Les différents types des vannes.

 Les différents types des vannes.

 Les différents types des vannes

Les vannes de régulation peuvent se classer en deux grandes catégories 

- Les vannes à corps droit ou le clapet est animé d'un mouvement linéaire.

• Vanne à simple siège (simple et double guidage)
• vanne à double siège (simple et double guidage)
• vanne à cage (Anti-cavitation)
• vanne à trois voies (mélangeuse ou répartitrice)
• vanne à angle
• vanne à membrane

- Les vannes à opercule où le clapet est animé d'un mouvement rotatif.

• vanne à papillon
• vanne à disque excentré
• vanne à boisseau sphérique
• vanne à boisseau conique

A. les vannes a mouvement d’obturateur linaire.

1. Vanne à simple siège.

Les vannes simple siège sont les plus anciennes. L'évolution des conditions de service a nécessité, dans de nombreux cas, la création de quantité de variantes technologiques. Elles peuvent supporter que de faibles pressions différentielles, leur étanchéité à la fermeture varie en moyenne de 0,05% à 0,001% du Cv nominal ce qui les rend plus étanches que ces vannes double siège. Elles présentent l'inconvénient de nécessiter pour le positionnement du clapet un servomoteur plus puissant par rapport aux vannes double siège, car le fluide exerce des forces importantes sur le clapet.

2. Vanne à double siège.

Les vannes à double siège sont connues pour accepter d'utilisation dans des conditions extrêmes (haute température, grande vitesse d'entrée, pertes de charge importantes etc...). Elles supportent de fortes pressions différentielles par contre leur étanchéité est moyenne. En théorie deux clapets ne peuvent pas porter parfaitement à la fermeture (leur étanchéité est de 0,5 % de Cv nominal. Ces vannes sont utilisables sur tous les fluides chargés ou non. Elles présentent l'avantage de ne nécessiter pour le positionnement du clapet qu'un servomoteur de puissance modérée par rapport au vanne simple siège, car le fluide tant à équilibrer les efforts sur la tige du clapet.

3. Vanne à cage.

Une vanne à cage se compose d'un corps moulé, dans lequel vient se placer une chemise cylindrique dans laquelle sont taillées des lumières en regard des conduites amont et aval. Cette chemise maintient un siège, l'ensemble muni de divers points l'étanchéité. 

Le dispositif de commande est un piston qui vient plus au moins obturer les orifices de la cage.Ces vannes sont d'un entretien aisé, en effet aucun élément susceptible d'être usé n'appartient au corps, il suffit de démonter sur le site le chapeau pour avoir accès à la cage, au clapet, au siège et à tous les joints. 

Les obturateurs sont en général équilibrés, grâce à des orifices qui permettent en communication le bas et le haut du piston (l'équilibre n'est jamais parfait du fait des différences de sections. Néanmoins ceci permet d'admettre de fortes pressions différentielles lorsque la vanne est fermée et de disposer d'une poussée importante du servomoteur pour assurer la pression de contact sur le siège. 

On peut donc utiliser ces vannes pour des vitesses d'entrée élevées pouvant atteindre 100 m/s pour les gaz t 10 m/s pour les liquides.  Dans ces vannes les étanchéités vont de 0,05% du Cv nominal pour une cage et un obturateur a double portée à l'étanchéité à la bulle pour des portées en plastiques.

NB : Toutes les vannes conventionnelles énumérées ci-dessus sont encombrantes et lourdes (surtout pour les grands diamètre) car leur capacité d'écoulement est plus faible que celle de leurs soeurs à opercule rotatif. Ces vannes sont utilisées sur des applications de type général, mais conviennent aussi à des conditions de service difficiles, qui justifient dans ce cas leur prix d'achat élevé.

4. Vannes à trois voies.

Trois types de vannes de régulation à trois voies ont été mis au point pour répondre à la plupart des applications en régulation. Ces vannes travaillent, en fonction de la position des clapets, soit, comme vannes de mélange soit comme vanne de répartition.

La vanne à trois voies répétitrice est utilisable dans les applications de partage de débit à régulation proportionnelle. Elle offre une surface de passage constante, permet de diviser les débits proportionnellement. Le débit entrant et réparti en deux directions en fonction de la position de la tige de clapet qui assure une large plage de réglage.

La vanne à trois voies mélangeuse permet en fonction de la disposition des deux sièges et des deux clapets de mélanger proportionnellement deux débits entrants. Les vannes de mélange peuvent être transformées en vannes de répartition. Pour cela il suffit de retourner les clapets. Ce retournement n'est pas indispensable puisque ces vannes peuvent aussi bien être utilisées en mélange qu'en répartition.

Le troisième type de vannes à trois voies est une vanne qui est recommandée pour le fonctionnement tout ou rien. C'est une vanne à double siège avec deux disques qui fonctionne uniquement dans les cas où la totalité du débit sort par un seul orifice.

5. Vanne à membrane.

Avantage :

Ce type est conçu pour l'utilisation avec des fluides fortement chargés en particules solides ou spongieuses qui posent des problèmes d'engorgement dans le cas de vannes conventionnelles. Elle peut être aussi utilisée pour des fluides très corrosifs, car il est possible d'effectuer aisément sur le corps de la vanne, toutes sortes de revêtements (en tuflin, PIFE etc...) et la membrane peut être proposée en divers matériaux. La vanne à membrane peut avoir une étanchéité à la fermeture pratiquement totale.

Inconvenant :
mauvaises performances en réglage
faible tenue en pressions différentielles (vanne ouverte ou fermée).

6. Vanne à angle.

Le dessin des formes intérieurs des corps de vanne à angle permet au fluide de s'écouler avec une turbulence minimum et avec arrivée sur le clapet ce qui permet d'admettre des pressions différentielles élevées, l'érosion du à la détente s'effectuant dans la veine fluide. 

Equipement interne comme une vanne conventionnelle simple siège ou à cage.
Etanchéité à la fermeture bonne, car au moins équivalente à celle d'une vanne simple siège.
Très bonne tenue aux pressions différentielles : vanne ouverte ou fermée.
Du fait de la forme du corps, qui provoque une forte récupération de pression, la vanne aura tendance à favoriser la cavitation.

B. les vannes a mouvement d’obturateur rotatif.

1. Vanne à papillon.

elles sont utilisées dans des applications ne nécessitant pas une bonne étanchéité à la fermeture offrant le meilleur rapport prix/débit. Elles sont disponibles dans des grands diamètres pour des poids et encombrements faibles. Pour limiter les efforts de manoeuvre, en limite la rotation du papillon entre 60 et 80° et la loi de débit est pratiquement exponentielle jusqu'à 70°. Il faut distinguer dans ce genre de vannes deux grands types : les papillons sans manchette butant ou tournant et les papillons avec manchette en diverses matières plastiqués ou caoutchouc suivant les températures de fonctionnement et les caractéristiques des fluides véhiculés, (Néoprène, burin, viton, PTFE) . 

le premier type nécessite des couples de manoeuvre qui doivent vaincre essentiellement les efforts hydrodynamique sur le papillon lorsqu'il est ouvert, alors que pour le second, les efforts de fortement sur la manchette à la fermeture sont très importants mais, dans ce cas on peut obtenir l'étanchéité à la bulle.

Par ailleurs, des études d'hydrodynamique ont conduit à des conceptions de papillon avec des profils particuliers, ces papillons, dit équilibrés créent des couples réduits, ce qui permet d'accepter de plus fortes pressions différentielles à l'ouverture.

Avantages 

diamètre nominal allant jusqu'à 2,50m
faible poids
prix modéré
Cv important pour le même diamètre que les vannes conventionnelles
pertes de charges modérées
possibilité de revêtement interne pour fluides corrosifs

Inconvenants 

Elles ont plus tendance à la cavitation que les vannes conventionnelles.

2. Vanne à disque excentré.

Les vannes à disque excentré sont de type rotatif et destinées à une grande variété d'applications industrielles, d'une manière générale elles ont des coefficients de débit très importants, car la veine fluide est peu perturbée, le passage étant direct. Le fluide peut avoir une vitesse d'entrée élevée mais de fait de leur haute faculté de récupération de pression, le fluide les traversant aura tendance à activer.

 L'étanchéité est réalisée soit par contact métal / métal soit par contact métal/matière plastique. D'une manière générale le disque n'est au contact du siège que près de la fermeture, ce qui limite son usure et les déformations permanentes. De la même façon, le couple de manoeuvre sert à vaincre uniquement les fortement et les effets hydrodynamiques. Ces vannes sont de conception légère, sans bride, elles viennent s'insère entre celles de la tuyauterie, l'ensemble étant pincé grâce à des tirants.

Avantages 

Poids faible
Servomoteur moins puissant
Cv important pour le même diamètre nominale que les vannes conventionnelles.
Couple du à l'action de fluide faible (uniforme).

Inconvenants 

Elles ont tendance à cavité que les vannes conventionnelles.

3. Vanne à boisseau sphérique.

Il existe divers modèles de vannes de contrôle à opercules sphériques des sphères percées, des portions de sphères échancrées ou non pour obtenir des caractéristiques d'écoulement particulières. Ces dernières mises au point, pour les contrôles de produits fibreux (pâte à papier) coupent les fibres lors de la fermeture.

 La conception de ces vannes est simple, par contre leur usinage est délicat, en particulier celui des pièces sphériques intérieurs. Elles emploient souvent des joints souples ou rigides en métal ou en plastique, TFE (Tétra Fluor éthylène), résistante aux produits corrosifs et à des températures importantes. La conception sans brides, les caractéristiques de Cv ainsi que les pertes de charge admissibles sont équivalentes à celles des modèles à disque excentré.

Avantages 

Mêmes avantages que les vannes à disque excentré. Très étanche en cas d'utilisation de siège en matière plastique.

Inconvenants 

Cavitation
Prix relativement élevé par rapport aux autres vannes rotatives.

4. Vannes à boisseau conique.

Généralement commandée par un régulateur de position à double effet et elle peut être aussi commandée par un régulateur de position à simple effet dans le cas où le servomoteur comporte un ressort antagoniste.

Le signal de commande entraîné la palette suivant un mouvement de rotation, dont l'axe est une tige accouplée au boisseau conique constituant l'élément de réglage. Le mouvement rotatif par conséquent du boisseau, constitue la réponse de la vanne (sortie). Le boisseau est généralement constitué en métal INO. Sa lumière présente un chanfrein de 1,5mm sur l'arrête.

Dans le corps de la vanne est emmanchée à force une chemise en Téflon ou en PTFE, qui sert de siège au boisseau et qui évite le contact direct de deux surfaces métalliques, par conséquent on supprime le risque d'un grippage du boisseau. Ce type de vannes ne comporte pas de presse-étoupe étant donné que l'étanchéité est assurée entièrement par le contact entre le boisseau et la chemise. Les surfaces d'étanchéité ne sont pas exposées au fluide ni en position d'ouverture ni en position de fermeture.

L'emploi d'une chemise en Téflon ou en PTFE avec un boisseau conique assure les conditions nécessaires à un fonctionnement parfaitement sur des vannes.