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FONDAMENTAUX DE LA ROBINETTERIE INDUSTRIELLE
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TECHNIQUES FONDAMENTALES
Afin de s’adapter à chaque procédé industriel, différentes technologies sont proposées sur le marché. Les fabricants de robinetterie industrielle proposent aujourd’hui une gamme complète de technologies pour une solution adaptée au procédé. Parmi ces technologies, nous distinguerons 8 grandes familles.
LES ROBINETS-VANNES (VANNES À PASSAGE DIRECT)
ROBINET-VANNE À PASSAGE DIRECT À SIÈGES PARALLÈLES
Les robinets-vannes sont constitués d’un obturateur qui se déplace en translation, perpendiculairement à la veine du fluide et parallèlement aux sièges d’étanchéité. Les robinets-vannes sont des appareils tout-ou-rien (TOR).
Des opercules parallèles, précontraints par ressort, peuvent également assurer la fonction de sectionnement en étant plaqués sur des sièges eux aussi parallèles. Ce système de portage est conseillé dans le cas de cycles thermiques, hautes températures et hautes pressions. Lors de l’ouverture, les opercules se déplacent perpendiculairement à l’écoulement et se logent dans le corps pour permettre le passage du fluide.
Les robinets-vannes à passage direct sont réputés pour leur robustesse, leur maintenance facile, leur passage intégral (faible perte de charge) et leur étanchéité bidirectionnelle.
n Sièges obliques (portage en V)
Organe de manœuvre
Brides
Colonettes
Tige de manœuvre
Corps
Corps
Opercules
Opercules
Bride de presse-étoupe
Garnitures de presse-étoupe
Brides
Indicateur d’ouverture
Piquage d’enveloppe
Enveloppe (en option)
Opercules
n Sièges parallèles
ROBINET-VANNE À PASSAGEDIRECT À SIÈGES OBLIQUES
La fonction de sectionnement du fluide est assurée par un opercule monobloc (flexible) ou double opercules à rotules. Les obturateurs viennent se plaquer sur deux sièges face à face, à portée oblique.
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ROBINET À SOUPAPE FOND DE CUVE
ROBINET À SOUPAPE D’ÉQUERRE
LES ROBINETS À SOUPAPE Les robinets à soupape sont constitués d’un obturateur appelé « soupape » ou « clapet », qui se déplace dans l’axe de la veine fluide et du siège d’étanchéité.De la même manière que les robinets à piston, les robinets à soupape sont des produits polyvalents et qui peuvent s’adapter facilement à tous types de procédés, sous réserve d’une conception adaptée.
Positionnés en fond de cuve, les robinets à soupape peuvent être utilisés comme vannes de soutirage, de vidange, ou de régulation. En ligne, un robinet à soupape à tête droite ou inclinée permet de sectionner ou de réguler efficacement un fluide sous haute pression/température. Il est également possible d’utiliser la technologie à soupape pour une conception de vanne « multivoies ». Les robinets à soupape peuvent être des appareils tout-ou-rien (TOR) ou de régulation.
• Adapté à la vidange et au soutirage d’une cuve• Diverses conceptions : casse-croute ou ouverture
dans la vanne
• Pour une installation en ligne• Limite les zones de rétention dans la vanne
• Pour une installation en ligne• Adapté pour le sectionnement ou la régulation
(pointeau)
• Pour une installation dans un angle de tuyauterie• Encombrement réduit
ROBINET À SOUPAPE DROIT
ROBINET À SOUPAPE INCLINÉ
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TECHNIQUES FONDAMENTALES
LES ROBINETS À PISTON
L’obturateur (piston) se déplace linéairement dans l’axe de l’écoulement. Le robinet accepte des pressions très élevées dans une large plage de température. Cette technologie s’adapte parfaitement à une utilisation en fond de cuve ou en ligne.
Les robinets à piston sont des appareils tout-ou-rien (TOR). La grande polyvalence des robinets à piston permet de les utiliser pour une conception « Multivoies », « Injection », « Rinçage »…et bien d’autres (voir chapitre "Les fonctions").
La forme cylindrique du piston permet d’adapter les robinets à piston aux fluides collants et abrasifs (polymères...etc.) grâce à une technologie de piston tournant : lors de la manoeuvre de la vanne, le piston tourne sur lui-même après s’être dégagé du siège. Le piston est généralement profilé à son extrémité pour éliminer les zones de rétentions (voir chapitre "Ecoulement optimisé").
Piston
Corps
Lanterne
Piston
Presse-étoupe
Piquage d’enveloppeArcade
Corpsavec enveloppe
Actionneur et réducteur
Indicateur d’ouverture
Garnitures supérieures d’étanchéité
Garnitures inférieures d’étanchéité
Boîte de presse-étoupe
n Robinet à piston multivoie : permet la sélection ou la division d’un fluide
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n Boule flottante
n Boule arbrée
LES ROBINETS À BOISSEAU
Les robinets à boisseau sont des appareils tout-ou-rien (TOR). Les robinets à boisseau sont constitués d’un obturateur appelé « tournant » qui se déplace en rotation (quart de tour) sur un axe perpendiculaire à l’écoulement du fluide.
Organe de manœuvre
Butée de manœuvre
Type de manœuvre
Garnitures de presse-étoupe
Obturateur
Bride
Sièges
Bride
ROBINET À BOISSEAU SPHÉRIQUE
Les robinets à boisseau sphérique, dits robinets à boule, sont les plus couramment utilisés. Deux conceptions distinctes (boule flottante pour la basse pression, boule arbrée pour la haute pression) font que les robinets à boisseau sphérique peuvent être adaptés à un procédé où l’ouverture rapide des robinets est une priorité. Les robinets à boule sont réputés pour leur maintenance facile et leur étanchéité bidirectionnelle.
La conception dite « boule flottante » est caractérisée par une boule maintenue plaquée par deux sièges opposés. La conception dite « boule arbrée » est reconnaissable par le fait que la boule soit guidée entre deux paliers ; il est possible d’utiliser des sièges mobiles ou libres. La conception boule arbrée permet au robinet de résister à des conditions de services plus sévères (pression élevée).
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TECHNIQUES FONDAMENTALES
Les robinets à boisseau sphérique ont également différents types de conception de corps :• Corps en 3 pièces• Corps en 2 pièces, dit « split body »• Corps en 1 pièce, dit « top entry » (entrée par le dessus) ou « end entry » (entrée par le côté), permet
une maintenance aisée sans démonter le robinet de la ligne
n Corps 3 pièces n Corps 2 pièces n Corps 1 pièce
Corps
Volant
Boisseau
Siège
Mouvement engendré par lelevier
Mouvement engendré par le volant
Levier
n Exemple de boisseau conique 3 voies à levée verticale, adapté aux process polymères
ROBINET À BOISSEAU CONIQUE
Les robinets à boisseau conique permettent eux aussi une manoeuvre rapide et à faible perte de charge. Dans le cas d’une utilisation d’étanchéité métal/métal (voir chapitre « Les systèmes d’étanchéité »), le volant permet la levée du boisseau pour le décoller du siège et le levier permet l’orientation de l’obturateur. La durée de vie de l’étanchéité est optimale grâce à l’absence de frottement lors de la manoeuvre.
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LES VANNES À PAPILLON
A la manière des robinets à boisseau, les vannes à papillon se manoeuvrent par quart de tour. L’obturateur, appelé papillon, se déplace par rotation autour d’un axe perpendiculaire à l’écoulement du fluide. En position ouverte, l’obturateur est contourné par le fluide. Facilement manoeuvrables, ce sont des vannes adaptées aux procédés où le cyclage est important. Avec une masse et un encombrement réduits, il est possible d’utiliser les vannes à papillon pour le réglage de débit, sous réserve de validation avec les conditions de service.
Les vannes à papillon peuvent être conçues de deux manières différentes : à papillon centré ou à papillon excentré (simple, double ou triple excentration).
Le centre de rotation du papillon est décalé par rapport à la surface d’étanchéité pour optimiser l’étanchéité sur la périphérie du joint.
Le centre de rotation du papillon est décalé par rapport à l’axe de la vanne pour permettre le dégagement du papillon à l’ouverture.
La troisième inclinaison est due à l’inclinaison du cône du siège, ce qui permet de supprimer le risque de blocage de l’obturateur et d’obtenir une étanchéité optimale sans déformation du siège.
n Simple excentration n Double excentration n Triple excentration
Organe de manoeuvre
Corps
Tige de manoeuvre
Arcade
Obturateur(papillon)
Obturateur (papillon) Corps
Rondelle serre-garniture
Garniture
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TECHNIQUES FONDAMENTALES
LES VANNES À PELLE
Utilisées pour les fluides chargés, ces vannes sont réputées pour leur robustesse, leur résistance aux hautes températures, et leur faible perte de charge. Lors de la manoeuvre, la pelle coulisse perpendiculairement au sens d’écoulement du fluide.
Les vannes équipées d’obturateur « simple pelle » ou « à lunette » sont adaptées au sectionnement de fluide.
Les vannes à « guillotine » font également partie de la famille des vannes à pelles.
Organe de manœuvre
Tige de manœuvre
Pelle
Corps de vanne
Passage
Sièges
Brides
Corps
Obturateur
Chapeau
Indicateur d’ouverture
Pelle n°1
Pelle n°2
Passage
VANNE À PELLE DITE À LUNETTE VANNE À DOUBLE PELLE
Les vannes à « double pelle » peuvent être utilisées pour une fermeture centrée au niveau du passage pour moins perturber l’écoulement lors de la fermeture.
En position ouverte, la pelle à lunette permet de supprimer la zone de rétention entre les sièges.
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LES CLAPETS ANTI-RETOUR
Les clapets anti-retour permettent d’interrompre automatiquement l’écoulement d’un fluide lorsque son sens s’inverse. Ce sont des éléments de sécurité essentiels à toute installation sous pression. La manoeuvre de ces appareils est autonome, le passage du fluide ne peut se faire que dans un sens. A clapet, à battant, à piston ou à bille, chaque dispositif à ses propres avantages en fonction du fluide et des conditions de service.
VANNE À PELLE DITE À LUNETTE
CLAPET À BATTANT
Le clapet à battant, revient dans sa position initiale (battant contre le siège) grâce à la gravité.
Ce clapet peut être monté à l’horizontale ou sur une tuyauterie verticale à fluide ascendant. Il peut être équipé d’un ressort de rappel.
Battant
Butée
Bille
Butée CLAPET À BILLE
Le clapet à bille revient dans sa position initiale (boule plaquée contre le siège) grâce à la gravité.
Ce modèle peut se monter sur une tuyauterie verticale où le fluide est ascendant. Pour un montage en toutes positions, la bille peut être équipée d’un ressort de rappel.
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Ressort de rappel
Disque
CLAPET AXIAL À DISQUE
Le clapet axial, (disque-ressort) revient dans sa position initiale (disque plaqué contre le siège) grâce au ressort de rappel. Ce clapet à l’avantage de pouvoir être monté dans toutes les positions.Certains clapets axiaux, sont spécialement étudiés pour limiter la perte de charge. Le clapet profilé permet un meilleur écoulement du fluide à l’intérieur du corps.
n Clapet axial profilé
Ressort de rappel
Disque
Sens du fluide
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n Soupape pilotée fermée n Soupape pilotée ouverte
LES APPAREILS DE SÉCURITÉLes robinets de sécurité, appelés également robinets de sûreté, sont installés pour protéger l’installation des surpressions, et ainsi empêcher la détérioration (ou explosion) de certains appareils sous pression. Ces robinets sont composés d’un obturateur de type « soupape » ou de type « disque » qui s’actionne automatiquement lorsque le fluide atteint un niveau de pression prédéfini. Généralement, le contact siège/obturateur reste identique aux robinets à soupape classiques. En revanche, leurs systèmes de fonctionnement sont diamétralement différents.
Il existe deux grandes catégories d’appareils de sécurité :
• Les appareils qui se referment après usage et sont réutilisables• Les appareils qui ne se referment pas après usage et doivent faire l’objet d’opérations de maintenance pour
fonctionner à nouveau.
LES SOUPAPES À RESSORT
Lorsque la pression du fluide dépasse un seuil prédéfini, le ressort se comprime, la soupape s’ouvre et laisse s’échapper la surpression. Lorsque la pression est redescendue à la normale de fonctionnement, l’effort du ressort reprend le dessus et fait plaquer la soupape sur le siège.
Ressort de rappel
Clapet Déchargement du fluide
Clapet
Purge
Pilote
Pression en fonctionnement normal (Pn)
Surpression
Pn
Pilote
Au sein de ces deux catégories, il est possible de distinguer 4 technologies différentes :
LES SOUPAPES PILOTÉES L’ensemble se compose de deux parties qui ne peuvent fonctionner l’une sans l’autre : la soupape et le pilote. La soupape contient l’ensemble de la technologie siège/obturateur pour assurer l’étanchéité du dispositif de sûreté, et le pilote représente le système de commande qui va réagir aux surpressions et actionner la soupape pour décharger le fluide. L’étanchéité est conservée jusqu’à la valeur de la pression de réglage.
LES DISQUES DE RUPTURE
L’obturateur est un disque, une paroi qui se déchire sous l’effet de la surpression et qui libère un débit de fluide. Il faudra démonter l’appareil et changer le disque pour réarmer l’appareil de sécurité.
LES TIGES DE FLAMBAGE L’obturateur est maintenu plaqué contre le siège par une tige métallique rigide d’un diamètre calibré. Lors d’une surpression, la tige va se plier (flamber) pour laisser s’échapper le fluide. Il faudra alors changer cette tige pour réarmer le robinet de sécurité.
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TECHNIQUES FONDAMENTALES
CRITÈRES DE SÉLECTION : DIAGRAMME GÉNÉRAL D’ORIENTATION
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log
ies Robinet-Vanne
(Vanne à passagedirect)
Robinetà
piston
Robinetà
soupape
Robinet à boisseau Vanne à papillon
Vanneà pelle
Clapet anti-retour
Siègesobliques
Siègesparallèles
Bouleflottante
Boulearbrée
Boisseauconique
Simpleexcentration
Doubleexcentration
Tripleexcentration
Battant Disque Bille
DN élevé
PN élevé
Δp élevé
Température élevée
Maintenabilité
Abrasion
Régulation N/A N/A N/A
Liquide
Gaz
Durée de vie : Nb de cycles
Etanchéité
Perte de charge
Manoeuvre rapide
N/A N/A N/A
Encombrement
Bien adapté Modérément adapté Peu adapté