Un aperçu des vannes papillon

April 21, 2023

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Un avantage principal de choisir une vanne papillon est la réduction de l'espace et de poids à un système comparé à d'autres options telles que la boule, le contrôle, le globe ou les soupapes à vanne.

 

 

MITCHELL ANDERSON

Directeur, ingénierie excentrée triple de valve et de robinet à tournant sphérique, Bray International Inc.
Haley Ferner

HALEY FERNER

Ingénieur de vente, Bray International Inc.
Les vannes papillon appartiennent à la famille des valves de rotation de quart de tour, créée et d'abord utilisée dans des prototypes de machine à vapeur dès le XVIIIème siècle. L'utilisation des vannes papillon s'est développée pendant les années 1950 pour des applications sur le marché de pétrole et de gaz, et 70 ans après elles continuent à être très utilisées dans de nombreuses applications industrielles.
 
 
 

Des vannes papillon peuvent être assemblées avec des poignées, la mise en action de vitesses, pneumatique ou hydraulique manuelle. La configuration de valve se compose d'une tige et d'un disque qui tournent 90° à partir d'ouvert pour se fermer dans le sens horaire. Les vannes papillon sont populaires dans beaucoup d'applications car elles sont rentables pour maintenir, offrir l'opération rapide et sont légères comparées à d'autres types de valves. La plupart des vannes papillon emploient la même configuration de base, avec un corps, une tige, un disque, un siège et un joint de tige ; cependant, d'autres pièces peuvent varier entre les différents types de vanne papillon, tels que la compensation posée, rayée, simple résiliente, la double compensation (s'est souvent rapporté en tant que haute performance) et la compensation triple. Ces types sont différenciés par la géométrie du disque, de la tige, du siège et du matériel des conceptions de places assises.

Un avantage principal de choisir une vanne papillon est la réduction de l'espace et de poids à un système comparé à d'autres options telles que la boule, le contrôle, le globe ou les soupapes à vanne. Comparé à une soupape à vanne, l'installation des vannes papillon est moins difficile de la taille et du poids, et comparé aux robinets à tournant sphérique, le coût pour remplacer ou réparer est habituellement moins. Les vannes papillon sont limitées basées sur leur application car elles ont un port obstrué, en tant qu'élément du disque fait face toujours à l'écoulement même lorsqu'entièrement ouvert et elles pas ser typiquement dans des applications lourdes de boue d'une porte de couteau ou le robinet à tournant sphérique grave de service est préféré. Les vannes papillon sont également des produits souples qui peuvent être employés dans des services d'isolement et de contrôle léger/d'étranglement.

 
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CONCENTRIQUE POSÉ RÉSILIENT

Les valves posées résilientes sont concentriques avec la canalisation, car le disque est tenu au centre de la valve. Ce type de valve est position posé, avec l'interférence continue de disque-à-Seat. Les estimations sont généralement dans la pression de travail à froid (CWP) plutôt que l'estimation mais l'ajustement de classe entre les brides de la classe 125 et de la classe 150 d'ASME. Des valves posées résilientes sont souvent conçues au-dessous des estimations de classe de pression d'ASME, ainsi plus rentable pour des applications de basse pression. Le cachetage de tige se compose d'un joint primaire (appartement de siège au hub de disque), du joint secondaire (diamètre de tige plus grand qu'un trou dans le siège) et du phoque tertiaire (phoque supérieur de tige).

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Les matériaux typiques de corps incluent le fer malléable, la fonte, l'acier au carbone, l'aluminium, le bronze d'acier inoxydable et en aluminium. Les matériaux du siège typiques incluent EPDM, le buna-n, PTFE, le caoutchouc naturel et plus. Des vannes papillon posées résilientes sont en grande partie utilisées pour des applications d'isolement et de contrôle comprenant la CAHT, chimique et pétrochimique, nourriture et boisson, production d'électricité, eau et eaux usées, pétrole et gaz, exploitation et manipulation en vrac sèche. Elles sont choisies basées sur la compatibilité avec les médias fonctionnant par les conditions de canalisation et d'écoulement.

 
 

POLYMER-LINED CONCENTRIQUE

Les vannes papillon chemisées sont également concentriques avec la canalisation et conçues pour être utilisées avec des médias chimiques durs : Ces produits bordés de polymère offrent la plus longue vie dans les médias avec des niveaux plus élevés des acides. Les options incluent les valves bordées PTFE et bordées PFA, chacun des deux utilisées dans l'industrie de produit pétrochimique, de produits alimentaires et de boissons avec des médias corrosifs. Une des principales différences entre les revêtements est celle dans des prototypes de machine à vapeur que les revêtements de PFA restent flexibles contrairement aux revêtements de PTFE au fil du temps basés sur la manière ils sont fabriqués. PFA est fondu et chimiquement collé tandis que PTFE est aggloméré. Fondant et chimiquement collant crée un matériel plus dense et réduit au minimum des trous d'air, ayant pour résultat la flexibilité et l'interruption serrée au-dessus de l'utilisation à long terme pour des applications chimiques plus dures. Le PTFE a chemisé la vanne papillon est typiquement employé dans l'eau, la saumure, les actions de pulpe et les applications acides faibles. Le matériel de disque peut également varier basé sur l'application, entre l'acier inoxydable, ou a rayé l'acier inoxydable avec PTFE, PFA et UHMWPE (polyéthylène ultra-haut de poids moléculaire).

HAUTE PERFORMANCE

Les vannes papillon de haute performance (a également appelé la double compensation) ont deux compensations : La première compensation de la tige est décentrée ou derrière au visage d'allocation des places de disque, suivi de la deuxième compensation, qui décale la tige outre de la ligne centrale de la canalisation. Cette double compensation crée l'action de came, déplaçant le disque à partir du siège plutôt qu'à travers elle, réduisant le frottage entre le disque et le siège comme vu dans des valves excentrées concentriques et simples.

 
 
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La double compensation est utilisée généralement pour des applications d'isolement et de contrôle, aussi bien que des applications plus élevées de cycle une fois comparée à une conception concentrique. La plupart des demandes sont faites pour la température et une pression plus élevées que les valves résilient-assises. Les sièges sont conçus pour fournir la force de réaction (effort de contact) au disque quand en position de fermeture. Cet effort de contact crée le joint avec le bord de disque. Ces conceptions peuvent être dépendant de la pression, alors que d'autres emploient l'ajustage avec serrage fourni par un agent énergifiant de siège pour cette gamme de pression. Les matériaux communs de corps incluent l'acier au carbone, le bronze d'acier inoxydable et en aluminium. Les matériaux du siège communs incluent PTFE, PTFE renforcé, TFM, UHMWPE et Inconel.

Les conceptions supplémentaires de siège pour l'application spécifique peuvent également inclure entièrement le métal posé et le coffre-fort du feu (doux et siège en métal). La conception posée par métal peut résister à des capacités plus élevées de la température jusqu'à 900°F dans le service sale, les applications abrasives de service et de contrôle avec le service chaud et sale. La conception posée feu-sûre est employée dans les services en danger pour le feu, utilisant un matériau siège mou pour l'isolement tout en fournissant toujours un joint de secours métal sur métal constant au disque en cas d'un feu. L'intention de la conception de valve dans ces applications est de fournir l'isolement pour empêcher alimenter les flammes.

 
 

La double conception excentrée peut être configurée pour des applications cryogéniques ; elles sont les plus employées souvent dans des applications de gaz industrielles telles que l'argon, l'hélium, l'hydrogène, l'azote et l'oxygène. Le choix des matériaux est basé sur le service, se concentrant sur la dureté et la résistance aux chocs des matériaux de frontière de pression à la température de processus. Les normes pour ces applications incluent des caractéristiques matérielles strictes avec des conditions de nettoyage pour la sécurité et le fonctionnement des valves tandis qu'en service.

COMPENSATION TRIPLE

Les valves triples de compensation partagent le premier et deuxième concept excentré avec des vannes papillon de haute performance et incluent une compensation supplémentaire de tiers, avec les surfaces de places assises utilisant une surface conique inclinée. Cette troisième compensation permet à l'élément de scellage (anneau de joint) d'engager seulement la surface de places assises dans la finale

 
 
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degré de fermeture (et immédiatement de déclenchement du siège de valve sur l'ouverture) ayant pour résultat aucun frottage entre les composants de scellage. Ce type de valve couple-est assis, la signification du couple est appliquée pour charger les éléments de scellage et pour fournir la représentation d'interruption. L'anneau de joint peut être des couches stratifiées de métal et de graphite ou un feuillard solide, qui sont remplaçables sur place. Le siège de valve peut être boulonné dans (remplaçable sur place) ou intégral au corps de valve. Les valves excentrées triples sont en soi le feu sûr et applicable pour faire pression sur des classes de la classe 150 jusqu'à la classe 1500. Cette conception peut être employée dans une large température ambiante de -320°F à 1,500°F dans des configurations variables dues au cachetage métal sur métal.

Les matériaux communs de corps incluent l'acier au carbone, le bronze d'acier inoxydable et en aluminium tandis que les matériaux du siège communs incluent 316 surfacés dur d'acier inoxydable, le bronze en aluminium de nickel, le Stellite et l'acier inoxydable duplex. Les matériaux de joint commun incluent le duplex stratifié inoxydable, des couches en métal de Monel, de XM-19 ou d'Inconel avec le graphite ou le PTFE, et les options solides en métal incluent l'acier inoxydable duplex, l'Inconel ou le XM-19. Les demandes principales de valves excentrées triples incluent la vapeur-distribution, les produits pétrochimiques, les fermes de réservoir, les terminaux, et la commutation.

 
 

La valve excentrée triple configurée pour le service cryogénique, tiennent compte de la température comme bas comme -420°F ; elle est employée dans le GNL, l'hydrogène liquide et le service d'oxygène liquide, pour appeler quelques uns. Les capots prolongés continuent la tige emballer des températures froides extrêmes.

Les conceptions plus élevées de la température, jusqu'à 1,500°F, emploient un anneau de joint solide et un capot pour absorber le transfert de chaleur à l'emballage et à la mise en action. Cette conception est en grande partie employée dans les turbines, le sel fondu et les applications d'air chaud.

 
 

TYPES DE CONNEXION D'EXTRÉMITÉ

Les vannes papillon ont des options multiples pour des types de connexion d'extrémité, y compris la gaufrette (flangeless), le crochet, la double extrémité à flasque et soudée bout à bout. Quelques options tiennent compte de la facilité de l'entretien, certains approprié au service sans issue et quelques conceptions ont des implications de réduction des coûts de poids et comparées entre eux.

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  • Des valves de gaufrette sont conçues pour être installées entre les brides, avec une dimension face à face courte par rapport au diamètre de canalisation. Ces valves ne peuvent pas être utilisées pour le service sans issue, qui exige les valves d'isolement supplémentaires une fois arrêté pour l'entretien. Les options de gaufrette sont plus légères et meilleur marché que le style de crochet et employées souvent dans des applications de plus basse pression.
  • Des valves de crochet sont conçues pour être boulonnées une ou aux deux brides utilisant des attaches filetées dans des saillies de crochet sur le corps de valve, avec une dimension face à face courte par rapport au diamètre de canalisation. Ces valves peuvent également être utilisées dans le service sans issue selon la conception de siège mais peuvent être sous-sollicitées et peuvent être plus lourdes que le style de gaufrette.
  • De doubles valves à flasque sont conçues avec des brides sur les deux extrémités du corps pour fixer la valve aux brides d'accouplement sur le tuyau avec des boulons ou des goujons et des écrous. Elles peuvent être employées dans le service sans issue ; cependant, quelques types de valve peuvent être sous-sollicités.
  • Des valves soudées bout à bout d'extrémité sont conçues avec des biseaux (préparation de soudure) sur chaque visage pour assortir l'épaisseur et le biseau sur le tuyau. Les deux extrémités sont aboutées à la canalisation et soudées, utilisé dans les applications où le démontage n'est pas commun, ou un chemin potentiel de fuite entre le boulonnage de bride est un souci.

 

TYPES D'AUTOMATION

Beaucoup de types de déclencheurs peuvent commander s'ouvrir et les caractéristiques fermantes d'une vanne papillon. Le déclencheur fournit le couple exigé correctement pour ouvrir et fermer la valve pendant le service. Les types suivants de déclencheurs sont appareillés avec des vannes papillon :

 
 
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  • L'opération de valve manuelle est la forme la plus simple de mise en action. Elle emploie une roue ou un levier pour commander la position de la tige et du disque. Les opérateurs manuels sont également très peu coûteux et typiquement sont employés avec de plus petites valves classées qui ont une condition inférieure de couple. Ce sont particulièrement appropriés dans les applications où la puissance n'est pas présente pour actionner la valve. La vitesse des opérateurs manuels est quelque peu lente, ainsi ils ne seraient pas employés dans des applications d'interruption de secours.
  • Les déclencheurs électriques de valve contiennent une boîte de vitesse qui peut ajuster de vitesse de moteur, soulevant ou abaissant le couple. Les déclencheurs électriques sont faciles à maintenir, sont relativement simples pour installer et sont assez tranquilles lors du fonctionnement. La position de la valve est basée sur la tension ou l'entrée de signal actuelle et peut contenir les commutateurs de limite qui arrêtent le déclencheur si entièrement fermés ou entièrement ouverts. Des déclencheurs électriques sont utilisés où il y a une alimentation d'énergie stable.
  • Les déclencheurs de support et de pignon contiennent les ressorts dans une chambre qui fonctionnent à partir de l'entrée et de la sortie d'air comprimé. Ces types d'actionneurs pneumatiques peuvent être action simple ou double, sont compacts dans la conception, relativement peu coûteux et léger. Ils ont des temps de réaction plus rapides, laissant pour leur usage dans des services de étranglement ; ils ont besoin d'un approvisionnement externe d'air comprimé.
  • Des déclencheurs écossais de joug peuvent être actionnés avec l'air comprimé ou avec le fluide hydraulique. Ceux-ci se composent d'une manivelle et d'un piston dans un cylindre creux. De la pression est appliquée à un côté, et la force en résultant déplace le piston linéairement pour tourner la tige et le disque. Ces déclencheurs peuvent être conçus avec des modules pour la facilité de l'entretien en enlevant juste une section du déclencheur au lieu de l'assemblée entière. Le joug écossais est plus grand et plus coûteux que le support et le pignon, mais la sortie crée un couple beaucoup plus élevé pour de plus grandes valves. Le joug écossais peut également être appareillé avec des accessoires de contrôle pour l'usage dans des applications fermantes rapides ou douces.
  • Les déclencheurs de valve hydraulique emploient la force hydraulique assurée par un fluide pour commander la position du disque et de la tige. Ils sont disponibles dans ou l'action simple ou double. Travaux à simple effet à côté de l'absence de la pression du liquide, maintenant la valve dans la position de fermeture ; pendant que la pression s'accumule, le fluide pousse le piston vers la valve pour s'ouvrir. Le type à double effet contient une pompe hydraulique qui change la direction du fluide pour ouvrir et fermer la valve. Ces déclencheurs sont utilisés pour les valves très grandes ou résistantes qui exigent d'un grand couple de fonctionner ; ils peuvent également être employés avec des solénoïdes pour améliorer la position de contrôle.

NORMES DE CONCEPTION DE VANNE PAPILLON

Les vannes papillon ont beaucoup de normes nationales et internationales qui dictent les critères de conception, tels que l'épaisseur de paroi, longueur face à face, montant des modèles, perçage de bride, émission fugitive et plus. Sont ci-dessous certaines des normes communes pour les nombreux types de conceptions de vanne papillon.

Normes communes pour la conception de valve

 
 
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Les vannes papillon offrent une proposition unique de valeur basée sur leur poids, empreinte de pas, et rentabilité. Elles fournissent un grand choix d'options de matériau du siège, de conceptions de scellage, et de gamme des estimations de la température et de pression. Les vannes papillon offrent un des plus grands marchés de valve derrière la boule et les soupapes à vanne. Elles continuent à se développer basées sur la flexibilité de l'automation, du couple inférieur et de la représentation améliorée d'émissions fugitives comparés aux valves linéaires.