#364 – Qu’est-Ce qu’un Robinet à Soupape et Quand Est-Il Utilisé?

Les vannes à clapet sont actionnées à l’aide d’un volant et modulent le débit d’eau. Mais ils provoquent également une perte de pression plus élevée.

Choisir la bonne vanne est important, car différents types ont des caractéristiques et des utilisations différentes. Certains d’entre eux n’ont que deux états: ouvert ou fermé. D’autres permettent de moduler le débit et la pression du fluide. Des vannes distinctes provoquent également des pertes de charge différentes. Selon la situation, des fonctionnalités spécifiques sont nécessaires.

L’un des types de vannes les plus courants est le robinet à soupape. Dans cet article, nous expliquons comment fonctionnent les vannes à clapet, y compris leurs avantages et leurs inconvénients. Ensuite, nous examinons les différentes formes des robinets à tournant sphérique et les comparons à d’autres types d’appareils, tels que les robinets à vanne et les robinets à tournant sphérique.

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Qu’est-ce qu’une vanne à clapet et comment fonctionne-t-elle?

Pour décider si une vanne à clapet convient à votre application, considérez ses trois caractéristiques principales. Tout d’abord, ce sont des valves à mouvement latéral, ce qui signifie qu’elles s’ouvrent ou se ferment en fonction du mouvement de haut en bas d’une tige. Deuxièmement, ils permettent, arrêtent ou étranglent l’écoulement du fluide. Certaines vannes n’ont que des états ouverts et fermés, mais les vannes à clapet peuvent étrangler le débit sans l’arrêter totalement. Troisièmement, elles entraînent des pertes de charge importantes par rapport aux autres vannes, un compromis pour les services d’étranglement.

Fonctionnement des robinets à tournant sphérique

De l’extérieur, les robinets à tournant sphérique ont trois parties, un volant, un capot et un corps. Le capot abrite une tige, et lorsque le volant est tourné, la tige se visse de haut en bas dans le capot. L’extrémité de la tige comporte un petit composant appelé disque ou bouchon, qui peut être métallique ou non métallique et peut prendre différentes formes, selon les besoins.

Le corps en forme de globe pour lequel la valve est nommée abrite un siège. Le siège est un cadre métallique qui divise le corps en deux chambres et comporte un trou pour laisser passer le liquide. Lorsque la vanne est ouverte, le fluide s’écoule par l’ouverture du siège. Pour le fermer, la tige est vissée jusqu’à ce que le disque bloque l’ouverture du siège.

L’un des principaux avantages des vannes à clapet est leur capacité à étrangler ou à moduler le débit. En plus d’être fermés ou ouverts, ils peuvent également être partiellement ouverts. Cela vous permet d’ajuster le débit sans l’arrêter totalement.

Le principal inconvénient des vannes à clapet est la perte de charge relativement importante qu’elles créent. La perte de charge, également appelée perte de pression, fait référence à la quantité de résistance rencontrée par un liquide lorsqu’il s’écoule dans les tuyaux. Plus il y a de résistance, plus la pression est perdue. La gravité, le frottement (du fluide contre les parois du tuyau) et la turbulence sont à l’origine de cette perte. Les vannes et les raccords provoquent des pertes de charge principalement par turbulence.

Les vannes à globe forcent le fluide à changer de direction au cours de son passage, créant des pertes et des turbulences. La quantité exacte de perte dépend de facteurs tels que la vitesse du fluide et le facteur de frottement. Cependant, il est toujours possible d’examiner les pertes de charge de différentes vannes à l’aide d’une métrique appelée coefficient L / D.

Le coefficient L /D d’une vanne nous permet de le comparer à une section droite de tuyau avec le même facteur de frottement. L et D représentent respectivement la longueur et le diamètre. Une vanne avec L / D = 5 crée la même perte par frottement (toutes choses étant égales par ailleurs) qu’une section de tuyau avec un rapport longueur / diamètre de 5. Plus L / D est grand pour un composant, plus la perte de charge qu’il crée est élevée.

Une vanne à clapet standard a un L / D = 340, par rapport à un L / D = 30 pour un coude de tuyau à 90 degrés.

Formes de vannes à clapet

Les vannes à clapet se présentent sous trois formes: motif en t / motif en z, motif en y et motif en angle. Chaque forme arrête ou étrangle l’écoulement du fluide de la même manière, mais le trajet de l’écoulement — et donc la perte de charge — diffère.

La plupart des robinets à soupape sont en forme de globe en t ou en forme de z. Ils sont appelés « motif en t » pour le profil de la vanne — l’entrée et la sortie de ces vannes sont en ligne droite. « En forme de Z » est sans doute plus descriptif, cependant, car il fait référence au trajet de l’eau lorsqu’elle traverse la vanne plutôt qu’à la forme externe de l’appareil. Dans le robinet à clapet standard en forme de Z, l’eau change de direction deux fois selon un motif qui ressemble à la lettre Z. Comme mentionné, les vannes standard en forme de Z provoquent la perte de charge la plus importante, avec un L / D = 340.

Les vannes à clapet à motif en Y sont des modifications des vannes à motif en z. L’entrée et la sortie sont toujours en ligne droite, mais le capot et la tige sont placés en angle avec le corps (par opposition à la perpendiculaire), formant un profil en forme de y. Cela fournit un chemin plus droit pour l’eau que la forme en z, réduisant la perte de charge. Pour les robinets à soupape en Y, L / D = 55.

L’entrée et la sortie des vannes angulaires sont orientées à 90 degrés l’une de l’autre, et ces dispositifs servent à la fois de coudes et de vannes. Parce qu’ils ne font changer le sens du fluide qu’une seule fois, ils créent moins de perte de charge que les vannes en forme de z, avec L / D = 150.

Quand utiliser les vannes à clapet

Les vannes à clapet sont idéales lorsque vous devez moduler le débit, mais vous n’avez pas à vous soucier de la perte de pression. Certaines applications incluent:

• Systèmes d’eau de refroidissement
• Systèmes de mazout
• Systèmes d’alimentation en eau d’alimentation et en produits chimiques
• Systèmes d’huile lubrifiante à turbine
• Applications de vidange et de garniture dans les gicleurs d’incendie ou d’autres systèmes de protection contre l’incendie à base d’eau

Les vannes à clapet ne sont pas le meilleur choix pour le contrôle applications de vannes dans les systèmes de gicleurs d’incendie, où la pression est élevée. Au lieu de cela, les vannes papillon sont couramment utilisées.

Vanne à clapet vs. vanne

Il existe plusieurs alternatives à la vanne à clapet, et la compréhension des différentes options peut vous aider à choisir la bonne vanne pour le travail. Deux alternatives majeures au robinet à tournant sphérique sont le robinet-vanne et le robinet à tournant sphérique. Tout d’abord, considérons les différences entre les vannes à globe et les vannes à guillotine.

Les vannes à vanne, comme les vannes à clapet, sont des vannes à mouvement linéaire. Ils sont ouverts et fermés en tournant un volant qui visse une tige dans et hors du capot. Lorsqu’une vanne est fermée, une obstruction est poussée vers le bas par la tige perpendiculaire au trajet du fluide.

Contrairement aux vannes à clapet, les vannes à clapet ne nécessitent pas de fluide pour changer de direction — le trajet d’écoulement est droit. En tant que telles, les vannes à guillotine entraînent très peu de perte de charge (L / D = 8). Cependant, ils ne s’étranglent pas aussi bien que les vannes à clapet — le débit de fluide dans une vanne n’est pas proportionnel à l’ouverture de la vanne à tout moment.

Vanne à boisseau sphérique par rapport à la vanne à boisseau sphérique

Contrairement aux vannes à boisseau sphérique et aux vannes à vanne, les vannes à boisseau sphérique sont des vannes à mouvement rotatif. Cela signifie que les robinets à tournant sphérique s’ouvrent et se ferment lorsque l’obstacle tourne plutôt que de s’ouvrir et de se fermer avec le mouvement latéral d’une obstruction. Plus précisément, un composant en forme de boule percé d’un trou tourne dans son logement, arrêtant le fluide ou le laissant passer.

Au lieu de tourner un volant, un robinet à tournant sphérique est généralement ouvert ou fermé avec une poignée de clé. Seulement un quart de tour (90 degrés) est nécessaire pour l’ouvrir ou le fermer – beaucoup plus rapidement que de tourner un volant plusieurs fois. La fermeture rapide peut en fait être un problème à cause des coups de bélier. Lorsque le fluide circulant dans un tuyau est soudainement arrêté, son élan n’a nulle part où aller car l’eau est non compressible. Un coup de bélier se produit lorsqu’une onde de pression se propage à travers le tuyau, ce qui peut causer des dommages.

Comme les vannes à boisseau sphérique ne forcent pas l’eau à changer de direction, elles créent très peu de perte de charge (L / D = 3). Comme pour les vannes à vanne, cette faible perte de pression s’accompagne d’une faible capacité d’étranglement. Les vannes à boisseau sphérique sont ouvertes ou fermées, avec peu d’entre-deux.

Les vannes à clapet ajustent le débit, mais faites attention à l’application de la pression

Lors de la construction d’un système de tuyauterie, il est important de choisir les bons composants pour le travail, ce qui est particulièrement vrai avec les vannes. Étant donné que les vannes à clapet forcent l’eau à changer de direction même lorsqu’elles sont complètement ouvertes, elles créent des pertes de charge relativement importantes. L’un des principaux avantages des vannes à clapet, cependant, est leur capacité à moduler le débit d’eau. Ils peuvent être ouverts, partiellement ouverts ou fermés.

Les vannes à vanne et les vannes à boisseau sphérique, deux alternatives aux vannes à boisseau sphérique, provoquent des pertes de charge minimales. Cependant, ils ne fournissent pas de services d’étranglement comme les vannes à clapet. Pour les applications où la pression est élevée, les vannes à clapet ou à bille sont de meilleurs choix que les vannes à clapet.

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