Guide technique

Vannes

Le synonyme de vanne est robinet. Il en existe de nombreux types: boisseau, sphère, guillotine, papillon, membrane, ... Nous nous intéresserons plus particulièrement à ce dernier cas, pour les nombreuses possibilités qu'il offre. La plupart du temps, elles sont assemblées soit par des brides, ou bien elles sont taraudées ou rainurées ou soudées à du PE ou collées à du PVC.

Vannes à guillotine

Ces vannes sont aussi appellées vannes à opercule, à passage direct ou encore vanne à pelle.

Parmi les différents types de vannes, c'est un des plus employés. Son principe de fonctionnement est simple. On fait descendre une lame (obturateur, opercule, pelle, guillotine, ... ) dans le corps de la vanne afin d'obturer le passage du flux.

La vanne à passage direct possède l'avantage, qu'une fois relevé (vanne en position ouverte), l'opercule dégage l'intégralité de la section du conduit dans le corps de la vanne, sans siège, ni papillon, ni boisseau susceptible de s'encrasser, ou freiner le flux.

Vanne à guillotine

Vanne à opercule

Vannes papillon

C'est une vanne tout ou rien, qui dans certains cas peut faire de la régulation. La vanne papillon est construite sur le principe d'un papillon de carburateur. Un disque pivote autour d'un axe qui le traverse. L'axe rotatif est actionné par une manette extérieure généralement quart de tour. Trois positions différentes sont possibles :

• En position « vanne fermée », la surface du disque occupe la totalité de l'espace disponible dans la section. Le disque (papillon) occupant tout l'espace disponible, le fluide ne peut plus circuler.
• En position « vanne ouverte », le disque a pivoté d'un quart de tour sous la rotation de la manette extérieure et présente dorénavant son profil de faible épaisseur au flux de liquide. Ayant libéré le passage pour le liquide, celui-ci peut circuler.
• En position intermédiaire, le disque freine le passage du flux par la réduction de l'ouverture disponible mais aussi par les turbulences créées par l'effet de traînée hydrodynamique qui ralentit l'écoulement.

Vanne papillon

Vannes à bille sphèrique

C'est une vanne à passage intégral. Une boule creuse pivote pour ouvrir ou fermer, partiellement ou totalement le passage du fluide. D'où son autre appellation de vanne à boule. Le boisseau est une sphère évidée qui est actionné afin que soit présenté au flux soit son ouverture, soit son flanc. Lorsque la vanne est ouverte, le fluide traverse l'évidement pratiqué dans la sphère qui lui présente alors sa face en anneau. La vanne étant fermée, le fluide se heurte à la paroi de la sphère.

L'utilité d'avoir pratiqué le boisseau dans la sphère est d'autoriser le passage d'un fluide dans l'anneau sans nuire à l'étanchéité assurée par les flancs de la sphère dans le corps de la vanne. La dynamique du fluide fait que la vanne à boisseau sphérique ne permet pas une régulation précise mais autorise une manœuvre rapide, puisqu'il suffit de pivoter la sphère d'un quart de tour pour ouvrir complètement ou fermer totalement la vanne. C'est pour cette raison que les vannes à boule ou à boisseau sphérique sont généralement des vannes quart de tour à manœuvre par poignée ou manette plutôt que par volant.

Avantages:

• Passage intégral
• Manœuvre aisée et rapide
• Prix économique

Inconvenients majeurs:

• Régulation très difficile
• Gèlent très facilement
• Petits diamètres ( < 3 " )

Vannes à bille sphèrique

Vannes à boisseau conique

Un cone pourvu d'une fente pivote autour de son axe. Alternativement, il présente sa face évidée laissant passer le fluide, ou sa face pleine bloquant l'écoulement. C'est une vanne quart de tour à passage partiel. Sa forme conique permet de ratraper le jeu formé par l'usure. Elles sont souvent démontables pour faciliter la maintenance.

Vannes à boisseau conique

Vannes hydrauliques à membrane

Composition

La forme spécialement étudiée de la vanne, lui permet d'arrêter le flot grâce à une membrane et un ressort.

Composition d'une vanne

[1] Vis d'assemblage

[2] Couvercle de la vanne

[3] Ressort

[4] Membrane

[5] Trous taraudés d'assemblage

[6] Corps de la vanne

 [6.1] Support de guidage

 [6.2] Chambre d'équilibre

 [6.3] Siège

 [6.4] Bride de fixation

Le couvercle de la vanne sert à garder la membrane en place, et tenir et guider le ressort. Un seul resort est nécessaire pour la vanne, permettant une fermeture sûre et une ouverture à basse pression. La membrane souple comprends un corps central rigide permettant une fermeture complète. Le corps de la vanne est dessiné de façon à limiter les pertes de charges et résister à la cavitation. Elles sont disponibles généralement dans les diamètres les plus courants, du DN40 (1"½) à DN100 (4") et souvent même au dela jusqu'à DN400 et plus encore.

Principe de fonctionnement

On utilise la force de l'eau disponible en amont, pour obturer la vanne. En introduisant de l'eau dans la chambre de contrôle, la pression de l'eau additionnée de celle du ressort est suffisante pour pousser la membrane sur le siège et fermer la vanne.

Vanne fermée

Si l'on supprime la pression de l'eau, en lui permettant de s'échapper, la force du ressort n'est plus suffisante pour pousser la membrane et la maintenir en place. La vanne s'ouvre.

Les vannes peuvent être configurées d'usine soit normalement fermées, soit normalement ouvertes.

Vanne ouverte

Avantages

L'avantage des vannes à membrane est triple :

• Elles sont motorisables à un faible coût
• Elles sont pilotables à distance
• Leur fermeture et ouverture lentes et progressives limitent les risques de coup de belier

En effet, il suffit de remplacer la vanne manuelle des illustrations par une petite électrovanne pour motoriser ce type de vanne et ce, quelque soit le diamètre de la vanne. Les électrovannes étant généralement limitées à un faible diamètre ( DN20 ou DN25 ), c'est très pratique et économique pour les dimensions plus importantes.

Il est alors tout aussi simple, de les automatiser. En effet il existe de nombreux systèmes de programmation capables de commander les solénoïdes. Ces vannes peuvent donc s'ouvrir et se fermer à des moments prédéterminés. Avec les progrès de l'informatique et des télécommunications, il est possible aujourd'hui de les commander à volonté à distance.

Ces vannes peuvent également être pilotées à distance. Rien ne s'oppose à prendre l'eau nécessaire plus en amont. De même pour la vanne de commande, manuelle ou électrifiée. Il suffit de rallonger le tube entre la vanne et la commande. Certains appellent cela tubing. Il est possible alors de commander d'un seul point plusieurs vannes distantes.

Régulation

Ce type de vanne peut également servir à réguler la pression aval, de la garder constante indépendamment du débit ou des variations de pression amont. Grâce à un ressort réglable il est possible de moduler la position de la membrane, de la maintenir dans une position intermédiaire.