A vanne à bille est une vanne à mouvement rotatif qui utilise un disque en forme de boule pour arrêter ou démarrer l'écoulement du fluide. La bille, illustrée dans la figure ci-dessous, remplit la même fonction que le disque du robinet à soupape.
Lorsque la poignée de la vanne est tournée pour ouvrir la vanne, la bille tourne jusqu'à un point où le trou traversant la bille est aligné avec l'entrée et la sortie du corps de la vanne. Lorsque la vanne est fermée, la bille tourne de sorte que le trou soit perpendiculaire aux ouvertures d'écoulement du corps de la vanne et le débit est arrêté.
Qu'est-ce que Soupape à bille?
La plupart des actionneurs de vanne à bille sont du type à action rapide, ce qui nécessite un tour de 90° de la poignée de la vanne pour faire fonctionner la vanne. D'autres actionneurs de vannes à bille sont actionnés par un engrenage planétaire. Ce type d'engrenage permet d'utiliser un volant et une force de commande relativement faibles pour faire fonctionner une vanne assez grande.
Certains robinets à tournant sphérique ont été développés avec un bouchon à surface sphérique qui se trouve sur un côté en position ouverte et tourne dans le passage d'écoulement jusqu'à ce qu'il bloque complètement le trajet d'écoulement.
La mise en place est réalisée par le mouvement excentrique du bouchon. La vanne ne nécessite aucune lubrification et peut être utilisée pour le service d'étranglement.
Les robinets à tournant sphérique sont un type d'équipement de tuyauterie qui arrête ou contrôle le débit dans un pipeline à l'aide d'une sphère creuse et de sièges ronds maintenus dans un corps de vanne. Il existe deux technologies de base pour la conception des vannes à bille : la conception à bille flottante et la conception à bille montée sur tourillon.
Les principaux composants d'un robinet à tournant sphérique comprennent :
Corps de vanne – Un récipient sous pression qui contient les composants nécessaires pour contrôler ou arrêter le débit dans un tuyau. Il est conçu pour relier deux ou plusieurs sections de tuyaux ou de tubes les unes aux autres.
Balle – Une sphère avec un chemin d'écoulement (trou ou tunnel) à travers le centre de celle-ci et un point de connexion pour un arbre pour la faire tourner.
Sièges – Disques ronds en forme de beignet qui forment un joint entre le corps et la balle.
Tige – Un arbre qui relie la bille interne à l’extérieur de la vanne pour faciliter la rotation de la bille.
Garniture – Joints flexibles qui s'adaptent autour de l'arbre et empêchent le fluide circulant à travers la vanne de s'échapper vers l'extérieur.
Chapeau – La partie du corps de la vanne qui abrite la tige et la garniture.
Opérateur ou actionneur – Un dispositif externe conçu pour faire tourner la tige de la vanne. Il peut s'agir d'un levier, d'un engrenage, d'un engrenage motorisé (actionneur électrique) ou d'un actionneur pneumatique/hydraulique.
Quels types de robinets à tournant sphérique sont utilisés dans la tuyauterie ?
Les robinets à tournant sphérique n'ont pas de mécanisme compliqué. Ils sont faciles à installer et simples à utiliser. Leur conception simple les rend polyvalents et peuvent être utilisés dans de nombreuses applications industrielles différentes. Il existe de nombreux types de robinets à tournant sphérique en fonction de leur construction et de leur fonction.
Types basés sur la configuration du corps
Les fabricants de robinets à bille classent ces vannes en fonction de la configuration de leur corps. Il existe quatre types de robinets à tournant sphérique en fonction de leur construction.
Robinet à boisseau sphérique à entrée par le haut
Comme leur nom l'indique, les vannes à bille à entrée supérieure permettent d'accéder aux parties internes de la vanne en retirant le couvercle du chapeau sur le dessus. Ces vannes peuvent être facilement assemblées et démontées. Un accès facile permet la réparation et l'entretien sans avoir à désengager le robinet à tournant sphérique du pipeline.
Robinet à tournant sphérique d'entrée d'extrémité
Ces robinets à tournant sphérique ont un corps monobloc. Les raccords sur la vanne sont bridés ou vissés. La boule s'insère par une extrémité et est maintenue en place par un insert vissé. Les robinets à tournant sphérique à entrée d'extrémité sont généralement de plus petite taille et utilisés pour des applications nécessitant moins de pression.
Robinet à bille fendu
Dans les vannes à boisseau sphérique à corps divisé, le corps de la vanne est divisé en deux ou trois pièces boulonnées ensemble comme des brides. Une partie du corps est toujours plus grande que le reste et c’est ce qui retient le ballon. Le presse-étoupe est construit autour de la plus grande partie du corps. Les robinets à boisseau sphérique à corps divisé sont généralement de plus grande taille, bien que vous puissiez également en trouver des plus petits. Ils sont faciles à inspecter et à entretenir.
Robinet à tournant sphérique soudé
Dans les vannes à bille à corps soudé, le chapeau est soudé au corps de la vanne. Cela protège la vanne de tout type de fuite. Les pièces internes de la vanne ne sont pas accessibles ni entretenues. Les vannes à corps soudé conviennent aux applications souterraines, aux pipelines sous-marins et à la régulation du flux de matières dangereuses.
Types basés sur le mouvement de la balle
Conception de boule flottante
Un robinet à tournant sphérique de conception flottante prend en sandwich la bille creuse entre deux ou plusieurs sièges en forme de coupe qui forment un joint étanche entre le corps et la bille au niveau des orifices d'entrée et de sortie du corps de la vanne.
La bille est tournée (généralement de 90 degrés) par un arbre qui dépasse à l'extérieur du corps de la vanne et qui est relié à une certaine forme d'opérateur. Pour cette raison, la plupart des robinets à tournant sphérique sont appelés robinets quart de tour. Cet arbre n'est pas fixé rigidement à la bille afin que le siège de la bille berce la bille l'empêchant de descendre dans le corps de la vanne.
Conception de boule montée sur tourillon
Le robinet à tournant sphérique à tourillon fonctionne presque de la même manière que le robinet à bille flottant, sauf que les sièges sont chargés par ressort contre la bille et que la bille ne pivote pas. Dans cette conception, la balle ne tourne que sur son axe.
Dans le robinet à tournant sphérique monté sur tourillon, la bille utilise un deuxième arbre et un deuxième roulement au bas de la bille. Cette tige ou « poteau » maintient le bas de la valve en place. Le dessus de la boule n'est pas fendu et la tige supérieure est fixée rigidement à la boule. Cela empêche la bille de se déplacer vers le siège aval.
Types basés sur les alésages
L'alésage est le diamètre interne des billes utilisées dans les robinets à tournant sphérique. Il existe trois types de base de robinets à tournant sphérique basés sur des alésages.
Robinet à tournant sphérique flottant à passage complet
Le robinet à tournant sphérique à passage intégral est nommé ainsi parce que le diamètre de l'alésage de cette vanne correspond au diamètre de la canalisation connectée. Cela signifie qu’il n’y a aucune restriction au débit à travers la valve. Les robinets à tournant sphérique à passage intégral ou à plein débit sont idéaux pour les situations où raclage peut être requis. Ils sont largement utilisés dans les industries chimiques, pétrochimiques et du raffinage.
Robinet à tournant sphérique flottant à port réduit
Comme son nom l'indique, une vanne à orifice réduit a un diamètre d'alésage interne d'une ou deux tailles nominales inférieur au diamètre interne de la canalisation connectée. Le chemin d'écoulement est restreint, ce qui entraîne des pertes d'énergie plus élevées. Une vanne à port réduit est principalement utilisée dans l’industrie pétrolière et gazière.
Vanne à bille flottante à port en V
Le robinet à tournant sphérique à port en V comporte soit une bille en forme de V, soit un siège de forme similaire. Ce robinet à tournant sphérique est utilisé dans les applications où la vitesse d'écoulement doit être maintenue à un certain niveau. C'est pourquoi la vanne à bille en V est également appelée vanne de régulation.
Types basés sur le nombre de pièces
Les robinets à tournant sphérique peuvent être logés dans des structures en une, deux ou trois pièces.
Robinet à tournant sphérique flottant monobloc
Il s’agit du robinet à tournant sphérique le moins cher car il comporte une seule pièce de boîtier soudée ou forgée au corps de la vanne. Les robinets à tournant sphérique monobloc ne peuvent pas être ouverts, ce qui rend impossible le nettoyage, l'entretien ou le remplacement des pièces. Cette vanne à bille convient aux applications industrielles à petite échelle et aux matériaux tels que les gaz qui ne nécessitent pas d'entretien de la vanne.
Robinet à tournant sphérique flottant en deux pièces
Ce robinet à tournant sphérique est constitué de deux pièces de boîtier filetées ensemble. Les vannes en deux parties peuvent être démontées pour le nettoyage et l'entretien, mais cela nécessite que la vanne soit désengagée du pipeline.
Robinet à tournant sphérique flottant en trois pièces
Le robinet à tournant sphérique en trois parties comprend trois pièces de boîtier différentes boulonnées ensemble. La valve peut être facilement nettoyée et entretenue. Les pièces internes peuvent également être remplacées sans désengager la vanne du pipeline. Les robinets à tournant sphérique en trois parties sont plus chers que les deux autres types de robinets de cette catégorie.
Matériaux de vanne
Les billes sont généralement métalliques dans des corps métalliques avec des garnitures (sièges) fabriquées à partir de matériaux élastomères (matériaux élastiques ressemblant au caoutchouc). Une construction en plastique est également disponible.
Les sièges élastiques des robinets à tournant sphérique sont fabriqués à partir de divers matériaux élastomères. Les matériaux de siège les plus courants sont le Téflon (TFE), le TFE chargé, le Nylon, le Buna-N, le Néoprène et des combinaisons de ces matériaux.
En raison des matériaux élastomères, ces vannes ne peuvent pas être utilisées à des températures élevées. Des précautions doivent être prises lors de la sélection du matériau du siège pour garantir qu'il est compatible avec les matériaux manipulés par la vanne.
Conception de la tige du robinet à tournant sphérique
La tige d'un robinet à bille n'est pas fixée à la bille. Il comporte normalement une partie rectangulaire à l'extrémité de la boule qui s'insère dans une fente découpée dans la boule. L'élargissement permet la rotation de la boule lorsque la tige est tournée.
Tige anti-éruption du robinet à tournant sphérique
Certaines tiges de robinet à bille ont une rainure découpée dans la face supérieure de la tige qui montre le chemin d'écoulement à travers la bille. L'observation de la position de la rainure indique la position du port traversant la bille. Cette fonctionnalité est particulièrement avantageuse sur les vannes à boisseau sphérique multivoies.
La tige anti-éruption est l'une des caractéristiques de base de la conception du robinet à tournant sphérique.
Tige de robinet à tournant sphérique est inséré depuis le corps de la vanne vers l'intérieur avec un épaulement intégré de type T pour fournir une protection efficace contre l'éruption. Il est inséré à l'intérieur en fonction d'un siège arrière pour assurer la sécurité de l'étanchéité de la tige.
Pour la décrire en détail, la tige est scellée par des joints toriques et des bagues d'étanchéité et maintenue en position par le boîtier de tige qui est boulonné au corps de la vanne. Les joints toriques et les bagues d'étanchéité sont comprimés et maintenus en position par la bride du presse-étoupe, qui est boulonnée au boîtier de la tige. Cela signifie que lorsque nous remplaçons la garniture, la fonction anti-éclatement de la tige peut empêcher la tige d'être poussée vers l'extérieur par la pression de la vanne à l'intérieur.
Conception du capot du robinet à tournant sphérique
Un capuchon de chapeau se fixe au corps, qui maintient l'ensemble de tige et la boule en place. Le réglage du capuchon du chapeau permet la compression de la garniture qui alimente le joint de tige.
La garniture des tiges de robinet à tournant sphérique se présente généralement sous la forme d'anneaux de garniture moulés, généralement en TFE, en matériau rempli de TFE ou imprégné de TFE. Certaines tiges de robinets à tournant sphérique sont scellées au moyen de joints toriques plutôt que d'une garniture.
Position du robinet à tournant sphérique
Certains robinets à tournant sphérique sont équipés de butées qui ne permettent qu'une rotation de 90°. D'autres n'ont pas de butées et peuvent pivoter à 360°. Avec ou sans butées, une rotation de 90° suffit pour fermer ou ouvrir un robinet à tournant sphérique.
La poignée indique la position de la bille de la vanne. Lorsque la poignée se trouve le long de l’axe de la vanne, la vanne est ouverte. Lorsque la poignée se trouve à 90° sur l'axe de la vanne, la vanne est fermée.
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