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Qu'est-ce qu'un robinet à tournant sphérique segmenté ?

Un robinet à tournant sphérique à segment est un type de robinet à tournant sphérique avec un segment de contour à encoche en V dans la boule. Les vannes à bille à segment sont des vannes de régulation qui offrent une bonne capacité de contrôle, de plage de réglage et d'arrêt. Cette vanne est capable de produire un contrôle de débit de grande capacité et sans colmatage. Les fabricants de robinets à tournant sphérique à segment conçoivent la bille avec des contours spéciaux pour améliorer la capacité, l'intégrité de l'arrêt et la durée de vie du joint. Les vannes à bille à segment sont connues pour être économiques et performantes. Ces vannes peuvent être d'une grande variété, allant des vannes petites et légères aux grandes vannes lourdes. Les vannes légères sont faciles à monter et à manipuler. Les vannes à bille à segment lourd sont utilisées dans des environnements difficiles pour offrir un contrôle optimisé et pour les applications tout ou rien. En raison de ces caractéristiques, les robinets à tournant sphérique à segment sont utilisés dans de nombreuses industries telles que les industries du papier et de la pâte à papier, les raffineries et les services pétrochimiques, entre autres. Ces vannes sont durables et fiables même lorsqu'elles sont utilisées dans des environnements difficiles.

Figure : Fabricant de robinets à tournant sphérique à segment

Composants du robinet à tournant sphérique à segment

Certains des principaux composants du robinet à tournant sphérique à segment sont :

Corps de vanne 

Il s’agit du composant utilisé pour loger tous les composants internes du robinet à tournant sphérique à segment. Cette pièce est fabriquée à partir de matériaux rigides et durs, de matériaux métalliques doublés de thermoplastique ou de thermoplastiques pour protéger les composants de la vanne. Cette partie permet également aux composants externes d'accéder au mécanisme de contrôle pour faire tourner la boule, ouvrant ou fermant ainsi le flux.

Boule segmentée 

Il s'agit d'une boule profilée en forme de V. Cette boule segmentée est utilisée comme ouverture pour que le fluide s'écoule. La bille segmentée fournit une action de cisaillement pour produire des caractéristiques d'écoulement.

Arbres 

Les arbres sont utilisés pour connecter le mécanisme de commande du robinet à bille segmenté afin de faire tourner la bille segmentée. Les arbres sont fabriqués avec des bagues d'étanchéité et des joints toriques qui aident à sceller l'arbre ainsi qu'un chapeau pour éviter les fuites. L'arbre peut être actionné manuellement, à l'aide d'un actionneur pneumatique ou électrique.

Siège 

Le siège est utilisé pour assurer l'étanchéité entre le corps du robinet à tournant sphérique et la bille du segment.

Joints de roulement

Ces joints protègent les roulements métalliques de la pénétration de fluides.

Comment fonctionne un robinet à bille à segment ? 

Un robinet à tournant sphérique à segment est un robinet à tournant sphérique quart de tour. Son fonctionnement est similaire à celui d'un robinet à boisseau excentrique. La vanne est dotée d'arbres qui aident à élargir le chemin d'écoulement central. Un arbre d'entraînement se connecte à un côté de la balle et un arbre suiveur se connecte au côté opposé. Lorsque l'arbre d'entraînement tourne, la bille segmentée tourne, exposant le chemin d'écoulement via l'encoche en V. L'utilisation de l'encoche en V améliore une large plage de débit de fluide en raison d'une petite zone d'écoulement à faible course et la course maximale permet une grande zone d'écoulement. Les vannes à bille à segment peuvent avoir deux connexions d'extrémité pour le corps, à savoir la bride et les connexions à bride.

Types de vannes à bille à segment

Vanne à boisseau sphérique à segment à entrée latérale 

Le robinet à tournant sphérique à segment à entrée latérale est un robinet de haute performance. Cette vanne est fabriquée sur la base du robinet à bille de type O. Le robinet à tournant sphérique à entrée latérale aide à transporter un milieu biphasé solide-gaz et solide-liquide. Cela signifie que cette vanne peut contrôler facilement le débit de solides et de liquides ou de gaz et de solides.

Les caractéristiques des robinets à tournant sphérique à segment à entrée latérale sont :

• Opération facile. En effet, le robinet à bille à segment peut être éloigné de son siège sans contact, ce qui entraîne un faible couple de démarrage.
• Le robinet à tournant sphérique à segment à entrée latérale est doté d'un corps de robinet droit qui lui permet de maintenir le débit du fluide linéaire lorsqu'il est complètement ouvert. Cela contribue à réduire les pertes d’énergie par rapport aux autres vannes.
• Le robinet à tournant sphérique à segment à entrée latérale a une structure à double excentrique qui rend le robinet à tournant sphérique à segment parfaitement étanche et hermétiquement fermé.
• Lorsque le robinet à tournant sphérique du segment d'entrée latérale est fermé, sa force de cisaillement peut éliminer les corps étrangers, ce qui le rend connu pour ses performances anti-calcaire.
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Figure : Vanne à bille à segment à entrée latérale

Robinet à tournant sphérique à segment d'entrée supérieure 

Le robinet à tournant sphérique à segment d'entrée supérieur est un robinet adapté à une utilisation dans les secteurs pharmaceutique, chimique et alimentaire où un nettoyage excellent et rapide est nécessaire. Ce robinet à tournant sphérique à segment présente certains avantages qui le rendent préféré dans les industries qui ont besoin de produits propres telles que :

• Nettoyage facile et rapide de l'intérieur et des pièces de tuyauterie sans retirer la vanne.
• Remplacement rapide et plus facile des pièces usées.
• Il n'a pas de pièces de rechange à l'intérieur du corps

Caractéristiques des vannes à bille à segment 

Corps de vanne intégré 

Les fabricants de vannes à bille à segment conçoivent les vannes dans un corps monobloc. Cela contribue à fournir une plus grande rigidité contre les fluctuations des charges des tuyaux. Ces vannes ont une structure à entrée latérale qui améliore la rigidité et rend difficile les fuites et les déformations malgré les contraintes élevées dues au fluide et au couple de fermeture.

Boule segmentée 

Les fabricants de vannes à bille à segment fabriquent la vanne avec une bille à segment en V. Cela permet de fournir un large éventail de capacités pour contrôler le débit de fluide. Cela rend la vanne adaptée aux applications d'étranglement avec une consistance élevée et des services de sirop. Le segment est conçu de manière à fournir un débit optimal et sa face sphérique à revêtement dur empêche le grippage.

Roulement autolubrifié 

Les conceptions de vannes à bille à segment utilisent des roulements doubles sur les tiges de vanne inférieure et supérieure pour assurer une bonne stabilité. Cela agrandit la surface de contact avec la tige, améliore le faible coefficient de friction, la capacité de charge élevée et réduit le couple de fonctionnement.

Siège d'étanchéité souple et métallique 

Les fabricants de robinets à tournant sphérique à segment fabriquent des robinets avec des sièges en PTFE ou en métal. Le matériau dépend du fluide d'écoulement prévu. Les faces d'étanchéité des sièges métalliques sont recouvertes d'un alliage dur et résistant tandis que la surface de la bille est durcie à l'aide, entre autres, d'un chromage dur et d'une nitruration au plasma. Cela contribue à augmenter la durée de vie de la face d’étanchéité ainsi qu’à améliorer la résistance à la température. Les sièges en PTFE ou RPTFE ont d'excellentes performances d'étanchéité, une bonne résistance à la corrosion et sont largement utilisés.

Praticité économique 

Les fabricants de vannes à bille à segment visent à rendre ces vannes aussi légères que possible et avec un faible couple de tige. De tels paramètres de conception critiques permettent à la vanne d'être installée avec de petits actionneurs électriques ou pneumatiques et d'être rentable par rapport aux vannes de régulation de petite taille ou d'une autre classe.

Sélection de vannes à bille à segment 

Type d'opération 

C'est le cas où l'on est censé décider du type de mécanisme pour alimenter l'actionneur. L'actionneur peut être manuel, pneumatique ou électrique. Le type d'actionneur dépend de la source d'alimentation disponible, par exemple électricité ou air comprimé, ainsi que du couple requis. Les actionneurs pneumatiques fournissent des valeurs de couple élevées tandis que les actionneurs électriques ont un coût initial élevé mais leur coût d'exploitation est inférieur à celui des actionneurs pneumatiques.

Matériau du boîtier 

Le robinet à tournant sphérique à segment doit être tel que le matériau utilisé pour fabriquer le boîtier soit compatible avec le fluide contrôlé. Différents matériaux ont des propriétés différentes telles que :

Le laiton convient aux fluides non corrosifs et neutres, durable, résiste aux températures élevées, ne convient pas à l'eau salée, aux acides et aux chlorures.

L'acier inoxydable est résistant aux produits chimiques, à l'abrasion, aux températures élevées, mais n'est pas bon aux chlorures, aux acides chlorhydriques, à l'eau de Javel et au brome.

Le PVC convient aux fluides corrosifs comme les acides, l’eau salée, les bases et les solvants organiques. Il ne résiste cependant pas aux hydrocarbures chlorés et aromatiques. La résistance du PVC à la température et à la pression est inférieure à celle du laiton et de l’acier inoxydable.

Note de pression 

Le robinet à tournant sphérique sélectionné doit être capable de résister à une pression de fluide maximale et minimale pendant le fonctionnement. La pression nominale du robinet à tournant sphérique à segment sera déterminée par le matériau utilisé pour fabriquer le boîtier. Les matériaux solides comme l’acier inoxydable peuvent résister à des pressions élevées par rapport au PVC.

Températures de travail 

Différents matériaux de robinets à tournant sphérique à segment peuvent résister à différents niveaux de température, des valeurs minimales aux valeurs maximales. La plage de température du robinet à tournant sphérique à segment est déterminée par le matériau du joint et du boîtier. Le matériau en laiton peut résister à des températures comprises entre 20 °C et 60 °C, le matériau en acier inoxydable peut résister à des températures comprises entre -40 °C et 220 °C, tandis que le robinet à tournant sphérique à segment en PVC peut résister à des températures comprises entre -10 °C et 60 °C. °C.

Normes et homologations 

En fonction de l'utilisation du robinet à tournant sphérique à segment, les fabricants de robinets peuvent devoir suivre certaines normes des organismes de réglementation. Ceci est souvent nécessaire pour les vannes utilisées dans l'eau potable, les produits alimentaires, les produits pharmaceutiques ou le gaz.

Actionneurs de vannes à bille à segments 

Le robinet à tournant sphérique à segment peut utiliser différents types d'actionneurs pour s'ouvrir et se fermer. Les types d'actionneurs pouvant être utilisés par ces vannes comprennent les actionneurs manuels, pneumatiques et électriques.

Actionneur manuel de vanne à bille à segment 

Il s'agit d'un actionneur de vanne à boisseau sphérique à segment alimenté par une main humaine. Ce type d'actionneur possède une poignée sur laquelle l'opérateur applique un couple pour tourner la poignée et ainsi faire tourner le mécanisme de la vanne pour ouvrir ou fermer la vanne.

Actionneur pneumatique à crémaillère et pignon 

Les actionneurs pneumatiques à crémaillère et pignon sont des actionneurs utilisés dans les vannes à bille à segment pour ouvrir, tourner et fermer la vanne selon les besoins. Ces actionneurs convertissent l'énergie de l'air comprimé en utilisant des cylindres pneumatiques en un mouvement rotatif oscillant. Ces actionneurs nécessitent du gaz sec, propre et traité pour être fourni par une station centrale d'air comprimé.

Actionneur électrique

Ces actionneurs sont utilisés dans les vannes à bille segmentées pour contrôler la fermeture et l'ouverture de la vanne. Ces actionneurs peuvent fournir un mouvement rotatif ou linéaire. Comme leur nom l'indique, ces actionneurs utilisent l'électricité pour améliorer leur travail. Le couple pour ouvrir/fermer la vanne est transmis à l'aide d'un arbre pour ouvrir ou fermer la vanne.

Applications des vannes à bille à segment

• Les vannes à bille à segment sont utilisées pour contrôler le débit dans les industries du papier et de la pâte à papier.
• Ces vannes sont utilisées pour contrôler le débit de produits chimiques dans les usines chimiques.
• Ils sont utilisés dans les stations d’épuration car ils peuvent agir sur les particules solides.
• Ils sont utilisés dans les industries électriques pour contrôler le débit des fluides de chauffage et de refroidissement.
• Ils sont utilisés dans les industries pétrolières car ils résistent aux produits inflammables.
• Les vannes à bille à segment sont utilisées dans les industries pharmaceutiques pour réguler le flux des composés de production.
• Ils sont utilisés dans les industries alimentaires en raison de leur facilité de nettoyage et d’entretien.

Avantages des vannes à bille à segment 

• Les vannes à bille à segment ont un rendement élevé.
• Ces vannes sont de conception simple.
• La conception des robinets à tournant sphérique à segment les rend légers et volumineux.
• Ces vannes sont faciles à démonter et à réparer.
• La conception des vannes à bille à segment leur confère une étanchéité parfaite.
• Ils peuvent fournir une faible perte de charge et des débits élevés.
• Le robinet à tournant sphérique à segment s'ouvre et se ferme rapidement.
• Ces vannes sont faciles à nettoyer.

Inconvénients des vannes à bille à segment 

• Les cavités autour du siège ont tendance à provoquer des blocages.
• Lorsqu'il est utilisé dans des particules solides, il peut s'éroder et ainsi commencer à fuir du liquide et à échouer.

Dépannage du robinet à tournant sphérique à segment 

Fuite de la garniture de presse-étoupe 

• Écrous de presse-étoupe desserrés. Serrez les écrous du presse-étoupe desserrés.
• Garniture de presse-étoupe usée. Remplacez la garniture du presse-étoupe.
• La tige est corrodée ou rayée. Nettoyer la tige ou la remplacer ainsi que la garniture du presse-étoupe.
• Le presse-étoupe est corrodé. Nettoyez-le et remplacez la garniture du presse-étoupe. Le robinet à tournant sphérique à segment peut être remplacé s'il présente une corrosion excessive.

Fuite sur le joint de la plaque inférieure 

• Noix desserrées. Serrez les écrous.
• Le joint est endommagé. Remplacez le joint.
• Corrosion/dommages dans la zone du joint. Nettoyez la corrosion ou remplacez la plaque et le corps en fonction du niveau de dommage.

Fuite de liquide à travers l'alésage 

• Le segment n'est pas en position de fermeture complète. Fixez la course limite de fermeture dans l'actionneur.
• Désalignement entre le siège et le segment. Desserrez la garniture du presse-étoupe pour centrer le segment. Assurez-vous de resserrer la garniture d'étanchéité après l'alignement afin qu'elle ait suffisamment de couple.
• Supports piégés ou solidifiés. Nettoyer le ressort du siège et les surfaces d'étanchéité.
• Siège du joint endommagé. Remplacez les joints endommagés.
• Le segment ou le siège est endommagé. Remplacez si nécessaire.

Couple de vanne à bille à segment élevé 

• Écrous de presse-étoupe trop serrés. Réduisez le couple sur les écrous du presse-étoupe aux niveaux recommandés par le fabricant du robinet à tournant sphérique à segment.
• Segment de manoeuvre en sens inverse le dégageant ainsi du siège. Faites perdre le dispositif de retenue du revêtement pour réengager le siège et le segment en position fermée. Améliorez le couple de retenue du revêtement une fois que le segment et le siège sont alignés.
• Actionneur/opérateur mal aligné avec la tige de vanne. Desserrez les fixations et modifiez la base de montage pour qu'elle soit parallèle et assurez-vous que l'opérateur est centré. Serrez les attaches.
• Roulement endommagé. Le remplacer.
• Segment ou siège endommagé. Remplacez si nécessaire.
• Médias accumulés ou solidifiés. Retirez le fluide de la cavité de la vanne, du siège, du segment et nettoyez les surfaces d'étanchéité.
• Le robinet à tournant sphérique à segment a été installé dans le mauvais sens. La vanne doit être installée conformément à l'étiquette de l'indicateur de débit.

Résumé 

Un robinet à tournant sphérique à segment est un robinet à tournant sphérique qui effectue un quart de tour pour ouvrir/fermer le débit de fluide. Cette vanne est dotée d'un segment de bille sphérique creuse soutenu par un roulement et un arbre du côté actionneur de la vanne. L'autre extrémité de cette valve comporte un roulement et un poteau. La bille segmentée tourne autour d'un pivot pour réaliser un seul joint continu en amont en position fermée. L'étanchéité de ce robinet à bille à segment est obtenue grâce à un élastomère flexible ou un siège flexible qui s'appuie contre le segment sphérique. Le corps des vannes à bille à segment est constitué de matériaux solides, principalement en acier inoxydable, avec une construction sans bride ou à brides.

Les vannes à bille à segment peuvent être classées en vannes à bille à segment à entrée latérale et en vannes à bille à segment à entrée supérieure. Ces vannes utilisent une conception et une technologie qui les aident à fonctionner même dans des fluides et des boues visqueux. Ces vannes sont utilisées dans de nombreuses industries telles que la pétrochimie, la pharmacie, la transformation alimentaire, le traitement des eaux usées, la transformation chimique, entre autres. Les vannes à bille segmentées ont de nombreuses applications en raison de leurs superbes caractéristiques telles que la facilité de nettoyage, la facilité de réparation et d'entretien, la conception simple, la petite taille et le poids, la résistance à la corrosion et la haute résistance aux boues. Les paramètres importants à prendre en compte lors de l'achat d'un robinet à tournant sphérique à segment sont le type d'actionneur, la pression nominale, les températures de fonctionnement, les matériaux du boîtier, les normes et les homologations.