Vanne à bille en trois parties

Qu’est-ce qu’un robinet à boisseau sphérique à trois pièces ?

Un robinet à boisseau sphérique à trois pièces est un type de robinet à boisseau sphérique comportant trois pièces, à savoir le corps et deux embouts. Les joints d’extrémité ou les capuchons d’extrémité sont reliés à la canalisation par filetage, à l’aide de boulons et d’écrous, ou par soudage. Les trois pièces sont reliées entre elles à l’aide de boulons et d’écrous, ce qui facilite le démontage du corps de la vanne principale pour les réparations et le nettoyage sans avoir à retirer les raccords de tuyauterie ou les embouts. Après l’installation d’une vanne à boisseau sphérique en trois parties, les composants de la vanne qui subissent une usure, comme les billes, la tige et les sièges, peuvent être remplacés indépendamment et rapidement. L’un des avantages de l’utilisation d’un robinet à boisseau sphérique en trois parties est qu’il peut être retiré pour la maintenance et le nettoyage, ce qui le rend très rentable à long terme. Le remplacement des joints et des sièges rend le robinet à tournant sphérique trois pièces plus abordable que le remplacement de l’ensemble du robinet. De plus, le fait de ne pas retirer les raccords de tuyauterie d’un robinet à boisseau sphérique en trois parties permet d’éviter l’arrêt de la production en cas de maintenance.

Figure : Vanne à bille à trois pièces.

Composants d’un robinet à boisseau sphérique à trois pièces

Manivelle/actionneur

Le volant est l’élément d’un robinet à tournant sphérique trois pièces sur lequel l’opérateur applique un couple pour ouvrir ou fermer le robinet. Un volant est utilisé lorsque le robinet à tournant sphérique trois pièces est manuel. Si la vanne n’est pas manuelle, elle est actionnée par un actionneur. Un actionneur est un dispositif intégré au robinet à boisseau sphérique trois pièces qui fournit un couple pour ouvrir et fermer le robinet. Certains des actionneurs disponibles pour un robinet à boisseau sphérique trois pièces sont des actionneurs pneumatiques, hydrauliques et électriques.

Corps de la valve

Le corps de la vanne est le composant principal d’une vanne à bille en trois parties car il sert de barrière principale contre la pression et il abrite toutes les pièces internes de la vanne. Le corps de la vanne est fabriqué dans des matériaux solides par rapport aux autres parties de la vanne, comme les sièges et les joints, afin de garantir une résistance suffisante pour supporter une pression et des températures élevées. La plupart des robinets à boisseau sphérique en trois parties sont utilisés dans des applications à haute pression et leurs corps sont donc fabriqués dans des matériaux solides comme l’acier inoxydable, l’acier au carbone et la fonte, entre autres.

Tige/arbre

La tige/arbre est le composant d’un robinet à boisseau sphérique trois pièces qui est utilisé pour relier la sphère et l’actionneur afin qu’il puisse transmettre la force ou le couple nécessaire pour ouvrir/fermer le robinet. La tige est également fabriquée dans des matériaux solides comme l’acier, le bronze et le laiton pour l’aider à résister à des températures et des pressions élevées et lui permettre de transmettre un couple élevé pour les grands robinets à tournant sphérique trois pièces.

Boule

Il s’agit du composant d’un robinet à boisseau sphérique à trois pièces destiné à fermer/ouvrir le robinet à boisseau sphérique. La bille possède un alésage ou un trou en son centre. Le fluide traverse le robinet à boisseau sphérique 3 pièces par ce trou.

Sièges

Les sièges sont des composants internes situés entre la sphère et le corps d’un robinet à tournant sphérique 3 pièces. Les sièges sont utilisés pour assurer l’étanchéité entre la bille et le corps du robinet ainsi que pour soutenir la bille.

Emballage

La garniture est un joint placé autour de la tige pour empêcher le fluide de s’échapper.

Trim

La garniture fait référence aux composants du robinet à boisseau sphérique trois pièces tels que les manchons, le boisseau, la tige, les sièges, les surfaces d’appui et les bagues d’étanchéité.

Figure : Composants d’un robinet à boisseau sphérique à trois pièces.

Comment fonctionne un robinet à boisseau sphérique à trois pièces ?

Une vanne à bille trois pièces fonctionne grâce à une bille qui est responsable de l’ouverture et de la fermeture du flux de fluide. Cette bille se trouve dans un robinet à boisseau sphérique à trois pièces qui possède un trou dans sa section centrale. C’est par ce trou que le fluide passe à travers la vanne. Dans un robinet à boisseau sphérique à trois pièces, la boule est reliée à la tige. La tige est ensuite reliée au volant ou à l’actionneur. L’actionneur ou le volant fait un quart de tour (angle de 90^o degrés) pour ouvrir/fermer la vanne à bille. Lorsque le volant/actionneur tourne de 90^o , il fait tourner la tige et la sphère du même angle de 90^o . Le quart de tour de la boule rend le trou de la boule colinéaire avec la canalisation, ce qui permet au fluide de s’écouler à travers la vanne. Dans ce cas, on dit que le robinet à tournant sphérique trois pièces est fermé. Pour bloquer l’écoulement du fluide, la boule est ensuite tournée dans le sens inverse des aiguilles d’une montre pendant 90^o . Cela rend l’orifice de la bille perpendiculaire à l’écoulement du fluide ou à la canalisation et garantit ainsi que le fluide ne s’écoule pas.

Types de robinets à boisseau sphérique à trois pièces

Robinet à bille trois pièces à passage intégral

Un robinet à boisseau sphérique 3 pièces à passage intégral est un robinet dans lequel le diamètre de l’alésage du boisseau est le même que celui de la conduite. L’avantage d’un robinet à tournant sphérique 3 pièces à passage intégral est qu’il n’y a pas de pertes de charge supplémentaires et qu’il est plus facile à nettoyer. Cependant, un robinet à boisseau sphérique 3 pièces à passage intégral a un boîtier plus grand et une bille plus grande qu’un robinet à boisseau sphérique à passage réduit. Par conséquent, le coût d’un robinet à tournant sphérique 3 pièces à passage intégral est plus élevé, ce qui constitue un défi pour de nombreux fabricants. Les robinets à tournant sphérique 3 pièces à passage intégral sont utilisés lorsqu’une faible résistance à l’écoulement du fluide est nécessaire, par exemple dans les tuyaux d’aspiration des pompes dans lesquels la chute de pression peut affecter les performances de la pompe.

Vanne à bille en trois parties à alésage réduit

Un robinet à boisseau sphérique 3 pièces à alésage réduit est un robinet dont le diamètre de l’alésage du boisseau est inférieur au diamètre du tuyau. Dans un robinet à tournant sphérique trois pièces, la zone d’écoulement du fluide devient plus étroite à la sortie du robinet en aval. De ce fait, des pertes par frottement sont introduites, entraînant une chute de pression. Comme le débit du fluide reste constant, la vitesse d’écoulement augmente lorsque la surface d’écoulement diminue. Cependant, malgré les pertes par frottement et la chute de pression, les robinets à tournant sphérique 3 pièces à passage réduit sont plus couramment utilisés que les robinets à tournant sphérique 3 pièces à passage intégral. Les robinets à tournant sphérique 3 pièces à passage réduit sont utilisés lorsque les turbulences et le débit ne sont pas des préoccupations majeures et que l’accumulation de particules n’est pas susceptible de se produire. Le coût d’un robinet à tournant sphérique 3 pièces à passage réduit est inférieur car ces robinets utilisent un boîtier et une taille de bille plus petits.

Figure : Robinet à bille 3 pièces à passage réduit.

V-port 3 piece ball valve

Il s’agit d’un robinet à boisseau sphérique en trois parties avec un boisseau ayant un alésage en forme de “V”. La forme en V indique également la conception du siège. Un robinet à tournant sphérique 3 pièces à orifice en V offre plus de contrôle pour fermer et ouvrir efficacement le flux de fluide. Le débit dans un robinet à tournant sphérique 3 pièces à orifice en V est presque linéaire. Les robinets à tournant sphérique 3 pièces à orifice en V sont plus robustes car ils sont conçus pour fonctionner avec des flux de fluide à grande vitesse qui peuvent endommager les robinets à tournant sphérique standard.

Figure : Robinet à boisseau sphérique trois pièces à orifice en V.

Robinet à bille 3 pièces Trunnion

Il s’agit d’un robinet à boisseau sphérique à trois pièces où la bille du robinet tourne dans une position fixe. La bille d’un robinet à tournant sphérique 3 pièces est maintenue en position par un arbre sur les côtés inférieur et supérieur de sorte qu’elle ne peut pas se déplacer dans une direction latérale. Un robinet à tournant sphérique 3 pièces crée un joint en exerçant une pression sur la bille et les sièges ou en forçant le siège contre la bille par la pression du fluide. Le tourillon absorbe la pression du fluide et le contact entre le siège et la bille n’est donc pas trop sollicité. Le couple de manœuvre d’un robinet à tournant sphérique 3 pièces à tourillon est donc plus faible, ce qui facilite l’ouverture et la fermeture du robinet. Le concept des robinets à tournant sphérique à tourillon est utilisé pour fabriquer des robinets à tournant sphérique trois pièces de grande taille et des robinets utilisés dans des applications à haute pression.

Figure : Robinet à bille 3 pièces à tourillon.

Vanne à bille flottante 3 pièces

Un robinet à boisseau sphérique flottant à trois pièces est une vanne dont la bille est suspendue dans le fluide et maintenue dans sa position par deux bagues d’étanchéité. La bille de la vanne est maintenue en place par des sièges et elle peut se déplacer librement dans une direction latérale. La pression du fluide agit sur la bille en la forçant à entrer dans le siège et en assurant ainsi une fermeture étanche. Les robinets à tournant sphérique flottant 3 pièces sont principalement utilisés dans les applications à basse et moyenne pression. Les robinets à tournant sphérique flottant 3 pièces ont une bonne étanchéité et une structure de conception simple. Les robinets à tournant sphérique flottant 3 pièces ne sont pas utilisés dans les applications de grande taille et à haute pression car la force élevée exercée sur la bille peut déformer les sièges et avoir un impact sur les propriétés d’étanchéité à basse pression du robinet. L’autre raison est que la force élevée exercée sur la bille rend le robinet à tournant sphérique 3 pièces difficile à manœuvrer, ce qui nécessite des valeurs de couple élevées pour surmonter la force du siège à haute pression.

Applications du robinet à boisseau sphérique à trois pièces

• Les vannes à bille à trois pièces sont utilisées pour la régulation de l’eau dans les systèmes d’irrigation.
• Les vannes à bille à trois pièces sont utilisées dans les processus de fabrication de produits pharmaceutiques.
• Les vannes à bille 3 pièces sont utilisées dans les centrales électriques.
• Ces vannes sont utilisées dans les industries chimiques.
• Ces vannes sont utilisées dans les installations pétrolières et gazières.
• Les vannes à bille à trois pièces sont utilisées dans le traitement des aliments et des boissons à des fins sanitaires en raison de la facilité de nettoyage nécessaire pour maintenir des conditions d’hygiène élevées.

Avantages des robinets à boisseau sphérique à trois pièces

• Les trois pièces de ces vannes sont reliées par des boulons et des écrous. Cette connexion est très pratique car elle facilite l’installation et le démontage de la vanne.
• Les robinets à bille en trois parties sont rapides à utiliser.
• Les vannes à bille en trois parties ont une faible résistance aux fluides.
• Le nettoyage, la réparation et l’entretien peuvent être effectués facilement sur les robinets à tournant sphérique à trois pièces.
• Les vannes à bille à trois pièces utilisent une structure de conception simple.
• Ces vannes sont de différents types, ce qui les rend adaptées à diverses applications.
• Les robinets à tournant sphérique en trois parties ont une longue durée de vie car ils peuvent être réparés au lieu d’acheter un nouveau robinet en cas de panne d’un de ses composants.  
• Les robinets à boisseau sphérique 3 pièces peuvent être raccordés aux tuyaux par différentes méthodes de connexion, selon les préférences de l’utilisateur.

Inconvénients des robinets à boisseau sphérique à trois pièces

• Les robinets à tournant sphérique à trois pièces sont plus chers que les robinets à tournant sphérique à une ou deux pièces.

Dépannage d’un robinet à boisseau sphérique à trois pièces

Fuite au niveau des connexions

• Connecteurs d’extrémité mal alignés. Vérifiez l’alignement des connecteurs d’extrémité pour vous assurer qu’ils sont parallèles.
• Joints toriques endommagés ou déplacés ou particules dans la rainure du joint torique. Inspectez les joints toriques de la vanne pour vérifier qu’ils ne sont pas endommagés chimiquement ou physiquement et qu’ils sont compatibles avec le fluide. Si les joints toriques sont endommagés, remplacez-les. S’il y a des particules dans la rainure, nettoyez-les.
• Les boulons et les écrous sont desserrés ; serrez-les.

Fuite de la tige

• Le joint torique de la tige est endommagé. Remplacez le joint torique. Vérifiez que l’O-ring est compatible avec le média.
• Tige cassée. Réparez ou remplacez la tige si nécessaire.   

Fuite à travers le ballon

• Obstruction sur la bille. Vérifiez que la vanne à bille 3 pièces est en position de fermeture complète. S’il n’est pas en position de fermeture complète, vérifiez que des débris n’obstruent pas l’orifice de la bille. Retirez les obstructions et réinstallez la vanne.
• La balle est endommagée. Remplacez la bille.

Fuite à travers le siège

• Le siège est endommagé ; remplacez-le.
• Le siège est chargé de débris. Retirez les débris du siège. Vérifiez la compatibilité du siège avec le média.

La poignée est difficile à manier

• Débris obstrués. Vérifiez que la poignée n’est pas obstruée par des matières solides. Retirez tous les matériaux étrangers.
• Cassé. Réparez la poignée ou remplacez-la si nécessaire.

Résumé

Les vannes à bille à trois pièces sont des vannes composées de trois pièces, à savoir le corps et les deux embouts. Les trois pièces sont reliées par des boulons et des écrous. Les robinets à boisseau sphérique à trois pièces sont très solides, mais ils sont plus coûteux que d’autres robinets comme les robinets à boisseau sphérique à deux pièces. Les robinets à tournant sphérique 3 pièces utilisent une bille avec un alésage en son centre. La bille est responsable de l’ouverture/fermeture du fluide. Le fluide traverse le robinet à boisseau sphérique trois pièces par le trou de la bille. Les vannes à bille trois pièces fonctionnent en alignant le trou de la bille sur le tuyau. Le fluide passe par le trou de la bille et le tuyau est dit ouvert. Les vannes à bille 3 pièces sont fermées lorsque la poignée ou l’actionneur est tourné de 90^o dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, la bille devenant alors perpendiculaire au tuyau et bloquant l’écoulement du fluide. Les robinets à tournant sphérique trois pièces sont utilisés dans de nombreuses applications dans différentes industries manufacturières telles que l’industrie pharmaceutique, l’industrie alimentaire et des boissons, la production d’énergie, l’irrigation, le pétrole et le gaz, entre autres. Les avantages de l’utilisation d’un robinet à boisseau sphérique à trois pièces sont notamment un fonctionnement rapide, une facilité de nettoyage, de réparation et d’entretien, la possibilité de l’utiliser dans différentes applications et l’utilisation de matériaux solides pour les applications à haute pression.