Vanne papillon triple excentrique : avantages de conception et principe de fonctionnement

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Dans les vannes papillon concentriques, le disque et la surface d'étanchéité sont constamment comprimés et frottés, ce qui entraîne une usure rapide et des difficultés d'ouverture et de fermeture. La vanne papillon à excentrique simple réduit cet écrasement grâce au décalage axial, mais des frottements se produisent toujours.

La vanne papillon à double excentrique ajoute un autre décalage dans la direction radiale, permettant au disque de se désengager rapidement de la surface d'étanchéité, réduisant ainsi considérablement l'usure, bien qu'une fermeture précise soit requise.

Pour éliminer complètement les frottements, la vanne papillon à triple excentration a été développée. Grâce à un troisième décalage, elle garantit que le disque et la surface d'étanchéité sont entièrement sans contact pendant le fonctionnement, ce qui améliore considérablement les performances d'étanchéité et prolonge la durée de vie.

Animation de la vanne papillon à triple excentrique

Principe de fonctionnement de la vanne papillon à triple excentrique

Les trois décalages dans une vanne triple excentrique sont : le décalage de l'arbre, le décalage du centre de la sphère et le décalage de la surface d'étanchéité.

Décalage 1 : L'axe central de la tige de soupape est décalé d'une certaine distance par rapport à l'axe central du siège de soupape, garantissant ainsi l'intégrité de la surface d'étanchéité.

Décalage 2 : L'axe central de la tige de soupape est décalé par rapport à l'axe central du corps de soupape, ce qui réduit le frottement entre les composants d'étanchéité lors de l'ouverture et de la fermeture.

Décalage 3 : L'axe central du corps de la vanne est décalé d'un certain angle par rapport à l'axe central de la surface d'étanchéité conique du siège de vanne, ce qui permet à la bague d'étanchéité de la vanne papillon et au siège de vanne de se désengager ou d'entrer en contact rapidement lors de l'ouverture et de la fermeture, garantissant ainsi l'absence de frottement ou de pincement entre les composants d'étanchéité.

Grâce au troisième angle de décalage, le disque papillon n'entre pas en contact avec la surface d'étanchéité du corps de la vanne lors de l'ouverture et de la fermeture, ce qui évite l'usure par raclage et minimise le couple nécessaire au fonctionnement de la vanne. Cet angle de décalage crée également une étanchéité de surface en forme de coin, améliorant les performances de la vanne papillon sous des différentiels de pression élevés.

Conception d'une vanne papillon à triple excentration

La caractéristique la plus remarquable de la vanne papillon à triple excentration est son fonctionnement sans interférence, ce qui signifie qu'aucun frottement ni usure ne se produit pendant l'ouverture et la fermeture. Par conséquent, la conception des trois décalages est cruciale. Le premier décalage est lié aux dimensions structurelles du corps de la vanne et au diamètre de la tige de la vanne. Les deuxième et troisième décalages sont des paramètres clés qui garantissent l'absence d'interférence pendant le fonctionnement.

1.Lorsque le deuxième décalage est augmenté, l'écart entre le disque papillon et la surface d'étanchéité du corps de vanne s'agrandit, ce qui permet au disque de se désengager plus facilement. Cependant, cette conception crée un couple déséquilibré plus important, augmentant le couple de fonctionnement global. Par conséquent, tout en garantissant que le disque se désengage rapidement de la surface d'étanchéité du corps de vanne, le deuxième décalage doit être maintenu aussi petit que possible.

2. Si l'angle du troisième décalage est trop grand, la bague d'étanchéité du disque papillon subira des forces inégales, réduisant les performances sous des différentiels de pression élevés. Inversement, si l'angle est trop petit, des interférences et des frottements peuvent se produire, affectant les performances d'étanchéité et réduisant la durée de vie. Par exemple, Vanessa, un fabricant international renommé de vannes papillon à triple excentration en Italie, conçoit le troisième angle de décalage pour qu'il soit compris entre 10° et 12°

Paire d'étanchéité de vanne papillon triple excentrique

Les paires d'étanchéité des vannes papillon triple excentrique comprennent généralement des joints durs métalliques, des joints souples non métalliques, des joints multicouches et des joints élastiques.

Le choix de la paire d'étanchéité dépend principalement des propriétés du fluide, de la température et de la classe de fuite requise. En général, lorsque la température ne dépasse pas 200 °C, que le fluide est propre et exempt de particules abrasives et qu'une fermeture étanche est requise, un joint souple non métallique peut être utilisé.

Dans les cas où la température est plus élevée ou le fluide est abrasif, un joint métallique dur est recommandé. Lors de l'utilisation d'un joint métallique dur, la surface d'étanchéité du corps de vanne doit subir un traitement de durcissement, tel qu'un soudage par superposition ou une pulvérisation d'alliages durs sur la surface d'étanchéité du corps de vanne, pour augmenter la dureté de la surface et améliorer la résistance à l'usure.

Outre les points de conception mentionnés ci-dessus, la conception de la vanne papillon à triple excentrique doit également tenir compte de l'impact du fluide sur la structure de la vanne. Par exemple, pour la poudre de charbon, une protection contre la poussière pour la tige de vanne est requise ; pour l'oxygène, une décharge statique pour les pièces internes doit être prise en compte ; pour les exigences de sécurité incendie, un double joint souple et dur est nécessaire. De plus, la tige de vanne doit être conçue pour empêcher l'éclatement dû à la pression interne. Lors du processus de conception, il est essentiel de prendre en compte autant que possible les conditions réelles du processus et de l'environnement de travail pour garantir que le produit final est sûr, fiable et adapté aux besoins de l'utilisateur.

Avantages des vannes papillon à triple excentration

• Excellentes performances d'étanchéité : L'étanchéité d'une vanne papillon à triple excentration est obtenue grâce à la compression entre les surfaces d'étanchéité de la vanne. Plus le couple de fermeture est élevé, plus le niveau d'étanchéité est élevé, ce qui permet d'obtenir une « fuite zéro ».
• Zéro frottement : la conception réduit le frottement lors de l'ouverture et de la fermeture de la vanne, prolongeant ainsi considérablement la durée de vie de la vanne.
• Capacité de débit élevée : Grâce aux avantages de la structure triple excentrique, le diamètre d'écoulement de la vanne est plus grand, offrant un débit plus élevé.
• Conception sans zone morte : avec une friction minimale entre le disque et le siège de soupape, la vanne peut commencer à réguler le débit à partir d'une ouverture de presque 0 degré jusqu'à 90 degrés. Son rapport de contrôle est plus de deux fois supérieur à celui d'une vanne papillon standard, le rapport de contrôle maximal dépassant 100:1.
• Résistance aux hautes températures et pressions : les vannes papillon à triple excentrique à étanchéité métallique peuvent fonctionner sur une large plage de températures et de pressions, généralement de -196°C à 650°C et de PN10 à PN160 (ANSI CL 150 à CL1500).
• Longue durée de vie : L'étanchéité métal sur métal de la vanne papillon à triple excentrique offre une excellente résistance à l'usure, conservant sa forme pendant de longues périodes de fonctionnement. De plus, le siège de soupape et la bague d'étanchéité se désengagent sans frottement au moment de l'ouverture, ce qui se traduit par une durée de vie extrêmement longue.
• Performances réglables : Le degré d'ouverture et de fermeture de la vanne papillon triple excentrique peut être ajusté selon les besoins, ce qui la rend adaptée à divers pipelines industriels.

Inconvénients des vannes papillon à triple excentration

• Structure du disque de vanne épais : Le disque de vanne est relativement épais, ce qui entraîne une résistance à l'écoulement plus élevée, ce qui le rend inadapté aux canalisations de petit diamètre inférieur à DN200.
• Impact sur l'étanchéité dans les canalisations normalement ouvertes : Dans les canalisations normalement ouvertes, la surface d'étanchéité du siège de vanne est directement exposée au débit du fluide, ce qui peut user la bague d'étanchéité laminée dure multicouche sur le disque de vanne au fil du temps, affectant les performances d'étanchéité.
• Risque de fuite en cas de flux inverse : la structure triplement excentrique s'appuie sur le couple de l'actionneur pour presser le disque de soupape contre le siège de soupape afin d'obtenir l'étanchéité. Dans l'état de flux direct, plus la pression du fluide est élevée, plus l'étanchéité est forte. Cependant, dans le flux inverse, à mesure que la pression du fluide augmente, la pression de contact entre le disque de soupape et le siège de soupape peut devenir inférieure à la pression du fluide, ce qui entraîne une fuite.
• Coût plus élevé : En raison de leur structure plus complexe par rapport aux vannes papillon à double excentrique, les vannes papillon à triple excentrique ont tendance à être plus chères.

Applications des vannes papillon à triple excentration

Industrie pétrochimique : Les vannes papillon triple excentrique sont largement utilisées dans les systèmes de pipelines des industries pétrolières et chimiques, pour couper et réguler les gaz et les liquides.

Industrie du traitement de l'eau : Ces vannes peuvent être appliquées dans des domaines tels que le traitement de l'eau et des eaux usées municipales, pour réguler et filtrer la qualité de l'eau.

Industrie alimentaire : Les vannes papillon triple excentrique sont couramment utilisées dans l'industrie alimentaire, comme dans la production de bière et de boissons, pour contrôler le débit et la pression pendant le processus de fabrication.

Industrie de la protection de l'environnement : Ils sont également largement utilisés dans le secteur environnemental, pour contrôler les émissions dans des processus tels que le traitement des gaz d'échappement et la gestion des déchets solides.

Grâce à leur conception sans frottement, à leurs performances d'étanchéité supérieures et à leur capacité à supporter des conditions extrêmes, les vannes papillon à triple excentration sont devenues le choix privilégié dans de nombreuses industries. Bien qu'elles soient relativement coûteuses, leur longue durée de vie et leur fonctionnement efficace en font la meilleure option pour les conditions de travail complexes.

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