Vanne à membrane de type Weir

Le robinet à membrane de type Weir est un type de robinet qui fait partie des robinets à membrane. C'est l'un des robinets à membrane les plus populaires. Le robinet à membrane de type Weir est doté d'une selle ou d'une lèvre surélevée sur laquelle la membrane s'appuie pour assurer l'étanchéité. En raison de la lèvre surélevée, le niveau de déplacement de la membrane se réduit entre l'ouverture complète et la position de fermeture totale. Ainsi, la contrainte induite sur la membrane lors de la fermeture de la vanne diminue. La membrane est fabriquée dans un matériau résistant, ce qui la rend adaptée aux applications à haute pression et à vide. Les vannes à membrane de type Weir sont très performantes pour le contrôle de l'écoulement des fluides, l'étranglement et le contrôle des débits minimes. Les vannes à membrane de type Weir utilisent un compresseur en deux parties pour créer une petite ouverture au centre de la vanne. Les vannes à membrane de type Weir sont souvent utilisées pour manipuler des liquides et des gaz homogènes et propres, car la contamination et les boues visqueuses peuvent s'accumuler sur la selle. Ces vannes peuvent également fonctionner avec des fluides dangereux, abrasifs et corrosifs.

Vanne à membrane de type Weir

 

Comment fonctionne un robinet à membrane de type Weir ?

La vanne à membrane de type Weir est dotée d'une membrane souple reliée au compresseur. Le compresseur est relié à la tige. Pour augmenter le débit, la tige se déplace vers le haut. Lorsque la tige se déplace vers le haut, elle se déplace en même temps que le compresseur puisqu'ils sont connectés. Le compresseur est relié au diaphragme, ce qui fait que le diaphragme se déplace également vers le haut. Lorsque la membrane se déplace vers le haut, le débit du fluide augmente. Pour réduire le débit ou fermer complètement l'écoulement, la tige est tournée et déplacée vers le bas. La tige transmet alors le mouvement vers le bas au compresseur qui pousse également la membrane vers le bas afin de réduire le débit ou de fermer complètement l'écoulement du fluide. 

 

Types de vannes à membrane de type Weir 

Ces vannes à membrane peuvent être classées en fonction de l'actionneur utilisé et de son application. Si l'on considère les actionneurs, les types de pompes à membrane à seuil sont les suivants : 

Vannes à membrane à seuil manuel

Il s'agit de vannes à diaphragme de type déversoir avec une manivelle ou un volant utilisé pour appliquer un couple. Le couple appliqué sert à faire tourner la tige et donc à la déplacer linéairement pour modifier le débit du fluide. Ces types de robinets à membrane à déversoir ont une vitesse de commande lente. Ils nécessitent également plus d'énergie manuelle pour fonctionner. Certains réducteurs peuvent être installés dans ces vannes pour améliorer le couple et ainsi augmenter la vitesse de fermeture ou d'ouverture. Bien que ces vannes soient manuelles, elles peuvent également présenter d'autres caractéristiques importantes telles que l'indication de la position, le réglage de la course et des interrupteurs pour le retour d'information électrique afin d'améliorer le confort d'utilisation. 

 

 

Figure : Vanne manuelle à membrane de type déversoir.

Vanne à membrane à seuil électrique 

Il s'agit de vannes à membrane de type déversoir dotées d'actionneurs électriques. Ces vannes utilisent un moteur électrique pour modifier le débit du fluide. Le moteur est relié à un train d'engrenages pour réduire la vitesse du moteur et augmenter son couple. L'utilisation d'un actionneur électrique permet d'actionner ces vannes de manière réversible, c'est-à-dire près de la membrane et inversement. 

Figure : Vanne à membrane à déversoir électrique

Vanne à membrane pneumatique à déversoir 

Il s'agit de vannes à diaphragme à seuil qui utilisent la pression de l'air pour ouvrir ou fermer le passage du fluide. Elles fonctionnent en déplaçant un piston dans un chapeau de vanne où une tige de piston est reliée à un compresseur. L'alimentation en air comprimé se fait de part et d'autre de la chambre du piston. La fourniture d'air dans la partie supérieure de la chambre du piston entraîne le déplacement de la tige du piston vers le bas, ce qui réduit le débit du fluide ou ferme la vanne, selon les besoins. En revanche, l'arrivée d'air dans la chambre inférieure fait monter la tige du piston et augmente ainsi le débit du fluide. Le piston et la tige de piston sont munis de joints toriques qui permettent d'éviter toute fuite d'air entre les deux chambres du piston. 

Vanne hydraulique à membrane de type Weir 

Il s'agit de vannes à membrane de type déversoir qui utilisent un fluide hydraulique comme l'eau ou l'huile pour fermer ou ouvrir les vannes en exerçant une force importante sur la membrane. Ces vannes sont souvent utilisées dans des applications à faible vitesse. 

Vanne à membrane à seuil thermique

Il s'agit de vannes qui utilisent les variations de température pour fermer ou ouvrir des vannes afin de modifier le débit du fluide. 

 

Matériaux de fabrication d'une vanne à membrane de type Weir 

Diaphragme 

Ce composant d'un robinet à membrane à seuil est constitué d'un matériau élastomère et flexible. Il s'est avéré que ces matériaux limitent la pression et la température nominales de la vanne car ils deviennent faibles à des pressions et températures élevées. Les matériaux utilisés pour la fabrication de la membrane doivent donc être sélectionnés en fonction de la pression et de la température prévues, du matériau à manipuler et de la fréquence de fonctionnement. 

Éthylène-propylène-diène-monomère (EPDM) 

Il s'agit d'un élastomère synthétique à usage général. Il présente une bonne résistance à la corrosion. Il supporte les alcools, les alcalis et les acides. Il résiste à l'ozone. Cependant, il n'est pas compatible avec les produits pétroliers. Les vannes à membrane de type Weir fabriquées dans ce matériau peuvent fonctionner entre -28 ^oC à 110 ^oC. Ce matériau convient également lorsque le robinet à membrane à seuil est utilisé dans des applications de stérilisation. 

Polytétrafluoroéthylène (PTFE)

Le PTFE est un fluoropolymère synthétique. Ce matériau présente une excellente résistance aux produits chimiques et à la corrosion et convient pour manipuler des alcalis, des acides et des solvants puissants. C'est un matériau rigide qui crée une force importante pour actionner une vanne. Une membrane fabriquée dans ce matériau peut fonctionner entre -184 ^oC à 1649 ^oC. Le matériau PTE est renforcé par des fibres de verre, ce qui améliore sa résistance à la compression, à l'abrasion et à l'usure, ainsi que sa résistance à la pression. 

Néoprène 

Il s'agit d'un matériau en caoutchouc synthétique souvent utilisé pour fabriquer des membranes. Il est connu pour sa bonne résistance à l'abrasion et à la corrosion. Ce matériau peut supporter des fluides contenant des huiles entraînées, des alcalis, des acides, des explosifs, du pétrole et des engrais. Un diaphragme pour vanne à diaphragme à seuil fabriqué dans ce matériau peut fonctionner à des températures comprises entre -28 ^oC à 93 ^oC.

Caoutchouc butyle 

Ce matériau présente une faible perméabilité aux gaz et aux vapeurs. Il convient donc à une utilisation dans des milieux gazeux. Le caoutchouc butyle peut être utilisé dans les alcalis et les acides et dans la stérilisation à la vapeur. Les membranes fabriquées dans ce matériau peuvent fonctionner entre -20 ^oC et 120 ^oC.

Caoutchouc nitrile 

Ce matériau est résistant à l'abrasion et possède une grande solidité. Il est compatible avec les gaz, les graisses, les carburants, les alcools, les huiles et le pétrole. Cependant, il n'est pas compatible avec les cétones, l'ozone, les acétones et autres hydrocarbures modifiés. Les membranes fabriquées dans ce matériau peuvent être utilisées à des températures comprises entre -25 ^oC et 57 ^oC.

Caoutchouc naturel 

Ce matériau supporte les alcalis et les acides et résiste à l'abrasion. Les membranes en caoutchouc naturel sont souvent utilisées dans les acides minéraux dilués, les abrasifs et le brassage. Ces membranes peuvent fonctionner à des températures de -40 ^oC et 57 ^oC.

Corps de vanne 

Le chapeau et le corps du robinet sont fabriqués dans des matériaux solides et rigides qui peuvent protéger les composants du robinet à membrane à seuil. La fabrication du chapeau dans un matériau moins résistant à la corrosion ne pose pas de problème car le chapeau est protégé de la partie en contact avec le fluide du robinet. Le revêtement lisse du diamètre intérieur du robinet à membrane à seuil permet d'éviter le gommage et le colmatage des fluides visqueux et collants. Tout comme la membrane, le corps du robinet doit être fabriqué dans un matériau résistant à la corrosion et pouvant être stérilisé. Pour améliorer le niveau sanitaire, des matériaux antimicrobiens tels que le bronze et le laiton peuvent être utilisés. Parmi les matériaux couramment utilisés pour le corps des vannes à membrane de type déversoir, on trouve la fonte, l'acier inoxydable, l'acier moulé, le bronze, le laiton, le PVC, la fonte ductile, le CPVC et l'U-PVC. 

 

Facteurs à prendre en compte lors de la sélection d'une vanne à membrane de type déversoir 

Coefficient de débit de la vanne 

Il s'agit de la mesure de la capacité de la soupape à laisser passer le fluide. Elle est décrite comme le volume de fluide à 316 ^oC qui peut s'écouler à travers une vanne en une minute avec une chute de pression de 1 psi à travers la vanne. Il est très important de connaître le coefficient de débit de la vanne, car il permet de déterminer la taille de la vanne à membrane à déversoir qui peut laisser passer le fluide au débit approprié. L'augmentation de la course de la tige et de l'ouverture de la vanne augmente le coefficient de débit de la vanne. 

Perte de charge 

Il s'agit de la chute de pression entre l'entrée et la sortie de la vanne. Lorsque le rapport entre la chute de pression dans le robinet à membrane à seuil et la chute de pression de l'ensemble du système est très faible, la différence de débit est également très faible jusqu'à ce que le robinet soit complètement fermé. Ainsi, un robinet à membrane à ouverture rapide ou à action rapide sera d'une grande utilité.

L'autonomie

Il s'agit d'une propriété des vannes à membrane de type déversoir qui sont mesurées en termes de rapport entre le débit maximal et le débit minimal pouvant être contrôlé. La précision et la taille de l'actionneur, les géométries, le compresseur, le corps de vanne et la membrane affectent la capacité de réglage. Pour une plus grande capacité de réglage, le robinet à membrane de type déversoir permet de contrôler une large gamme de débits. 

Dimensionnement des vannes 

Cette considération est importante pour les vannes à membrane de type déversoir destinées à l'étranglement. Le volume nécessaire devant passer par la vanne doit être déterminé et il est affecté par la pression et la température d'entrée et de sortie, le débit, la viscosité du fluide et la gravité spécifique. Lorsque ces propriétés sont déterminées, la chute de pression et la capacité de la vanne à diaphragme à seuil sont déterminées. Il existe plusieurs méthodes pour déterminer la taille de la vanne. L'une d'entre elles consiste à utiliser le facteur de géométrie de la conduite. 

 

Avantages des vannes à membrane de type Weir 

• Ils sont dotés de nombreux revêtements qui leur permettent de résister aux dommages chimiques. 
• Ces vannes offrent un service étanche aux bulles. 
• Ces vannes conviennent à l'acheminement de fluides dangereux et radioactifs. 
• Les vannes à membrane de type Weir fonctionnent bien dans les fluides visqueux. 
• Ils peuvent être utilisés dans des applications de débit tout ou rien et d'étranglement. 

 

Inconvénients des robinets à membrane à seuil 

• Disposer d'un déversoir qui peut provoquer une vidange complète de la tuyauterie. 
• Si le corps de cette vanne n'est pas fabriqué dans un matériau résistant à la corrosion, il s'usera rapidement.
• La vanne à membrane de type Weir peut ne pas fonctionner correctement à une pression très élevée, supérieure à 200 psi. 
• La membrane peut se corroder si elle est utilisée dans des services d'étranglement fortement contaminés.

 

Applications des robinets à membrane à seuil 

• Utilisés dans une application où il y a de la corrosion car ils ne cèdent pas à la corrosion.
• Utilisé pour réguler le flux d'air ou de liquides propres ou sales. 
• Ces vannes sont utilisées dans la production d'électricité.
• Ils sont utilisés dans les systèmes de tuyauterie des services de vide. 
• Les vannes à membrane de type Weir sont utilisées dans les systèmes de canalisation d'eau déminéralisée. 
• Systèmes de production pharmaceutique. 
• Ils sont utilisés dans le traitement chimique. 

 

Dépannage des vannes à membrane de type Weir

Pas de débit ou débit insuffisant

• La vanne est partiellement ou totalement fermée. Vérifier la position de la vanne. 
• La garniture/protection de la soupape n'a pas été enlevée ; l'enlever.
• La crépine ou la tuyauterie est bouchée. Vérifier le système et le nettoyer.

Fuite entre la contre-bride et le corps

• La contre-bride n'est pas assez serrée ou n'est pas uniforme. Vérifier le montage et le couple de serrage, si nécessaire démonter et remonter. 
• Revêtement, surface ou joint de bride endommagé. Retirer le robinet du système de tuyauterie, le nettoyer et réparer les dommages ou le remplacer si nécessaire. 

Bride cassée 

• Boulons d'assemblage mal serrés ou contre-brides mal alignées ou écart important. Remplacer la vanne à membrane de type déversoir et l'installer conformément aux instructions du fabricant. 

Impossibilité d'atteindre la position d'ouverture ou de fermeture complète 

• Mauvaise rotation du volant. Tourner le volant dans le bon sens. Le sens des aiguilles d'une montre est celui de la fermeture. 
• Le chapeau ou le filetage de la tige est endommagé ou bloqué. Inspecter et graisser ou nettoyer les pièces. Si nécessaire, remplacer la pièce endommagée. 
• Haute pression. Vérifier les conditions de travail. Un robinet à membrane de grande taille peut nécessiter un couple élevé s'il est utilisé sous haute pression. 
• Le robinet à membrane de type Weir est dans une position difficile pour les travailleurs qui veulent appliquer une force. Maintenez la vanne dans une bonne position pour faciliter son fonctionnement. 
• Des impuretés sont coincées entre le corps et la membrane. Ouvrez la vanne et refermez-la sous pression pour éliminer les impuretés. Remplacez ou réparez le robinet selon les besoins. 

Fuite dans le siège lorsque la soupape est fermée

• Cela peut être dû à un diaphragme endommagé. Vérifier la membrane et la remplacer si nécessaire. 
• Surface d'étanchéité du corps endommagée. Remplacer le corps. 
• Des impuretés se sont déposées entre le corps et la membrane. Fermer et ouvrir la vanne à haute pression pour éliminer les impuretés colmatées. Remplacer ou réparer la vanne si nécessaire. 

 

Résumé :

Le robinet à membrane de type Weir est l'un des types de robinets à membrane. Ce type de vanne possède une selle ou une lèvre surélevée sur laquelle la membrane s'appuie pour créer une action d'étanchéité. La membrane d'un robinet à membrane de type Weir doit être fabriquée dans un matériau solide, capable de résister aux applications à haute pression et au vide. Parmi les matériaux utilisés pour fabriquer la membrane, citons le caoutchouc revêtu ou non revêtu tel que le Viton, le caoutchouc naturel et le plastique fluoré tel que le PTFE et l'EPDM, entre autres. Ces matériaux offrent une large gamme de températures et sont résistants à la corrosion.

Le robinet à membrane de type Weir permet de contrôler le débit des fluides et d'étrangler les processus. Cette vanne est souvent utilisée pour contrôler le débit de fluides homogènes et propres ainsi que de gaz afin d'éviter l'accumulation de boues visqueuses et de contamination sur la selle. Les vannes à membrane de type Weir peuvent être utilisées dans des fluides radioactifs, dangereux, abrasifs et corrosifs. En raison de la solidité de ces vannes et de leur capacité à fonctionner avec des fluides dangereux et corrosifs, elles sont utilisées dans de nombreuses industries telles que les produits pharmaceutiques, le service sous vide, le traitement chimique, le traitement des boissons, l'eau déminéralisée, les fluides corrosifs tels que les acides et les alcalis, ainsi que dans la production d'énergie, entre autres.