IR VAN - 00596_I_F - Rév. 2 25/03/2005 I - RÔLE DE LA VANNE DE RÉGULATION......

IR VAN - 00596_I_F - Rév. 2 25/03/2005 I - RÔLE DE LA VANNE DE RÉGULATION............................................................................. 1 II - VANNES DE RÉGULATION CLASSIQUES......................................................................... 2 1 - Description ............................................................................................................................. 2 2 - Fonctionnement du servomoteur ........................................................................................... 3 3 - Vannes à double siège .......................................................................................................... 4 4 - Vannes à simple siège........................................................................................................... 4 5 - Position par manque d’air ...................................................................................................... 5 6 - Maintien d’une vanne en position .......................................................................................... 7 7 - Caractéristique de débit d'une vanne de régulation............................................................... 8 8 - Coefficient de débit .............................................................................................................. 11 9 - Bruit des vannes de régulation ............................................................................................ 14 III - POSITIONNEMENT DES VANNES DE RÉGULATION..................................................... 16 1 - Signal régulateur pneumatique............................................................................................ 16 2 - Signal régulateur électrique ................................................................................................. 19 3 - Position par manque d’énergie............................................................................................ 22 IV - DIFFÉRENTS TYPES DE VANNES DE RÉGULATION..................................................... 23 1 - Vanne de régulation à obturateur rotatif excentré................................................................ 23 2 - Vanne à cage....................................................................................................................... 28 3 - Vannes trois voies ............................................................................................................... 29 4 - Vanne micro débit à Cv ajustable ........................................................................................ 30 5 - Vanne papillon ..................................................................................................................... 30 6 - Vanne d'angle...................................................................................................................... 32 7 - Vanne à membrane ............................................................................................................. 32 8 - Vanne à boule...................................................................................................................... 32 9 - Autres types ......................................................................................................................... 33 10 - Ventelles .............................................................................................................................. 34 V - ACCESSOIRES DES VANNES DE RÉGULATION........................................................... 35 1 - Électrovanne de déclenchement ......................................................................................... 35 2 - Commande manuelle auxiliaire ........................................................................................... 36 3 - Limiteurs de course ............................................................................................................. 36 4 - Contacts de fin de course .................................................................................................... 36 5 - Étanchéité de tige de clapet................................................................................................. 37 D D 6 6 - -4 4/ /A A INSTRUMENTATION - RÉGULATION - AUTOMATISMES VANNES DE RÉGULATION Risques et Préventions Liés au Matériel  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training Ce document comporte 39 pages Ingénieurs en Sécurité Industrielle 00596_I_F 1 I - RÔLE DE LA VANNE DE RÉGULATION Dans une boucle de régulation, l'organe final de réglage est, le plus souvent, une vanne qui par action sur le débit d'un fluide (gaz ou liquide) permet de réguler la grandeur mesurée (pression, débit, niveau, température, etc.). Cette vanne dont le mouvement est commandé par le signal venant du régulateur est dite vanne de régulation. Les vannes de régulation, encore appelées vannes automatiques, peuvent se décomposer en deux grandes familles, suivant le type de déplacements utilisés. Ces déplacements sont : - longitudinaux pour les vannes automatiques classiques - rotatifs pour les vannes automatiques type CAMFLEX de Masoneilan ou MAXFLOW de Schlumberger Les vannes automatiques, utilisées dans l'industrie chimique et pétrolière, sont le plus souvent à commande pneumatique. On s'attachera ici plus particulièrement à la description de ce type de vannes. Cependant, la même fonction peut être remplie par une vanne automatique à commande hydraulique, un registre ou des ventelles commandées par un servomoteur pneumatique (circuits d'air ou de fumées sur les fours), un variateur d'incidence de pales ou un variateur de vitesse de rotation commandant le débit d'air à travers un aéroréfrigérant, etc. Pour une vanne donnée et dans des conditions opératoires fixées (ouverture de la vanne, débit et nature du fluide), l'évolution de la pression statique au cours de la traversée de la vanne se fait comme indiqué sur le schéma suivant. Pamont Pmini Paval Chute de pression maxi Entrée bride amont Section contractée Sortie bride aval Perte de charge dans la vanne Récupération de pression D IRA 100 A Pression D D6 6 - -4 4/ /A A  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 00596_I_F 2 II - VANNES DE RÉGULATION CLASSIQUES 1 - DESCRIPTION Membrane Ressort Étrier Presse-étoupe Corps Clapet Siège Servomoteur Corps de vanne Partie commande Partie liaison Partie débit D IRA 101 A Vanne de régulation à simple siège La vanne de régulation présentée ci-dessus se compose : - d'un servomoteur comprenant : • deux couvercles, dont l'un est percé d'un orifice pour permettre l'arrivée d'air- moteur, • une membrane et son plateau support • un ressort à tension réglable • une tige de transmission - d'un étrier, reliant le servomoteur au corps de vanne et muni d'une réglette indiquant la position du clapet. - d'un système d'étanchéité (tresses, goujons et fouloir de presse étoupe), qui permet d'assurer l'étanchéité le long de la tige du clapet. - d'un corps de vanne, renfermant le clapet dont le mouvement, guidé en translation, est solidaire par une tige du mouvement de la membrane. D D6 6 - -4 4/ /A A  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 00596_I_F 3 2 - FONCTIONNEMENT DU SERVOMOTEUR Le servomoteur est constitué d'une membrane souple, qui en se déformant sous l'action de la pression d'air, agit sur le plateau support pour écraser le ressort. La membrane du servomoteur est donc soumise à deux forces antagonistes. - d'un côté la force due à la pression venant du régulateur. Cette force Fair est proportionnelle à la pression d'air régnant dans le servomoteur - de l'autre côté la force due à la compression du ressort. Cette force Fressort est d'autant plus importante que le ressort est comprimé. Pour chaque valeur de la pression, il existe une position du ressort qui équilibre la force correspondante due à la pression. F air (force exercée par la pression d'air) Membrane F ressort (force développée par la contraction du ressort) Pression de commande (P) À chaque instant F air = F ressort F air = P • S F ressort = K • ∆L D IRA 102 A Pour une pression d'air donnée dans le servomoteur, le ressort se contracte d'une longueur ∆L, telle que la force qui en résulte (et qui est proportionnelle au raccourcissement du ressort) soit égale à la forme motrice correspondante. Pour chaque valeur de la pression, il existe une position d'équilibre du ressort. Le déplacement de la membrane qui en résulte est transmis par la tige au clapet, dont la course est ainsi proportionnelle à la pression d'air dans le servomoteur Un système de réglage permet d'ajuster la tension du ressort pour qu'en absence de toute autre résistance, sur la tige ou le clapet, la tige de vanne parcourt toute sa course quand la pression d'air passe de 0,2 à 1,0 bar. La correspondance entre la pression d'air et la course de la tige de vanne est illustrée par le schéma ci-après. 0 25 50 75 100% 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Signal vanne en bar Course en % de la course totale D IAR 135 A D D6 6 - -4 4/ /A A  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 00596_I_F 4 3 - VANNES À DOUBLE SIÈGE Comme le montre la figure ci-dessous, une vanne de régulation à double siège est caractérisée par un double clapet et présente l'avantage d'être réversible, c'est-à-dire que l'on peut obtenir, par un montage approprié, une action d'ouverture ou de fermeture par manque d'air, sans adjonction ou modification de pièces. D'autre part, par rapport à une vanne simple siège, elle offre l'avantage de permettre pour la même dimension nominale, un débit plus important tout en nécessitant, pour le positionnement du clapet, un servomoteur de puissance modérée, car le fluide a tendance à équilibrer les efforts sur la tige de vanne. yy yy yy yy yy yy yy yy yy yyy yyy D IRA 104 A 4 - VANNES À SIMPLE SIÈGE Une vanne automatique à simple siège, comme le montre la figure ci-après, présente des similitudes avec une vanne à double siège, mais contrairement au cas précédent un siège de type simple permet une excellente étanchéité. Le servomoteur quant à lui sera de taille plus importante compte tenu des forces non équilibrées provoquées par le passage du fluide à travers le siège unique. La valeur de ces forces qui peuvent être importantes est fonction de la dimension du corps de vanne et de la ∆P aux bornes de la vanne.. yyy yyy yyy yyy y y yy y y y D IRA 105 A D D6 6 - -4 4/ /A A  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 00596_I_F 5 5 - POSITION PAR MANQUE D’AIR Il peut arriver que le servomoteur de la vanne automatique ne soit plus alimenté pour des raisons diverses : - panne sur le réseau Air-Instruments - bouchage du filtre-détendeur - avarie sur le positionneur - liaison positionneur - servomoteur défectueuse - etc. La membrane n'est alors soumise qu'à l'action du ressort et la vanne automatique se mettra, dans ce cas, en position de sécurité. - soit totalement ouverte - soit totalement fermée La position de sécurité de la vanne automatique dépend du sens d'action du servomoteur, et du sens de montage du clapet. a - Sens d'action du servomoteur yy yy yy yy yy yy y yy y y Le ressort agit vers le haut Le ressort agit vers le bas Air Air D IRA 106 A • Le servomoteur est à action directe si l'action du ressort tend à faire monter la tige de vanne • Le servomoteur est à action inverse si l'action du ressort tend à faire descendre la tige de vanne b - Sens de montage du clapet Sens de circulation du fluide D uploads/Industriel/ d6-4-a.pdf

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