soupapes à globeLes vannes à globe sont un élément essentiel de la régulation des fluides depuis 200 ans et sont aujourd'hui omniprésentes. Dans certaines applications, elles permettent également d'interrompre totalement la circulation d'un fluide. Elles servent généralement à contrôler le débit. On observe fréquemment des vannes à globe, qu'elles soient à commande marche/arrêt ou modulante, sur les façades des maisons et des bâtiments commerciaux, où elles sont souvent installées.

La vapeur et l'eau étaient essentielles à la révolution industrielle, mais il fallait maîtriser ces substances potentiellement dangereuses.vanne à globeIl s'agit de la première vanne nécessaire à la bonne exécution de cette tâche. La conception de la vanne à globe a connu un tel succès et une telle popularité qu'elle a permis à la plupart des grands fabricants de vannes traditionnelles (Crane, Powell, Lunkenheimer, Chapman et Jenkins) d'obtenir leurs premiers brevets.

vannes à guillotineLes vannes à soupape sont conçues pour être utilisées en position complètement ouverte ou complètement fermée, tandis que les vannes à globe peuvent servir de vannes d'arrêt ou d'isolement, mais sont conçues pour être partiellement ouvertes afin de contrôler le débit lors de la régulation. Il convient d'être vigilant lors de la conception de vannes à globe pour les vannes d'isolement et les vannes tout ou rien, car il est difficile de maintenir une étanchéité parfaite sous une forte pression sur le disque. La force du fluide contribue à assurer une bonne étanchéité et simplifie le joint lorsque le fluide s'écoule de haut en bas.

Les vannes à globe sont parfaitement adaptées aux applications de régulation grâce à leur fonction de régulation, qui permet un réglage extrêmement précis au moyen de positionneurs et d'actionneurs reliés au chapeau et à la tige de la vanne. Elles excellent dans de nombreuses applications de contrôle des fluides et sont désignées dans ce contexte comme « éléments de contrôle final ».

chemin d'écoulement indirect

La vanne à globe doit son nom à sa forme ronde originelle, qui dissimule la complexité du circuit d'écoulement. Malgré ses canaux supérieur et inférieur dentelés, même complètement ouverte, elle oppose une friction ou un obstacle important à l'écoulement du fluide, contrairement aux vannes à guillotine ou à boisseau sphérique. Cette friction, due à l'écoulement incliné, ralentit le passage du fluide à travers la vanne.

Le coefficient de débit, ou « Cv », d'une vanne sert à calculer le débit qui la traverse. Les vannes à guillotine présentent une résistance à l'écoulement extrêmement faible lorsqu'elles sont ouvertes ; par conséquent, le coefficient de débit sera sensiblement différent pour une vanne à guillotine et une vanne à globe de même dimension.

Le disque ou le bouchon, qui assure la fermeture du robinet à globe, peut être fabriqué selon diverses formes. Le débit à travers le robinet peut varier considérablement en fonction du nombre de tours de la tige lorsque le robinet est ouvert, grâce à la forme du disque. La conception à disque incurvé, plus courante ou « traditionnelle », est utilisée dans la plupart des applications car elle est mieux adaptée que les autres conceptions à un mouvement (rotation) spécifique de la tige du robinet. Les disques à passage en V conviennent à toutes les tailles de robinets à globe et sont conçus pour une restriction de débit précise sur différents pourcentages d'ouverture. Les disques à pointeau visent une régulation de débit absolue, mais ils ne sont généralement disponibles qu'en petits diamètres. Un insert souple et résilient peut être inséré dans le disque ou le siège lorsqu'une fermeture complète est requise.

garniture de la vanne à globe

L'étanchéité entre les différents composants d'une vanne à globe est assurée par le tiroir. Le siège, le disque, la tige, le contre-joint et, parfois, les éléments de fixation de la tige au disque constituent la garniture de la vanne. Les performances et la durée de vie de toute vanne dépendent de la conception et des matériaux de sa garniture, mais les vannes à globe sont plus vulnérables en raison de leurs fortes frictions et de la complexité du circuit d'écoulement. La vitesse et les turbulences du fluide augmentent à mesure que le siège et le disque se rapprochent. La nature corrosive du fluide et l'augmentation de la vitesse peuvent endommager la garniture, ce qui accroît considérablement les fuites de la vanne fermée. Le terme « filage » désigne un défaut qui se manifeste parfois par de petites écailles sur le siège ou le disque. Une petite fuite initiale peut s'amplifier et devenir importante si elle n'est pas réparée rapidement.

Le corps de vanne des petites vannes à globe en bronze est souvent fabriqué dans le même matériau que le corps, ou parfois dans un alliage plus robuste de type bronze. Le bronze est le matériau le plus courant pour le tiroir des vannes à globe en fonte. Cette garniture en fonte est appelée IBBM, ou « Iron Body, Bronze Mounting » (corps en fer, montage en bronze). De nombreux matériaux de garniture sont disponibles pour les vannes en acier, mais un ou plusieurs éléments sont souvent en acier inoxydable martensitique de la série 400. On utilise également des matériaux durs comme le Stellite, les aciers inoxydables de la série 300 et les alliages cuivre-nickel comme le Monel.

Il existe trois modes de fonctionnement fondamentaux pour les vannes à globe. La forme en « T », avec la tige perpendiculaire au flux dans la conduite, est la plus courante.
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Similaire à une vanne en T, une vanne d'angle fait pivoter le flux à l'intérieur de la vanne de 90 degrés, servant à la fois de régulateur de débit et de coude à 90 degrés. Sur les installations pétrolières et gazières de grande capacité, les vannes à globe d'angle constituent le type de vanne de régulation de débit final encore fréquemment utilisé en tête de chaudière.
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La conception en « Y », la troisième du genre, vise à optimiser le fonctionnement pour les applications tout ou rien, tout en réduisant les turbulences dans le corps de la vanne à globe. Le chapeau, la tige et le disque de ce type de vanne sont inclinés à un angle de 30 à 45 degrés afin de rendre le flux plus direct et de réduire les frottements. Grâce à cette réduction des frottements, la vanne est moins susceptible de subir des dommages dus à l'érosion et les caractéristiques d'écoulement globales du système de tuyauterie sont améliorées.