Vannes à soupapesont un pilier du contrôle des fluides depuis 200 ans et se retrouvent désormais partout. Cependant, dans certaines applications, les conceptions de vannes à soupape peuvent également être utilisées pour gérer l'arrêt total du fluide. Les vannes à soupape sont généralement utilisées pour contrôler le débit de fluide. L'utilisation marche/arrêt et modulante des vannes à soupape peut être observée à l'extérieur des maisons et des structures commerciales, où les vannes sont fréquemment placées.

La vapeur et l’eau étaient essentielles à la révolution industrielle, mais ces substances potentiellement dangereuses devaient être limitées. Lerobinet à soupapeest la première valve nécessaire pour accomplir cette tâche efficacement. La conception du robinet à soupape a connu un tel succès et une telle popularité qu'elle a conduit la majorité des principaux producteurs de robinets traditionnels (Crane, Powell, Lunkenheimer, Chapman et Jenkins) à recevoir leurs brevets initiaux.

Vannes à vannesont destinés à être utilisés en position complètement ouverte ou entièrement fermée, tandis que les vannes à soupape peuvent être utilisées comme vannes de blocage ou d'isolement mais sont conçues pour être partiellement ouvertes pour contrôler le débit lors de la régulation. Des précautions doivent être prises dans les décisions de conception lors de l'utilisation de vannes à soupape pour les vannes à commande d'isolement et tout ou rien, car il est difficile de maintenir une étanchéité étanche avec une pression considérable sur le disque. La force du fluide aidera à obtenir une étanchéité positive et facilitera l’étanchéité lorsque le fluide s’écoule de haut en bas.

Les vannes à soupape sont parfaites pour les applications de vannes de régulation en raison de leur fonction de régulation, qui permet une régulation extrêmement fine avec des positionneurs et des actionneurs liés au chapeau et à la tige de la vanne à soupape. Ils excellent dans un certain nombre d'applications de contrôle des fluides et sont appelés dans ces applications « éléments de contrôle finaux ».

chemin d'écoulement indirect

Le Globe est également connu sous le nom de robinet à soupape en raison de sa forme ronde originale, qui cache encore la nature inhabituelle et alambiquée du chemin d'écoulement. Avec ses canaux supérieur et inférieur dentelés, un robinet à soupape complètement ouvert présente toujours une friction ou une barrière importante à l'écoulement du fluide contrairement à un robinet à vanne ou à boisseau sphérique complètement ouvert. La friction du fluide provoquée par l'écoulement incliné ralentit le passage à travers la vanne.

Le coefficient de débit, ou « Cv », d'une vanne est utilisé pour calculer le débit qui la traverse. Les robinets-vannes ont une résistance à l'écoulement extrêmement minime lorsqu'ils sont en position ouverte, c'est pourquoi le Cv sera sensiblement différent pour un robinet-vanne et un robinet à soupape de même taille.

Le disque ou le bouchon, qui sert de mécanisme de fermeture du robinet à soupape, peut être fabriqué sous diverses formes. Le débit à travers la vanne peut changer considérablement en fonction du nombre de tours de la tige lorsque la vanne est ouverte en modifiant la forme du disque. La conception à disque incurvé plus typique ou « traditionnelle » est utilisée dans la majorité des applications car elle est mieux adaptée que d’autres conceptions à un mouvement (rotation) spécifique de la tige de vanne. Les disques à port en V conviennent à toutes les tailles de vannes à soupape et sont conçus pour une restriction fine du débit sur différents pourcentages d'ouverture. La régulation absolue du débit est l'objectif des types d'aiguilles, mais elles ne sont souvent proposées que dans des diamètres plus petits. Un insert souple et résilient peut être inséré dans le disque ou le siège lorsqu'un arrêt complet est requis.

Garniture de robinet à soupape

La véritable fermeture composant à composant dans un robinet à soupape est assurée par le tiroir. Le siège, le disque, la tige, la banquette arrière et parfois le matériel qui fixe la tige au disque constituent la garniture d'un robinet à soupape. Les bonnes performances et la durée de vie de toute vanne dépendent de la conception des éléments internes et du choix du matériau, mais les vannes à soupape sont plus vulnérables en raison de leur friction élevée et de leurs itinéraires d'écoulement compliqués. Leur vitesse et leurs turbulences augmentent à mesure que le siège et le disque se rapprochent. En raison de la nature corrosive du fluide et de la vitesse accrue, il est possible d'endommager les éléments internes de la vanne, ce qui augmentera considérablement les fuites de la vanne lorsqu'elle est fermée. Le cordage est le terme désignant un défaut qui apparaît parfois sous forme de petits flocons sur le siège ou le disque. Ce qui a commencé comme une petite fuite pourrait s’étendre et se transformer en une fuite importante si elle n’est pas réparée à temps.

Le clapet des petits robinets à soupape en bronze est souvent constitué du même matériau que le corps, ou parfois d'un alliage plus robuste de type bronze. Le matériau de bobine le plus courant pour les robinets à soupape en fonte est le bronze. IBBM, ou « Iron Body, Bronze Mounting », est le nom de cette garniture en fer. Il existe de nombreux matériaux de garniture différents disponibles pour les vannes en acier, mais souvent un ou plusieurs éléments de garniture sont en acier inoxydable martensitique de la série 400. De plus, des matériaux durs comme le stellite, les aciers inoxydables de la série 300 et les alliages cuivre-nickel comme le Monel sont utilisés.

Il existe trois modes fondamentaux pour les vannes à soupape. La forme en « T », avec la tige perpendiculaire au débit du tuyau, est la plus typique.
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Semblable à une vanne en T, une vanne d'angle fait pivoter le débit à l'intérieur de la vanne de 90 degrés, agissant à la fois comme dispositif de contrôle du débit et comme coude de tuyau à 90 degrés. Sur les « arbres de Noël » pétroliers et gaziers, les vannes à soupape d'angle sont le type de vanne de régulation de débit final qui est encore fréquemment utilisée au-dessus des chaudières.
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La conception en « Y », qui est la troisième conception, est destinée à resserrer la conception pour les applications tout ou rien tout en réduisant l'écoulement turbulent qui se produit dans le corps du robinet à soupape. Le chapeau, la tige et le disque de ce type de robinet à soupape sont inclinés à un angle de 30 à 45 degrés pour rendre le chemin d'écoulement plus droit et réduire la friction du fluide. En raison de la diminution du frottement, la vanne est moins susceptible de subir des dommages érosifs et les caractéristiques globales d'écoulement du système de tuyauterie sont améliorées.