Vanne papillon à engrenage

Qu’est-ce qu’une vanne papillon à commande par engrenage ?

Il s’agit d’une vanne papillon manuelle qui utilise des engrenages pour améliorer la multiplication du couple. Les vannes papillon à engrenages ont le système d’engrenage relié au volant par un arbre court. Cela permet au couple appliqué par l’opérateur de la vanne d’aller directement au système d’engrenage. Le couple est ensuite multiplié par un système d’engrenages, ce qui facilite l’ouverture des vannes papillon exigeant un couple élevé. Il est ainsi facile pour l’opérateur de la vanne d’ouvrir et de fermer le flux de fluide, même lorsque la vanne est utilisée dans des applications fréquentes et à couple élevé. Les fabricants de vannes papillon à engrenage conçoivent ce type de vanne pour des applications de type marche-arrêt ou d’étranglement. Les vannes papillon à engrenage font partie de la catégorie des vannes quart de tour. Il s’agit de vannes qui ne nécessitent qu’un tour de 90^o degrés du volant pour s’ouvrir ou se fermer. Ces vannes ont également besoin d’un léger angle pour les applications d’étranglement. Les vannes papillon à engrenages permettent de gagner du temps lors de l’ouverture et de la fermeture du flux de fluide, contrairement à d’autres vannes comme les vannes à guillotine qui nécessitent de nombreux tours pour s’ouvrir et se fermer. Les fabricants de vannes papillon à engrenages utilisent des conceptions simples pour fabriquer ces vannes, ce qui les rend moins chères.

Figure : Vanne papillon actionnée par engrenage.

Composants d’une vanne papillon à engrenage

Corps de la valve

Il s’agit du composant de la vanne papillon à engrenage qui abrite les pièces internes. Cette partie est fabriquée dans des matériaux métalliques résistants comme la fonte ductile, les alliages de nickel, l’acier inoxydable et l’acier au carbone, entre autres. Ces matériaux sont résistants et contribuent donc à la fabrication d’un corps de vanne solide. Cette solidité est nécessaire car elle permet à la vanne de résister au poids de l’ensemble de la vanne et d’être protégée contre les dommages causés par la chute d’objets.

Manivelle

Il s’agit du composant utilisé par l’opérateur de la vanne pour appliquer le couple requis pour ouvrir ou fermer la vanne. Le volant est relié au système d’engrenage par un arbre court.

Système d’engrenages/boîte de vitesses

C’est un système mécanique composé d’engrenages qui s’engrènent. Il est placé sur le dessus de la vanne. Ces engrenages ont pour but d’aider à multiplier le couple appliqué sur le volant par l’opérateur de la vanne. Ce système permet de rendre le couple nécessaire à l’ouverture ou à la fermeture de la vanne beaucoup moins important et donc de réduire la charge de travail de l’opérateur de la vanne.

Tige

Il s’agit d’un composant de l’arbre utilisé pour transmettre le couple appliqué par l’opérateur de la vanne au disque de la vanne. La tige relie le disque au système d’engrenage. En tant que telle, elle reçoit le couple de ce système d’engrenage.

Disque

C’est la partie de la vanne papillon à engrenage qui est utilisée pour ouvrir et fermer la vanne. Le disque est alimenté par le système d’engrenage via la tige.

Siège

Il s’agit du composant qui sert de surface d’appui au disque de la vanne lorsque celle-ci est fermée. Deux sièges sont utilisés, qui fonctionnent ensemble pour éviter toute fuite de fluide lors de la fermeture de la vanne.

Joint d’étanchéité

Cette pièce est placée entre les faces d’accouplement du tuyau et de la vanne pour éviter toute fuite de fluide.

Figure : Composants d’une vanne papillon à engrenage.

Comment fonctionne une vanne papillon à engrenage ?

Une vanne papillon à engrenage fonctionne grâce à la puissance fournie par l’opérateur de la vanne. L’opérateur exerce une force sur le volant pour actionner la vanne. Le volant est relié à un système d’engrenage par un arbre court. Pour ouvrir la vanne, l’opérateur tourne le volant d’un quart de tour dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Le couple (ou force de rotation) appliqué sur le volant est alors transmis au disque de la vanne via la tige. Ainsi, le disque fait un angle d’un quart de tour où il devient orienté parallèlement à l’écoulement du fluide. Dans cet état du disque, le fluide s’écoule à travers la vanne sans être obstrué. Pour fermer l’écoulement du fluide, l’opérateur de la vanne tourne le volant dans le sens des aiguilles d’une montre. Cela oblige le disque à effectuer un virage de 90_o degrés et à devenir perpendiculaire à l’écoulement du fluide. Dans cet état, le disque bloque le flux de fluide qui traverse la vanne. Les fabricants de vannes papillon à engrenage fabriquent ces vannes pour les utiliser même dans des applications d’étranglement. Cependant, l’utilisation de ces vannes dans de telles applications d’étranglement est recommandée lorsque la chute de pression est faible. Lorsque la vanne doit être utilisée dans des applications d’étranglement, l’opérateur de la vanne tourne légèrement le volant pour obtenir un angle de moins de 90^o degrés en fonction du débit de fluide requis.

Figure : Fonctionnement d’une vanne papillon à engrenage.

Types de vannes papillon à engrenages

Vanne papillon à double bride et à engrenages

Il s’agit d’une vanne papillon à commande par engrenage conçue avec une paire de brides sur les ports d’entrée et de sortie. La vanne est connectée à deux extrémités de tuyau avec des brides de taille égale à celle de la vanne. Deux jeux de boulons sont utilisés pour maintenir la vanne et le tuyau ensemble, ce qui garantit l’absence de fuites. Les fabricants de vannes papillon à engrenage recommandent l’utilisation de ces vannes dans les applications haute pression afin de rendre le système de tuyauterie économique. Ces vannes sont fabriquées avec des sièges souples ou des sièges métalliques en fonction de l’endroit où elles seront utilisées. Les vannes papillon à engrenages à double bride sont plus lourdes que les autres vannes papillon. Ce poids élevé est dû aux doubles brides métalliques et aux boulons et écrous utilisés.

Figure : Vanne papillon à double bride actionnée par engrenage.

Vanne papillon à gaufre actionnée par engrenage

Cette vanne est connectée à la conduite en la plaçant entre deux brides de conduite. Les brides de la conduite et la vanne sont reliées à l’aide de longs boulons qui s’étendent d’une extrémité à l’autre de la conduite à travers le corps de la vanne. Le fabricant de vannes papillon à engrenage fabrique ces vannes avec ou sans trous de brides sur le corps. Des joints d’étanchéité et des joints toriques sont placés sur une face plate de la vanne, à l’entrée et à la sortie, entre les brides des tuyaux, afin de renforcer l’étanchéité et d’éviter toute fuite de fluide. Ces vannes font partie des vannes papillon les plus économiques et les moins chères. Cependant, ce type de vanne papillon à engrenage ne peut pas être utilisé pour l’isolation ou le service en bout de ligne. Il faut donc fermer l’ensemble de la canalisation pour effectuer des opérations de maintenance sur les sections amont ou aval de la vanne.

Vanne papillon wafer à commande par engrenage.

Vanne papillon à ergots à commande par engrenage

Il s’agit d’une vanne papillon actionnée par un engrenage qui est également montée entre deux brides de pipeline. La vanne et la conduite sont fermement maintenues ensemble à l’aide de boulons. Les boulons sont insérés à travers des pattes filetées qui sont faites autour du corps de la vanne. Deux séries distinctes de boulons sont utilisées pour maintenir la vanne de chaque côté de celle-ci. Ces boulons maintiennent le tuyau et la vanne sans utiliser d’écrous. Cela permet de rendre la vanne adaptée à l’isolation ou à l’utilisation dans un service de fin de ligne. Les fabricants de vannes papillon à engrenage conçoivent ces vannes de manière à faciliter le démontage d’une extrémité de la vanne sans interférer avec l’autre extrémité. De ce fait, ces vannes nécessitent moins de temps de maintenance que d’autres vannes. Le défi associé à ces vannes est qu’elles portent le poids du pipeline sur leur corps. Le corps de la vanne doit donc être solide, sinon il risque de céder sous un tel poids.

Figure : Vanne papillon à ergots actionnée par engrenage.

Vanne papillon excentrique à engrenage

C’est l’une des vannes papillon les plus courantes. Ce type de vanne a plusieurs conceptions qui se caractérisent par l’endroit où la tige passe par rapport à l’axe du disque. Il existe trois types de vannes papillon :

1. Vanne à excentrique simple. Il s’agit du type de vanne papillon à engrenage dans lequel la tige est installée derrière l’axe du disque. Les fabricants de vannes papillon à engrenage conçoivent cette vanne de manière à réduire le contact entre le disque et le joint avant que la vanne ne soit complètement fermée. Cette conception permet d’améliorer la durée de vie de la vanne.

1. Vanne à double excentrique. Il s’agit d’un type de vanne à engrenage dans lequel la tige est conçue pour être derrière le disque avec un décalage supplémentaire. Cette conception permet au disque de s’ajuster au centre, ce qui favorise un joint étanche contre les fuites de fluide.
2. Vanne à triple excentration. Cette vanne est adaptée à une utilisation dans des applications critiques. Le fabricant de vannes papillon à engrenage conçoit cette vanne de manière similaire au type double mais avec un décalage supplémentaire. Le troisième décalage est l’axe de contact entre le siège et le disque. Le siège utilisé est métallique et conique, ce qui permet de réduire l’usure et d’améliorer l’efficacité. Le siège métallique contribue à rendre cette vanne adaptée aux applications à haute température et à améliorer l’étanchéité de la fermeture.

Figure : Vanne papillon excentrique actionnée par engrenage.

Applications des vannes papillon à engrenages

• Les vannes papillon à engrenage sont utilisées dans les raffineries de pétrole et les applications de transport.
• Ils sont utilisés pour l’approvisionnement en eau et le traitement des eaux usées.
• Ils sont utilisés dans les industries minières pour contrôler l’écoulement des boues.
• Les vannes papillon à engrenages sont utilisées dans la fabrication de différents types de produits chimiques.
• Ils sont utilisés dans les applications de traitement des aliments et des boissons.
• Ils sont utilisés pour le contrôle de la vapeur dans les applications de chaudières.
• Les vannes papillon à engrenage sont utilisées dans les industries du papier et de la pâte à papier.
• Ils sont utilisés dans les applications de lutte contre les incendies.

Avantages des vannes papillon à engrenages

• Les vannes papillon à engrenages nécessitent un couple plus faible pour s’ouvrir et se fermer.
• Ils fonctionnent très rapidement car il suffit d’un quart de tour de volant pour ouvrir et fermer le flux de fluide.
• Ces vannes sont peu coûteuses par rapport à d’autres vannes comme les robinets à soupape.
• Les vannes papillon à engrenages ont une conception simple et compacte qui les rend solides.
• Ces vannes occupent un espace réduit lors de l’installation.
• Ils sont exempts de toute fuite de fluide.
• Ils sont polyvalents car ils sont applicables dans différentes applications industrielles.
• Les vannes papillon à engrenages ont une faible chute de pression, ce qui contribue à améliorer l’efficacité du pompage.
• Ces vannes peuvent gérer de gros débits de fluide ainsi que des milieux contenant des particules en suspension.
• Ils sont faciles à installer, à nettoyer et à réparer.
• Ils peuvent être utilisés comme vannes d’arrêt et d’étranglement.
• Ils sont de petite taille et légers.

Inconvénients des vannes papillon à engrenages

• La capacité d’étranglement de la vanne papillon à engrenage est limitée à une faible différence de pression.
• Ces valves souffrent d’étouffement et de cavitation.
• Les applications impliquant une pression de fluide élevée peuvent nécessiter un couple important pour l’ouverture et la fermeture, ce qui entraîne une fatigue importante.
• Ces vannes ont une faible capacité d’étanchéité par rapport à d’autres vannes comme les vannes à bille.

Dépannage des vannes papillon à engrenages

La vanne est difficile à ouvrir/fermer

• Corrosion dans la valve. Ouvrez la valve et nettoyez la corrosion.
• Des matériaux étrangers interfèrent avec le mouvement du disque et de la tige. Ouvrez le robinet et retirez tous les matériaux étrangers.
• L’engrenage est sec. Lubrifiez les engrenages comme recommandé par la vanne papillon à engrenages.

Fuite de fluide interne

• Les joints toriques sont endommagés ou usés. Remplacez les joints toriques.
• Les sièges sont endommagés. Remplacez les sièges.
• Le disque de la valve est endommagé. Remplacez le disque.

Fuite de liquide externe

• Boulons desserrés. Serrez les boulons au couple requis par le fabricant de la vanne papillon à engrenages.
• Joint d’étanchéité usé. Remplacez le joint d’étanchéité.

Résumé

Les vannes papillon à engrenage sont des vannes manuelles avec un système d’engrenage utilisé pour multiplier le couple appliqué par l’opérateur de la vanne afin de faciliter le fonctionnement. Ces vannes fonctionnent en faisant un quart de tour sur le disque. La capacité du disque à faire un quart de tour est renforcée par le couple transmis par le volant à travers la tige. Une fois que le disque a effectué un quart de tour dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, il devient parallèle à l’écoulement du fluide, ce qui laisse le chemin d’écoulement ouvert et permet au fluide de s’écouler dans la vanne. La vanne se ferme lorsque le volant est tourné de 90 degrés dans le sens des aiguilles d’une montre (^o ). Le disque devient alors perpendiculaire à l’écoulement du fluide. Cette orientation bloque le chemin d’écoulement et le fluide ne peut donc pas traverser la valve.

Les fabricants de vannes papillon à engrenage produisent différents types de ces vannes, notamment des vannes papillon à engrenage à double bride, des vannes papillon à wafer à engrenage, des vannes papillon à oreilles à engrenage, des vannes papillon excentriques à engrenage, etc. Ces vannes sont utilisées dans diverses applications telles que le papier et la pâte à papier, l’industrie alimentaire, les centrales électriques à vapeur, l’exploitation minière, les produits chimiques, les raffineries de pétrole et l’approvisionnement en eau, entre autres. Ces vannes présentent de nombreux avantages, notamment un fonctionnement rapide, une conception simple et compacte, un coût réduit et une facilité d’installation, de réparation et de nettoyage.