai appris à mes dépens lorsqu'une vanne standard est tombée en panne dans la zone de lavage d'une usine alimentaire. Ce n'était pas drôle.

Des conseils d'installation qui vous éviteront des maux de tête

Au fil des ans, j'ai vu toutes les erreurs d'installation possibles. Voici comment les éviter :

L'orientation du port est importante

Vérifiez toujours quel port est le bon avant connexion.

La plupart des soupapes portent de petites étiquettes (P, A, R) moulées dans le corps. Mais il est facile de les oublier. J'ai vu des techniciens expérimentés les connecter à l'envers.

Résultat ? Le vérin sort alors qu'il devrait se rétracter. Oups.

La filtration n'est pas facultative

L'air comprimé est sale. Comme, vraiment sale.

Installez un filtre de 5 microns en amont de votre vanne. Minimum.

Si vous ne le faites pas, vous devrez remplacer les soupapes bien plus tôt que nécessaire. La contamination est la principale cause de décès des soupapes #1.

Le bon montage

Les vannes à 3 voies peuvent généralement être montées dans n'importe quelle orientation. Mais voici le problème :

Fixez-les pour qu'ils soient facilement accessibles. Vous volonté Vous aurez besoin de les entretenir ou de les remplacer un jour ou l'autre. Ne les enterrez pas derrière d'autres équipements.

Utilisez également les trous de fixation. Ne les laissez pas pendre de la tuyauterie. Les vibrations finiront par provoquer des fuites ou des défaillances.

Dépannage des problèmes courants

Lorsqu'une vanne à trois voies fonctionne mal, c'est généralement à cause de l'un de ces problèmes :

La vanne ne commute pas

Tout d'abord, vérifiez l'évidence :

• Est-il alimenté en électricité ? (Test avec un compteur)
• La tension est-elle correcte ? (12V, 24V, 110V ?)
• Les connexions sont-elles bonnes ?

Si l'électricité fonctionne bien, il se peut que le robinet soit bloqué. Essayez de l'actionner manuellement (la plupart ont un bouton de commande manuelle).

Fonctionnement lent

Cela signifie presque toujours que la pression d'air est faible ou que le débit est limité.

Vérifier :

• Pression d'alimentation (doit se situer dans la plage nominale de la vanne)
• État du filtre (peut être obstrué)
• Taille du tube (un tube sous-dimensionné limite le débit)

Fuite

Les fuites internes (fuites transversales) signifient que les joints sont usés. Il est temps de les reconstruire ou de les remplacer.

Les fuites externes sont généralement dues à des raccords desserrés ou à des filetages endommagés. Il est souvent possible de remédier à ces problèmes sans remplacer la vanne.

Stratégies de contrôle avancées

Une fois que vous avez compris les principes de base, vous pouvez faire des choses intelligentes avec les vannes à trois voies.

Contrôle de la vitesse

Ajoutez des régulateurs de débit à l'orifice d'échappement. Cela vous permet de contrôler la vitesse du cylindre indépendamment dans chaque direction.

Je l'utilise tout le temps pour :

• Portes à fermeture progressive
• Opérations de pressage contrôlées
• Absorption des chocs

Régulation de la pression

Installez un régulateur entre la valve et le cylindre. Vous pouvez désormais contrôler la force ainsi que le mouvement.

Idéal pour :

• Opérations d'assemblage délicates
• Force de serrage variable
• Essai de différents réglages de pression

Circuits à vannes multiples

Connectez plusieurs vannes à 3 voies pour créer des modèles de mouvement complexes.

Exemple : Deux distributeurs peuvent commander un vérin à double effet, ce qui offre plus d'options de commande qu'un simple distributeur à 5 voies.

Faire le bon choix pour votre application

Le résultat ?

Comprendre comment une 3 voies soupape d'air travaux ouvre un monde de possibilités de contrôle pneumatique. Ces dispositifs simples sont les éléments constitutifs de l'automatisation.

Que vous conceviez un nouveau système ou que vous dépanniez un système existant, les principes restent les mêmes :

• Connaître les exigences en matière de débit
• Choisir le bon type de vanne (NC ou NO)
• L'installer correctement
• L'entretenir régulièrement

Maîtrisez ces principes de base et vous serez étonné de ce que vous pouvez accomplir avec l'air comprimé.

Le plus beau ? Une fois que vous avez compris une vanne à trois voies, vous les comprenez toutes. Les principes sont universels, qu'il s'agisse d'une minuscule vanne $20 ou d'une énorme unité industrielle.

La prochaine fois que vous verrez un système pneumatique, regardez de plus près ces vannes à trois voies. Vous savez maintenant exactement ce qu'elles font et comment elles fonctionnent.

Plutôt cool, non ?