Introduction
Les vannes à guillotine sont parmi les vannes les plus couramment utilisées aujourd'hui. D'autres types courants incluent les vannes à boisseau, papillon, à bille et à soupape .
Section transversale de la vanne à guillotine
Les vannes à guillotine sont utilisées pour ouvrir et fermer le flux, mais ne conviennent pas pour réguler (étrangler) le flux. Le flux à travers une vanne à guillotine n'est pas proportionnel à l'ouverture de la vanne, ce qui est la principale raison pour laquelle elles ne sont pas adaptées à l'étranglement. Si la vanne est étranglée, le flux devient très turbulent et rapide, entraînant une usure du siège et du disque.
Les vannes à guillotine n'offrent presque aucune résistance au flux lorsqu'elles sont en position ouverte ; par conséquent, la différence de pression à travers la vanne est très faible lorsqu'elle est ouverte.
Comme la plupart des vannes, la vanne à guillotine est nommée d'après le disque qu'elle utilise.
Les vannes à guillotine sont toujours des vannes à mouvement linéaire et non à mouvement rotatif, c'est-à-dire qu'elles nécessitent plus d'un ¼ de tour pour passer de la position ouverte à fermée.
Comme pour d'autres conceptions de vannes, la conception de la vanne à guillotine peut être divisée en plusieurs sous-catégories. La première catégorie est basée sur la forme du disque, qui est soit en forme de coin, soit parallèle. La deuxième catégorie concerne les conceptions de tige montante, ou non montante. D'autres catégorisations sont basées sur le type de disque utilisé :
- Solide (coin)
- Flexible (coin)
- Divisé (coin)
- Parallèle (parallèle)
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Construction
Les principaux composants d'une vanne à guillotine sont le chapeau, le disque, le siège, le dispositif d'étanchéité (joint de presse-étoupe, boîte à garniture, etc.), la tige, le corps et l'actionneur.
Composants de la vanne à guillotine
Les vannes à guillotine peuvent être actionnées manuellement (volant) ou électriquement à l'aide d'un moteur à couple élevé.
La guillotine coulissante (disque) peut être en forme de coin (conique) ou en forme parallèle. Les conceptions en forme de coin incluent les conceptions de coin solide, flexible et divisé.
Les bagues de siège sont utilisées pour faciliter le remplacement d'un siège usé/fuyant. Les bagues de siège ont un filetage sur le côté opposé qui peut être vissé dans le corps principal de la vanne, la surface plane sur le côté opposé est la surface de contact qui presse contre le disque. Si les bagues de siège ne sont pas utilisées, il est possible d'usiner un siège plat sur le corps principal de la vanne elle-même, malheureusement cela rend le remplacement du siège impossible et le siège ne peut être usiné que quelques fois avant que la vanne entière ne doive être remplacée.
Les chapeaux de vannes à guillotine sont souvent fabriqués en fonte. La fonte est cassante et cela rend le chapeau sujet aux fissures. Une attention particulière doit être portée lors de la manipulation et de l'entretien des vannes avec des chapeaux en fonte.
Comme la tige pénètre à travers le chapeau de la vanne, il est nécessaire d'installer un joint d'étanchéité pour éviter les fuites à travers l'espace entre la tige et le chapeau ; l'étanchéité est généralement réalisée à l'aide d'un matériau de garniture fibreux.
Des brides sont installées sur le côté aspiration et refoulement de la vanne pour que le raccordement des tuyaux soit facile.
Comment fonctionnent les vannes à guillotine
La vidéo ci-dessous est un extrait de notre Cours vidéo en ligne d'introduction aux vannes.
La guillotine coulissante (disque) est abaissée à angle droit dans le chemin d'écoulement jusqu'à ce qu'elle atteigne le siège de la vanne où elle scelle et arrête complètement le flux. Pour ouvrir la vanne, la guillotine coulissante est rétractée dans le chapeau.
Conditions de service
Les vannes à guillotine sont généralement utilisées pour des températures comprises entre -20 et 60 °C, des pressions allant jusqu'à 16 bar(g) et des débits de 5 (liquides) à 20 (gaz) mètres par seconde. Des pressions plus élevées ne peuvent pas être atteintes car cela endommagerait la garniture.
Conceptions de tige montante et non montante
Les vannes à guillotine sont classées comme à tige montante, ou, non montante. `Montante` se réfère à la tige et si elle sort du chapeau de la vanne lorsque la vanne est ouverte.
Vanne à guillotine montante
‘Non montante’ se réfère à la tige qui ne sort pas du chapeau de la vanne quel que soit la position de la vanne.
Vanne à guillotine non montante
Les conceptions de tige montante retirent à la fois le disque et la tige du chemin d'écoulement lorsque la vanne est ouverte. Les conceptions de tige non montante laissent généralement la tige dans le chemin d'écoulement lorsque la vanne est ouverte, bien qu'il soit également possible de loger complètement la tige dans le disque.
La vanne à tige non montante est préférée si l'environnement ambiant est corrosif, par exemple, les embruns marins, etc., et qu'il n'est pas souhaitable de laisser la tige exposée en permanence lorsque la vanne est ouverte. À l'inverse, si le milieu d'écoulement est corrosif, la vanne non montante peut ne pas être un bon choix car la tige reste dans le chemin d'écoulement lorsque la vanne est ouverte.
Pour les tiges non montantes, la tige tourne dans la garniture mais ne se déplace pas verticalement, réduisant ainsi le risque que la saleté ou des particules étrangères endommagent la garniture ou pénètrent dans le système.
Les vannes non montantes sont presque toujours équipées d'un indicateur visuel local qui indique la position de la vanne. La conception à tige montante est préférée si une indication visuelle locale rapide est souhaitée (il est facile d'identifier si la vanne est ouverte ou fermée avec la conception à tige montante).
Conceptions de disque incliné
Coins solides
Les coins solides sont les plus simples, les plus robustes et les plus adaptés à de nombreux milieux d'écoulement. Les coins solides sont souvent fabriqués à partir d'une seule pièce de métal et la taille de la surface du siège du disque correspond à la taille de la surface du siège de la vanne.
Coins flexibles
Les coins flexibles sont usinés autour du périmètre du coin pour aider le disque à localiser plus facilement la surface de contact. La taille de la zone usinée ne doit pas être trop grande car cela réduit la résistance du disque (un disque plus mince est un disque plus faible).
Les coins flexibles sont utilisés pour les systèmes fonctionnant avec de grandes fluctuations de température. À mesure que la température du système change, les dimensions des tuyaux et de la vanne changent également en raison du coefficient de dilatation thermique. Avoir une surface de contact flexible/variable permet à la vanne de s'asseoir correctement même avec une certaine expansion et contraction des pièces.
Exemple de coin flexible
Une vanne à coin solide est installée dans un système de vapeur. Si la vanne est en position fermée lorsque le système est chaud, le coin peut se bloquer/se coincer contre le siège de la vanne une fois que la température des composants de la vanne diminue. Cela rend la vanne totalement inopérable et elle restera en position fermée jusqu'à ce que la température du système diminue à nouveau, ou, jusqu'à ce que toutes les pièces de la vanne atteignent la même température. Ce type de problème est appelé ‘blocage de vanne’.
Coin divisé
Les coins divisés offrent une surface de contact flexible à la fois du côté aspiration et refoulement du coin. Le coin se compose de deux moitiés séparées, chacune pouvant s'auto-aligner pour s'asseoir correctement ; cette fonction d'auto-alignement est rendue possible grâce à la flexibilité obtenue en utilisant deux moitiés séparées pour un coin.
Conception de disque parallèle
Disque parallèle
Les disques coulissants parallèles utilisent un ressort placé entre les deux disques parallèles. Le ressort est maintenu sous compression entre les disques parallèles et exerce ainsi une force constante vers l'extérieur sur les surfaces internes des disques. Lorsque la vanne est abaissée dans le siège de la vanne, le ressort est encore plus comprimé et la force résultante exercée par le ressort garantit que chaque disque est fermement pressé contre le siège.
Les vannes de type disque parallèle peuvent être utilisées pour des applications à haute et basse pression. La vanne est bien adaptée à tout système où il y a de grandes fluctuations de température.
Avantages
La vanne à guillotine est très simple dans sa conception, relativement bon marché et facile à entretenir.
Il n'y a presque aucune perte de pression à travers la vanne lorsque la vanne est en position complètement ouverte.
Le remplacement du disque de la vanne à guillotine n'est généralement pas une tâche difficile.
Le remplacement des bagues de siège n'est généralement pas une tâche difficile.
Inconvénients
Les vannes à guillotine ne sont pas bien adaptées à l'étranglement (toute position de vanne entre complètement ouverte et complètement fermée) car cela crée un écoulement turbulent et des pertes par frottement. Une vanne laissée en position presque fermée fera que le milieu d'écoulement s'écoule à très haute vitesse à travers les surfaces de contact de la vanne, ce qui peut endommager les surfaces (‘filage’) et entraîner des fuites de la vanne.
Les vannes à guillotine créent un écoulement turbulent lorsqu'elles sont étranglées et subissent des vibrations excessives en conséquence. Cette situation doit être évitée pour éviter d'endommager la garniture de la vanne et d'autres pièces internes.
Comparées à une vanne à soupape, les surfaces de contact d'une vanne à guillotine sont plus difficiles à rénover (si des bagues de siège ne sont pas utilisées).
Détails du modèle 3D
Ce modèle 3D montre tous les principaux composants associés à une vanne à guillotine typique, ceux-ci incluent :
- Poignée/Actionneur
- Tige
- Chapeau
- Corps
- Guillotine/Disque
- Siège
Ressources supplémentaires
https://en.wikipedia.org/wiki/Gate_valve
https://www.avkvalves.eu/en/insights/product-insights/gate-valves/what-is-a-gate-valve