Encyclopédie des vannes de régulation

Thread Content

Ce post a été modifié pour la dernière fois par yunrun le 22/07/2019 à 00:40. « Complément d’informations sur les vannes de régulation » provient de Yokogawa Electric au Japon et aborde des sujets tels que les actionneurs des vannes de régulation, le corps de la vanne, les équipements auxiliaires des actionneurs, le fonctionnement des vannes de régulation, la spécification du débit des vannes de régulation, ainsi que le calcul du coefficient de débit des vannes de régulation. Il est très utile pour tous ceux qui souhaitent comprendre en profondeur les vannes de régulation. Guide complet sur les vannes de régulation yunrun.com.cn/tech/1346.html Dans le domaine du contrôle de processus, on utilise généralement des vannes de régulation comme équipements de commande pour des grandeurs de processus telles que le débit, la pression, la température et le niveau du liquide. La vanne de régulation se compose d’un organe d’actionnement et d’un corps de vanne ; en étant combinée avec divers équipements auxiliaires (tels que des positionneurs, des vannes électromagnétiques, des surchargeurs, des régulateurs de vitesse, des vannes de verrouillage, etc.), elle peut assumer de nombreuses fonctions. Actuateur : En fonction du signal de commande ainsi que de la direction d’action et des caractéristiques de débit en cas de disparition de la source d’alimentation, l’actuateur et le corps de vanne peuvent présenter de nombreuses structures différentes ; seules les structures les plus représentatives sont décrites ici. Les actionneurs de vannes de régulation existent en version pneumatique, électrique et électro-hydraulique ; les dispositifs pneumatiques se divisent eux-mêmes en version à diaphragme et en version à cylindre. Selon les signaux de commande et le comportement en l’absence de source d’alimentation, les actionneurs se divisent en types direct, inverse, sans orientation et de maintien. Dans le type direct, l’axe de la vanne monte lorsque le signal de commande et la source d’alimentation disparaissent, tandis que dans le type inverse, il descend. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240245313786.png http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240246030348.png Schéma des principes de structure de l’organe d’exécution Corps de vanne : il existe plus de types de corps de vanne que de types de dispositifs de commande ; le choix se fait en fonction du type de vanne, du diamètre et des conditions du fluide. Il y a des vannes angulaires, des vannes à trois voies, des vannes à diaphragme, des vannes à glissière, des vannes à ailettes, des vannes sphériques, des vannes à rotation excentrique, etc. La vanne sphérique est le type le plus courant. Transmettre le signal de contrôle de la pression à l’actuateur, c’est-à-dire un actuateur pneumatique à cylindre ou à diaphragme, afin de faire bouger le levier de la vanne vers le haut et vers le bas. Comme le montre la figure ci-dessous, le levier de la vanne se déplace vers le haut et vers le bas, ce qui permet de modifier l’espace entre le corps de la vanne et son siège, et donc de changer le débit. Types et caractéristiques des vannes Type Caractéristiques et applications Vanne sphérique à siège unique Bonne performance de contrôle, faible fuite lorsque la vanne est complètement fermée. Il peut être utilisé de manière étendue pour l’eau, la vapeur, les gaz, etc., à l’exception des boues ou des fluides fortement corrosifs. Vanne sphérique à deux sièges : elle utilise une structure avec deux ensembles de sièges de valve reliés au corps de la vanne afin de réduire la charge sur le dispositif d’actionnement. Lorsque la vanne est complètement fermée, les fuites sont importantes et les dimensions entre les surfaces sont grandes, ce qui limite son utilisation. Vanne de régulation : la soupape à l’intérieur du cylindre est modifiée pour devenir une structure mobile, afin d’éviter que des différences de pression trop importantes ne provoquent des vibrations de la soupape. Cependant, il faut faire attention aux fibres et à la saleté qui pourraient se retrouver entre le cylindre et le piston. Vanne à ailettes utilisée pour le contrôle des faibles différences de pression, telles que la pression dans le foyer et la combustion des gaz. Il existe également des vannes à ailettes haute performance adaptées aux conditions de vapeur et de pressions moyennes à élevées. Les vannes à boule sont principalement utilisées pour des opérations ON/OFF telles que le changement de circuit. Parfois, les vannes manuelles existantes sont également remplacées par des vannes à boule afin d’assurer un changement automatique. Vanne à rotation excentrique, grande capacité, pouvant être utilisée pour les slurries. Le corps de la vanne est en forme de bol, il est facilement affecté par la pression exercée par le fluide, ce qui limite son champ d’application. La vanne Sanders est adaptée aux fluides et boues corrosifs, mais sa durabilité est faible. Équipements auxiliaires des actionneurs Les équipements auxiliaires courants des actionneurs incluent les positionneurs de vannes pneumatiques, les positionneurs de vannes électro-pneumatiques, les positionneurs de vannes électriques, les vannes électromagnétiques, les surchargeurs, les régulateurs de vitesse, les vannes de verrouillage, etc. Voici une brève présentation ci-dessous. 1. Positionneur de valve pneumatique : Le positionneur est un dispositif installé sur le système d’actionnement afin de maintenir l’ouverture de la valve en accord avec le signal du régulateur. Il sert principalement à éviter l’influence de changements de forces externes tels que les variations de pression du fluide, afin d’accélérer la vitesse du dispositif de commande. Les instruments pneumatiques sont également utilisés pour améliorer la réponse lorsque le régulateur est séparé de la vanne. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240126175973.png Principe du positionneur de valve pneumatique 2. Positionneur de valve électro-pneumatique Le positionneur de valve électro-pneumatique est un appareil qui convertit le signal de régulation électronique 4-20 mA DC en signal pneumatique afin de modifier l’ouverture de la valve à réguler. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240127128473.png Principe du positionneur de vanne électro-pneumatique 3. Positionneur de vanne électrique Le positionneur de vanne électrique est conçu pour être utilisé en combinaison avec des vannes électriques. Un moteur réversible est installé dans la partie à entraînement électrique, et l’ouverture de la vanne est renvoyée en tant que signal de tension au positionneur de vanne électrique par l’intermédiaire d’une résistance variable (potentiomètre). Grâce aux comparateurs Q1, Q2 et aux relais R1, R2, on contrôle le fonctionnement en marche avant, à l’arrêt ou en marche arrière du moteur réversible, afin de maintenir la cohérence entre le signal de régulation Vi et le signal d’ouverture Vf. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240128353630.png Principe du positionneur de valve électrique 4. Válvule électromagnétique La valve électromagnétique permet d’ouvrir et de fermer le circuit d’air. Les vannes électromagnétiques se divisent en vannes électromagnétiques à 2 voies, à 3 voies, à 4 voies, etc. Par rapport au contrôle direct du fluide, elles sont plus fréquemment utilisées dans les circuits de commande des vannes à clé ou pour la commutation des signaux pneumatiques. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240129535817.png Principe de la vanne électromagnétique http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240130441755.png Exemples d’application des vannes électromagnétiques 5. Surcompresseur Lorsque la capacité en air de la vanne de régulation est importante ou que la distance de transmission du signal pneumatique est longue, on utilise un surcompresseur pour améliorer la vitesse de réponse. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240131358005.png Structure de principe du boosteur 6. Contrôleur de vitesse Le contrôleur de vitesse est un dispositif installé entre le signal du régulateur et la partie d’alimentation, afin de retarder le signal du régulateur. Il peut également être utilisé pour prévenir le phénomène de claquage d’eau. La plaque à orifice variable/régulation est constituée d’une vanne à aiguille, et le temps de retard est réglé sur la valeur souhaitée. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240132373317.png Structure de principe du régulateur de vitesse 7. Vanne de verrouillage La vanne de verrouillage est une petite vanne qui permet de maintenir l’ouverture de la vanne de régulation en cas de panne d’électricité ou d’interruption de la pression d’air. Lors de la conception, il convient de prendre en compte si la vanne de verrouillage revient à son état initial en cas de rétablissement du courant ou lorsque la pression d’alimentation redevient normale, et de choisir la séquence ou le type de vanne de verrouillage. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240140373473.png Vannes de verrouillage et exemples d’application Caractéristiques de débit des vannes de régulation Les caractéristiques de débit des vannes de régulation comprennent principalement quatre types : linéaire, à pourcentage constant, à ouverture rapide et parabolique. Une description détaillée se trouve dans l’article de ce site intitulé « Méthode de sélection des caractéristiques de débit des vannes de régulation », qui n’est donc pas repris ici. Lorsqu’il est installé dans le processus de contrôle réel, la différence de pression de la vanne varie en fonction des variations du débit. C’est-à-dire que, à faible débit, la perte de pression dans les tuyauteries est faible, ce qui entraîne une plus grande différence de pression au niveau de la vanne, tandis qu’à fort débit, cette différence de pression diminue. Ces caractéristiques de la vanne, différentes des caractéristiques intrinsèques, sont appelées caractéristiques de débit efficaces. La vanne interne de la fonction de démarrage rapide est de type disque et sert principalement aux actions d’ouverture/fermeture. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240153503473.png Forme de la surface du corps de vanne à régulation. Les caractéristiques de contrôle du débit d’une vanne sont déterminées par les propriétés de débit de la vanne elle-même ainsi que par la combinaison avec les tuyauteries, pompes, etc. Selon la proportion de perte de pression due aux vannes dans chaque objet de contrôle et système, le choix s’effectue selon le tableau ci-dessous. Objet de contrôle : Proportion de la perte de pression due aux vannes dans le système ; Caractéristiques de débit des vannes ; Contrôle du débit ou contrôle du niveau. Moins de 40 % : pourcentage équivalent ; Contrôle du débit ou contrôle du niveau. Plus de 40 % : linéaire ; Contrôle de la pression ou contrôle de la température. Moins de 50 % : pourcentage équivalent ; Contrôle de la pression ou contrôle de la température. Plus de 50 % : linéaire. Comme la perte de pression dans les tuyauteries augmente proportionnellement au carré du débit, si les caractéristiques de la vanne varient de manière linéaire simple, la différence de pression à faible débit est élevée, tandis qu’avec une légère ouverture de la vanne, le débit devient important. À fort débit, la différence de pression diminue, et le débit n’est pas directement proportionnel à l’ouverture de la vanne. À cette fin, l’objectif de la conception de caractéristiques équidistantes est d’intégrer les propriétés des tuyauteries et des pompes afin d’obtenir un contrôle du débit qui varie proportionnellement uniquement à l’ouverture de la vanne, indépendamment de sa valeur. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240155381286.png Système de tuyauterie et pertes de pression Fonctionnement de la vanne de régulation Le fonctionnement de la vanne de régulation peut être choisi en fonction de la combinaison du dispositif d’actionnement et du corps de la vanne. Combinaison du dispositif d’actionnement et du corps de vanne ainsi que le fonctionnement du vanne (exemple de vanne à siège unique) : le fonctionnement du vanne comprend trois modes : fonctionnement normal, fonctionnement inverse et fonctionnement de maintien. Les modes d’action positive à entraînement pneumatique, tels que ceux à diaphragme ou à cylindre, consistent à fermer la vanne par une augmentation de la pression d’air, ce qui est également appelé « AIR TO CLOSE ». Le mode d’action inverse est une méthode qui ouvre la vanne en augmentant le signal pneumatique, également appelée « AIR TO OPEN » ou « AIRLESS TO CLOSE ». Le signal d’opération électrique peut être converti en signal pneumatique par un positionneur. En cas d’arrêt du signal de commande, de coupure de la source d’air ou de panne d’électricité, veuillez choisir d’ouvrir ou de fermer la vanne en tenant compte de la sécurité et de la rationalité du processus. Par exemple, dans un procédé de mélange d’eau et d’acide où la quantité d’acide est contrôlée par une vanne, il est sûr et raisonnable de fermer la vanne de contrôle de l’acide en cas de coupure du câble de signal électrique, de fuite dans les tuyauteries de signalisation pneumatique, d’interruption de l’alimentation en air ou de panne de courant ; il convient donc d’utiliser une vanne à action inverse. Sélection du diamètre de la vanne de régulation : Le choix du diamètre de la vanne se fait en fonction des propriétés du fluide et des conditions d’utilisation, en déterminant par calcul le diamètre le plus adapté. On calcule ensuite le coefficient de débit nécessaire Cv, puis on choisit le diamètre de la vanne en fonction des exigences et de la valeur du coefficient Cv. 1. Définition de la valeur Cv : Lorsque la différence de pression sur la vanne est de 1 psi (0,07 kg/cm² = 7 kPa) et que l’eau à température ambiante s’écoule à un débit de 1 gallon par minute (3,785 litres), la valeur du coefficient de capacité de débit Cv est définie comme étant 1. 2. Calcul de la valeur Cv ① Calcul de la valeur Cv pour les liquides ② Calcul de la valeur Cv pour les gaz ③ Calcul de la valeur Cv pour la vapeur 3. Méthodes de détermination des dimensions dans le système d’unités SI Définition des valeurs Av et Cv. Cependant, c’est la valeur Cv qui est actuellement le plus largement utilisée. 4. Méthode de calcul de la valeur Cv des vannes La valeur Cv se divise en Cv requis et Cv de la vanne. Il est demandé que le Cv soit calculé en fonction de la différence de pression de la vanne et des conditions du fluide. La valeur Cv d’une vanne désigne sa capacité de débit, qui est déterminée par la forme et le diamètre de la vanne. Pour choisir le diamètre de la vanne, il faut sélectionner une vanne dont le rapport Cv est légèrement supérieur au Cv requis. Aucun calcul précis n’est nécessaire pour Cv. ①Calcul du Cv : lorsque le fluide est un liquide ② Méthode d’estimation simple de la valeur Cv des vannes La valeur Cv d’une vanne sphérique de 1 pouce est d’environ 10. La valeur Cv varie en fonction du carré du multiple du diamètre de la vanne, donc la valeur Cv pour 2 pouces est d’environ 40. ③Exemple de calcul : Lorsque nous ouvrons le robinet pour nous laver les mains, le débit est d’environ 5 L/min (0,3 m³/h), et la pression de l’eau est d’environ 0,05 MPa ; après racine carrée, cela donne environ 0,22. Par conséquent, la valeur Cv d’une vanne de 13 mm de diamètre est d’environ 3, et celle d’une vanne de 8 mm de diamètre est d’environ 1, ce qui permet d’assurer un débit d’eau suffisant. Les tuyaux d’eau potable utilisent généralement des tuyaux de 13 mm (1/2 pouce) et de 8 mm (1/3 pouce) ; on constate donc que ce sont des diamètres appropriés permettant d’atteindre un équilibre. L’article provient de « Changhui Instrument Network »”