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FONDAMENTAUX DE LA ROBINETTERIE INDUSTRIELLE

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TECHNIQUES FONDAMENTALES

Afin de s’adapter à chaque procédé industriel, différentes technologies sont proposées sur le marché. Les fabricants de robinetterie industrielle proposent aujourd’hui une gamme complète de technologies pour une solution adaptée au procédé. Parmi ces technologies, nous distinguerons 8 grandes familles.

LES ROBINETS-VANNES (VANNES À PASSAGE DIRECT)

ROBINET-VANNE À PASSAGE DIRECT À SIÈGES PARALLÈLES

Les robinets-vannes sont constitués d’un obturateur qui se déplace en translation, perpendiculairement à la veine du fluide et parallèlement aux sièges d’étanchéité. Les robinets-vannes sont des appareils tout-ou-rien (TOR).

Des opercules parallèles, précontraints par ressort, peuvent également assurer la fonction de sectionnement en étant plaqués sur des sièges eux aussi parallèles. Ce système de portage est conseillé dans le cas de cycles thermiques, hautes températures et hautes pressions. Lors de l’ouverture, les opercules se déplacent perpendiculairement à l’écoulement et se logent dans le corps pour permettre le passage du fluide.

Les robinets-vannes à passage direct sont réputés pour leur robustesse, leur maintenance facile, leur passage intégral (faible perte de charge) et leur étanchéité bidirectionnelle.

n Sièges obliques (portage en V)

Organe de manœuvre

Brides

Colonettes

Tige de manœuvre

Corps

Corps

Opercules

Opercules

Bride de presse-étoupe

Garnitures de presse-étoupe

Brides

Indicateur d’ouverture

Piquage d’enveloppe

Enveloppe (en option)

Opercules

n Sièges parallèles

ROBINET-VANNE À PASSAGEDIRECT À SIÈGES OBLIQUES

La fonction de sectionnement du fluide est assurée par un opercule monobloc (flexible) ou double opercules à rotules. Les obturateurs viennent se plaquer sur deux sièges face à face, à portée oblique.

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ROBINET À SOUPAPE FOND DE CUVE

ROBINET À SOUPAPE D’ÉQUERRE

LES ROBINETS À SOUPAPE Les robinets à soupape sont constitués d’un obturateur appelé « soupape » ou « clapet », qui se déplace dans l’axe de la veine fluide et du siège d’étanchéité.De la même manière que les robinets à piston, les robinets à soupape sont des produits polyvalents et qui peuvent s’adapter facilement à tous types de procédés, sous réserve d’une conception adaptée.

Positionnés en fond de cuve, les robinets à soupape peuvent être utilisés comme vannes de soutirage, de vidange, ou de régulation. En ligne, un robinet à soupape à tête droite ou inclinée permet de sectionner ou de réguler efficacement un fluide sous haute pression/température. Il est également possible d’utiliser la technologie à soupape pour une conception de vanne « multivoies ». Les robinets à soupape peuvent être des appareils tout-ou-rien (TOR) ou de régulation.

• Adapté à la vidange et au soutirage d’une cuve• Diverses conceptions : casse-croute ou ouverture

dans la vanne

• Pour une installation en ligne• Limite les zones de rétention dans la vanne

• Pour une installation en ligne• Adapté pour le sectionnement ou la régulation

(pointeau)

• Pour une installation dans un angle de tuyauterie• Encombrement réduit

ROBINET À SOUPAPE DROIT

ROBINET À SOUPAPE INCLINÉ

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LES ROBINETS À PISTON

L’obturateur (piston) se déplace linéairement dans l’axe de l’écoulement. Le robinet accepte des pressions très élevées dans une large plage de température. Cette technologie s’adapte parfaitement à une utilisation en fond de cuve ou en ligne.

Les robinets à piston sont des appareils tout-ou-rien (TOR). La grande polyvalence des robinets à piston permet de les utiliser pour une conception « Multivoies », « Injection », « Rinçage »…et bien d’autres (voir chapitre "Les fonctions").

La forme cylindrique du piston permet d’adapter les robinets à piston aux fluides collants et abrasifs (polymères...etc.) grâce à une technologie de piston tournant : lors de la manoeuvre de la vanne, le piston tourne sur lui-même après s’être dégagé du siège. Le piston est généralement profilé à son extrémité pour éliminer les zones de rétentions (voir chapitre "Ecoulement optimisé").

Piston

Corps

Lanterne

Piston

Presse-étoupe

Piquage d’enveloppeArcade

Corpsavec enveloppe

Actionneur et réducteur


Garnitures supérieures d’étanchéité

Garnitures inférieures d’étanchéité

Boîte de presse-étoupe

n Robinet à piston multivoie : permet la sélection ou la division d’un fluide

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n Boule flottante

n Boule arbrée

LES ROBINETS À BOISSEAU

Les robinets à boisseau sont des appareils tout-ou-rien (TOR). Les robinets à boisseau sont constitués d’un obturateur appelé « tournant » qui se déplace en rotation (quart de tour) sur un axe perpendiculaire à l’écoulement du fluide.

Organe de manœuvre

Butée de manœuvre

Type de manœuvre

Garnitures de presse-étoupe

Obturateur

Bride

Sièges

Bride

ROBINET À BOISSEAU SPHÉRIQUE

Les robinets à boisseau sphérique, dits robinets à boule, sont les plus couramment utilisés. Deux conceptions distinctes (boule flottante pour la basse pression, boule arbrée pour la haute pression) font que les robinets à boisseau sphérique peuvent être adaptés à un procédé où l’ouverture rapide des robinets est une priorité. Les robinets à boule sont réputés pour leur maintenance facile et leur étanchéité bidirectionnelle.

La conception dite « boule flottante » est caractérisée par une boule maintenue plaquée par deux sièges opposés. La conception dite « boule arbrée » est reconnaissable par le fait que la boule soit guidée entre deux paliers ; il est possible d’utiliser des sièges mobiles ou libres. La conception boule arbrée permet au robinet de résister à des conditions de services plus sévères (pression élevée).

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Les robinets à boisseau sphérique ont également différents types de conception de corps :• Corps en 3 pièces• Corps en 2 pièces, dit « split body »• Corps en 1 pièce, dit « top entry » (entrée par le dessus) ou « end entry » (entrée par le côté), permet

une maintenance aisée sans démonter le robinet de la ligne

n Corps 3 pièces n Corps 2 pièces n Corps 1 pièce

Corps

Volant

Boisseau

Siège

Mouvement engendré par lelevier

Mouvement engendré par le volant

Levier

n Exemple de boisseau conique 3 voies à levée verticale, adapté aux process polymères

ROBINET À BOISSEAU CONIQUE

Les robinets à boisseau conique permettent eux aussi une manoeuvre rapide et à faible perte de charge. Dans le cas d’une utilisation d’étanchéité métal/métal (voir chapitre « Les systèmes d’étanchéité »), le volant permet la levée du boisseau pour le décoller du siège et le levier permet l’orientation de l’obturateur. La durée de vie de l’étanchéité est optimale grâce à l’absence de frottement lors de la manoeuvre.

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LES VANNES À PAPILLON

A la manière des robinets à boisseau, les vannes à papillon se manoeuvrent par quart de tour. L’obturateur, appelé papillon, se déplace par rotation autour d’un axe perpendiculaire à l’écoulement du fluide. En position ouverte, l’obturateur est contourné par le fluide. Facilement manoeuvrables, ce sont des vannes adaptées aux procédés où le cyclage est important. Avec une masse et un encombrement réduits, il est possible d’utiliser les vannes à papillon pour le réglage de débit, sous réserve de validation avec les conditions de service.

Les vannes à papillon peuvent être conçues de deux manières différentes : à papillon centré ou à papillon excentré (simple, double ou triple excentration).

Le centre de rotation du papillon est décalé par rapport à la surface d’étanchéité pour optimiser l’étanchéité sur la périphérie du joint.

Le centre de rotation du papillon est décalé par rapport à l’axe de la vanne pour permettre le dégagement du papillon à l’ouverture.

La troisième inclinaison est due à l’inclinaison du cône du siège, ce qui permet de supprimer le risque de blocage de l’obturateur et d’obtenir une étanchéité optimale sans déformation du siège.

n Simple excentration n Double excentration n Triple excentration

Organe de manoeuvre

Corps

Tige de manoeuvre

Arcade

Obturateur(papillon)

Obturateur (papillon) Corps

Rondelle serre-garniture

Garniture

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LES VANNES À PELLE

Utilisées pour les fluides chargés, ces vannes sont réputées pour leur robustesse, leur résistance aux hautes températures, et leur faible perte de charge. Lors de la manoeuvre, la pelle coulisse perpendiculairement au sens d’écoulement du fluide.

Les vannes équipées d’obturateur « simple pelle » ou « à lunette » sont adaptées au sectionnement de fluide.

Les vannes à « guillotine » font également partie de la famille des vannes à pelles.

Organe de manœuvre

Tige de manœuvre

Pelle

Corps de vanne

Passage

Sièges

Brides

Corps

Obturateur

Chapeau


Pelle n°1

Pelle n°2

Passage

VANNE À PELLE DITE À LUNETTE VANNE À DOUBLE PELLE

Les vannes à « double pelle » peuvent être utilisées pour une fermeture centrée au niveau du passage pour moins perturber l’écoulement lors de la fermeture.

En position ouverte, la pelle à lunette permet de supprimer la zone de rétention entre les sièges.

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LES CLAPETS ANTI-RETOUR

Les clapets anti-retour permettent d’interrompre automatiquement l’écoulement d’un fluide lorsque son sens s’inverse. Ce sont des éléments de sécurité essentiels à toute installation sous pression. La manoeuvre de ces appareils est autonome, le passage du fluide ne peut se faire que dans un sens. A clapet, à battant, à piston ou à bille, chaque dispositif à ses propres avantages en fonction du fluide et des conditions de service.

VANNE À PELLE DITE À LUNETTE

CLAPET À BATTANT

Le clapet à battant, revient dans sa position initiale (battant contre le siège) grâce à la gravité.

Ce clapet peut être monté à l’horizontale ou sur une tuyauterie verticale à fluide ascendant. Il peut être équipé d’un ressort de rappel.

Battant

Butée

Bille

Butée CLAPET À BILLE

Le clapet à bille revient dans sa position initiale (boule plaquée contre le siège) grâce à la gravité.

Ce modèle peut se monter sur une tuyauterie verticale où le fluide est ascendant. Pour un montage en toutes positions, la bille peut être équipée d’un ressort de rappel.

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Ressort de rappel

Disque

CLAPET AXIAL À DISQUE

Le clapet axial, (disque-ressort) revient dans sa position initiale (disque plaqué contre le siège) grâce au ressort de rappel. Ce clapet à l’avantage de pouvoir être monté dans toutes les positions.Certains clapets axiaux, sont spécialement étudiés pour limiter la perte de charge. Le clapet profilé permet un meilleur écoulement du fluide à l’intérieur du corps.

n Clapet axial profilé

Ressort de rappel

Disque

Sens du fluide

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n Soupape pilotée fermée n Soupape pilotée ouverte

LES APPAREILS DE SÉCURITÉLes robinets de sécurité, appelés également robinets de sûreté, sont installés pour protéger l’installation des surpressions, et ainsi empêcher la détérioration (ou explosion) de certains appareils sous pression. Ces robinets sont composés d’un obturateur de type « soupape » ou de type « disque » qui s’actionne automatiquement lorsque le fluide atteint un niveau de pression prédéfini. Généralement, le contact siège/obturateur reste identique aux robinets à soupape classiques. En revanche, leurs systèmes de fonctionnement sont diamétralement différents.

Il existe deux grandes catégories d’appareils de sécurité :

• Les appareils qui se referment après usage et sont réutilisables• Les appareils qui ne se referment pas après usage et doivent faire l’objet d’opérations de maintenance pour

fonctionner à nouveau.

LES SOUPAPES À RESSORT

Lorsque la pression du fluide dépasse un seuil prédéfini, le ressort se comprime, la soupape s’ouvre et laisse s’échapper la surpression. Lorsque la pression est redescendue à la normale de fonctionnement, l’effort du ressort reprend le dessus et fait plaquer la soupape sur le siège.

Ressort de rappel

Clapet Déchargement du fluide

Clapet

Purge

Pilote

Pression en fonctionnement normal (Pn)

Surpression

Pn

Pilote

Au sein de ces deux catégories, il est possible de distinguer 4 technologies différentes :

LES SOUPAPES PILOTÉES L’ensemble se compose de deux parties qui ne peuvent fonctionner l’une sans l’autre : la soupape et le pilote. La soupape contient l’ensemble de la technologie siège/obturateur pour assurer l’étanchéité du dispositif de sûreté, et le pilote représente le système de commande qui va réagir aux surpressions et actionner la soupape pour décharger le fluide. L’étanchéité est conservée jusqu’à la valeur de la pression de réglage.

LES DISQUES DE RUPTURE

L’obturateur est un disque, une paroi qui se déchire sous l’effet de la surpression et qui libère un débit de fluide. Il faudra démonter l’appareil et changer le disque pour réarmer l’appareil de sécurité.

LES TIGES DE FLAMBAGE L’obturateur est maintenu plaqué contre le siège par une tige métallique rigide d’un diamètre calibré. Lors d’une surpression, la tige va se plier (flamber) pour laisser s’échapper le fluide. Il faudra alors changer cette tige pour réarmer le robinet de sécurité.

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CRITÈRES DE SÉLECTION : DIAGRAMME GÉNÉRAL D’ORIENTATION

Tech

no

log

ies Robinet-Vanne

(Vanne à passagedirect)

Robinetà

piston

Robinetà

soupape

Robinet à boisseau Vanne à papillon

Vanneà pelle

Clapet anti-retour

Siègesobliques

Siègesparallèles

Bouleflottante

Boulearbrée

Boisseauconique

Simpleexcentration

Doubleexcentration

Tripleexcentration

Battant Disque Bille

DN élevé

PN élevé

Δp élevé

Température élevée

Maintenabilité

Abrasion

Régulation N/A N/A N/A

Liquide

Gaz

Durée de vie : Nb de cycles

Etanchéité

Perte de charge

Manoeuvre rapide

N/A N/A N/A

Encombrement

Bien adapté Modérément adapté Peu adapté

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