Soupape à bille haute pression : Guide complet

Qu’est-ce qu’une vanne à bille haute pression ?

Une vanne à bille haute pression est une vanne à bille qui peut fonctionner à plus de 500 psi sans que le corps de la vanne ne soit endommagé. Les vannes à bille haute pression utilisent une bille avec un trou en son centre pour ouvrir ou fermer le flux de fluide. La bille fait un quart de tour ou un angle de 90^o pour permettre ou bloquer l’écoulement du fluide. Lorsque le trou de la bille est aligné avec l’écoulement du fluide, la vanne est ouverte. La vanne à bille haute pression est fermée lorsque la bille est pivotée à 90^o à l’aide d’une poignée ou d’un actionneur. Les robinets à bille haute pression sont très résistants et peuvent supporter des pressions et des températures élevées. De plus, les robinets à bille haute pression sont durables, ce qui leur permet de conserver leur qualité élevée même lorsqu’ils sont utilisés pendant de nombreux cycles. Les robinets à bille haute pression sont fabriqués à partir de matériaux métalliques tels que l’acier inoxydable et les matériaux en acier. Les robinets à bille haute pression sont raccordés à l’aide d’un raccord de type compression ou fileté ou de boulons et d’écrous.

Figure : Vanne à bille haute pression.

Composants des vannes à bille haute pression

Corps

Le corps d’une vanne à bille haute pression est la partie qui contient tous les composants internes de la vanne. Le corps est fabriqué dans des matériaux solides tels que l’acier inoxydable, l’acier au carbone et d’autres matériaux métalliques résistants. Des matériaux antistatiques sont également utilisés pour garantir la durabilité et le bon fonctionnement de la vanne.

Tige

La tige est l’élément des robinets à tournant sphérique haute pression qui relie l’actionneur ou le volant à la sphère pour améliorer le contrôle du flux de fluide. La tige est également fabriquée dans un matériau résistant afin de transmettre le couple d’ouverture et de fermeture et de fonctionner dans des applications à haute pression et à haute température.

Sièges

Les sièges sont des composants internes d’un robinet à boisseau sphérique haute pression qui sont renforcés par des bagues de siège afin de garantir l’absence de fuites. Le siège peut être métallique ou constitué d’autres matériaux comme un élastomère.

Boule

La bille est le composant d’un robinet à boisseau sphérique haute pression fabriqué dans un matériau résistant comme l’acier, selon l’application du robinet. La bille est chargée de bloquer ou de permettre l’écoulement du fluide dans une vanne à bille haute pression. La surface de la bille est perforée pour améliorer la distribution uniforme de la pression. Les robinets à tournant sphérique haute pression peuvent être équipés de billes à passage réduit ou de billes à passage intégral. Les billes à passage réduit sont idéales dans les applications où la pression du fluide doit être minimisée en limitant le débit. Les billes à passage intégral sont utilisées lorsque le débit du fluide ne doit pas être limité.

Actionneur

Les vannes à bille haute pression sont ouvertes et fermées à l’aide d’actionneurs manuels, électriques ou pneumatiques. Les actionneurs manuels sont actionnés par des opérateurs de vannes. Les actionneurs électriques et pneumatiques sont utilisés dans les applications à très haute pression qui peuvent être automatisées.

Trim

La garniture désigne les pièces remplaçables ou amovibles des robinets à tournant sphérique haute pression qui entrent en contact avec l’écoulement du fluide. Ces composants comprennent la tige, les surfaces d’appui, la sphère et les joints.

Figure : Composants d’une vanne à bille haute pression.

Comment fonctionne une vanne à bille haute pression ?

Pour ouvrir un robinet à boisseau sphérique haute pression, l’actionneur ou le volant à main tourne de 90^o . Ainsi, l’actionneur/volant à main qui est relié à la tige fait tourner la tige. La tige est reliée à la boule de sorte que lorsque la tige tourne, la boule tourne. La sphère du robinet à boisseau sphérique haute pression tourne suffisamment pour que le côté creux de la sphère soit aligné avec la canalisation, ce qui permet au fluide de s’écouler sans restriction à travers le robinet. Pour arrêter l’écoulement du fluide, l’actionneur tourne à nouveau pour faire un tour de 90^o . Cette rotation fait tourner la bille de telle sorte que le côté creux de la bille devient perpendiculaire à la canalisation. Ainsi, l’écoulement du fluide est arrêté car la pression du fluide fait que les sièges et la bille forment un joint solide.

Types de robinets à bille haute pression

Vanne à bille haute pression à entrée par le haut

Il s’agit d’une vanne à bille haute pression dans laquelle la bille est assemblée par le haut. Ce type de conception de vanne à bille haute pression permet d’effectuer la maintenance de la bille et des sièges sans déconnecter la vanne de la canalisation. La vanne à bille haute pression à entrée par le haut peut être nettoyée alors qu’elle est toujours connectée à la canalisation principale. Dans la plupart des cas, les robinets à tournant sphérique haute pression à entrée par le haut sont fabriqués par la méthode du moulage, ce qui nécessite un test non destructif pour vérifier les défauts du processus de moulage. Les robinets à bille haute pression à entrée par le haut ont un minimum de raccords, ce qui réduit les possibilités de fuites.

Figure : Vanne à bille haute pression à entrée par le haut.

Vanne à bille haute pression à entrée latérale

La vanne à bille haute pression à entrée latérale est une vanne à bille dans laquelle la bille est assemblée à partir de sa partie latérale. Dans la plupart des cas, le corps du robinet à tournant sphérique haute pression à entrée latérale est en deux ou trois parties. Les parties de cette vanne à bille haute pression sont reliées par des boulons et des écrous. Un matériau résistant comme l’acier est utilisé pour fabriquer le corps de vanne d’une vanne à bille haute pression à entrée latérale. Les robinets à tournant sphérique haute pression à entrée latérale sont faciles à assembler. Les composants de la garniture de cette boule haute pression sont correctement alignés.

Figure : Vanne à bille haute pression à entrée latérale.

Vanne à bille haute pression à deux voies

Il s’agit d’une vanne à bille haute pression qui possède deux orifices, l’un pour l’entrée et l’autre pour la sortie. Ce type de vanne à bille haute pression permet au fluide de circuler directement de l’orifice d’entrée à l’orifice de sortie à travers la bille. Cela permet de réduire la perte de charge car il n’y a pas de changement de direction de l’écoulement. Une vanne à bille haute pression à deux voies convient aux applications tout ou rien pour les fluides et les boues.

Vanne à bille haute pression à trois voies

Une vanne à bille haute pression à trois voies est une vanne à trois orifices. Ce modèle de vanne à bille haute pression utilise une formation en T ou en L. Grâce à cette conception, une vanne à boisseau sphérique haute pression à trois voies est capable d’effectuer différentes manipulations de l’écoulement du fluide, comme le mélange ou la déviation de l’écoulement du fluide. Lorsque l’actionneur ou la poignée de ce robinet à boisseau sphérique haute pression est mis en marche, il fait tourner la bille pour aligner l’alésage de la bille avec les orifices d’entrée et de sortie du robinet. La vanne à bille haute pression à trois voies avec configuration en L permet l’écoulement du fluide selon un angle de 90^o d’un orifice à un autre (déviation du fluide). Une vanne à bille haute pression à trois voies avec une configuration en forme de T permet l’écoulement du fluide d’un orifice à un autre (déviation du fluide). Elle permet également au fluide provenant de deux orifices de se mélanger puis d’être éjecté dans la canalisation.

Figure : Vanne à bille haute pression à trois voies.

Robinets à bille haute pression à brides

Les robinets à boisseau sphérique haute pression à brides sont des robinets à boisseau sphérique en une ou deux pièces qui ont des extrémités à brides avec des trous pour les boulons permettant de raccorder le robinet à la canalisation. Ce type de robinet à boisseau sphérique haute pression peut être facilement installé ou retiré du système de tuyauterie. Ces vannes sont fabriquées dans des matériaux métalliques résistants qui peuvent les aider à supporter la haute pression et les hautes températures associées à l’écoulement du fluide ainsi qu’aux boues.

Figure : Vanne à bille haute pression à extrémité bridée.

Vanne à bille haute pression à tourillon

Il s’agit d’une vanne à bille haute pression dont la bille est soutenue par un arbre supplémentaire appelé tourillon. Le tourillon maintient la boule de la vanne dans sa position et réduit le mouvement de la boule à son axe. La bille de cette vanne à bille haute pression ne se déplace que si la tige ou l’arbre tourne. Les robinets à tournant sphérique haute pression à tourillon ont également des sièges chargés par des ressorts. Les ressorts sont activés par la pression du fluide d’entrée vers la bille de la vanne maintenue par le tourillon, ce qui contribue à créer un joint étanche. Les robinets à tournant sphérique haute pression à tourillon fonctionnent efficacement dans de larges niveaux de pression. Les robinets à tournant sphérique haute pression à tourillon fonctionnent plus facilement avec un petit actionneur ou un couple de fonctionnement plus faible.

Figure : Vanne à bille haute pression à tourillon.

Actionneurs utilisés dans les vannes à bille haute pression

• Actionneurs manuels. Il s’agit du cas où la vanne est ouverte ou fermée par l’opérateur en tournant le volant à l’aide de ses mains. Cet actionneur est utilisé dans les vannes à boisseau sphérique à haute pression avec des applications à haut cycle minimal.
• Actionneurs pneumatiques. Il s’agit d’actionneurs qui utilisent de l’air comprimé pour ouvrir ou fermer la vanne à bille haute pression. Cet actionneur est utilisé dans les applications qui nécessitent des temps de cycle rapides et une grande durabilité.
• Actionneurs électriques. Il s’agit d’actionneurs qui utilisent l’électricité pour alimenter un moteur électrique qui actionne un mécanisme mécanique pour ouvrir/fermer la vanne à bille haute pression.
• Actionneurs hydrauliques. Il s’agit d’actionneurs qui utilisent un fluide sous pression comme l’huile et l’eau. Les actionneurs hydrauliques fournissent un couple plus important que les autres actionneurs pour ouvrir ou fermer une vanne à bille haute pression.

Applications de la vanne à bille haute pression

• Les vannes à bille haute pression sont utilisées dans les industries chimiques pour ouvrir/fermer, mélanger ou distribuer différents composés utilisés dans la fabrication de médicaments.
• Les vannes à bille haute pression sont utilisées dans les industries de la construction.
• Les vannes à bille haute pression sont utilisées dans les industries agricoles.
• Ils sont utilisés pour le contrôle des flux de pétrole et de gaz.
• Ils sont utilisés dans les applications de protection contre l’incendie.
• Ces vannes sont utilisées dans les applications marines et offshore.
• Les vannes à bille haute pression sont utilisées dans les centrales électriques à vapeur.
• Ces vannes sont utilisées dans les applications de chauffage, de mélange et de déviation des fluides.
• Les vannes à bille haute pression sont utilisées dans les industries minières.

Avantages de la vanne à bille haute pression

• Les robinets à bille haute pression sont très résistants.
• Les robinets à bille haute pression peuvent résister à des températures élevées.
• Les vannes à bille haute pression sont résistantes à la corrosion et à l’abrasion.
• Ces vannes peuvent fonctionner dans les fluides et les boues.
• Les vannes à bille haute pression conviennent à une large gamme d’applications de pression.
• Ces vannes sont faciles à utiliser.
• Ces vannes sont efficaces car elles n’ont pas besoin d’être lubrifiées et fournissent un joint étanche sans fuite.
• Les vannes à bille haute pression, telles que celles à entrée par le haut, sont faciles à nettoyer et à réparer.

Inconvénients de la vanne à bille haute pression

• Les vannes à bille haute pression sont plus chères que les autres vannes.
• Certains modèles de vannes à bille haute pression sont difficiles à nettoyer, ce qui limite leur utilisation dans les applications alimentaires, pharmaceutiques et de boissons.
• Les vannes à bille haute pression sont sensibles à l’usure, notamment lorsqu’elles sont utilisées pour des applications d’étranglement.
• Les robinets à bille haute pression sont lourds.

Dépannage des vannes à bille haute pression

Fuite du siège

• Saleté autour du siège. Nettoyez/enlevez la saleté.
• Le siège est endommagé. Remplacez le siège. Essayez de déterminer la cause du dommage pour l’éviter à l’avenir.

Fuite à travers le corps

• La carrosserie est endommagée. Réparez ou remplacez la carrosserie en conséquence.
• Le joint du corps est endommagé. Remplacez le joint.
• Connexions desserrées sur les boulons, les écrous, les vis, les filets. Serrez les connexions en conséquence.

Fuite à travers le presse-étoupe

• Boulons du presse-étoupe desserrés. Serrez les boulons avec le couple recommandé.
• Garniture de presse-étoupe usée. Remplacez la garniture de presse-étoupe.

Fuite à travers la tige

• Tige cassée. Retirez la tige pour l’inspecter. Si elle est endommagée, remplacez-la si nécessaire.
• Le joint torique de la tige est endommagé. Inspectez les joints toriques et remplacez-les s’ils sont endommagés.
• Boule endommagée. Remplacez la bille de la vanne.

La poignée ou l’actionneur ne fonctionne pas

• Obstruction interne ou accumulation de débris. Démontez la vanne à bille haute pression pour inspecter le mécanisme de la poignée/de l’actionneur. Retirez/nettoyez les débris qui bloquent le mécanisme de fermeture/ouverture.
• Dommages chimiques sur la poignée/le mécanisme de l’actionneur. Inspectez le mécanisme d’ouverture/de fermeture de la vanne pour vérifier la compatibilité chimique avec le fluide. Remplacez/réparez les composants endommagés.
• Poignée cassée. Remplacez la poignée.

Résumé

Les robinets à bille haute pression sont des robinets à bille utilisés dans des applications haute pression supérieures à 500 psi. Les robinets à bille haute pression ont une bille avec un alésage où passe le fluide. Les vannes à bille haute pression fonctionnent en faisant tourner la bille sur 90^o , ce qui ouvre/ferme le flux de fluide à travers la vanne. Le fluide s’écoule à travers l’alésage de la bille lorsque l’alésage est colinéaire avec la canalisation. Une vanne à bille haute pression est fermée lorsque la bille tourne de 90^o de sorte que l’alésage devient perpendiculaire à la canalisation. Les vannes à bille haute pression sont des vannes robustes fabriquées dans des matériaux métalliques solides tels que l’acier inoxydable, l’acier au carbone et la fonte, entre autres. Les vannes à bille haute pression sont utilisées dans différentes applications telles que l’exploitation minière, les industries pétrolières et gazières, les industries chimiques, la construction, la protection contre les incendies, les centrales électriques à vapeur, les applications marines et offshore, etc. Il existe différents types de robinets à bille haute pression, notamment les robinets à bille haute pression à deux voies, les robinets à bille haute pression à trois voies, les robinets à bille haute pression à tourillon, les robinets à bille haute pression à bride, les robinets à bille haute pression à entrée par le haut et les robinets à bille haute pression à entrée latérale.