Vanne à bille en céramique

Qu’est-ce qu’une vanne à bille en céramique ?

Un robinet à bille en céramique est un type de robinet à bille dont les composants internes sont en céramique. Ces composants en céramique comprennent la bille, le siège et le revêtement. Le corps d’un robinet à boisseau sphérique en céramique est constitué d’un matériau métallique tel que l’acier inoxydable ou l’acier au carbone. Le corps métallique est utilisé pour protéger la garniture en céramique des dommages causés par un choc mécanique ou thermique soudain. Une vanne à bille en céramique utilise une bille avec un trou en son centre par lequel le fluide s’écoule lorsque la poignée est tournée. Les robinets à boisseau sphérique en céramique peuvent également être automatiques en utilisant des actionneurs tels que des actionneurs pneumatiques, électriques ou hydrauliques. Les avantages de l’utilisation d’un robinet à boisseau sphérique en céramique par rapport à d’autres matériaux comme l’acier comprennent une masse plus faible et une grande résistance à l’usure. Les robinets à bille en céramique ont une excellente résistance à la corrosion et à l’abrasion. Ces propriétés des robinets à bille en céramique sont utilisées dans des applications sévères sujettes à l’abrasion et à la corrosion. Les robinets à bille en céramique sont utilisés dans diverses industries telles que le pétrole, l’ingénierie chimique et les usines de fabrication.

Figure : Vanne à bille en céramique.

Composants d’une vanne à bille en céramique

Poignée/actionneur

La poignée est un composant d’un robinet à boisseau sphérique en céramique à commande manuelle où l’opérateur applique un couple pour ouvrir ou fermer le robinet. L’actionneur est utilisé dans les vannes à boisseau sphérique en céramique actionnées et fournit le couple nécessaire pour ouvrir ou fermer la vanne, ainsi que l’intelligence pour l’automatisation.

Corps de la valve

Il s’agit du composant du robinet à boisseau sphérique en céramique utilisé pour loger toutes les pièces internes du robinet. Le corps de la vanne est fabriqué à partir de matériaux métalliques solides, tels que l’acier au carbone et l’acier inoxydable, afin de conférer une grande résistance mécanique à la vanne et de lui permettre de résister aux pressions élevées et aux chocs. Le corps de la vanne contient les orifices d’entrée et de sortie de la vanne à bille en céramique.

Tige

C’est le composant d’un robinet à boisseau sphérique en céramique qui est utilisé pour transmettre le couple de la poignée/actionneur à la boule. La tige relie l’actionneur/manche à la sphère.

Boule

La bille est le composant d’une vanne à bille en céramique chargée d’ouvrir et de fermer le flux de fluide. La boule est reliée à la poignée ou à l’actionneur par la tige. La sphère possède en son centre un alésage par lequel le fluide circule dans la vanne lorsqu’elle est ouverte.

Sièges

Ces composants sont placés entre la bille et le corps de la vanne pour soutenir la bille et empêcher les fuites de fluide.

Trim

La garniture désigne les composants internes du robinet à boisseau sphérique en céramique qui entrent en contact avec le fluide, tels que les glandes, les joints toriques et les sièges.

Garniture de presse-étoupe

Il s’agit du composant du robinet à boisseau sphérique en céramique utilisé pour fournir un joint entre la tige et le corps du robinet afin d’améliorer le joint étanche au fluide autour de l’ensemble poignée et tige.

Figure : Composants d’une vanne à bille en céramique.

Comment fonctionne une vanne à bille en céramique ?

 Le robinet à  bille en céramique est utilisé pour les applications d’ouverture et de fermeture du débit d’un fluide. La capacité d’un robinet à boisseau sphérique en céramique à ouvrir et fermer le flux de fluide est améliorée par l’utilisation d’une bille avec un alésage en son centre. La bille est reliée à la poignée ou à l’actionneur de la vanne par la tige de la vanne. La bille est responsable de la fermeture et de l’ouverture du flux de fluide à travers la vanne. Le fluide circule dans la vanne à bille en céramique par l’intermédiaire de l’alésage de la bille. Pour démarrer un robinet à boisseau sphérique en céramique, la poignée (pour les robinets à boisseau sphérique en céramique manuels) est tournée de 90^o degrés dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Cela fait tourner la tige de la vanne et la sphère selon le même angle de 90^o degrés. Lorsque la boule est tournée de cet angle de 90^o , l’alésage de la boule devient aligné avec la canalisation. Le fluide s’écoule alors à travers le robinet à boisseau sphérique en céramique et on dit que le robinet est ouvert. Pour fermer le robinet à bille en céramique, on tourne la poignée dans le sens des aiguilles d’une montre, ce qui fait tourner l’alésage de la bille et la rend perpendiculaire à la canalisation, ce qui bloque l’écoulement du fluide. Le même principe de fonctionnement est utilisé dans les vannes à bille en céramique actionnées par un actionneur. La seule différence est que le robinet à bille actionné reçoit son couple d’un actionneur, contrairement au robinet à bille céramique manuel qui reçoit son couple de l’opérateur du robinet.

Figure : Fonctionnement d’une vanne à bille en céramique ; vanne ouverte (côté gauche) et vanne fermée (côté droit).

Types de vannes à bille en céramique

Vanne à bille en céramique en deux parties

Il s’agit d’un robinet à boisseau sphérique en céramique composé de deux pièces de corps assemblées. Une pièce contient un raccord d’extrémité et la bille et l’autre pièce contient les parties internes et l’autre raccord d’extrémité. Le robinet à boisseau sphérique en céramique en deux parties est très courant parmi les robinets à boisseau sphérique en céramique. Un robinet à boisseau sphérique en céramique en deux parties peut être démonté pour l’inspection, le nettoyage et la réparation. Cependant, un robinet à boisseau sphérique en céramique en deux parties doit être retiré de la canalisation avant d’être démonté pour être nettoyé ou réparé.

Vanne à bille en céramique à trois pièces

Il s’agit d’un robinet à bille en céramique composé de trois pièces, à savoir deux parties d’extrémité et le corps du robinet. Les trois pièces de cette vanne à bille en céramique sont reliées par des boulons et des écrous. Un robinet à boisseau sphérique en céramique en trois parties permet de retirer les parties centrales du robinet, à savoir la boule, les sièges et la tige, alors que le robinet est fixé à la canalisation. Cela permet de nettoyer les solides bouchés, de remplacer la garniture de presse-étoupe et les sièges, et de polir les rayures sur la sphère sans avoir à retirer le robinet à boule en céramique de la canalisation. Les robinets à tournant sphérique en céramique à trois pièces sont très chers par rapport à leurs homologues à deux pièces.

Vanne à bille en céramique à trois voies

Il s’agit d’une vanne à bille en céramique à trois orifices. Les billes en céramique à trois voies peuvent avoir une configuration en forme de T ou de L. Les vannes à bille en céramique à trois voies sont utilisées dans les industries pour mélanger ou dévier les flux de fluide. La configuration en L est utilisée pour dévier le fluide. Dans une vanne à bille en céramique en forme de L, le fluide provenant d’un orifice est dévié dans l’un des orifices à un angle d’environ 90^o et dirigé vers une autre canalisation. La vanne à bille en céramique en forme de T peut être utilisée pour mélanger ou dévier des flux de fluide. Lorsqu’elle est utilisée pour mélanger des flux de fluide, la vanne à bille en céramique à trois voies en forme de T utilise deux flux de fluide qui sont mélangés pour former un flux de fluide à travers l’orifice de sortie. Lorsqu’une vanne à bille en céramique en forme de T est utilisée pour dévier les flux de fluide d’un orifice vers deux ou un des trois orifices, selon les besoins.

Figure : Vanne à bille céramique à trois voies.

Robinet à bille en céramique à orifice en V

Il s’agit d’un robinet à boisseau sphérique en céramique avec un alésage ou des sièges de soupape en forme de V. Les vannes à bille en céramique avec orifice en V permettent de contrôler avec précision le débit du fluide en faisant tourner la bille. Les vannes à bille en céramique à port en V peuvent être optimisées pour améliorer un débit de caractéristiques linéaires. La vanne à bille en céramique à port en V peut mieux contrôler le débit du fluide par rapport aux autres vannes à bille. En effet, lorsque la vanne à bille en céramique est ouverte, la petite extrémité de l’orifice en “V” s’ouvre en premier, ce qui permet un contrôle stable du débit du fluide. Un robinet à boisseau sphérique en céramique à orifice en V doit être conçu de manière solide en raison de la vitesse élevée du fluide qui, si elle n’est pas suffisamment forte, peut endommager un robinet à boisseau sphérique en céramique standard. Les vannes à bille en céramique à orifice en V qui ont été bien conçues peuvent être utilisées pour contrôler le débit du fluide.

Figure : Robinet à bille en céramique à orifice en V.

Caractéristiques d’une vanne à bille en céramique

Haute résistance

Les composants internes du robinet à boisseau sphérique en céramique sont conçus et fabriqués à l’aide de matériaux céramiques structurels à haute performance. Le corps et les parties externes du robinet à boisseau sphérique en céramique sont fabriqués à l’aide de matériaux métalliques à haute résistance qui renforcent sa résistance mécanique.

Durable

Les robinets à boisseau sphérique en céramique présentent une bonne résistance à l’abrasion, une bonne résistance à la corrosion et une résistance élevée du corps métallique. Dans les mêmes conditions de travail, la durée de vie d’un robinet à bille en céramique est 2 à 4 fois supérieure à celle d’autres robinets résistants à la corrosion et à l’abrasion.

Résistance à la corrosion

Les robinets à bille en céramique ont des caractéristiques chimiques stables pour la plupart des fluides à base d’acide, ce qui les rend excellents pour la résistance à la corrosion.

Valeur de dureté élevée

Les vannes à bille en céramique, comme leur nom l’indique, sont fabriquées à partir de matériaux céramiques connus pour leur grande dureté. Ces matériaux céramiques comprennent la zircone, qui présente une valeur de dureté élevée d’environ HRA88, soit la deuxième valeur après le diamant, le matériau le plus résistant.

Besoin d’un couple faible

Les robinets à bille en céramique ont une surface lisse du siège et de la bille et une fonction autolubrifiante à l’ouverture et à la fermeture. Cela rend la résistance à l’ouverture et à la fermeture faible et nécessite donc un faible couple pour l’ouverture et la fermeture.

Absence de fuite de fluide

Les robinets à bille en céramique utilisent une étanchéité par contact de surface entre la bille et le siège. Le contact d’étanchéité est renforcé par l’arrondi de haute précision de la bille, ce qui garantit l’absence de fuites conformément aux normes internationales.

Applications des vannes à bille en céramique

• Les vannes à bille en céramique sont utilisées dans les industries chimiques pour transférer des fluides tels que les acides et les boues de polymères, entre autres.
• Ils sont utilisés dans la production de produits fertilisants tels que l’acide phosphorique, le nitrate d’amine et le phosphate, entre autres.
• Les vannes à bille en céramique sont utilisées dans les industries de la pâte et du papier pour contrôler le flux de fluides tels que les agents de blanchiment et les charges de papier, entre autres.
• Ces vannes sont utilisées dans les systèmes de drainage et d’approvisionnement en eau.
• Ils sont utilisés dans l’industrie alimentaire et des boissons.
• Les vannes à bille en céramique sont utilisées dans les applications pharmaceutiques.

Avantages des robinets à bille en céramique

• Les vannes à bille en céramique sont faciles à utiliser.
• Ils ont besoin d’un petit couple pour s’ouvrir et se fermer.
• Ce sont des vannes polyvalentes.
• Ils sont très durables.
• Ils sont résistants à l’abrasion.
• Les robinets à bille en céramique sont résistants à la corrosion.
• Les vannes à bille en céramique peuvent être inspectées, nettoyées et réparées.
• Ces valves sont exemptes de fuites.
• Ils présentent une résistance élevée pour les applications à haute pression et à haute température.

Inconvénients des robinets à bille en céramique

• Les robinets à bille en céramique se ferment très rapidement, ce qui peut entraîner des problèmes de surpression et de martelage.
• Les composants de la garniture des vannes à bille en céramique sont peu résistants, ce qui les rend susceptibles d’être endommagés.
• Les robinets à bille en céramique ne conviennent pas aux applications d’étranglement.

Dépannage des vannes à bille en céramique

La vanne à bille en céramique laisse échapper du liquide lorsqu’elle est fermée

• Boule endommagée. Remplacez la bille.
• Sièges endommagés. Remplacez les sièges.
• La boule n’est pas complètement fermée. Vérifiez les réglages d’ouverture ou de fermeture de la boule.

Mouvement irrégulier du ballon

• Sédiments entre le siège et la bille ou entre la bille et le corps du robinet. Nettoyez l’intérieur de la vanne à bille en céramique et les surfaces d’étanchéité et, si nécessaire, remplacez les sièges.

Couple très élevé pour ouvrir ou fermer la vanne à bille en céramique

• Matériaux étrangers dans la valve. Retirez les matériaux.
• Pression et/ou température élevée. Assurez-vous que la vanne fonctionne pour la pression et la température nominales recommandées.
• Les sièges sont endommagés. Remplacez les sièges.

Vanne à bille en céramique présentant un fonctionnement bruyant ou un coup de bélier

• Fluide s’écoulant à très grande vitesse ou dimensionnement incorrect de la vanne. Assurez-vous que la vanne et les débits du fluide sont conformes aux recommandations du fabricant de la vanne.

Fuite de vapeur

• La vis du presse-étoupe est desserrée. Serrez la vis du presse-étoupe.
• Joint de tige endommagé. Remplacez le joint de la tige.

Résumé

Un robinet à boisseau sphérique en céramique est un type de robinet à boisseau sphérique dont les composants internes, à savoir les sièges, le boisseau sphérique et le revêtement, sont fabriqués en matériaux céramiques. La partie externe du robinet à boisseau sphérique en céramique est constituée de matériaux métalliques solides tels que l’acier inoxydable et l’acier au carbone. Les matériaux métalliques sont censés offrir une grande résistance aux pressions et aux températures élevées, ainsi qu’aux chocs. Les robinets à bille en céramique fonctionnent à l’aide d’une bille avec un alésage dans la section centrale. Le fluide qui traverse un robinet à bille en céramique s’écoule à travers l’alésage de la bille. Les robinets à bille en céramique peuvent être actionnés manuellement ou à l’aide d’un actionneur. Les vannes à bille en céramique sont de différents types, notamment les vannes à bille en céramique à orifice en V, les vannes à bille en céramique à deux pièces, les vannes à bille en céramique à trois pièces et les vannes à bille en céramique à trois voies. Les applications des robinets à bille en céramique comprennent les industries chimiques, la production d’engrais, le drainage et l’approvisionnement en eau, l’alimentation et les boissons, les produits pharmaceutiques, etc. Les avantages des robinets à bille en céramique sont les suivants : durabilité, polyvalence et rapidité de fonctionnement, faible couple de fonctionnement, résistance à l’abrasion et à la corrosion, absence de fuites et réparabilité.