Applications courantes de trois

La gestion de l'écoulement des fluides dans différentes applications industrielles nécessite l'utilisation de plusieurs vannes qui démarrent, arrêtent ou redirigent l'écoulement des fluides. La plupart de ces vannes sont à deux voies, ce qui signifie qu'elles ont un orifice d'entrée et de sortie.

Cependant, certaines applications de débit nécessitent un troisième orifice, fournissant deux orifices d'entrée et une seule sortie ou deux sorties et un orifice d'entrée. Cela implique que ces vannes peuvent remplir les mêmes fonctions que les vannes à deux voies et présentent de meilleures caractéristiques de performance.

Les vannes à trois voies offrent un moyen rentable de contrôler le débit de fluide dans différentes applications en minimisant ou en éliminant plusieurs vannes à deux voies pour certaines opérations. Par exemple, les vannes à trois voies peuvent mélanger des fluides aux propriétés physiques et chimiques variables ou détourner le sens d'écoulement en fonction de la configuration des orifices. Plusieurs types de vannes à trois voies existent sur le marché pour répondre aux besoins de contrôle de débit pour différentes applications industrielles. Il s'agit notamment des vannes à boisseau sphérique à trois voies, des électrovannes à trois voies, des vannes papillon à trois voies et des vannes à boisseau multivoies. Dans cet article, l'accent est mis sur les vannes à boisseau sphérique à trois voies. Ces vannes contiennent trois ports identifiés comme A, B et AB.

Les vannes à trois voies sont populaires dans les chaudières industrielles, les canalisations de mélange de produits chimiques, les systèmes de collecte et de distribution de vapeur, les dispositifs de climatisation et les systèmes de tuyauterie complexes contenant des boucles primaires et secondaires. Ces vannes sont disponibles en deux configurations internes, ce qui affecte leurs performances dans les applications mentionnées.

Il existe deux grandes catégories de vannes à trois voies, à savoir l'orifice en L et l'orifice en T. La nomenclature L et T représente le chemin d'écoulement du fluide à travers les trois orifices, en fonction de la configuration des orifices et de la connexion aux canalisations adjacentes.

Les vannes à port en L sont également appelées vannes de dérivation ou vannes à motif en L. Le modèle en L décrit le chemin d'écoulement du fluide lorsqu'il se déplace de l'entrée aux sorties. Habituellement, les vannes à port en L ont deux ports de sortie et un seul port d'entrée.

Les ports sont identifiés comme A, B et AB. Par conséquent, lorsque le port A est utilisé comme entrée, les ports B et AB sont des sorties. Si le port B est l'entrée principale, les ports A et AB deviennent les sorties. Dans d'autres configurations, le port AB est le port d'entrée, tandis que les ports A et B agissent comme les ports de sortie.

Pour illustrer le fonctionnement des orifices en L, considérons une vanne à boisseau sphérique à trois voies avec l'orifice AB comme entrée. Supposons que le fluide s'écoule de l'orifice d'entrée et se déplace dans la bonne direction vers l'orifice de sortie B, comme illustré ci-dessous (position A). La vanne à trois voies contient un levier ou un actionneur qui se déplace de 90 degrés pour alterner la direction d'écoulement du fluide. Lorsque le levier se déplace de 90 degrés dans le sens des aiguilles d'une montre, la bille bloque le flux de fluide à travers le port B et le redirige vers le port gauche A, qui devient la nouvelle sortie.

Un autre quart de tour déplace les vannes de 180 degrés par rapport à leur position d'origine. À ce stade, la bille bloque l'écoulement du fluide à travers les deux orifices de sortie, et il y a une coupure totale de l'écoulement du fluide. Certaines vannes à orifice en L peuvent tourner à 360 degrés et ont deux positions d'arrêt. Les ports en L peuvent être installés dans des configurations horizontales et verticales. L'orifice AB reste en position ouverte si la vanne à orifice L est installée dans une configuration de conduite verticale.

Les vannes à orifice en T sont essentielles pour faire converger (mélanger) les fluides provenant de deux sources et les acheminer par une sortie commune. Les vannes sont essentielles pour séparer les fluides d'une source dans deux directions. Par conséquent, ces vannes peuvent avoir deux entrées et un seul orifice de sortie ou une entrée et deux sorties. Lors de l'utilisation de ports en T pour le contrôle des fluides dans les processus industriels, tous les ports sont en position ouverte en même temps. Cela implique que les vannes peuvent réaliser le flux direct ininterrompu des fluides de service. Comme le port en L, les vannes à port en T peuvent s'adapter à des canalisations configurées verticalement et horizontalement.

L'actionnement des vannes à port en T à 90 degrés les amène à présenter des caractéristiques de performance similaires à celles des vannes à trois voies à port en L. Le fluide s'écoulera de l'entrée commune et voyagera à travers un seul orifice de sortie. L'actionnement de la vanne à 180 degrés est sans conséquence sur l'écoulement du fluide. L'un des défauts des vannes à orifice en T est leur manque de fermeture étanche aux bulles. Ces vannes ne conviennent pas aux canalisations exigeant un contrôle strict des fuites et des émissions fugitives. Les vannes à orifice en T sont équipées de poignées de verrouillage qui contrôlent les transitions quart de tour des mécanismes de contrôle de débit. Cette fonction facilite un meilleur contrôle volumétrique lors du mélange ou de la déviation des fluides de service.

Les vannes à orifice en T sont principalement utilisées pour les services de mélange dans les applications industrielles. Les vannes sont reliées à des canalisations transportant différentes compositions de fluides. Au fur et à mesure que les fluides des diverses sources fusionnent au niveau de la vanne, ils se mélangent dans des proportions contrôlées avant de passer aux sections de conduite ou aux processus suivants. Les vannes à orifice en T fournissent généralement un contrôle de débit constant, aidant les ingénieurs à mélanger et à échantillonner les fluides sur différentes sections de conduite.

La dérivation du débit de fluide est possible à l'aide de vannes à port en L et à port en T. Les vannes à orifice en L permettent de détourner le fluide vers une direction à un moment donné. Cependant, les vannes à orifice en T peuvent détourner les fluides vers deux destinations à la fois. Les vannes à orifice en T peuvent également permettre un écoulement direct (de l'orifice d'entrée A à l'orifice de sortie B), qui peut être dévié à 90 degrés vers le deuxième orifice de sortie AB. Il s'agit d'une configuration courante dans les vannes à orifice en T utilisées dans les applications de dérivation, car cela ne peut pas être réalisé avec un agencement à orifice en L. Les vannes à port en L peuvent détourner le fluide entre deux réservoirs de stockage. Une fois qu'un réservoir se remplit, la vanne (si elle est automatisée) change de position et dirige le fluide entrant dans le réservoir vide. Selon la configuration, les vannes à orifice en T peuvent également agir comme des vannes à orifice en L pour détourner le flux de fluide entre les réservoirs de stockage.

Les vannes à trois voies peuvent être actionnées manuellement ou automatisées à l'aide d'actionneurs électriques, pneumatiques ou hydrauliques. Le type d'actionneur utilisé dépend du niveau d'automatisation de la vanne souhaité, du niveau de réactivité et des forces d'actionnement requises.

Les actionneurs pneumatiques sont préférables pour leur rentabilité et leur capacité à supporter plusieurs cycles de vannes. Les actionneurs hydrauliques peuvent fournir un meilleur couple d'actionnement mais sont plus coûteux que les actionneurs pneumatiques. Certaines vannes à trois voies sont actionnées à l'aide d'actionneurs électriques, qui offrent une meilleure précision mais ont des cycles de service inférieurs à ceux des actionneurs pneumatiques. Les vannes à trois voies peuvent fournir un contrôle de débit flexible dans différentes applications. Les ports multiples permettent aux ingénieurs de procédés de personnaliser les procédés industriels en utilisant moins de vannes.

Gilbert Welsford Jr. est le fondateur de www.valveman.com et un entrepreneur de vannes de troisième génération.