Vanne à bille segmentée

Qu’est-ce qu’une vanne à bille segmentée ?

Un robinet à boisseau sphérique segmenté est un type de robinet à boisseau sphérique avec un segment de contour à encoche en V dans le boisseau. Les robinets à segment sphérique sont des robinets de contrôle qui ont une bonne capacité de contrôle, de gamme et de fermeture. Cette vanne est capable de produire un contrôle du débit à haute capacité et sans colmatage. Les fabricants de robinets à segment de sphère conçoivent la sphère avec des contours spéciaux pour améliorer la capacité, l’intégrité de la fermeture et la durée de vie des joints. Les robinets à segment sphérique sont connus pour être économiques et performants. Ces vannes peuvent être d’une grande variété, allant des petites vannes légères aux grandes vannes lourdes. Les vannes légères sont faciles à monter et à manipuler. Les vannes à segment sphérique lourdes sont utilisées dans des environnements difficiles pour fournir un contrôle optimisé et pour les applications tout ou rien. Grâce à ces caractéristiques, les robinets à segment sphérique sont utilisés dans de nombreuses industries telles que les industries du papier et de la pâte à papier, les raffineries et les services pétrochimiques, entre autres. Ces vannes sont durables et fiables, même lorsqu’elles sont utilisées dans des environnements difficiles.

Figure : Vanne à bille segmentée.

Composants de la vanne à bille de segment

Les principaux composants d’une vanne à bille de segment sont les suivants :

Boîtier de la valve

Il s’agit de la pièce qui sert à loger tous les composants internes de la vanne à boisseau sphérique segmenté. Cette pièce est fabriquée à partir de matériaux rigides et durs, de matériaux métalliques revêtus de thermoplastiques ou de thermoplastiques pour protéger les composants de la vanne. Cette pièce permet également aux composants externes d’accéder au mécanisme de commande pour faire tourner la boule et ainsi ouvrir ou fermer le flux.

Boule de segment

Il s’agit d’une boule profilée en forme de V. Ce segment de bille est utilisé comme ouverture pour l’écoulement du fluide. Le segment sphérique assure une action de cisaillement pour produire des caractéristiques d’écoulement.

Arbres

Les arbres sont utilisés pour connecter le mécanisme de commande du robinet à boisseau sphérique segmenté afin de faire tourner le boisseau sphérique segmenté. Les arbres sont équipés de bagues d’étanchéité et de joints toriques qui contribuent à l’étanchéité de l’arbre, ainsi que d’un chapeau pour éviter les fuites. L’arbre peut être actionné manuellement, à l’aide d’un actionneur pneumatique ou électrique.

Siège

Le siège est utilisé pour assurer l’étanchéité entre le corps du robinet à boisseau sphérique et le boisseau sphérique.

Joints de paliers

Ces joints protègent les roulements métalliques contre la pénétration des fluides.

Comment fonctionne une vanne à bille segmentée ?

Une vanne à bille segmentée est une vanne à bille quart de tour. Son fonctionnement est similaire à celui d’un robinet à tournant excentré. La vanne est dotée d’arbres qui contribuent à élargir le chemin d’écoulement central. Un arbre moteur est relié à un côté de la boule et un arbre suiveur est relié au côté opposé. Lorsque l’arbre d’entraînement tourne, la bille segmentée tourne en exposant le chemin d’écoulement via l’encoche en V. L’utilisation de l’encoche en V améliore la qualité de l’écoulement. L’utilisation de l’encoche en V améliore une large gamme d’écoulement du fluide en raison d’une petite zone d’écoulement à faible course et d’une course maximale permettant une grande zone d’écoulement. Les vannes à bille à segment peuvent avoir deux raccords d’extrémité pour le corps, à savoir les raccords à bride et les raccords sans bride.

Types de vannes à bille à segment

Vanne à bille à segment à entrée latérale

La vanne à bille à segment à entrée latérale est une vanne de haute performance. Cette vanne est fabriquée sur la base du type O de vanne à bille. Le robinet à tournant sphérique à entrée latérale permet de transporter un milieu biphasé solide-gazeux et solide-liquide. Cela signifie que cette vanne peut contrôler le flux de solides et de liquides ou de gaz et de solides de manière pratique.

Les caractéristiques des vannes à bille à segment à entrée latérale sont les suivantes :

• Utilisation facile. En effet, le robinet à boisseau sphérique segmenté peut être éloigné de son siège sans contact, ce qui lui confère un faible couple de démarrage.
• La vanne à bille à segment à entrée latérale possède un corps de vanne à passage direct qui lui permet de maintenir le débit du fluide linéaire lorsqu’elle est complètement ouverte. Cela permet de réduire les pertes d’énergie par rapport aux autres vannes.
• Le robinet à boisseau sphérique à segment à entrée latérale a une structure à double excentrique qui rend le robinet à boisseau sphérique à segment parfaitement étanche et fermé hermétiquement.
• Lorsque le robinet à boisseau sphérique à entrée latérale est fermé, sa force de cisaillement peut éliminer les matières étrangères. Il est donc connu pour ses performances anti-calcaire.

Figure : Robinet à bille à segment à entrée latérale.

Robinet à bille à segment d’entrée supérieur

Le robinet à segment sphérique à entrée par le haut est un robinet adapté à une utilisation dans les industries pharmaceutiques, chimiques et alimentaires où un nettoyage excellent et rapide est nécessaire. Ce robinet à boisseau sphérique segmenté présente certains avantages qui le font préférer dans les industries qui ont besoin de produits propres tels que :

• Nettoyage facile et rapide de l’intérieur et des parties de la tuyauterie sans démonter la vanne.
• Remplacement rapide et facile des pièces usées.
• Il n’a pas de pièces de rechange à l’intérieur du corps

Caractéristiques des vannes à bille segmentées

Corps de vanne intégré

Les fabricants de robinets à boisseau sphérique du segment conçoivent les robinets dans un corps d’une seule pièce. Cela permet d’assurer une plus grande rigidité face aux fluctuations de la charge des tuyaux. Ces vannes ont une structure à entrée latérale qui renforce la rigidité et rend difficile les fuites et les déformations malgré les fortes contraintes dues au fluide et au couple de fermeture.

Boule de segment

Les fabricants de robinets à boisseau sphérique segmenté fabriquent le robinet avec un boisseau sphérique segmenté à port en V. Cela permet d’offrir une large gamme de capacités pour contrôler le débit du fluide. Cela rend la vanne appropriée pour les applications d’étranglement à haute consistance et les services de sirop. Le segment est conçu de manière à fournir un débit optimal et sa face sphérique à revêtement dur empêche le grippage.

Palier autolubrifié

Les vannes à bille de type A utilisent des roulements doubles sur les tiges de vanne inférieure et supérieure pour assurer une bonne stabilité. Cela permet d’augmenter la surface de contact avec la tige et d’améliorer le faible coefficient de frottement et la capacité de charge élevée, tout en réduisant le couple de fonctionnement.

Siège d’étanchéité souple et métallique

Les fabricants de robinets à boisseau sphérique du segment fabriquent les robinets avec des sièges en PTFE ou en métal. Le matériau dépend du milieu d’écoulement prévu. Les faces d’étanchéité des sièges métalliques sont recouvertes d’un alliage dur et résistant, tandis que la surface de la bille est durcie par chromage dur, nitruration au plasma, entre autres. Cela permet d’augmenter la durée de vie de la face d’étanchéité et d’améliorer la résistance à la température. Les sièges en PTFE ou RPTFE présentent d’excellentes performances d’étanchéité, une bonne résistance à la corrosion et de nombreuses applications.

L’aspect pratique et économique

Les fabricants de robinets à boisseau sphérique segmentés s’efforcent de rendre ces robinets aussi légers que possible et de leur donner un faible couple de tige. Ces paramètres de conception critiques permettent d’installer la vanne avec de petits actionneurs électriques ou pneumatiques, et d’être rentable par rapport aux vannes de régulation de petite taille ou d’autres catégories.

Sélection de robinets à bille à segment

Type d’opération

C’est dans ce cas que l’on doit décider du type de mécanisme qui alimente l’actionneur. L’actionneur peut être manuel, pneumatique ou électrique. Le type d’actionneur dépend de la source d’énergie disponible, par exemple l’électricité ou l’air comprimé, ainsi que du couple requis. Les actionneurs pneumatiques fournissent des valeurs de couple élevées tandis que les actionneurs électriques ont un coût initial élevé mais leur coût d’exploitation est inférieur à celui des actionneurs pneumatiques.

Matériau du boîtier

Le robinet à boisseau sphérique segmenté doit être tel que le matériau utilisé pour fabriquer le boîtier soit compatible avec le fluide à contrôler. Les différents matériaux ont des propriétés différentes telles que :

Le laiton convient aux milieux non corrosifs et neutres, il est durable, résiste aux températures élevées, mais ne convient pas à l’eau salée, aux acides et aux chlorures.

L’acier inoxydable résiste aux produits chimiques, à l’abrasion, aux températures élevées, mais ne résiste pas aux chlorures, aux acides chlorhydriques, à l’eau de Javel et au brome.

Le matériau PVC est bon pour les fluides corrosifs comme les acides, l’eau salée, les bases et les solvants organiques. Cependant, il ne résiste pas aux hydrocarbures chlorés et aromatiques. La résistance du PVC à la température et à la pression est inférieure à celle du laiton et de l’acier inoxydable.

Pression nominale

Le robinet à boisseau sphérique sélectionné doit être capable de résister à la pression maximale et minimale du fluide pendant son fonctionnement. La pression nominale de la vanne à segment sphérique sera déterminée par le matériau utilisé pour fabriquer le boîtier. Les matériaux solides comme l’acier inoxydable peuvent supporter une pression élevée par rapport aux matériaux en PVC.

Températures de travail

Les différents matériaux des robinets à segment sphérique peuvent supporter différents niveaux de température, des valeurs minimales aux valeurs maximales. La plage de température du robinet à segment sphérique est déterminée par le matériau du joint et du boîtier. Le matériau en laiton peut supporter des températures comprises entre 20°C et 60°C, le matériau en acier inoxydable peut supporter des températures comprises entre -40°C et 220°C, tandis que le robinet à segment sphérique en PVC peut supporter des températures comprises entre -10°C et 60°C.

Normes et approbations

En fonction de l’utilisation du robinet à boisseau sphérique segmenté, les fabricants de robinets peuvent être amenés à suivre certaines normes des organismes de réglementation. Cela est souvent nécessaire pour les vannes destinées à être utilisées dans l’eau potable, les produits alimentaires, les produits pharmaceutiques ou le gaz.

Actionneurs de vannes à bille à segment

La vanne à bille segmentée peut utiliser différents types d’actionneurs pour s’ouvrir et se fermer. Les types d’actionneurs qui peuvent être utilisés par ces vannes comprennent les actionneurs manuels, pneumatiques et électriques.

Actionneur de vanne à bille à segment manuel

Il s’agit d’un actionneur de vanne à bille à segment qui est actionné par une main humaine. Ce type d’actionneur possède une poignée sur laquelle l’opérateur applique un couple pour tourner la poignée et ainsi faire tourner le mécanisme de la vanne pour ouvrir ou fermer la vanne.

Actionneur pneumatique à pignon et crémaillère

Les actionneurs pneumatiques à pignon et crémaillère sont des actionneurs utilisés dans les vannes à bille à segment pour ouvrir, tourner et fermer la vanne selon les besoins. Ces actionneurs convertissent l’énergie de l’air comprimé en utilisant des cylindres pneumatiques en un mouvement rotatif oscillant. Ces actionneurs ont besoin de gaz sec, propre et de processus fournis par une station centrale d’air comprimé.

Actionneur électrique

Ces actionneurs sont utilisés dans les vannes à bille à segment pour contrôler la fermeture et l’ouverture de la vanne. Ces actionneurs peuvent fournir un mouvement rotatif ou linéaire. Comme leur nom l’indique, ces actionneurs utilisent l’électricité pour améliorer leur travail. Le couple nécessaire pour ouvrir/fermer la vanne est transmis à l’aide d’un arbre pour ouvrir ou fermer la vanne.

Applications des robinets à boisseau sphérique segmenté

• Les vannes à bille à segment sont utilisées pour contrôler le débit dans les industries du papier et de la pâte à papier.
• Ces vannes sont utilisées pour contrôler le flux de produits chimiques dans les usines chimiques.
• Ils sont utilisés dans les stations d’épuration des eaux usées car ils peuvent travailler sur des particules solides.
• Ils sont utilisés dans les industries énergétiques pour contrôler le débit des fluides de chauffage et de refroidissement.
• Ils sont utilisés dans les industries pétrolières car ils peuvent supporter des produits inflammables.
• Les vannes à bille à segment sont utilisées dans les industries pharmaceutiques pour réguler le flux des composés de production.
• Ils sont utilisés dans les industries alimentaires en raison de leur facilité de nettoyage et d’entretien.

Avantages des robinets à bille à segment

• Les robinets à bille à segment ont un rendement élevé.
• Ces vannes sont de conception simple.
• La conception des robinets à boisseau sphérique segmenté leur confère un poids et un volume réduits.
• Ces valves sont faciles à démonter et à réparer.
• La conception des robinets à bille du segment leur confère une étanchéité parfaite.
• Ils peuvent fournir une faible chute de pression et des débits élevés.
• La vanne à bille segmentée s’ouvre et se ferme rapidement.
• Ces valves sont faciles à nettoyer.

Inconvénients des robinets à bille à segment

• Les cavités autour du siège ont tendance à provoquer des blocages.
• Lorsqu’il est utilisé sous forme de particules solides, il peut s’éroder et commencer à laisser échapper du liquide et à tomber en panne.

Dépannage d’une vanne à bille segmentée

Fuite de la garniture du presse-étoupe

• Écrous de presse-étoupe desserrés. Serrez les écrous de presse-étoupe desserrés.
• Garniture de presse-étoupe usée. Remplacez la garniture de presse-étoupe.
• La tige est corrodée ou rayée. Nettoyez la tige ou remplacez-la ainsi que la garniture de presse-étoupe.
• Le presse-étoupe est corrodé. Nettoyez-le et remplacez le presse-étoupe. La vanne à bille du segment peut être remplacée si elle présente une corrosion excessive.

Fuite sur le joint de la plaque de fond

• Écrous desserrés. Serrez les écrous.
• Le joint d’étanchéité est endommagé. Remplacez le joint d’étanchéité.
• Corrosion/dégâts dans la zone du joint. Nettoyer la corrosion ou remplacer la plaque et le corps en fonction du niveau de dommage.

Fuite de liquide par le trou de passage

• Le segment n’est pas en position de fermeture complète. Fixez la course de la limite de fermeture dans l’actionneur.
• Désalignement entre le siège et le segment. Desserrez la garniture de presse-étoupe pour centrer le segment. Veillez à resserrer la garniture de presse-étoupe après l’alignement pour qu’elle ait un couple suffisant.
• Média piégé ou solidifié. Nettoyez le ressort du siège et les surfaces d’étanchéité.
• Le siège du joint est endommagé. Remplacez les joints endommagés.
• Le segment ou le siège est endommagé. Remplacez-les si nécessaire.

Couple de vanne à bille à segment élevé

• Ecrous de presse-étoupe trop serrés. Réduisez le couple de serrage des écrous de presse-étoupe aux niveaux recommandés par le fabricant du robinet à boisseau sphérique.
• Actionner le segment dans le sens inverse, ce qui le désengage du siège. Faire perdre le couple de retenue de la chemise pour réengager le siège et le segment en position fermée. Renforcer le couple de retenue de la chemise après avoir aligné le segment et le siège.
• Actionneur/opérateur mal aligné avec la tige de la vanne. Desserrez les fixations et modifiez la base de montage pour qu’elle soit parallèle et que l’opérateur soit centré. Serrez les fixations.
• Roulement endommagé. Remplacez-le.
• Segment ou siège endommagé. Remplacez-les si nécessaire.
• Milieu accumulé ou solidifié. Retirez le fluide de la cavité de la vanne, du siège, du segment et nettoyez les surfaces d’étanchéité.
• La vanne à bille du segment a été installée dans la mauvaise orientation. La vanne doit être installée en fonction de l’étiquette de l’indicateur de débit.

Résumé

Une vanne à segment sphérique est une vanne à bille qui effectue un quart de tour pour ouvrir/fermer le flux de fluide. Cette vanne comporte un segment sphérique creux supporté par un roulement et un arbre du côté de l’actionneur de la vanne. L’autre extrémité de cette vanne comporte un palier et un axe. La bille segmentée tourne autour d’un pivot pour former un joint unique continu en amont en position fermée. L’étanchéité de ce robinet à segment sphérique est obtenue par un élastomère souple ou une bague de siège souple qui appuie sur le segment sphérique. Le corps du robinet à segment sphérique est fabriqué dans des matériaux résistants, principalement en acier inoxydable, avec une construction sans bride ou à bride. Les robinets à segment sphérique peuvent être classés en robinets à segment sphérique à entrée latérale et en robinets à segment sphérique à entrée supérieure. Ces vannes utilisent une conception et une technologie qui leur permettent de fonctionner même avec des fluides visqueux et des boues. Ces vannes sont utilisées dans de nombreuses industries telles que la pétrochimie, la pharmacie, l’agroalimentaire, le traitement des eaux usées, le traitement chimique, etc. Les vannes à boisseau sphérique segmenté ont de nombreuses applications en raison de leurs superbes caractéristiques telles que la facilité de nettoyage, la facilité de réparation et d’entretien, la simplicité de conception, la taille et le poids réduits, la résistance à la corrosion et la résistance élevée aux boues. Les paramètres importants à prendre en compte lors de l’achat d’une vanne à bille segmentée sont le type d’actionneur, la pression nominale, les températures de fonctionnement, les matériaux du boîtier, les normes et les homologations.