Robinet à soupape à trois voies

Un robinet à soupape à trois voies est une configuration spéciale d'un robinet à soupape à double siège. Ce type de vanne se décline en deux grandes catégories : l'une est utilisée pour le mélange de deux flux de fluide qui s'écoulent vers un orifice de sortie commun ; l'autre est utilisée pour la dérivation en prenant un flux commun et en le divisant en deux orifices de sortie. L'autre type est utilisé pour des applications de dérivation en prenant un flux commun et en le divisant en deux ports de sortie. Une application de mélange consiste à combiner deux liquides différents pour créer un produit de sortie spécifique. D'autre part, un robinet à soupape trois voies de dérivation peut être utilisé pour faire passer un flux de fluide d'un récipient à un autre. La vanne de dérivation est également utilisée pour contrôler la température dans un échangeur de chaleur. Lors du contrôle de la température, le robinet à soupape à trois voies dirige une partie du flux de fluide vers l'échangeur et le reste du flux de fluide contourne l'échangeur. La répartition respective des fluides assure l'équilibre thermique nécessaire au contrôle de la température. Dans un robinet à soupape à trois voies, les forces qui agissent sur le double siège ne s'équilibrent pas comme dans le cas d'un robinet à deux voies à double siège. En effet, le robinet à soupape à trois voies présente des niveaux de pression différents dans chaque canal d'écoulement. En outre, le robinet à soupape à trois voies a une force dynamique différente qui agit sur chaque tête de clapet. Par conséquent, un robinet à soupape à trois voies ne doit pas être utilisé en cas de chute de pression importante. 

Figure : Robinet à soupape à trois voies

 

Composants d'un robinet à soupape à trois voies 

Actionneur 

L'actionneur est la source d'énergie qui permet de fermer ou d'ouvrir la vanne. Plusieurs types d'actionneurs peuvent être utilisés dans un robinet à soupape à trois voies : actionneurs manuels, pneumatiques, hydrauliques et électriques. 

Bonnet 

Le bonnet est l'élément d'un système à trois voies robinet à soupape qui relie le corps du robinet afin d'assurer une fermeture étanche sans fuite. Le chapeau utilisé dans un robinet à soupape à trois voies peut être boulonné (avec des boulons et des écrous) ou vissé (avec des vis). Chacun des deux types de chapeau a ses avantages, par exemple le chapeau vissé offre un joint étanche à la pression. Le chapeau boulonné convient mieux aux robinets à soupape à trois voies qui fonctionnent à très haute pression. 

Garniture de presse-étoupe 

La garniture des robinets à soupape à trois voies est un joint utilisé pour renforcer l'étanchéité entre le chapeau et la tige du robinet. Il est utilisé pour empêcher les fluides de s'échapper du presse-étoupe et des tiges. Elle est dotée de presse-étoupe qui sont serrés pour garantir l'absence de fuite. La garniture du robinet à soupape à trois voies peut être fabriquée à partir de différents matériaux tels que les élastomères, le PTFE, les matériaux fibreux, etc. La garniture du robinet à soupape à trois voies vanne à trois voies doit être fabriquée de manière à réduire le risque d'endommagement de la tige et, par conséquent, de fuite de liquide. 

Anneau de siège 

Il s'agit du composant d'un robinet à soupape à trois voies qui assure l'étanchéité de l'espace entre la tige, le clapet et le chapeau. La bague de siège est vissée ou serrée dans la vanne. Le siège/la bague de siège fournit une surface d'obturation remplaçable et stable. 

Tige 

La tige relie l'actionneur au disque afin de transmettre la force nécessaire pour contrôler le débit via le robinet. La tige d'un robinet à soupape à trois voies est utilisée pour positionner correctement le disque et fournir le mouvement nécessaire au clapet pour fermer ou ouvrir le robinet. La tige est l'un des principaux composants d'un robinet à soupape à trois voies puisqu'elle relie les composants internes du robinet et de l'actionneur. Pour éviter les fuites de fluide, la tige de la vanne est entourée d'une garniture. La garniture autour de la tige doit être remplacée selon les recommandations du fabricant du robinet à soupape à trois voies. La tige est fabriquée dans des matériaux solides tels que l'acier pour l'aider à résister aux pressions élevées et aux contraintes subies par la vanne pendant son fonctionnement.

Fiche 

Le clapet est un autre composant très important d'un robinet à soupape à trois voies. Il est également appelé disque. Le clapet repose sur le siège lorsque la vanne est fermée, bloquant ainsi la circulation du fluide. Lorsque le clapet se trouve au-dessus du siège de la vanne, il permet la circulation du fluide. 

 Corps de vanne

Le corps d'un robinet à soupape à trois voies est le composant qui maintient tous les autres composants ensemble. Le corps de vanne abrite tous les composants internes de la vanne pour permettre le contrôle des fluides. Le corps de vanne comporte les trois orifices requis dans une vanne à soupape à trois voies.

Figure : Composants d'un robinet à soupape à trois voies

 

Principe de fonctionnement d'un robinet à soupape à trois voies 

Le fonctionnement d'un robinet à soupape à trois voies dépend principalement de son utilisation. Ces vannes sont principalement utilisées pour mélanger ou dévier le flux de fluide. Le principe de fonctionnement d'un robinet à soupape à trois voies dépend donc de son utilisation, comme indiqué ci-dessous.

Robinet à soupape à trois voies utilisé pour les applications de mélange 

Lorsqu'un robinet à soupape à trois voies est utilisé pour une application de mélange, le fluide provenant des orifices d'entrée A et B est mélangé dans le corps du robinet. Après avoir été mélangé, le fluide est transmis par l'orifice de sortie AB. Le mélange des deux fluides à des pressions et températures différentes permet d'améliorer les propriétés requises et de les destiner à une utilisation indentée. 

Figure : Fonctionnement d'un robinet à soupape à trois voies pour une application de mélange.

 

Robinet à soupape à trois voies utilisé pour dévier le flux 

Un robinet à soupape à trois voies utilisé pour dévier le flux a AB comme orifice d'entrée et A et B comme orifices de sortie. Lorsque la tige et le clapet sont à 100% vers le haut, l'orifice A est bloqué. Le fluide ne peut alors s'écouler que de AB vers B. Lorsque la broche et le clapet sont à 100% vers le bas, le flux de fluide via B est bloqué. Ainsi, le flux ne s'effectue que de AB vers A. 

Figure : Fonctionnement d'un robinet à soupape à trois voies utilisé pour une application de dérivation.

 

Les robinets à soupape à trois voies peuvent également être utilisés comme vannes de dérivation dans les applications de vannes de boucle primaire et secondaire. 

 

Types de robinets à soupape à trois voies 

Il existe deux types de robinets à soupape à trois voies en fonction de l'application : les robinets à soupape à trois voies de dérivation et les robinets à soupape à trois voies de mélange. 

Détournement des robinets à soupape à trois voies 

Il s'agit de robinets à soupape à trois voies utilisés pour dévier le flux de fluide. Ces vannes ont deux orifices de sortie et un orifice d'entrée. Le mouvement de la tige de la vanne déplace deux clapets. En fonction de la géométrie des clapets et des sièges, le flux de fluide entrant est réparti sur deux lignes de sortie. Ces vannes ont une tige commune qui est utilisée pour actionner deux clapets pour deux sorties. Les robinets à soupape à trois voies de dérivation sont utilisés dans plusieurs applications telles que les grandes unités de traitement de l'air pour le refroidissement ou le chauffage. Ces robinets sont également utilisés dans les systèmes hydroniques à débit variable. Les robinets à soupape à trois voies de dérivation doivent être montés avec la tige verticale au-dessus du corps du robinet afin de prolonger leur durée de vie. Les fabricants de robinets à soupape à trois voies utilisent des matériaux résistants dans les différents composants du robinet, tels que le corps du robinet, la tige et les clapets. Ces matériaux robustes sont destinés à aider le robinet à surmonter les pressions élevées émanant de la pression du fluide. Ces matériaux solides comprennent l'acier inoxydable et le laiton. Ces matériaux sont également utilisés pour protéger la soupape des produits corrosifs et abrasifs qui peuvent facilement l'endommager. 

Robinets à soupape à trois voies pour le mélange 

Un robinet à soupape trois voies de mélange est un robinet utilisé pour les applications de mélange. Cette vanne est utilisée lorsque l'on souhaite mélanger deux fluides de pression et de température différentes ou d'autres caractéristiques, mais que l'on obtient un fluide ayant les mêmes propriétés à la sortie de la vanne. Ces vannes peuvent fonctionner avec plusieurs actionneurs tels que des actionneurs pneumatiques, électriques, manuels ou hydrauliques. Ces vannes sont à accouplement direct et ont un chapeau universel. Ces vannes sont fabriquées dans des matériaux résistants tels que l'acier inoxydable. Le matériau résistant aide à surmonter la pression et la température de l'écoulement du fluide. La combinaison d'une pression et d'une température élevées peut facilement affaiblir le robinet, c'est pourquoi les fabricants de robinets à soupape à trois voies utilisent toujours des matériaux résistants. 

 

Caractéristiques d'un robinet à soupape à trois voies 

• La conception de l'entrée par le haut facilite l'inspection et la maintenance. 
• Peut travailler sur différents types d'actionneurs selon les préférences des clients. 
• Ils sont dotés d'une compensation équilibrée qui permet des débits de fluide élevés tout en réduisant la taille de l'actionneur. 
• Excellente gamme de contrôle du débit des fluides. 
• Peut mélanger différents fluides en un seul composant fluide.
• Ces vannes peuvent dévier le flux d'une direction à l'autre. 
• Restreindre la circulation des fluides. 

 

Quels sont les éléments à prendre en compte lors de la sélection/de l'achat d'un robinet à soupape à trois voies ? 

Pression nominale 

Différents robinets à soupape à trois voies sont conçus pour supporter différents niveaux de pression. La compréhension de la pression de service requise dans la canalisation permet de déterminer le robinet qui peut supporter ces pressions. Un robinet fonctionnant à une pression supérieure à sa résistance peut provoquer des fuites et être endommagé. 

Température de fonctionnement

Les fabricants de robinets à soupape à trois voies fabriquent des robinets destinés à différents niveaux de température de fonctionnement. Certains matériaux, comme le PTFE, peuvent supporter des températures basses, tandis que d'autres, comme l'acier inoxydable, peuvent résister à des températures élevées, de l'ordre de 400 ^oC. Ainsi, la connaissance de la température de fonctionnement du fluide permet de sélectionner la bonne vanne pour la bonne tâche. L'utilisation d'une soupape à une température inadéquate peut facilement endommager la soupape, même au cours de la première journée d'utilisation.

Matériaux utilisés pour la fabrication de la valve 

Les robinets à soupape à trois voies fonctionnent avec différents fluides et matériaux qui ont des propriétés différentes. La nature du matériau utilisé pour fabriquer les composants internes du robinet déterminera les fluides sur lesquels le robinet peut être utilisé. Il convient donc de connaître la nature du fluide à utiliser pour sélectionner le robinet à soupape à trois voies le mieux adapté à cette tâche. Certains fluides sont corrosifs et nécessitent donc des matériaux résistants à la corrosion tels que le PTFE. 

Coefficient de débit 

Il est important de connaître le coefficient d'écoulement du fluide car il permet de déterminer le robinet à soupape à trois voies idéal pour optimiser le processus d'écoulement. 

Type d'actionneur 

L'actionneur est le composant qui fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement du robinet. Les actionneurs pouvant être utilisés sur un robinet à soupape à trois voies sont les suivants : actionneur manuel (actionné manuellement à l'aide d'un volant), actionneur pneumatique (alimenté par de l'air comprimé pour actionner le mécanisme de fermeture et d'ouverture du robinet), actionneur électrique (utilisant l'électricité pour contrôler le robinet) et actionneur hydraulique (utilisant un fluide hydraulique tel que de l'huile ou de l'eau pour fermer ou ouvrir le robinet). Certains actionneurs sont moins chers et plus pratiques à utiliser que d'autres. Le type d'actionneur dépend des préférences du client en matière de facilité et de rapidité d'utilisation. 

 

Applications du robinet à soupape à trois voies 

• Utilisé pour la séparation de l'air. 
• Ils sont utilisés dans le traitement du gaz naturel. 
• Liquéfaction du gaz naturel liquéfié. 
• Traitement du bois. 
• Traitement de l'eau. 
• Transformation et production de denrées alimentaires. 
• Améliorer le débit constant dans les échangeurs de chaleur. 
• Améliorer l'alimentation et la température constantes de l'eau dans un groupe de réfrigération-condensation d'un échangeur de chaleur. 

 

Avantages d'un robinet à soupape à trois voies 

• Facile à inspecter et à entretenir.
• Différents actionneurs peuvent être utilisés sur les robinets à soupape à trois voies. 
• Ces vannes ont une bonne capacité de réglage du débit. 
• Excellente capacité de pression. 
• Fonctionne dans une large gamme de températures. 
• Ces vannes sont résistantes à la corrosion.

 

Inconvénients d'un robinet à soupape à trois voies

• Coûteux par rapport à d'autres valves telles que vanne à opercule. 
• Poids élevé. 
• Ils ont une chute de pression importante. 

 

Dépannage des robinets à soupape à trois voies 

Fuite de la garniture de la tige 

• Bride de garniture desserrée. Fixer la bride de garniture. 
• La tige est endommagée. Démontez le robinet à soupape à trois voies et procédez à une inspection visuelle. Vérifier si les pièces du clapet sont endommagées et les remplacer si nécessaire. 
• La tige n'est pas endommagée. Remplacer les joints toriques et les bagues d'étanchéité de la bride du presse-étoupe en respectant toutes les procédures de sécurité recommandées par le fabricant. 

Fuite interne excessive lorsque le robinet à soupape à trois voies est fermé

• Vérifier que la pression d'air dans le robinet est conforme aux recommandations du fabricant du robinet à soupape à trois voies. 
• Lorsque la vanne est en position fermée. Vérifier que l'échelle de pression de sortie du positionneur est identique à la pression recommandée. 
• Ajustez la course de la valve pour qu'elle ferme bien et remontez le collier. 

Fuite du capot 

• Le capot n'est pas correctement serré. Serrer le capot.
• Démontez le robinet à soupape à trois voies et vérifiez le joint du chapeau. 

L'actionneur à volant ne peut pas tourner de manière flexible ou le disque ne peut pas se fermer ou s'ouvrir.

• La garniture est trop serrée. Desserrer les écrous de la garniture. 
• Glande tordue. Rectifier la glande. 
• Écrou de tige endommagé ou présence de saletés. Vérifier le filetage de l'écrou de la tige. Nettoyer les salissures. 
• La tige est courbée. Remplacer ou rectifier la tige. 
• Le filetage de l'écrou de la tige est usé. Remplacer l'écrou de la tige. 

 

Résumé 

Les robinets à soupape à trois voies sont des robinets à soupape à trois orifices. Ces robinets sont utilisés pour dévier ou mélanger des fluides. Lorsqu'elles sont utilisées pour mélanger des fluides, elles comportent deux entrées et un orifice de sortie. Lorsqu'elle est utilisée pour dériver un fluide, la vanne utilise une entrée et deux sorties. Les robinets à soupape à trois voies sont des robinets à soupape dont le siège se trouve au bas du corps du robinet. Le troisième orifice de ces robinets est situé à la verticale des deux autres. Les robinets à soupape à trois voies sont de deux types : la version de dérivation et la version de mélange. 

Les robinets à soupape à trois voies sont utilisés dans différentes applications telles que le contrôle du traitement de l'eau, du pétrole et du gaz, dans les applications de refroidissement et de chauffage telles que les échangeurs de chaleur, la séparation de l'air et la transformation des aliments, entre autres. Les robinets à soupape à trois voies présentent des caractéristiques communes telles que l'entrée par le haut, la compatibilité avec différents actionneurs, une large plage de régulation et la capacité de dévier et de mélanger les fluides. Avant d'acheter/sélectionner un robinet à soupape à trois voies, vous devez prendre en compte certains facteurs tels que la pression nominale, la température de fonctionnement, le coefficient de débit, le type d'actionneur, la compatibilité des fluides et les matériaux du robinet. Les avantages des robinets à soupape à trois voies sont les suivants : facilité d'inspection et d'entretien, bonne capacité de pression, résistance à la corrosion et large gamme de niveaux de température.