Les 9 types de vannes
- Vanne à bille
- Vanne à membrane
- Vanne papillon
- Vanne de régulation de la pression
- Clapet de ventilation (brève intro)
- Clapet à cône (brève intro)
- Clapet à battant (brève intro)
- Clapet en ligne à siège oblique (brève intro)
- Débitmètre du type à flux (brève intro)
Bon nombre des vannes et accessoires les plus répandus sont exécutés dans des métaux classiques tels que l’acier, l’inox et la fonte. Les vannes métalliques comptent rarement au nombre des solutions les mieux adaptées au transport de liquides corrosifs ou à ces applications pour lesquelles le poids est un facteur important. Ces dernières années, l’usage de vannes et accessoires s’est imposé graduellement pour ces applications. Spécialement conçus pour le transport de liquides corrosifs, ces vannes et accessoires confèrent aux installations une réelle valeur ajoutée sur le plan de la durée de vie, de la sécurité, du confort de montage, etc. Ci-après figurent quelques applications caractéristiques des vannes en matière synthétique:
- Traitement des eaux industrielles
- Neutralisation et épuration des eaux usées
- Traitement de surface dans l’industrie métallurgique
- Remplissage et vidange des réservoirs de produits chimiques
- Dosage, groupage et mélange de produits chimiques
- Lavage de gaz (scrubbers)
- Transport de produits chimiques à l’intérieur ou à l’extérieur d’un bâtiment
- Applications nécessitant l’utilisation d’eaux d’une grande pureté en laboratoire ainsi que dans le cadre de processus pharmaceutiques
- Piscines et aquariums
- Systèmes de réfrigération secondaires à usage industriel
- Climatisations industrielles
1. Vanne à bille
Les vannes industrielles à bille reposent sur le principe de la bille flottante. En vertu de ce principe, le pouvoir d’obturation de la vanne augmente sous l’effet de la pression croissante exercée par le fluide. Une vanne à bille flottante se caractérise surtout par le fait qu’elle ne s’articule qu’autour d’un seul axe central et qu’en position de fermeture, sa bille jouit d’une certaine liberté de mouvement dans le plan horizontal par rapport à cet axe. En conséquence, la bille se cale sur son siège avec une vigueur fluctuante (en fonction de la pression exercée par le fluide). C’est la raison pour laquelle, les sièges de bille doivent être pourvus d’une bague d’appui en élastomère. L’éclaté ci-après présente, à titre d’exemple, une vanne industrielle à bille GF du type 546Pro et en illustre la structure.
Il convient d’observer que les vannes à bille se distinguent par un large éventail de types et de qualités, allant des modèles les plus simples destinés au jardinage et aux aquariums, aux modèles les plus sophistiqués conçus pour l’industrie chimique.
Outre l’incorporation ou non d’une bille flottante, les vannes à bille se différencient également par nombre de caractéristiques qui en déterminent la qualité et l’usage. La liste ci-après en répertorie quelques-unes:
- axe de vanne pourvu d’un simple ou d’un double joint d’étanchéité
- démontabilité et remontabilité du mécanisme intérieur de la vanne (bille, sièges de la bille, axe de la vanne, joints toriques internes)
- diversité des matériaux d’étanchement (les vannes élémentaires conçues pour l’eau sont d’ordinaire pourvues de joints en EPDM et en NBR, tandis que les vannes conçues pour les produits chimiques se déclinent également dans des versions munies de joints en FKM et en FFKM)
- sièges de bille en PE (vannes élémentaires) ou en PTFE (vannes pour produits chimiques)
- verrouillabilité de la vanne considérée
- option d’affichage électronique du positionnement de la vanne
- type de filet sur lequel se montent les manchons de serrage de la vanne
- option ou non d’identification par numérotation
- option d’automatisation de la ou des vannes (électriques, pneumatiques)
- disponibilité de diverses matières synthétiques aptes à la fabrication de vannes : PVC-U, PVC-C, ABS, PP, PVDF
- tests de qualité de fabrication effectués et certificats correspondants
- résultats d’essais d’étanchéité effectués en usine et certificats correspondants (soumission de séries entières plutôt que de simples échantillons à de tels essais)
- …
Voici quelques exemples de vannes à bille accompagnées de leurs principaux domaines d’application:
Nous vous recommandons vivement de vous mettre en contact avec votre fabricant pour examiner avec lui l’application particulière à laquelle vous destinez votre vanne afin de faire le meilleur choix.
2. Vanne à membrane
La conception des vannes à membrane est d’une grande simplicité ; un déplacement vertical vers le bas de la tige (axe) de la vanne suffit à fermer cette dernière en comprimant la membrane sur son siège. Inversement, un déplacement vertical vers le haut de la tige (axe) de la vanne suffit à l’ouvrir. Si le fluide transporté requiert une amélioration sensible de la résistance chimique de cette membrane généralement exécutée en élastomère (EPDM, FKM ou NBR) pour atteindre la flexibilité requise, rien ne s’oppose à ce que cette dernière soit revêtue d’une deuxième couche en PTFE. En règle générale, les vannes à membrane sont particulièrement indiquées pour l’acheminement de liquides corrosifs, abrasifs et pollués.
Elles se distinguent de surcroît par une bonne aptitude à la régulation du débit. Cependant, les vannes à membrane en matière synthétique ne sont pas à passage intégral (en raison de leur siège renforcé). Dès lors, elles ne permettent pas d’atteindre les mêmes coefficients de débit (Kv 100) que les vannes à bille.
Toutefois, les efforts consentis, ces dernières années, dans le domaine de la conception ont permis aux coefficients de débit Kv 100 de rattraper une partie de leur retard. Nous allons aborder le rapport existant entre le coefficient Kv 100 et le débit dans cette partie et vous découvrirez ci-après les écarts conceptuels significatifs entre une vanne à membrane classique (p. ex. GF type Série 3) et une version moderne (p. ex. GF type Série 5).
À cet égard, soyez attentif aussi bien à la forme du corps (ancien = section carrée contre nouveau = section circulaire) qu’à celle du siège (ancien = siège vertical renforcé contre nouveau = siège à renfort très arrondi et surfacé) ainsi qu’au fait que l’assemblage des vannes de conception récente se passe désormais de boulons sensibles à la corrosion.
Tableau comparatif des coefficients de débit Kv 100 et des différences de conception:
DN | Kv conception classique [l/min @ ▲P = 1bar] | Kv conception récente [l/min @ ▲P = 1bar] | Amélioration des vannes de conception récente par rapport aux vannes de conception classique [%] |
15 | 56 à 72 | 125 | +74% à +123% |
20 | 120 à 137 | 271 | +98% à +126 % |
25 | 175 à 230 | 481 | +109% à +175 % |
32 | 301 à 341 | 759 | +123% à +152 % |
40 | 418 à 460 | 1263 | +175% à +202 % |
50 | 685 à 768 | 1728 | +125 % à +152% |
Ci-avant: conception classique comportant un corps boulonné de section carrée (à gauche) par opposition à une conception récente comportant un corps sans boulonnage de section circulaire (à droite). Au-dessous de chacune de ces illustrations figure deux représentations schématiques de leurs écoulements respectifs. Ces représentations montrent clairement que l’écoulement du liquide à travers le corps d’une vanne récente est plus fluide.
Structure d’une vanne à membrane moderne (GF type Série 5):
3. Vanne papillon
Une vanne papillon se caractérise essentiellement par la présence d’un disque central (que l’on nomme également papillon). L’axe de la vanne est perpendiculaire à la direction d’écoulement du fluide dans la canalisation. En règle générale, le papillon doit effectuer une rotation de 90° pour passer de la position ouverte à la position fermée et vice versa. Caractérisée par une longueur d’installation restreinte, la vanne papillon est essentiellement vouée à l’exécution de fonctions d’ouverture / fermeture (On/Off), mais, dans certains cas, elle peut aussi faire office de vanne de régulation (surtout en version automatisée).
Disponibles en DN50, les vannes papillon se montent systématiquement entre des brides. Il convient également de souligner que, vu la taille de leur papillon, ces vannes ne présentent une efficacité de fonctionnement satisfaisante quant au débit qu’à partir d’un diamètre plus important de l’ordre de DN100.
À l’instar des vannes à bille, les vannes papillon se déclinent en une multitude de types conçus pour un large éventail d’applications, allant des modèles les plus simples (jardinage, aquariums et jeux d’eau) aux modèles les plus sophistiqués (industrie chimique). Les vannes le plus simples sont pourvues d’une garniture en élastomère (EPDM, FKM, NBR) au centre de laquelle pivote un papillon. Mais il en existe également plusieurs types dont la garniture d’étanchéité en élastomère recouvre également le papillon central. La conception et la fabrication de ces deux types de vanne est d’une grande simplicité. En conséquence, ces vannes sont peu coûteuses.
Toutefois, en raison du contact permanent entre le papillon, la garniture d’étanchéité et le corps de ces vannes, elles présentent l’inconvénient d’engendrer davantage de frottements entre ces trois éléments et, partant, de réclamer l’application d’un couple de commande plus élevé et de subir une usure plus importante, laquelle ne manquera pas d’en réduire la durée de vie utile. C’est pourquoi ces différents types de vannes papillon sont essentiellement voués au traitement d’eaux pures et moins aptes, voire inadaptés à l’acheminement de produits chimiques fluides ou de liquides contenant des particules en suspension et autres impuretés (sédimentation, agglomération, abrasion).
Vanne papillon central (à gauche) et vanne papillon double excentrique (à droite).
La vannes papillon et à double axe excentrique sont conçues pour les applications les plus exigeantes. Cela signifie concrètement que l’axe et le papillon sont légèrement décalés par rapport au centre de la vanne. Ce décalage s’applique aussi bien à la périphérie circonférentielle de la vanne qu’à sa longueur d’installation. Dans ce cas particulier, lors de l’ouverture et de la fermeture de la vanne, le papillon exécute un mouvement de rotation décentré en raison duquel le papillon et la garniture d’étanchéité appliquée à l’intérieur du corps de la vanne n’entrent en contact que dans les derniers 7 à 9° de rotation lors de la fermeture (ou dans les premiers 7 à 9° de rotation lors de l’ouverture). Lors de la fermeture, le papillon exerce une pression contre la garniture d’étanchéité plutôt qu’il ne la soumet à des contraintes dues aux frottements.
Dans le premier cas de figure (illustré à gauche) où une sécurité de verrouillage maximale et/ou une protection accrue contre les coups de bélier s’imposent, on procédera au montage de la vanne souhaitée de telle sorte que sa fermeture s’opère dans le sens de l’écoulement. Dans l’autre cas de figure (illustré à droite) où il faut s’attendre à ce que le couple de commande à appliquer soit très inférieur, on procédera au montage de la vanne souhaitée de telle sorte que sa fermeture s’opère plutôt dans le sens contraire à l’écoulement. S’agissant des effets du mode d’installation retenu, nous vous recommandons de consulter le fabricant de la vanne.
Les vannes papillon se distinguent encore les unes des autres tant sur le plan de la commande que du montage:
Commande:
- Levier à main classique (réglable par paliers de 5 à 10°, selon le fabricant)
- Levier à main à réglage progressif, selon le fabricant
- Commande à vis sans fin
Montage:
- «Type à battant » (version dépourvue de trous de boulon taraudés)
- «Type à bride » (version pourvue de trous de boulon taraudés)
De gauche à droite : Vanne du « type à battant » équipée d’un levier classique, d’une levier à réglage progressif ou d’un dispositif de commande à vis sans fin et vanne du « type à bride ».
4. Vanne de régulation de la pression
Le fonctionnement des vannes de régulation de la pression repose sur une structure interne très particulière ainsi que sur la pression à laquelle le fluide acheminé est soumis. Ces vannes permettent de réguler la pression à laquelle le fluide est soumis sans nécessiter l’intervention d’aucun dispositif d’entraînement motorisé. En règle générale, on fait la distinction entre trois types de vannes, lesquelles se différencient par leur fonctionnement spécifique:
- Régulation de la pression du fluide entrant (on parle volontiers de vanne de maintien de pression)
- Régulation de la pression du fluide sortant (on parle volontiers de vanne de réduction de pression)
- Prévention des risques de surpression susceptible d’affecter certains tronçons de canalisation
L’illustration ci-dessus présente une vanne de réduction de pression GF du type V582. Soyez attentif aux pictogrammes renvoyant à une pression variable du fluide entrant et à une pression stabilisée par réglage du fluide sortant. S’agissant des vannes de maintien de pression, leur mode de fonctionnement est diamétralement opposé. Il va sans dire que le sens de l’écoulement à travers ces vannes est déterminant. Une petite flèche apposée par le fabricant sur le corps de ces vannes en indique l’orientation à respecter au montage.
Concrètement, le fonctionnement global d’une vanne de régulation de la pression consiste, dans un premier temps, à porter le fluide acheminé à la pression spécifique souhaitée par le biais d’un ressort monté dans la partie supérieure de la vanne, puis à en vérifier l’obtention sur un manomètre (monté tantôt sur la canalisation, tantôt sur la vanne elle-même). L’itinéraire particulier que doit emprunter le fluide acheminé à travers la vanne, la force exercée par le ressort et la position spécifique de la membrane de régulation contraindront la vanne à compenser automatiquement toute variation de pression indésirable à laquelle le fluide serait soumis.
Membrane ou cartouches
Les vannes de régulation commercialisées à l’heure actuelle sont de deux types : vannes à membrane classiques et vannes dont le fonctionnement repose sur l’utilisation de pastilles/cartouches interchangeables. Ces dernières présente l’avantage suivant : il suffit d’en remplacer la pastille pour que ces vannes se comportent, selon le cas, en vanne de réduction ou en vanne de maintien de pression. C’est à la simplicité sans précédent des opérations de montage et de démontage des pièces (la coiffe de la vanne se visse sur le corps de celle-ci) que les réparations éventuelles doivent leur précision accrue, leur vitesse d’exécution supérieure et leur moindre sensibilité aux erreurs potentielles.
En raison de contraintes structurelles, la section des versions équipées de pastilles interchangeables est limitée d’ordinaire à DN50. Les vannes de grandes dimensions se caractérisent par l’adoption d’une membrane classique et l’assemblage des éléments constitutifs de leurs corps respectifs s’effectue au moyen de boulons métalliques. Pour plus d’informations concernant l’aptitude fonctionnelle d’une vanne de régulation de la pression à prévenir les situations de surpression, lisez cet article consacré à l’utilisation des PRV.
Vous trouverez ci-dessous deux coupes transversales. Veuillez noter que la construction générale de la vanne est identique, mais que la différence de fonctionnement se concentre autour de la pastille interchangeable.
La structure d’une vanne de régulation de la pression d’une section comprise entre DN65 et DN100 est sensiblement différente, comme le montre l’illustration ci-après. Ces vannes reposent sur l’utilisation d’une autre sorte de membrane et de piston.
La sélection de la vanne la plus appropriée à une application spécifique revêt une grande importance. Non seulement sur le plan de la compatibilité des matériaux avec le fluide à traiter et les conditions de température et de pression, mais aussi quant au mode de fonctionnement et à l’adéquation du dimensionnement. Cet aspect de la question est souvent négligé, comme en atteste la sélection par trop fréquente d’une vanne de même section que la canalisation dont l’installation se traduit souvent par un mauvais fonctionnement de la vanne et du processus de régulation. Cet outil permet d’étudier les paramètres de sélection de la vanne adéquate.
5. Vanne de ventilation et vanne de purge et de ventilation
Ces vannes permettent de procéder à la purge de cuves et de systèmes de tuyauteries. Les vannes de ventilation s’utilisent dans toutes ces situations nécessitant un apport en air contrôlé et sûr. En outre, ces vannes préviennent aussi tout déversement du fluide traité. Ces vannes sont plus fiables que jamais grâce à une innovation récente dont bénéficie leur flotteur. Dans la zone d’étanchement, ce flotteur présente une surface bombée qui lui permet de s’ajuster parfaitement sur la bague d’étanchéité. Le double palier du flotteur prévient de surcroît tout risque de blocage, même en cas de mouvements de fermeture très rapides.
6. Clapet à cône
Les clapets à cône appartenant à cette nouvelle génération s’articulent autour d’un cône de contrôle qui prévient tout reflux du fluide traité. La géométrie optimisée de l’écoulement permet de réduire au maximum la résistance à l’écoulement et les pertes de charge. Une nouvelle zone d’étanchement et une garniture d’étanchéité spécialement conçue pour ce clapet en garantissant l’étanchéité absolue, même en cas de mouvements de fermeture très rapides. Le cône de contrôle présente une surface bombée dans la zone d’étanchement. Le double palier du cône de contrôle prévient tout risque de blocage. En conséquence, toute défaillance est exclue.
7. Clapet à battant
Lorsqu’un fluide se déplace dans le sens d’écoulement du flux, le disque du clapet à battant s’ouvre en permettant au fluide acheminé de s’écouler dans la direction voulue. Dès que la pression moyenne baisse en deçà d’un seuil déterminé, le clapet se referme à nouveau.
8. Clapet en ligne à siège oblique
Le clapet en ligne à siège oblique est pourvu d’un piston monté au centre du clapet. Ce piston exerce une pression sur une assise ou un siège plan. Le clapet s’ouvre dès que la pression exercée par le fluide acheminé repousse le cône vers le haut.
9. Débitmètre du type à flux
Un débitmètre à surface variable se compose d’un conduit conique dans lequel le fluide afflue de bas en haut. Ce conduit conique accueille un flotteur à déplacement vertical. Lorsqu’un fluide dont la vitesse d’écoulement vers le haut à travers le conduit conique monté à la verticale atteint une valeur suffisante, le flotteur est soulevé jusqu’au point d’équilibre entre le poids du flotteur et la poussée exercée par le fluide. Comme le débit moyen est proportionnel à la quantité de fluide qui s’écoule par unité pendant un laps de temps déterminé, la position d’équilibre correspond à la mesure du débit à ce moment précis.
Explorez notre section dédiée à la Robinetterie pour approfondir vos connaissances sur le fonctionnement et les applications variées des différentes vannes.
Si vous avez des interrogations sur les vannes ou accessoires présentés, n’hésitez pas à contacter nos experts. Ils seront ravis de répondre à vos questions.
