Par rapport àvanne à guillotineContrairement aux vannes à globe et aux clapets anti-retour, l'histoire des vannes à bille est beaucoup plus courte. Bien que le premier brevet de vanne à bille ait été déposé en 1871, il faudra attendre 85 ans avant que cette vanne ne connaisse un succès commercial. La découverte du polytétrafluoroéthylène (PTFE, ou « Téflon ») lors de la conception de la bombe atomique pendant la Seconde Guerre mondiale a été le catalyseur du développement de l'industrie des vannes à bille. Ces vannes sont disponibles dans tous les matériaux, du laiton à l'acier au carbone, en passant par l'acier inoxydable et le zirconium.

Il existe deux types principaux de vannes à bille : les vannes à bille flottante et les vannes à bille à tourillon. Ces deux conceptions permettent de réaliser des vannes à bille performantes de 6,35 mm (¼") à 1524 mm (60") et plus. Généralement, la conception à bille flottante est utilisée pour les vannes de petit diamètre et à basse pression, tandis que la conception à tourillon est utilisée pour les applications à haute pression et de plus grand diamètre.

API VM SUM21 BALL 6Dvanne à billeLa vanne à bille API 6D utilise ces deux types de vannes à bille en raison de leurs méthodes d'étanchéité et de la manière dont la force du fluide s'écoule de la conduite vers la bille, puis se répartit sur le siège de la vanne. Dans la conception à bille flottante, la bille est ajustée fermement entre deux sièges, l'un en amont et l'autre en aval. La force du fluide agit sur la bille, la poussant contre le siège situé dans le corps de la vanne en aval. La bille recouvrant entièrement l'orifice de passage, toute la force du fluide la pousse contre le siège. Si la bille est trop grosse et la pression trop élevée, la force exercée sur le siège sera excessive, car le couple de manœuvre sera trop important et la vanne ne pourra pas être actionnée.

Les vannes à boisseau sphérique flottant se déclinent en différents modèles, le plus courant étant le modèle à deux pièces avec entrée axiale. On trouve également des modèles à trois pièces et à entrée supérieure. Fabriquées jusqu'à 24 pouces (61 cm) et de qualité 300, elles sont généralement utilisées dans des diamètres bien inférieurs, la taille maximale étant d'environ 12 pouces (30 cm).

Bien que les vannes à bille soient principalement conçues comme des vannes marche/arrêt, l'ajout de certaines vannes à bille et de ports en Vvanne à billeLeur conception les rend idéaux pour les applications contrôlées.

Siège élastique
Vanne à bille à brides VM SUM21. Les vannes à bille flottantes de petite taille sont utilisées dans de nombreuses applications, des canalisations domestiques aux canalisations transportant les produits chimiques les plus exigeants. Le matériau de siège le plus courant pour ces vannes est un thermoplastique, tel que le PTFE. Les sièges de vanne en téflon sont performants car ils sont suffisamment souples pour assurer une bonne étanchéité sur les billes métalliques polies, tout en étant suffisamment résistants pour ne pas être éjectés de la vanne. Les deux principaux inconvénients de ces vannes à siège souple sont leur sensibilité aux rayures (et le risque de fuite) et la température d'utilisation limitée en dessous du point de fusion du siège thermoplastique, environ 232 °C (450 °F), selon le matériau du siège.

Une caractéristique de nombreuses vannes à bille flottante à siège élastique est leur capacité à assurer une étanchéité parfaite même en cas d'incendie provoquant la fusion du siège principal. Ce type de vanne, dite résistante au feu, possède un logement qui maintient le siège élastique en place et offre une surface métallique assurant une étanchéité partielle au contact de la bille. Conformément aux normes d'essai au feu de l'American Petroleum Institute (API) 607 ou 6FA, la vanne est testée afin de confirmer sa conception de protection contre l'incendie.

Conception du tourillon
Vanne à boisseau sphérique à tourillon VM SUM21 API 6D. Lorsqu'une vanne à boisseau sphérique de grande taille et de pression élevée est requise, on utilise une conception à tourillon. La différence entre une vanne à tourillon et une vanne à boisseau flottant réside dans le fait que le boisseau est fixé au corps principal par le tourillon inférieur (tige de liaison courte) et la tige supérieure. Le boisseau ne pouvant pas « flotter » dans le siège pour assurer une fermeture forcée, le siège doit flotter sur le boisseau. La conception du siège à tourillon permet à la pression en amont de le plaquer contre le boisseau pour garantir l'étanchéité. Le boisseau étant solidement fixé, hormis sa rotation de 90°, la force et la pression exceptionnelles du fluide ne peuvent pas le bloquer dans le siège. La force s'exerce uniquement sur une petite zone extérieure au siège flottant.

Vanne à boisseau sphérique VM SUM21 à entrée axiale. Cette vanne à tourillon est la version renforcée de la vanne à boisseau sphérique flottante, conçue pour les applications exigeantes : haute pression et grands diamètres de tuyauterie. Son utilisation la plus courante reste la plomberie.