Les vannes papillon et les vannes à guillotine sont deux types de vannes couramment utilisés dans les applications industrielles et municipales de gestion de l'eau. Elles présentent des différences notables en termes de structure, de fonctionnement et d'application. Cet article examine en détail les différences entre les vannes papillon et les vannes à guillotine, notamment leur principe de fonctionnement, leur composition, leur coût, leur durabilité, leur régulation de débit, leur installation et leur maintenance.
1. Principe
Principe de fonctionnement d'une vanne papillon
La principale caractéristique devanne papillonSa structure simple et sa conception compacte sont ses principaux atouts. Son principe de fonctionnement repose sur la rotation d'un papillon circulaire autour de la tige de la vanne, qui constitue son axe central, afin de contrôler le débit du fluide. Le passage du fluide dépend de la position du papillon. Lorsque celui-ci est parallèle au sens d'écoulement, la vanne est complètement ouverte ; lorsqu'il est perpendiculaire, elle est complètement fermée. L'ouverture et la fermeture de la vanne papillon sont très rapides, puisqu'une rotation de seulement 90 degrés suffit pour une opération complète. C'est pourquoi on la qualifie de vanne rotative ou de vanne à quart de tour.
Principe de fonctionnement d'une vanne à guillotine
La plaque de soupape de lavanne à guillotineLe clapet se déplace verticalement de haut en bas dans le corps de la vanne. Lorsque le clapet est complètement relevé, la cavité interne du corps de la vanne est entièrement ouverte et le fluide peut circuler librement ; lorsqu'il est complètement abaissé, le fluide est totalement bloqué. La conception de la vanne à clapet lui confère une résistance à l'écoulement quasi nulle en position ouverte, la rendant ainsi adaptée aux applications nécessitant une ouverture ou une fermeture complète. Il est important de souligner que la vanne à clapet est conçue pour une ouverture et une fermeture complètes ! Cependant, sa vitesse de réponse est lente, c'est-à-dire que le temps d'ouverture et de fermeture est plus long, car plusieurs tours de volant ou de vis sans fin sont nécessaires pour une ouverture et une fermeture complètes.
2. Composition
Composition du papillon
Comme indiqué précédemment, la structure de la vanne papillon est relativement simple et comprend des composants principaux tels que le corps de la vanne, le disque de la vanne, l'axe de la vanne, le siège de la vanne et le mécanisme d'entraînement. Voir la figure ci-dessous.
Corps de vanne :
Le corps de la vanne papillon est cylindrique et comporte un canal vertical interne. Il peut être fabriqué dans différents matériaux, tels que la fonte, la fonte ductile, l'acier inoxydable, l'acier au carbone, le bronze d'aluminium, etc. Le choix du matériau dépend bien entendu de l'environnement d'utilisation de la vanne papillon et de la nature du fluide.
Plaque de soupape :
Le disque de la vanne, mentionné précédemment, assure l'ouverture et la fermeture. Son matériau est généralement identique à celui du corps de la vanne, voire supérieur, car la vanne papillon est en contact direct avec le fluide, contrairement à la vanne papillon à axe central où le corps est séparé du fluide par un siège. Pour certains fluides spécifiques, une résistance accrue à l'usure, à la corrosion et aux hautes températures est requise.
Tige de valve :
La tige de soupape relie le plateau de soupape à la transmission et transmet le couple nécessaire à la rotation du plateau. Elle est généralement fabriquée en acier inoxydable 420 ou en d'autres matériaux à haute résistance afin de garantir sa robustesse et sa durabilité.
Siège de soupape :
Le siège de soupape est revêtu à l'intérieur du corps de la vanne et entre en contact avec le clapet pour former un joint étanche, garantissant ainsi l'absence de fuite du fluide lorsque la vanne est fermée. Il existe deux types d'étanchéité : souple et rigide. L'étanchéité souple offre de meilleures performances. Les matériaux couramment utilisés comprennent le caoutchouc, le PTFE, etc., et sont fréquemment employés dans les vannes papillon à axe central. Les joints rigides sont adaptés aux environnements à haute température et haute pression. Les matériaux couramment utilisés comprennent l'acier inoxydable 304 associé à du graphite flexible, etc.vannes papillon à triple excentrique.
Actionneur :
L'actionneur sert à faire tourner la tige de la vanne. Il existe des actionneurs manuels, électriques, pneumatiques et hydrauliques. Les actionneurs manuels sont généralement actionnés par des poignées ou des engrenages, tandis que les actionneurs électriques, pneumatiques et hydrauliques permettent une commande à distance et un fonctionnement automatisé.
Composition des vannes à guillotine
La structure d'une vanne à guillotine est relativement complexe. Outre le corps de vanne, le clapet, l'arbre, le siège et le mécanisme d'entraînement, elle comprend également la garniture, le couvercle, etc. (voir figure ci-dessous).
Corps de vanne :
Le corps de vanne d'une vanne à guillotine est généralement cylindrique ou en forme de coin, avec un canal traversant. Il est principalement fabriqué en fonte, en acier moulé, en acier inoxydable, en laiton, etc. Le choix du matériau dépendra des conditions d'utilisation.
Couvercle de soupape :
Le couvercle de soupape est fixé au corps de soupape pour former une cavité de soupape fermée. Il comporte généralement une boîte à garniture sur le couvercle de soupape permettant d'installer le joint et d'assurer l'étanchéité de la tige de soupape.
Porte + siège de soupape :
Le clapet, généralement en forme de coin, assure l'ouverture et la fermeture de la vanne. Il peut s'agir d'un clapet simple ou double. Les vannes à clapet les plus courantes sont à clapet simple. Le clapet des vannes à clapet élastique est en acier GGG50 recouvert de caoutchouc, tandis que celui des vannes à clapet à joint rigide est constitué du même matériau que le corps et recouvert de laiton ou d'acier inoxydable.
Tige de valve :
La tige de vanne relie le clapet et l'actionneur, et actionne le clapet par un filetage. Elle est généralement fabriquée dans des matériaux à haute résistance tels que l'acier inoxydable ou l'acier au carbone. Selon le mouvement de la tige, on distingue les vannes à clapet à tige montante et les vannes à clapet à tige fixe. Le filetage de la tige de la vanne à tige montante est situé à l'extérieur du corps de vanne, permettant une visibilité optimale de l'état ouvert ou fermé. En revanche, le filetage de la tige de la vanne à clapet à tige fixe est situé à l'intérieur du corps de vanne, ce qui confère à cette dernière une structure plus compacte et un encombrement réduit.
Emballage:
Le joint d'étanchéité est logé dans la boîte à garniture du couvercle de soupape. Il assure l'étanchéité entre la tige de soupape et le couvercle afin d'empêcher les fuites de fluide. Les matériaux couramment utilisés pour ce joint comprennent le graphite, le PTFE, l'amiante, etc. Le joint est comprimé par le presse-étoupe pour garantir l'étanchéité.
Actionneur :
La manivelle est l'actionneur manuel le plus courant ; en la tournant, on actionne la transmission par filetage de la tige de vanne pour monter ou descendre le clapet. Pour les vannes à clapet de grand diamètre ou haute pression, on utilise souvent des actionneurs électriques, pneumatiques ou hydrauliques afin de réduire l'effort nécessaire et d'accélérer l'ouverture et la fermeture. Mais ceci est un autre sujet. Si cela vous intéresse, consultez l'article.Combien de tours faut-il pour fermer une vanne papillon ?Combien de temps cela prend-il ?
3. Coût
Coût d'une vanne papillon
Les vannes papillon sont généralement moins chères que les vannes à guillotine. Cela s'explique par leur structure compacte, la moindre quantité de matériaux nécessaires et un processus de fabrication relativement simple. De plus, leur légèreté réduit les coûts de transport et d'installation. Cet avantage économique est particulièrement marqué pour les canalisations de grand diamètre.
Coût d'une vanne à guillotine
Le coût de fabrication des vannes à guillotine est généralement plus élevé, notamment pour les applications de grand diamètre ou à haute pression. Leur structure complexe exige une grande précision d'usinage des plaques de guillotine et des sièges de soupape, ce qui allonge et complexifie le processus de fabrication. De plus, leur poids plus important augmente les coûts de transport et d'installation.
Comme on peut le constater sur le schéma ci-dessus, pour un même DN100, la vanne à guillotine est beaucoup plus grande que la vanne papillon.
4. Durabilité
Durabilité de la vanne papillon
La durabilité des vannes papillon dépend des matériaux de leur siège et de leur corps. En particulier, les joints des vannes papillon à joint souple sont généralement en caoutchouc, en PTFE ou autres matériaux flexibles, susceptibles de s'user ou de vieillir avec le temps. À l'inverse, les joints des vannes papillon à joint rigide sont généralement en matériaux synthétiques haute performance ou en métal, ce qui améliore considérablement leur durabilité.
En général, les vannes papillon présentent une bonne durabilité dans les systèmes à basse et moyenne pression, mais leurs performances d'étanchéité peuvent être réduites dans les environnements à haute pression et à haute température.
Il convient également de mentionner que les vannes papillon peuvent isoler le fluide grâce à l'enveloppement du corps de vanne par le siège, empêchant ainsi la corrosion de ce dernier. Par ailleurs, le clapet peut être entièrement encapsulé de caoutchouc et revêtu de fluor, ce qui améliore considérablement sa durabilité face aux fluides corrosifs.
Durabilité des vannes à guillotine
La conception du joint d'étanchéité élastique des vannes à guillotine présente le même problème que les vannes papillon : l'usure et le vieillissement. Cependant, les vannes à guillotine à joint rigide offrent d'excellentes performances dans les environnements à haute pression et haute température. Grâce à la haute résistance à l'usure et à la corrosion de la surface d'étanchéité métal-métal de la vanne, sa durée de vie est généralement plus longue.
Cependant, le clapet de la vanne se bloque facilement à cause des impuretés présentes dans le fluide, ce qui peut également affecter sa durabilité.
De plus, son aspect et sa structure font qu'il est difficile de réaliser un revêtement complet ; par conséquent, pour un même fluide corrosif, qu'elle soit entièrement métallique ou à revêtement complet, son prix est beaucoup plus élevé que celui d'une vanne à guillotine.
5. Régulation du débit
Régulation du débit d'une vanne papillon
La vanne papillon à trois excentriques permet de régler le débit à différentes ouvertures, mais sa courbe caractéristique est relativement non linéaire, notamment lorsque la vanne est presque complètement ouverte, où le débit varie considérablement. Par conséquent, la vanne papillon convient uniquement aux applications nécessitant une faible précision de réglage ; dans le cas contraire, une vanne à bille est préférable.
Régulation du débit d'une vanne à guillotine
La vanne à guillotine est conçue pour une ouverture ou une fermeture complète, mais pas pour la régulation de débit. En position partiellement ouverte, la guillotine engendre des turbulences et des vibrations du fluide, susceptibles d'endommager le siège et la guillotine.
6. Installation
Installation d'une vanne papillon
L'installation d'une vanne papillon est relativement simple. Légère, elle ne nécessite pas un support important lors de sa mise en place ; sa structure compacte la rend particulièrement adaptée aux espaces restreints.
La vanne papillon peut être installée sur des tuyaux dans n'importe quelle orientation (horizontale ou verticale), sans contrainte particulière quant au sens d'écoulement. Il convient de noter que, pour les applications à haute pression ou sur des tuyaux de grand diamètre, le papillon doit être complètement ouvert lors de l'installation afin d'éviter d'endommager le joint.
Installation de vannes à guillotine
L'installation des vannes à guillotine est plus complexe, notamment pour les vannes de grand diamètre et à joint rigide. En raison de leur poids important, des supports et fixations supplémentaires sont nécessaires lors de l'installation afin de garantir la stabilité de la vanne et la sécurité de l'installateur.
Les vannes à guillotine sont généralement installées sur des conduites horizontales, et le sens d'écoulement du fluide doit être pris en compte pour une installation correcte. De plus, la course d'ouverture et de fermeture des vannes est longue, notamment pour les vannes à guillotine à tige montante ; il convient donc de prévoir un espace suffisant pour actionner la manivelle.
7. Maintenance et entretien
Maintenance des vannes papillon
Les vannes papillon comportent moins de pièces et sont faciles à démonter et à remonter, ce qui simplifie leur entretien. Au quotidien, on vérifie principalement l'usure et le vieillissement du clapet et de son siège. Si la bague d'étanchéité est fortement usée, elle doit être remplacée sans délai. C'est pourquoi nous recommandons l'achat de vannes papillon à joint souple remplaçable. Si la planéité et la finition du clapet ne permettent pas une étanchéité optimale, il convient également de le remplacer.
De plus, il faut assurer la lubrification de la tige de la vanne. Une bonne lubrification contribue à la souplesse et à la durabilité du fonctionnement de la vanne papillon.
Maintenance des vannes à guillotine
Les vannes à guillotine comportent de nombreuses pièces et leur démontage et remontage sont complexes, notamment dans les grands réseaux de canalisations où la charge de travail pour la maintenance est importante. Lors de la maintenance, il convient de vérifier que la guillotine s'ouvre et se ferme sans à-coups et qu'aucun corps étranger n'est présent dans la rainure du corps de vanne.
Si la surface de contact entre le siège de soupape et la goulotte est rayée ou usée, il convient de la polir ou de la remplacer. La lubrification de la tige de soupape est également indispensable.
Il convient d'accorder plus d'attention à l'entretien du joint d'étanchéité qu'à celui de la vanne papillon. Le joint d'étanchéité de la vanne à guillotine assure l'étanchéité entre la tige et le corps de la vanne, empêchant ainsi les fuites de fluide. Le vieillissement et l'usure du joint sont des problèmes courants sur les vannes à guillotine. Lors de la maintenance, il est indispensable de vérifier régulièrement l'étanchéité du joint et de le régler ou de le remplacer si nécessaire.
8. Conclusion
En résumé, les vannes papillon et les vannes à guillotine présentent chacune leurs avantages et leurs inconvénients en termes de performance, de coût, de durabilité, de régulation du débit et d'installation :
1. Principe : Les vannes papillon ont des vitesses d'ouverture et de fermeture rapides et sont adaptées aux situations d'ouverture et de fermeture rapides ; les vannes à guillotine ont des temps d'ouverture et de fermeture longs.
2. Composition : Les vannes papillon ont une structure simple et les vannes à guillotine ont une composition complexe.
3. Coût : Les vannes papillon ont un coût inférieur, notamment pour les applications de grand diamètre ; les vannes à guillotine ont un coût plus élevé, notamment pour les applications à haute pression ou nécessitant des matériaux spéciaux.
4. Durabilité : Les vannes papillon ont une meilleure durabilité dans les systèmes à basse et moyenne pression ; les vannes à guillotine fonctionnent bien dans les environnements à haute pression et à haute température, mais les ouvertures et fermetures fréquentes peuvent affecter leur durée de vie.
5. Régulation du débit : Les vannes papillon conviennent à une régulation grossière du débit ; les vannes à guillotine sont plus adaptées aux opérations d'ouverture ou de fermeture complètes.
6. Installation : Les vannes papillon sont faciles à installer et conviennent aux canalisations horizontales et verticales ; les vannes à guillotine sont complexes à installer et conviennent aux canalisations horizontales.
7. Maintenance : La maintenance des vannes papillon porte principalement sur l’usure et le vieillissement du plateau et du siège de soupape, ainsi que sur la lubrification de la tige de soupape. Il est également nécessaire d’entretenir la garniture de la vanne à guillotine.
Dans la pratique, le choix entre vannes papillon et vannes à guillotine doit être mûrement réfléchi en fonction des conditions et exigences de fonctionnement spécifiques afin de garantir les meilleures performances et la meilleure rentabilité.