1. Qu'est-ce qu'une vanne papillon pneumatique ?
Une vanne papillon pneumatique est une vanne quart de tour utilisée pour réguler ou isoler le débit d'un fluide dans une canalisation. Elle est constituée d'un disque circulaire (souvent appelé « disque ») monté sur une tige, qui tourne à l'intérieur du corps de la vanne. Le terme « pneumatique » désigne le mécanisme d'actionnement qui utilise de l'air comprimé pour actionner la vanne, permettant ainsi un contrôle à distance ou automatisé.
Une vanne papillon pneumatique peut être divisée en deux composants clés : l'actionneur pneumatique et la vanne papillon.
Corps de vanne papillon : composé du corps, du disque, de la tige et du siège. Le disque tourne autour de la tige pour ouvrir et fermer la vanne.
· Actionneur pneumatique : utilise l'air comprimé comme source d'énergie, entraînant un piston ou une palette pour produire un mouvement linéaire ou rotatif.
Composants clés
*Vanne papillon :
- Corps de vanne : Le boîtier qui abrite le disque et se connecte au tuyau.
- Disque (disque) : Plaque plane ou légèrement surélevée qui contrôle le débit. Maintenue parallèlement au sens de l'écoulement, la vanne s'ouvre ; tenue perpendiculairement, elle se ferme.
- Tige : La tige reliée au disque qui transmet la force de rotation de l'actionneur.
- Joints et sièges : Assurent une fermeture étanche et évitent les fuites.
*Actionneur
Actionneur pneumatique : Généralement de type piston ou diaphragme, il convertit la pression d'air en mouvement mécanique. Il peut être à double effet (pression d'air pour l'ouverture et la fermeture) ou simple effet (air pour un sens, ressort pour le retour).
2. Principe de fonctionnement
Le fonctionnement d'une vanne papillon pneumatique est essentiellement un processus en chaîne d'« actionnement par air comprimé ».→actionnement de l'actionneur→rotation du disque pour contrôler le débit. » En termes simples, l'énergie pneumatique (air comprimé) est convertie en mouvement mécanique rotatif pour positionner le disque.
2.1. Processus d'actionnement :
- De l'air comprimé provenant d'une source externe (comme un compresseur ou un système de contrôle) est fourni à l'actionneur pneumatique.
Dans un actionneur à double effet, l'air pénètre dans un orifice pour faire tourner la tige de soupape dans le sens horaire (c'est-à-dire pour ouvrir la soupape), puis dans l'autre orifice pour la faire tourner dans le sens antihoraire. Cela génère un mouvement linéaire du piston ou de la membrane, converti en une rotation de 90 degrés par un mécanisme à crémaillère ou à étrier.
- Dans un actionneur à simple effet, la pression de l'air pousse le piston contre le ressort pour ouvrir la vanne, et la libération de l'air permet au ressort de la fermer automatiquement (conception à sécurité intégrée).
2.2. Fonctionnement de la vanne :
- Lorsque l'actionneur fait tourner la tige de la vanne, le disque tourne à l'intérieur du corps de la vanne.
- Position ouverte : Le disque est parallèle au sens d'écoulement, minimisant la résistance et permettant un écoulement complet dans la canalisation. - Position fermée : Le disque tourne à 90 degrés, perpendiculairement à l'écoulement, bloquant le passage et assurant l'étanchéité contre le siège.
- La position intermédiaire peut limiter le débit, bien que les vannes papillon soient plus adaptées au service marche-arrêt qu'à une régulation précise en raison de leurs caractéristiques de débit non linéaires.
2.3. Contrôle et rétroaction :
- L'actionneur est généralement associé à une électrovanne ou à un positionneur pour un contrôle précis via des signaux électriques.
- Un capteur peut fournir un retour d'information sur la position de la vanne pour garantir un fonctionnement fiable dans les systèmes automatisés.
3. Simple effet et double effet
3.1 Actionneur à double effet (sans ressort de rappel)
L'actionneur possède deux chambres de piston opposées. L'air comprimé est contrôlé par une électrovanne, alternant entre les chambres d'ouverture et de fermeture :
Lorsque l'air comprimé pénètre dans la chambre « d'ouverture », il pousse le piston, provoquant la rotation de la tige de soupape dans le sens des aiguilles d'une montre (ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, selon la conception), ce qui à son tour fait tourner le disque pour ouvrir la canalisation.
Lorsque l'air comprimé pénètre dans la chambre de fermeture, il pousse le piston dans le sens inverse, ce qui entraîne la rotation du disque par la tige de soupape dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, fermant ainsi la canalisation. Caractéristiques : En cas de perte d'air comprimé, le disque reste en position (« sécurité intégrée »).
3.2 Actionneur à simple effet (avec rappel par ressort)
L'actionneur n'a qu'une seule chambre d'admission d'air, avec un ressort de rappel de l'autre côté :
Lorsque l'air circule : l'air comprimé pénètre dans la chambre d'admission, surmontant la force du ressort pour pousser le piston, provoquant la rotation du disque vers la position « ouverte » ou « fermée » ;
En cas de perte d'air : la force du ressort est relâchée, repoussant le piston vers l'arrière, ce qui fait revenir le disque à la « position de sécurité » prédéfinie (généralement « fermée », mais peut également être conçue pour être « ouverte »).
Caractéristiques : Il dispose d'une fonction « sécurité intégrée » et convient à une utilisation dans des applications nécessitant des mesures de sécurité, telles que celles impliquant des milieux inflammables, explosifs et toxiques.
4. Avantages
Les vannes papillon pneumatiques conviennent à un fonctionnement rapide, ne nécessitant généralement qu'un quart de tour, ce qui les rend adaptées aux industries telles que le traitement de l'eau, le CVC et le traitement chimique.
- Temps de réponse rapide grâce à l'actionnement pneumatique.
- Faible coût et maintenance simplifiée par rapport aux alternatives électriques ou hydrauliques.
- Conception compacte et légère.