Qu'est-ce qu'une vanne à trois voies ?
Une vanne à trois voies est une vanne à trois orifices. Ces vannes sont couramment utilisées dans différentes applications pour mélanger ou dévier des fluides. Lorsqu'elles sont utilisées pour mélanger des fluides, deux flux de fluides se combinent pour former un seul flux de sortie. Lorsqu'elles sont utilisées pour dévier un fluide, un flux de fluide est séparé en deux flux de sortie. Une vanne à trois voies est commandée en fonction de la forme du tiroir. Ces vannes sont principalement utilisées pour modifier le sens d'écoulement des fluides. Il existe deux types de vannes à trois voies : l'orifice en T et l'orifice en L. La vanne à orifice en L permet d'améliorer le débit. Le robinet à orifice en L peut augmenter le débit dans un sens ou dans l'autre, mais aussi l'interrompre complètement. En revanche, l'orifice en T peut effectuer la même tâche que l'orifice en L, mais il ne ferme pas le débit. Les vannes à trois voies sont très répandues sur le marché car elles permettent de contrôler facilement les voies d'écoulement et la fermeture du fluide dans un seul corps de vanne. De plus, ces vannes sont rentables pour diriger le flux et la fermeture des fluides. Les vannes à trois voies sont couramment utilisées pour restreindre complètement le débit, mélanger le débit et dévier le débit. Les vannes à trois voies sont principalement utilisées dans les applications à haute pression, comme l'eau d'alimentation des chaudières utilisées dans les centrales à vapeur, la transformation des aliments et la séparation du pétrole et du gaz, entre autres.
Figure : Vanne à trois voies.
Comment fonctionne une vanne à trois voies ?
Les deux types de vannes à trois voies les plus courants sont le type L et le type T. Le type L de la vanne à trois voies est également connu sous le nom de vanne à trois voies de dérivation. Cette vanne dévie le flux d'un port vers un autre port en tournant la poignée (pour les vannes manuelles) ou en utilisant un actionneur rotatif à 90°.o. Si l'orifice gauche et l'orifice inférieur sont ouverts en premier, un quart de tour de la vanne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre permet à la vanne à trois voies de dévier le flux de fluide vers l'orifice de sortie. Lorsque l'on tourne à nouveau la poignée ou l'actionneur pour obtenir une ouverture de 180o il bloque l'écoulement du fluide. De plus, s'il est tourné pour faire 270o de tour, elle bloque toujours la circulation du fluide. Lorsque la valve a effectué un tour complet de 360o il revient à sa position initiale. Le type L de la vanne à trois voies dispose donc de deux orifices disponibles à la fois, ainsi que de trois choix de débit et de deux choix de position d'arrêt. Le type T de la vanne à trois voies est le type de mélange. Cette vanne permet de mélanger deux débits provenant de l'entrée. Le type T peut avoir ses trois orifices ouverts en même temps. Cela permet à la vanne de séparer le fluide en deux directions opposées. La conception d'une vanne à trois voies de type T permet de diviser le flux ou de faire passer le fluide en ligne droite.
Figure : Configurations des vannes à trois voies de type T et L.
Types de vannes à trois voies
Vanne à trois voies de type L
Il s'agit d'une vanne à trois voies principalement utilisée pour améliorer le flux de fluide d'un seul orifice d'entrée vers l'un des deux orifices de sortie. Ce type de vanne à trois voies permet de dévier le flux de fluide, ce qui leur vaut le nom de vannes à trois voies de dérivation.
Figure : Configurations des vannes à trois voies de type L.
Vanne à trois voies de type T
Le type T d'une vanne à trois voies est généralement utilisé pour mélanger deux flux de fluide depuis l'entrée en un seul flux vers l'orifice de sortie. Ces vannes sont également conçues de manière à pouvoir dévier le fluide, tout comme le type L de la vanne à trois voies. Les vannes à trois voies de type T peuvent également avoir un débit de mélange, un débit de dérivation et un débit de fluide direct en fonction du mouvement autorisé de la poignée.
Figure : Configurations de vannes à trois voies de type T.
Vanne à trois voies flottante
Il s'agit d'un type de vanne à trois voies qui utilise une bille flottante. La bille est maintenue en position par la compression de deux sièges. La bille est libre de tourner à l'intérieur du corps du robinet. Un robinet à boisseau robinet à boisseau sphérique à trois voies est capable de permettre une fermeture bidirectionnelle. Cependant, en cas de pression élevée en amont, il est difficile d'actionner la vanne.
Vanne à trois voies forgée
Il s'agit d'un robinet à trois voies fabriqué par forgeage. Les fabricants de robinets à trois voies forgés utilisent des matériaux tels que des alliages d'acier pour fabriquer ces robinets. Le processus de forgeage permet d'affiner la structure du grain du matériau, ce qui contribue à augmenter la résistance du matériau de la vanne. Ces vannes ont une résistance très élevée, ce qui les rend adaptées aux applications à haute température et à haute pression. De plus, grâce à la méthode de forgeage, ces soupapes résistent mieux aux problèmes courants tels que le retrait, la porosité et les fissures.
Vanne à trois voies en fonte
Il s'agit de vannes à trois voies fabriquées par la méthode du moulage. Cette méthode utilise du métal en fusion pour fabriquer les vannes. Le métal en fusion est versé dans un moule de différentes tailles et formes. Le moule a le temps de refroidir et de se solidifier et, après refroidissement, la soupape est produite. Cette méthode de production de robinets à trois voies moulés présente l'avantage de permettre la fabrication de robinets de conception, de forme et de taille complexes. Elle permet de fabriquer des vannes comportant des pièces critiques, telles que les vannes à trois voies.
Vannes manuelles à trois voies
Il s'agit de vannes qui fonctionnent manuellement à l'aide d'un volant ou d'un levier. Le levier mécanique ou le volant permet de transmettre le couple de l'opérateur de la vanne à la tige et enfin au mécanisme d'ouverture et de fermeture de la vanne.
Vannes à trois voies actionnées
Il s'agit de vannes à trois voies qui fonctionnent à l'aide d'un système mécanique qui fournit un couple pour fermer/ouvrir la vanne. La source d'énergie de ces vannes peut être pneumatique, hydraulique ou électrique.
Composants des robinets à trois voies
Corps de vanne
Il s'agit du composant d'une vanne à trois voies utilisé pour loger les pièces internes de la vanne, telles que le siège, la bille et le disque, selon le type de vanne. Le corps de vanne contribue à renforcer la solidité de la vanne. Le débit du fluide est contrôlé par le corps de la vanne. Les tuyaux d'une vanne à trois voies sont reliés à la vanne par le corps de celle-ci. Le corps de la vanne doit être très résistant pour contenir la pression et la température élevées associées à l'écoulement du fluide ou du produit. La résistance du corps de vanne dépend du matériau utilisé. Les matériaux métalliques tels que l'acier sont connus pour être très résistants par rapport à d'autres matériaux tels que le PFTE. Le corps de vanne est fabriqué selon des méthodes de production telles que le moulage ou le forgeage à partir de matériaux tels que l'acier inoxydable, l'acier moulé, l'acier allié, etc.
Bonnet
Le chapeau est un autre composant d'une vanne à trois voies utilisé pour retenir la pression. Le chapeau est relié au corps afin d'assurer une fermeture étanche de la vanne et d'éviter les fuites de fluide. Le chapeau est monté sur le corps de la vanne à l'aide de boulons ou de vis. Le chapeau boulonné est principalement utilisé lorsque la vanne à trois voies fonctionne à très haute pression, tandis que le chapeau vissé est utilisé pour assurer une fermeture étanche afin d'empêcher les fuites de fluide.
Tige
La tige est le composant d'une vanne à trois voies qui est utilisé pour transmettre l'énergie au clapet, au disque ou au boisseau afin d'ouvrir ou de fermer la vanne pour le contrôle des fluides. La tige est alimentée par l'actionneur, le volant ou le levier de la vanne. Dans certaines vannes à trois voies telles que les robinets à soupape ou les robinets-vannes, la tige utilise un mouvement linéaire pour fermer/ouvrir la vanne. Dans d'autres vannes à trois voies, la tige utilise un mouvement rotatif, comme dans les vannes à bille et les vannes à guillotine. Vannes à clapet à 3 voies pour ouvrir/fermer la vanne.
Siège de soupape
Le siège de la vanne est la partie qui aide à sceller l'espace entre le clapet/bille et la tige, en fonction du type de vanne à trois voies.
Garniture
La garniture est un terme qui désigne les composants internes d'une vanne à trois voies en contact avec le fluide. Ces pièces de la vanne à trois voies comprennent le siège, les presse-étoupes, le disque, la bague, les entretoises et la bille. Ces composants sont importants en fonction du type de vanne à trois voies, car sans eux, la vanne ne fonctionnerait pas.
Actionneur
Un actionneur est le composant d'une vanne à trois voies qui fournit un mécanisme et une puissance pour actionner la vanne. L'actionneur est relié à la tige et au disque du robinet. L'actionneur peut être manuel avec un volant, un engrenage, un levier, une chaîne ou être alimenté par un moteur électrique, un fluide pneumatique ou hydraulique.
Caractéristiques des vannes à trois voies
- Fermer ou ouvrir sans frottement.
- La conception de l'entrée par le haut facilite l'inspection et la maintenance.
- Nécessite un faible couple pour être utilisé avec une petite poignée.
- Auto-nettoyage.
- Conception de l'étanchéité en forme de coin.
- Peut dévier l'écoulement des fluides.
- Mélanger des fluides à différentes températures et pressions en un seul flux.
- La coupe équilibrée permet d'améliorer le débit des fluides.
- Arrêter l'écoulement du fluide.
Sélection/achat et dimensionnement des vannes à trois voies
Le choix d'une vanne à trois voies dépend de certains paramètres/facteurs examinés ci-dessous.
Fluide contrôlé
Différents fluides ont des propriétés chimiques différentes, comme par exemple la corrosivité des acides. Ces fluides doivent fonctionner avec une vanne à trois voies résistante à la corrosion. Si la vanne utilisée ne résiste pas à la corrosion, ses composants internes entrant en contact avec le fluide peuvent facilement se corroder et, par conséquent, détruire la vanne.
Pression maximale
Il s'agit de la pression la plus élevée que le robinet à trois voies est susceptible de subir. La pression est un facteur très important car elle est l'un des paramètres qui peuvent facilement endommager une vanne et provoquer des fuites. Si la valve utilisée ne peut pas supporter la pression maximale, le corps de la valve peut être endommagé. En outre, une pression excessive peut entraîner une fuite de fluide. Certains fluides sont très destructeurs et leur fuite dans l'environnement peut entraîner des poursuites à l'encontre de l'organisation qui utilise la soupape.
Température maximale
La température de fonctionnement doit être connue avant d'acheter/sélectionner la vanne à trois voies. Une vanne à trois voies fonctionnera mieux si elle est fabriquée dans des matériaux capables de résister à la température de travail. Les matériaux tels que le PFTE ont des températures basses par rapport aux matériaux métalliques tels que la fonte et l'acier inoxydable. Par conséquent, un robinet dont les pièces internes sont fabriquées à basse température, comme le PFTE et d'autres plastiques ou caoutchouc, ne doit être utilisé que lorsque la température maximale ne fera pas fondre ou n'endommagera pas les matériaux. Si la température est élevée, elle provoquera une distorsion thermique du matériau et donc une détérioration de la soupape.
Actionneur
Le type d'actionneur affecte la vanne à trois voies dans différentes dimensions. Certains actionneurs sont bon marché, comme l'actionneur pneumatique qui utilise de l'air comprimé. D'autres actionneurs, comme le volant manuel, sont les moins chers car ils n'ont pas les mêmes coûts de fonctionnement que les actionneurs électriques. L'actionneur électrique est peu coûteux à installer, mais ses coûts de fonctionnement sont élevés. Certains actionneurs, comme les actionneurs pneumatiques, hydrauliques et électriques, peuvent être automatisés ou semi-automatisés afin de réduire le travail manuel.
Applications des vannes à trois voies
- Traitement de l'eau.
- Transformation des aliments et des boissons.
- Industries pharmaceutiques.
- Traitement du gaz naturel.
- Séparation de l'air.
- Traitement de l'eau.
- Utilisé pour le chauffage, la ventilation et la climatisation.
- Traitement du bois.
Avantages des vannes à trois voies
- Faible résistance aux fluides.
- Léger, de conception simple et de faible volume.
- Étanchéité fiable.
- Utilisation pratique car ils peuvent se fermer ou s'ouvrir rapidement.
- Leur conception simple facilite l'entretien.
- Large éventail d'applications.
- Résistant à la corrosion.
- Large gamme de températures de fonctionnement.
- Large gamme de pressions de fonctionnement.
- Travailler sur des actionneurs manuels, pneumatiques, hydrauliques ou électriques.
- rentables par rapport au travail qu'ils peuvent effectuer.
Inconvénients des vannes à trois voies
- Ils ont tendance à avoir un poids élevé par rapport aux autres valves.
- Le coût de fabrication des vannes à trois voies tend à être plus élevé que celui des autres vannes en raison de l'implication de leur mécanisme de fonctionnement.
- Chute de pression.
Dépannage des vannes à trois voies
Fuite de la vanne à trois voies
- Sièges endommagés. Remplacer les sièges.
- Surface de la bille endommagée. Remplacer la bille.
- Fermeture incomplète de la vanne. Vérifier les réglages et les limites de fermeture/ouverture.
- Le capot est desserré. Serrer les écrous ou les vis du capot.
Mouvement irrégulier du ballon
- Saleté entre les sièges et la sphère. Rincer plusieurs fois l'intérieur de la vanne pour éliminer la saleté.
Le couple de la valve est très élevé
- Siège endommagé. Remplacer le siège.
- Température ou pression excessive. S'assurer que les conditions de travail sont conformes à celles recommandées par le système à trois voies. fabricant de vannes.
- Saleté entre les sièges et la sphère. Rincer l'intérieur de la vanne pour éliminer la saleté.
Fuite de tige
- Écrous de la tige desserrés. Serrer les écrous de la tige.
- Joints de tige endommagés. Remplacer les joints ou les étancher avec de la graisse d'étanchéité.
- Surfaces d'étanchéité endommagées. Remplacer la surface d'étanchéité.
- Dommage mécanique sur la tige. Remplacer la tige.
Fuite au niveau du joint du corps
- Joint endommagé. Remplacer les joints.
- Charge excessive de la tuyauterie. Vérifier que l'architecture de la tuyauterie est recommandée par le fabricant de la vanne à trois voies.
- Température ou pression excessive. Vérifiez que la température et la pression de travail sont conformes aux recommandations du fabricant du robinet à trois voies.
Bruit excessif de la vanne à trois voies
- Mauvais dimensionnement de la vanne. S'assurer que la taille de la vanne correspond à la tuyauterie et à la charge.
- Ouverture incomplète. Vérifier les réglages et les limites d'ouverture/fermeture.
Résumé
Les vannes à trois voies sont des vannes à trois orifices. Ces orifices permettent aux vannes à trois voies d'améliorer le débit variable dans le système de tuyauterie. Ces vannes sont utilisées pour ouvrir/fermer, dévier et mélanger les fluides dans les systèmes de tuyauterie. Lorsqu'elles sont utilisées comme vannes de mélange, ces vannes combinent deux flux de fluides pour en former un seul. Lorsqu'elles sont utilisées comme vannes de dérivation, les vannes à trois voies séparent un flux de fluide en deux flux de fluide.
Il existe plusieurs types de vannes à trois voies, mais les deux principaux sont l'orifice de type L et l'orifice de type T. La vanne de type L est utilisée pour dévier le fluide. Une vanne de type T est utilisée pour mélanger et fermer le flux de fluide. Les vannes à trois voies sont utilisées dans de nombreuses applications telles que la dérivation de l'eau dans l'eau d'alimentation des centrales à vapeur, la séparation des produits pharmaceutiques, du pétrole et du gaz, le traitement de l'eau, la transformation des aliments, etc.
Les caractéristiques communes des vannes à trois voies sont une conception simple et légère, l'autonettoyage et une large gamme de températures et de pressions. Lors de la sélection d'une vanne à trois voies, il est important de tenir compte de facteurs tels que la température de fonctionnement, la nature du fluide, la pression nominale et le type d'actionneur.
