Comparaison des vannes à boisseau sphérique flottantes et montées sur tourillon : principales différences de conception

Dans les systèmes de canalisations industrielles complexes où divers fluides circulent en continu, les robinets à tournant sphérique servent de "gardiens" diligents, contrôlant l'ouverture et la fermeture du flux de fluide. Bien que ces robinets puissent sembler simples à première vue, ils contiennent des variations de conception sophistiquées. Les robinets à tournant sphérique flottants et à tourillon (fixes), en tant que deux conceptions principales, présentent chacun des avantages distincts en termes de principe, de performance et de scénarios d'application. Cet article fournit une analyse approfondie de ces deux types de robinets à tournant sphérique, examinant leurs principes de fonctionnement, leurs caractéristiques de conception et leurs critères de sélection pour aider les professionnels à faire des choix éclairés dans les applications pratiques.

Parmi les différents types de robinets, les robinets à tournant sphérique se distinguent par leur structure compacte, leur durabilité et leur fonctionnement rapide, ce qui en fait des composants indispensables dans les systèmes de canalisations industrielles. Le composant principal d'un robinet à tournant sphérique est une sphère avec un trou traversant (appelé alésage), qui contrôle le flux de fluide en tournant de 90 degrés. Lorsque l'alésage s'aligne sur le canal du corps du robinet, le fluide s'écoule librement ; lorsqu'il est tourné en position fermée, l'alésage devient perpendiculaire au trajet d'écoulement, arrêtant le mouvement du fluide.

Toutes les conceptions de robinets à tournant sphérique reposent sur deux sièges pour fixer et sceller la sphère. Ces sièges sont généralement fabriqués à partir de matériaux tels que le polytétrafluoroéthylène (PTFE), qui se conforment étroitement à la surface de la sphère pour éviter les fuites. En fonction de la manière dont la sphère est fixée, les robinets à tournant sphérique sont classés en deux types principaux : les robinets à tournant sphérique flottants et les robinets à tournant sphérique à tourillon.

Les robinets à tournant sphérique flottants sont le type le plus courant dans les systèmes de canalisations industrielles. Leur conception comprend une sphère qui n'est pas fixée à l'intérieur du corps du robinet, mais qui "flotte". Lorsque les sièges commencent à s'user, la pression du fluide pousse la sphère contre le siège aval, maintenant une étanchéité parfaite. Cette conception confère aux robinets à tournant sphérique flottants d'excellentes propriétés d'auto-étanchéité.

Contrairement aux conceptions flottantes, les robinets à tournant sphérique à tourillon ont leurs sphères fixées avec des roulements à l'intérieur du corps du robinet, limitant le mouvement aval. Pour maintenir l'étanchéité après l'usure du siège, les robinets à tournant sphérique à tourillon utilisent généralement des mécanismes de siège à ressort. Cette conception les rend plus fiables dans les applications à haute pression.

Avant d'examiner les spécificités des robinets à tournant sphérique flottants, passons en revue les principaux composants des robinets à tournant sphérique :

• Corps du robinet : L'enveloppe extérieure contenant les mécanismes du robinet, généralement en acier, en fer, en laiton, en bronze ou en PVC, en fonction des caractéristiques du fluide, de la température et de la pression.
• Sphère : La sphère rotative principale avec un trou traversant, reliée au corps par une tige.
• Alésage : Le trou traversant central contrôlant le flux de fluide, dont la taille affecte directement les caractéristiques d'écoulement.
• Garniture : Joints souples autour de la tige empêchant les fuites de fluide, nécessitant une résistance à la corrosion et à la chaleur.
• Siège : Composants en forme d'anneau entre la sphère et le corps créant des joints, généralement fabriqués à partir de matériaux thermoplastiques comme le PTFE pour l'auto-lubrification et la résistance à l'usure.
• Tige : L'arbre reliant la sphère aux opérateurs externes, contrôlant la rotation pour l'ouverture/la fermeture.
• Actionneur : Dispositifs externes faisant tourner la tige, y compris des leviers/engrenages manuels ou des actionneurs électriques/pneumatiques/hydrauliques, sélectionnés en fonction de la taille du robinet, de la fréquence de fonctionnement et des besoins d'automatisation.

La plupart des robinets à tournant sphérique utilisent des conceptions flottantes. La sphère flottante est supportée par des sièges en forme de coupelle qui forment des joints étanches entre la sphère et le corps. La sphère reste suspendue dans le fluide, maintenue en place par des sièges thermoplastiques. Ces sièges créent une étanchéité bidirectionnelle, permettant à la sphère de se déplacer librement et de bloquer le flux de fluide dans les deux sens. Les robinets flottants sont légers, économiques et polyvalents, largement utilisés dans les applications pétrolières, gazières, hydrauliques, à vapeur et pétrochimiques.

Les robinets à tournant sphérique flottants fonctionnent via une tige reliée au sommet de la sphère, tournant de 90 degrés (quart de tour). Lorsque la sphère tourne, l'alésage est recouvert ou exposé par la paroi du corps du robinet, contrôlant le flux de fluide. La connexion tige-sphère est suffisamment lâche pour que la pression du fluide pousse la sphère contre le siège aval lors de la rotation, créant une étanchéité parfaite. Cependant, dans les applications à très basse pression avec usure du siège, les robinets flottants peuvent ne pas sceller efficacement en raison d'une pression insuffisante. Dans la plupart des applications, cependant, la pression aval maintient l'étanchéité longtemps après l'usure initiale du siège.

Les robinets à tournant sphérique à tourillon fonctionnent de la même manière que les conceptions flottantes, mais comportent une deuxième tige opposée à la tige de fonctionnement qui fixe la sphère. Cet ensemble de deuxième tige et de roulement est appelé tourillon .

Contrairement aux robinets flottants, les tiges de robinets à tourillon se connectent rigidement aux sphères, limitant tout mouvement, sauf la rotation. Puisque les sphères ne "flottent" pas en aval avec la pression du fluide, les robinets à tourillon maintiennent une étanchéité correcte des deux côtés simultanément. Cela s'avère particulièrement important pour les robinets multi-ports et les applications à très basse pression où le flux de fluide ne peut pas pousser les sphères contre les sièges.

Les robinets à tourillon fonctionnent efficacement dans les applications à basse et haute pression et nécessitent moins de couple de fonctionnement que les robinets flottants. Cependant, les concepteurs de canalisations doivent noter que les conceptions à tourillon sont généralement plus chères que les alternatives flottantes.

Les robinets à tourillon se trouvent couramment dans ces industries :

• Chimie
• Production d'énergie
• Pétrole et gaz
• Canalisations
• Traitement des hydrocarbures

Dans les deux types de robinets, les joints tige-environnement subissent le plus d'usure au fil du temps, ce qui rend le garnissage du robinet crucial pour empêcher l'échappement du fluide. Les concepteurs doivent envisager des conceptions de garniture à ressort pour compenser l'usure inévitable et empêcher les fuites du joint de tige.

Bien que les robinets à tournant sphérique flottants et à tourillon fonctionnent de la même manière en pratique, les concepteurs de canalisations doivent comprendre les avantages et les limites de chaque type. Les fournisseurs de robinets professionnels peuvent aider à déterminer le type de robinet à tournant sphérique optimal en fonction des applications et des budgets spécifiques.

Pour une compréhension plus claire de leurs différences, nous comparons les caractéristiques clés :

Lors du choix entre les robinets à tournant sphérique flottants et à tourillon, tenez compte des facteurs suivants :

• Pression de service : Pour les hautes pressions, les robinets à tourillon garantissent une étanchéité fiable.
• Taille des tuyaux : Les robinets à tourillon conviennent mieux aux tuyaux de grand diamètre en raison des exigences de couple plus faibles.
• Fréquence de fonctionnement : Les robinets à tourillon offrent une plus grande durabilité pour un fonctionnement fréquent.
• Caractéristiques du fluide : Les fluides corrosifs nécessitent des robinets avec des matériaux résistants à la corrosion.
• Budget : Les robinets flottants coûtent généralement moins cher que les alternatives à tourillon.

Les robinets à tournant sphérique flottants et à tourillon présentent des avantages distincts adaptés à différentes applications. Les professionnels doivent évaluer les conditions de travail et les exigences spécifiques lors de la sélection des types de robinets, en tenant compte de tous les facteurs pertinents pour prendre des décisions optimales pour leurs systèmes.