Les vannes papillon et les vannes à guillotine sont deux types de vannes couramment utilisés dans les applications industrielles et municipales de conservation des eaux. Leur structure, leur fonction et leur application diffèrent considérablement. Cet article détaille les différences entre les vannes papillon et les vannes à guillotine : principe, composition, coût, durabilité, régulation du débit, installation et maintenance.
1. Principe
Principe de la vanne papillon
La plus grande caractéristique devanne papillonSa structure est simple et sa conception compacte. Son principe de fonctionnement repose sur la rotation d'une plaque papillon circulaire autour de la tige de vanne, qui constitue son axe central, pour contrôler le débit du fluide. La plaque papillon agit comme un point de contrôle et ne peut être franchie que par la plaque papillon. Lorsque la plaque papillon est parallèle au sens d'écoulement du fluide, la vanne est complètement ouverte ; lorsqu'elle est perpendiculaire au sens d'écoulement, elle est complètement fermée. Le temps d'ouverture et de fermeture de la vanne papillon est très court, car une rotation de 90 degrés suffit pour une ouverture ou une fermeture complète. C'est d'ailleurs la raison pour laquelle il s'agit d'une vanne rotative et d'une vanne quart de tour.
Principe du robinet-vanne
La plaque de soupape duvanne à guillotineLe robinet-vanne se déplace verticalement vers le haut et vers le bas jusqu'au corps de la vanne. Lorsque le robinet-vanne est complètement relevé, la cavité interne du corps de la vanne est entièrement ouverte et le fluide peut circuler librement ; lorsque le robinet-vanne est complètement abaissé, le fluide est complètement bloqué. La conception du robinet-vanne lui confère une résistance à l'écoulement quasi nulle à pleine ouverture, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant une ouverture ou une fermeture complète. Il convient de souligner que le robinet-vanne est adapté à une ouverture et une fermeture complètes ! Cependant, sa vitesse de réponse est lente, ce qui signifie que le temps d'ouverture et de fermeture est plus long, car il faut plusieurs tours pour ouvrir et fermer complètement le volant ou la vis sans fin.
2. Composition
Composition de la vanne papillon
Comme mentionné précédemment, la structure de la vanne papillon est relativement simple, comprenant les principaux composants tels que le corps, la plaque de vanne, l'arbre de vanne, le siège de vanne et l'entraînement. Comme illustré dans la figure ci-dessous.
Corps de vanne :
Le corps de la vanne papillon est cylindrique et comporte un canal vertical. 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 sûr de l'environnement d'utilisation de la vanne papillon et de la nature du fluide.
Plaque de soupape :
La plaque de soupape est la pièce d'ouverture et de fermeture en forme de disque mentionnée ci-dessus, dont la forme est similaire à celle d'un disque. Le matériau de la plaque de soupape est généralement identique à celui du corps de la vanne, voire supérieur à celui de ce dernier, car la vanne papillon est en contact direct avec le fluide, contrairement à la vanne papillon à axe central où le corps de la vanne est directement séparé du fluide par un siège. Certains fluides spéciaux nécessitent une meilleure résistance à l'usure, à la corrosion et aux températures élevées.
Tige de soupape :
La tige de soupape relie la plaque de soupape à l'entraînement et transmet le couple nécessaire à la rotation de la plaque de soupape. La tige de soupape est généralement fabriquée en acier inoxydable 420 ou en d'autres matériaux à haute résistance pour garantir sa robustesse et sa durabilité.
Siège de soupape :
Le siège de la vanne est revêtu dans la cavité interne du corps de la vanne et entre en contact avec la plaque de la vanne pour former une étanchéité garantissant l'étanchéité du fluide lorsque la vanne est fermée. Il existe deux types d'étanchéité : l'étanchéité souple et l'étanchéité rigide. L'étanchéité souple offre une meilleure étanchéité. Les matériaux couramment utilisés sont le caoutchouc, le PTFE, etc., fréquemment utilisés dans les vannes papillon à axe central. Les joints rigides sont adaptés aux environnements à haute température et haute pression. Les matériaux couramment utilisés sont l'acier inoxydable 304 et le graphite flexible, etc., fréquemment utilisés dans les applications de vannes papillon à axe central.vannes papillon à triple excentrique.
Actionneur :
L'actionneur sert à entraîner la tige de la vanne en rotation. Les types les plus courants sont manuels, électriques, pneumatiques ou 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'un robinet-vanne est relativement complexe. Outre le corps, la plaque, l'axe, le siège et l'entraînement, on y trouve également la garniture, le couvercle, etc. (voir figure ci-dessous).
Corps de vanne :
Le corps du robinet-vanne est généralement en forme de tonneau ou de coin, avec un canal traversant. Le matériau du corps est généralement la fonte, l'acier moulé, l'acier inoxydable, le laiton, etc. Le choix du matériau doit également être adapté aux conditions d'utilisation.
Couvercle de soupape :
Le couvercle de soupape est relié au corps de soupape pour former une cavité fermée. Un presse-étoupe est généralement présent sur le couvercle de soupape pour l'installation de la garniture et l'étanchéité de la tige de soupape.
Guillotine + siège de soupape :
La guillotine est la pièce d'ouverture et de fermeture du robinet-vanne, généralement en forme de coin. Elle peut être simple ou double. Le robinet-vanne que nous utilisons le plus souvent est simple. Le matériau de la guillotine du robinet-vanne élastique est du GGG50 recouvert de caoutchouc, tandis que celui du robinet-vanne à joint dur est le corps en laiton ou en acier inoxydable.
Tige de soupape :
La tige de vanne relie l'opercule à l'actionneur et actionne l'opercule par un mécanisme fileté. La tige de vanne est généralement fabriquée en matériaux à haute résistance, tels que l'acier inoxydable ou l'acier au carbone. Selon le mouvement de la tige, les vannes à opercule se divisent en vannes à tige montante et vannes à tige fixe. Le filetage de la tige de vanne à opercule est situé à l'extérieur du corps de vanne, ce qui permet de visualiser clairement les positions ouverte et fermée. Le filetage de la tige de vanne à opercule est situé à l'intérieur du corps de vanne. La structure est relativement compacte et l'espace d'installation est plus réduit que celui de la vanne à opercule.
Emballage:
La garniture est située dans le presse-étoupe du couvercle de soupape. Elle sert à sceller l'espace entre la tige de soupape et le couvercle afin d'éviter les fuites de fluide. Les matériaux de garniture courants sont le graphite, le PTFE, l'amiante, etc. La garniture est comprimée par le presse-étoupe pour garantir l'étanchéité.
Actionneur :
• Le volant est l'actionneur manuel le plus courant. Il actionne la transmission du filetage de la tige de vanne en tournant le volant pour déplacer le boisseau vers le haut et vers le bas. Pour les vannes à opercule de grand diamètre ou haute pression, des actionneurs électriques, pneumatiques ou hydrauliques sont souvent utilisés pour réduire la force de manœuvre et accélérer l'ouverture et la fermeture. Bien sûr, c'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. En effet, leur structure est courte, elles nécessitent moins de matériaux et leur procédé de fabrication est relativement simple. De plus, leur légèreté réduit les coûts de transport et d'installation. L'avantage économique des vannes papillon est particulièrement évident pour les canalisations de grand diamètre.
Coût du robinet-vanne
Le coût de fabrication des robinets-vannes est généralement plus élevé, notamment pour les applications de grand diamètre ou haute pression. Leur structure est complexe et la précision d'usinage des plaques et des sièges de vanne est élevée, ce qui nécessite davantage de processus et de temps de fabrication. De plus, leur poids est plus élevé, ce qui augmente les coûts de transport et d'installation.
Comme on peut le voir sur le dessin ci-dessus, pour le 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 matériaux d'étanchéité des vannes papillon à joints souples sont généralement en caoutchouc, en PTFE ou en d'autres matériaux flexibles, susceptibles de s'user ou de vieillir au fil du temps. Bien entendu, les matériaux d'étanchéité des vannes papillon à joints durs sont constitués de matériaux synthétiques hautes performances ou de joints métalliques, ce qui améliore considérablement leur durabilité.
En général, les vannes papillon ont une bonne durabilité dans les systèmes basse et moyenne pression, mais les performances d'étanchéité peuvent être réduites dans les environnements haute pression et haute température.
Il convient également de noter que les vannes papillon peuvent isoler le fluide en enveloppant le corps de la vanne avec son siège afin de prévenir la corrosion. De plus, la plaque de la vanne peut être entièrement encapsulée dans du caoutchouc et revêtue de fluor, ce qui améliore considérablement sa résistance aux fluides corrosifs.
Durabilité des vannes à guillotine
La conception du joint de siège élastique des robinets-vannes présente les mêmes problèmes que ceux des vannes papillon : l'usure et le vieillissement à l'usage. Cependant, les robinets-vannes à joint dur offrent de bonnes performances dans les environnements à haute pression et à haute température. Grâce à leur surface d'étanchéité métal sur métal offrant une résistance élevée à l'usure et à la corrosion, leur durée de vie est généralement plus longue.
Cependant, la porte de la vanne à guillotine est facilement bloquée par des impuretés présentes dans le milieu, ce qui peut également affecter sa durabilité.
De plus, son aspect et sa structure font qu'il est difficile de réaliser un revêtement complet, donc pour le même milieu corrosif, qu'il soit entièrement métallique ou entièrement revêtu, son prix est bien supérieur à celui du robinet-vanne.
5. Régulation du débit
Régulation du débit de la 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 ne convient que pour les applications nécessitant une faible précision de réglage ; dans le cas contraire, une vanne à boisseau sphérique peut être utilisée.
Régulation du débit du robinet-vanne
La vanne à guillotine est conçue pour être utilisée en ouverture ou fermeture complète, mais pas pour réguler le débit. En position partiellement ouverte, la vanne provoque des turbulences et des vibrations du fluide, ce qui peut facilement endommager le siège et la vanne.
6. Installation
Installation de vanne papillon
L'installation d'une vanne papillon est relativement simple. Légère, elle ne nécessite pas de support important. Sa structure compacte la rend particulièrement adaptée aux espaces restreints.
La vanne papillon peut être installée sur des conduites dans n'importe quelle direction (horizontale ou verticale), sans exigence stricte quant au sens d'écoulement. Il est à noter que pour les applications à haute pression ou de grand diamètre, la plaque papillon doit être complètement ouverte 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 dur. En raison de leur poids important, des mesures de support et de fixation supplémentaires sont nécessaires lors de l'installation afin de garantir la stabilité de la vanne et la sécurité de l'installateur.
Les robinets-vannes sont généralement installés sur des conduites horizontales. Le sens d'écoulement du fluide doit donc être pris en compte pour garantir une installation correcte. De plus, la course d'ouverture et de fermeture des robinets-vannes est longue, en particulier pour les robinets-vannes à tige montante, et un espace suffisant doit être prévu pour actionner le volant.
7. Entretien et maintenance
Maintenance des vannes papillon
Les vannes papillon comportent moins de pièces et sont faciles à démonter et à remonter, ce qui simplifie leur entretien. Lors de l'entretien quotidien, le vieillissement et l'usure de la plaque et du siège de vanne sont principalement contrôlés. Si la bague d'étanchéité est fortement usée, elle doit être remplacée rapidement. Par conséquent, nous recommandons l'achat de vannes papillon à fond souple remplaçables. Si la planéité et la finition de la plaque empêchent une bonne étanchéité, il est également nécessaire de la remplacer.
De plus, la tige de la vanne est lubrifiée, ce qui contribue à la flexibilité et à la durabilité du fonctionnement de la vanne papillon.
Entretien des vannes à guillotine
Les vannes à guillotine sont composées de nombreuses pièces et sont difficiles à démonter et à remonter, notamment dans les grands réseaux de canalisations où la maintenance est importante. Lors de la maintenance, il convient de veiller à la fluidité de la levée et de la descente de la vanne et à l'absence de corps étrangers dans la rainure du corps de la vanne.
Si la surface de contact entre le siège de soupape et la soupape est rayée ou usée, elle doit être polie ou remplacée. Bien entendu, la lubrification de la tige de soupape est également nécessaire.
L'entretien de la garniture doit être plus attentif que celui de la vanne papillon. La garniture d'étanchéité de la vanne à guillotine sert à sceller l'espace entre la tige et le corps de la vanne afin d'empêcher toute fuite de fluide. Le vieillissement et l'usure de la garniture sont des problèmes courants des vannes à guillotine. Lors de l'entretien, il est nécessaire de vérifier régulièrement l'étanchéité de la garniture et de la régler ou de la remplacer si nécessaire.
8. Conclusion
En résumé, les vannes papillon et les vannes à guillotine ont leurs propres avantages et inconvénients en termes de performances, 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 conviennent aux occasions 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, en particulier pour les applications de grand diamètre ; les vannes à guillotine ont un coût plus élevé, en particulier pour les exigences de haute pression ou de matériaux spéciaux.
4. Durabilité : les vannes papillon ont une meilleure durabilité dans les systèmes basse et moyenne pression ; les vannes à guillotine fonctionnent bien dans les environnements haute pression et haute température, mais une ouverture et une fermeture fréquentes peuvent affecter leur durée de vie.
5. Régulation du débit : les vannes papillon conviennent au contrôle approximatif 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 s'appliquent aux canalisations horizontales et verticales ; les vannes à guillotine sont complexes à installer et conviennent à l'installation de canalisations horizontales.
7. Entretien : L'entretien des vannes papillon se concentre sur l'usure et le vieillissement de la plaque et du siège de vanne, ainsi que sur la lubrification de la tige de vanne. De plus, la vanne à guillotine doit également entretenir sa garniture.
Dans les applications pratiques, la sélection des vannes papillon ou des vannes à guillotine doit être soigneusement étudiée en fonction des conditions de travail et des exigences spécifiques afin de garantir les meilleures performances et économies.