Vanne à diaphragme de type Weir

Qu’est-ce qu’une vanne à diaphragme de type Weir ? 

La vanne à diaphragme de type Weir est un type de vanne faisant partie des vannes à diaphragme. C’est l’une des plus populaires de toutes les vannes à diaphragme. Le robinet à membrane de type Weir est doté d’une selle ou d’une lèvre surélevée sur laquelle le diaphragme appuie pour produire une action d’étanchéité. En raison de la lèvre surélevée, le niveau de déplacement de la membrane diminue entre l’ouverture complète et la fermeture complète. Ainsi, la contrainte induite sur le diaphragme par la fermeture de la vanne diminue. Le diaphragme est fabriqué dans un matériau résistant, ce qui le rend adapté aux applications à haute pression et au vide. Les vannes à diaphragme de type Weir sont très performantes pour le contrôle de l’écoulement des fluides, l’étranglement et le contrôle de débits infimes. Les vannes à diaphragme de type Weir utilisent un compresseur en deux parties pour créer une petite ouverture au centre de la vanne. Les vannes à diaphragme de type Weir sont souvent utilisées pour traiter des liquides et des gaz homogènes et propres, car la contamination et les boues visqueuses peuvent s’accumuler sur la selle. Ces vannes peuvent également fonctionner sur des fluides dangereux, abrasifs et corrosifs.

Vanne à diaphragme de type Weir

Comment fonctionne une vanne à diaphragme de type Weir ?

La vanne à diaphragme de type Weir possède un diaphragme flexible qui est relié au compresseur. Le compresseur est relié à la tige. Pour augmenter le débit, la tige se déplace vers le haut. Lorsque la tige se déplace vers le haut, elle se déplace en même temps que le compresseur puisqu’ils sont reliés. Le compresseur est relié au diaphragme, ce qui fait que le diaphragme se déplace également vers le haut. Lorsque le diaphragme se déplace vers le haut, le débit du fluide augmente. Pour réduire le débit ou pour fermer complètement l’écoulement, la tige est tournée et déplacée vers le bas. La tige transmet alors le mouvement vers le bas au compresseur qui appuie également sur le diaphragme vers le bas pour réduire le débit ou fermer complètement l’écoulement du fluide. 

Types de vannes à diaphragme de type Weir 

Ces vannes à diaphragme peuvent être classées en fonction de l’actionneur utilisé et de son application. En tenant compte des actionneurs, les types de vannes à diaphragme de type Weir sont les suivants : 

Les vannes à diaphragme à déversoir manuel

Il s’agit de robinets à membrane à déversoir avec une manivelle ou un volant utilisé pour appliquer un couple. Le couple appliqué est utilisé pour faire tourner la tige et ainsi se déplacer linéairement pour modifier le débit du fluide. Ces vannes à diaphragme à déversoir ont une vitesse de contrôle lente. Ils nécessitent également plus d’énergie manuelle pour fonctionner. Des réducteurs peuvent être installés dans ces vannes pour améliorer le couple et ainsi augmenter la vitesse de fermeture ou d’ouverture. Bien que ces vannes soient manuelles, elles peuvent également être dotées d’autres caractéristiques importantes telles que l’indication de la position, le réglage de la course et des commutateurs pour le retour d’information électrique afin d’améliorer le confort d’utilisation. 

Figure : Robinet à membrane à déversoir manuel.

Vanne à diaphragme à déversoir électrique 

Il s’agit de vannes à diaphragme de type weir dotées d’actionneurs électriques. Ces vannes utilisent un moteur électrique pour modifier le débit du fluide. Le moteur est relié à un train d’engrenages pour réduire la vitesse du moteur et augmenter son couple. En utilisant un actionneur électrique, ces vannes peuvent être actionnées de manière réversible, c’est-à-dire à proximité de la membrane et vice versa. 

Figure : Vanne électrique à membrane de type déversoir

Robinet à membrane à déversoir pneumatique 

Il s’agit de vannes à diaphragme à déversoir qui utilisent la pression de l’air pour ouvrir ou fermer le flux de fluide. Elles fonctionnent en déplaçant un piston dans un chapeau de vanne où une tige de piston est reliée à un compresseur. L’alimentation en air comprimé se fait de chaque côté de la chambre du piston. L’apport d’air dans la chambre supérieure du piston fait descendre la tige du piston et réduit ainsi le débit du fluide ou ferme la vanne, selon les besoins. D’autre part, l’apport d’air dans la chambre inférieure fait monter la tige du piston et augmente ainsi le débit du fluide. Des joints toriques sur le piston et la tige de piston permettent d’éviter toute fuite d’air entre les chambres du piston. 

Vanne hydraulique à diaphragme de type déversoir 

Il s’agit de vannes à diaphragme de type déversoir qui utilisent un fluide hydraulique comme l’eau ou l’huile pour fermer ou ouvrir les vannes en exerçant une force importante sur le diaphragme. Ces vannes sont souvent utilisées dans des applications à faible vitesse. 

Soupape à diaphragme à déversoir thermique

Il s’agit de vannes qui utilisent un changement de température pour fermer ou ouvrir les vannes afin de modifier le débit du fluide. 

Matériaux de fabrication d’une vanne à diaphragme de type weir 

Diaphragme 

Ce composant d’une vanne à diaphragme de type déversoir est fabriqué en matériau élastomère et flexible. Il s’avère que ces matériaux limitent la pression et la température nominales de la vanne car ils s’affaiblissent à des pressions et des températures élevées. Ainsi, les matériaux utilisés pour fabriquer le diaphragme doivent être sélectionnés en fonction de la pression et de la température prévues, du matériau à manipuler et de la fréquence de fonctionnement. 

Éthylène propylène diène monomère (EPDM) 

Il s’agit d’un élastomère synthétique d’usage général. Il présente une bonne résistance à la corrosion. Il peut supporter les alcools, les alcalis et les acides. Ce matériau est résistant à l’ozone. Cependant, ce matériau n’est pas compatible avec le pétrole et les produits pétroliers. Les vannes à diaphragme de type Weir fabriquées dans ce matériau peuvent fonctionner entre -28 oC et 110 oC. Ce matériau convient également lorsque la vanne à diaphragme à déversoir est utilisée dans des applications de stérilisation. 

Polytétrafluoroéthylène (PTFE)

Le PTFE est un fluoropolymère synthétique. Ce matériau présente une superbe résistance chimique et à la corrosion et convient aux alcalis, acides et solvants puissants. C’est un matériau rigide qui permet de créer une force importante pour actionner une vanne. Un diaphragme fabriqué dans ce matériau peut fonctionner entre -184 oC et 1649 oC. Le matériau PTE est rendu plus solide en le renforçant avec des fibres de verre, ce qui améliore sa résistance à la compression, à l’abrasion et à l’usure, ainsi que sa pression nominale. 

Néoprène 

Il s’agit d’un matériau en caoutchouc synthétique souvent utilisé pour fabriquer des diaphragmes. Il est connu pour sa bonne résistance à l’abrasion et à la corrosion. Ce matériau peut supporter des fluides contenant des huiles entraînées, des alcalis, des acides, des explosifs, du pétrole et des engrais. Un diaphragme pour vanne à diaphragme de type déversoir fabriqué dans ce matériau peut fonctionner à des températures comprises entre -28 oC et 93 oC.

Caoutchouc butyle 

Ce matériau a une faible perméabilité aux gaz et aux vapeurs. Il peut donc être utilisé dans des milieux gazeux. Le caoutchouc butyle peut être utilisé dans les alcalis et les acides et dans la stérilisation à la vapeur. Les membranes fabriquées dans ce matériau peuvent fonctionner entre -20 oC et 120 oC.

Caoutchouc nitrile 

Ce matériau est résistant à l’abrasion et possède une grande solidité. Ce matériau peut supporter les gaz, les graisses, les carburants, les alcools, les huiles et le pétrole. Cependant, il n’est pas compatible avec les cétones, l’ozone, les acétones et autres hydrocarbures modifiés. Les membranes fabriquées dans ce matériau peuvent être utilisées à des températures comprises entre -25 oC et 57 oC.

Caoutchouc naturel 

Ce matériau peut supporter les alcalis et les acides et est résistant à l’abrasion. Les diaphragmes en caoutchouc naturel sont souvent utilisés dans les acides minéraux dilués, les abrasifs et la brasserie. Ces diaphragmes peuvent fonctionner à des températures comprises entre -40 oC et 57 oC.

Corps de vanne 

Le chapeau et le corps de la vanne sont fabriqués dans des matériaux solides et rigides qui peuvent protéger les composants de la vanne à diaphragme de type déversoir. La fabrication du chapeau à partir d’un matériau moins résistant à la corrosion ne pose pas de problème car le chapeau sera protégé de la partie en contact avec le fluide de la vanne. Un revêtement lisse du diamètre intérieur du robinet à membrane de type déversoir aidera à prévenir le gommage et le colmatage des fluides visqueux et collants. Tout comme le diaphragme, le corps de la vanne doit être fabriqué dans un matériau résistant à la corrosion et pouvant être stérilisé. Pour améliorer un certain degré d’hygiène, des matériaux antimicrobiens tels que le bronze et le laiton peuvent être utilisés. Certains matériaux de corps de vanne couramment utilisés pour les vannes à diaphragme de type déversoir sont la fonte, l’acier inoxydable, l’acier moulé, le bronze, le laiton, le PVC, la fonte ductile, le CPVC et le U-PVC. 

Facteurs à prendre en compte lors de la sélection d’un robinet à membrane de type déversoir 

Coefficient de débit de la vanne 

Il s’agit de la mesure de la capacité de la vanne à permettre au fluide de s’écouler à travers elle. Il est décrit comme le volume de fluide à 316 oC qui peut s’écouler à travers une vanne en une minute avec une chute de pression de 1 psi à travers la vanne. La connaissance du coefficient de débit de la vanne est très importante car elle permet de déterminer la taille de la vanne à diaphragme de type déversoir qui peut laisser passer le fluide au débit approprié. L’augmentation de la course de la tige et de l’ouverture de la vanne augmente le coefficient de débit de la vanne. 

Chute de pression 

Il s’agit de la chute de pression entre l’entrée et la sortie de la vanne. Lorsque le rapport entre la chute de pression à travers la vanne à diaphragme de type déversoir et la chute de pression de l’ensemble du système est très faible, la différence de débit est également très faible jusqu’à ce que la vanne soit complètement fermée. Ainsi, une vanne à diaphragme à ouverture rapide ou à action rapide sera d’une grande utilité.

Portée

Il s’agit d’une propriété des vannes à membrane de type weir qui se mesure en termes de rapport entre le débit maximum et le débit minimum pouvant être contrôlé. La précision et la taille de l’actionneur, les géométries, le compresseur, le corps de la vanne et le diaphragme influencent la portée. Pour une plus grande capacité de réglage, la vanne à membrane de type déversoir permet de contrôler une large gamme de débits. 

Dimensionnement des vannes 

Cette considération est importante pour les vannes à diaphragme de type déversoir destinées à l’étranglement. Le volume nécessaire devant passer à travers la vanne doit être déterminé et il est affecté par la pression et la température d’entrée et de sortie, le débit, la viscosité du fluide et la gravité spécifique. Une fois ces propriétés déterminées, la chute de pression et la capacité de la vanne à diaphragme de type déversoir seront déterminées. Plusieurs méthodes sont utilisées pour déterminer la taille de la vanne. L’une de ces méthodes consiste à utiliser le facteur de géométrie de la conduite. 

Avantages des vannes à diaphragme de type Weir 

• Les vannes à diaphragme de type Weir possèdent de nombreux revêtements qui les aident à résister aux dommages chimiques. 
• Ces vannes offrent un service étanche aux bulles. 
• Ces vannes sont adaptées à la distribution de fluides dangereux et radioactifs. 
• Les vannes à diaphragme de type Weir fonctionnent bien avec les fluides visqueux. 
• Elles peuvent être utilisées dans des applications de type tout ou rien et d’étranglement du débit. 

Inconvénients des vannes à diaphragme de type Weir 

• Les vannes à diaphragme de type Weir possèdent un déversoir qui peut entraîner une vidange complète de la tuyauterie. 
• Si le corps de cette vanne n’est pas fabriqué dans un matériau résistant à la corrosion, il s’usera rapidement.
• Les vannes à diaphragme de type Weir peuvent ne pas fonctionner correctement à une pression très élevée, supérieure à 200 psi. 
• Le diaphragme peut se corroder s’il est utilisé dans des services d’étranglement fortement contaminés.

Applications des vannes à diaphragme de type Weir 

• Les vannes à diaphragme de type Weir sont utilisées dans une application avec de la corrosion car elles ne cèdent pas à la corrosion.
• Ces vannes sont utilisées pour réguler le débit d’air ou de liquides propres ou sales. 
• Ces vannes sont utilisées dans la production d’énergie.
• Elles sont utilisées dans les systèmes de tuyauterie des services de vide. 
• Les vannes à diaphragme de type Weir sont utilisées dans les systèmes de tuyauterie d’eau déminéralisée. 
• Elles sont utilisées dans les systèmes de production pharmaceutique. 
• Ils sont utilisés dans le traitement chimique. 

Dépannage des vannes à diaphragme de type Weir

Pas de débit ou un débit insuffisant

• La vanne est partiellement ou totalement fermée. Vérifiez la position de la vanne. 
• La garniture/protection de la vanne n’est pas enlevée ; retirez-la.
• Crépine ou système de tuyauterie bouché. Vérifiez le système et nettoyez-le.

Fuite entre la contre-bride et le corps

• La contre-bride n’est pas assez serrée ou n’est pas uniforme. Vérifiez l’assemblage et le couple de serrage, si nécessaire démontez et réassemblez. 
• Revêtement, surface ou joint de bride endommagé. Retirez le robinet du système de tuyauterie, nettoyez-le et réparez les dommages ou remplacez-le si nécessaire. 

Bride cassée 

• Boulons d’assemblage mal serrés ou contre-brides mal alignées ou grand espace. Remplacez la vanne à diaphragme de type déversoir et installez-la conformément aux instructions du fabricant. 

Impossible d’atteindre la position d’ouverture ou de fermeture complète 

• Mauvaise rotation du volant à main. Tournez le volant dans le bon sens. La fermeture se fait dans le sens des aiguilles d’une montre. 
• Filetage du chapeau ou de la tige endommagé ou bloqué. Inspecter et graisser ou nettoyer les pièces. Si nécessaire, remplacer la pièce endommagée. 
• Pression élevée. Vérifiez les conditions de fonctionnement. Une vanne à diaphragme de grande taille de type déversoir peut nécessiter un couple élevé si elle fonctionne sous haute pression. 
• La vanne à diaphragme de type déversoir est dans une position difficile pour les travailleurs qui veulent appliquer une force. Maintenez la vanne dans une bonne position pour faciliter son fonctionnement. 
• Il y a des impuretés coincées entre le corps et la membrane. Ouvrez la vanne et fermez-la sous pression pour éliminer les impuretés. Remplacez ou réparez la vanne selon le besoin. 

Fuite dans le siège lorsque la vanne est fermée

• Cela peut être dû à un diaphragme endommagé. Vérifiez le diaphragme et remplacez-le si nécessaire. 
• Surface d’étanchéité du corps endommagée. Remplacez le corps. 
• Impuretés obstruées entre le corps et le diaphragme. Fermez et ouvrez la vanne à haute pression pour éliminer les impuretés obstruées. Remplacez ou réparez la soupape si nécessaire. 

Résumé :

La vanne à diaphragme de type Weir est l’un des types de vannes à diaphragme. Cette vanne possède une selle ou une lèvre surélevée sur laquelle la membrane appuie pour créer une action d’étanchéité. Le diaphragme de la vanne à diaphragme de type Weir doit être fabriqué dans un matériau solide capable de résister aux applications à haute pression et au vide. Certains des matériaux utilisés pour fabriquer le diaphragme sont le caoutchouc doublé ou non doublé comme le Viton, le caoutchouc naturel et le plastique fluoré comme le PTFE et l’EPDM, entre autres. Ces matériaux offrent une large gamme de températures et sont résistants à la corrosion.

Les vannes à diaphragme de type Weir sont efficaces pour contrôler le débit des fluides et les processus d’étranglement. Cette vanne est souvent utilisée pour contrôler le débit de fluides homogènes et propres ainsi que de gaz afin d’éviter l’accumulation de boue visqueuse et de contamination sur la selle. Les vannes à diaphragme de type Weir peuvent être utilisées dans des fluides radioactifs, dangereux, abrasifs et corrosifs. En raison de la résistance de ces vannes et de leur capacité à travailler sur des fluides dangereux et corrosifs, elles sont utilisées dans de nombreuses industries telles que l’industrie pharmaceutique, le service du vide, le traitement chimique, le traitement des boissons, l’eau déminéralisée, les fluides corrosifs tels que les acides et les alcalis, et dans la production d’énergie, entre autres.