nov.08.2024
Les vannes de régulation, également appelées vannes de régulation, sont des dispositifs de régulation utilisés dans le domaine du contrôle des processus d’automatisation industrielle. Ils peuvent s’ajuster automatiquement en fonction des signaux de commande du système d’automatisation pour modifier les paramètres de processus tels que le débit, la pression, la température et le niveau de liquide.
Les vannes de régulation se composent de trois parties principales : le corps de la vanne, l’actionneur et les accessoires.
Le corps de la vanne est la structure de base de la vanne de régulation, conçue en mettant l’accent sur le contrôle du débit. L’actionneur est chargé de déplacer le noyau de la vanne pour modifier la zone d’écoulement, tandis que les accessoires fournissent des fonctions et des performances supplémentaires.
Les vannes de régulation peuvent être classées en fonction des caractéristiques de course en types linéaires et rotatifs, et en fonction de la fonction et des caractéristiques en types linéaires, à pourcentage égal et paraboliques.
Types linéaires: soupape à simple siège, soupape à double siège, soupape à manchon, soupape d’angle, soupape à trois voies et soupape à membrane ;
Types rotatifs : Vanne papillon, vanne à bille, vanne rotative excentrique et vanne de régulation ultra-légère complète.
Fonctionnement de conduite : les types pneumatiques, électriques et hydrauliques ;
Forme de contrôle : régulation, coupure et régulation des types d’arrêt ;
Caractéristiques d’écoulement : linéaire, à pourcentage égal, parabolique ou à ouverture rapide.
Ils conviennent à divers fluides, notamment l’air, l’eau, la vapeur, les milieux corrosifs, la boue et l’huile.
Ouverture et fermeture de l’air, action directe et inverse
L’ouverture et la fermeture à l’air de la vanne de régulation se réfèrent à l’ensemble du mécanisme de la vanne. Au fur et à mesure que la pression de l’air sur la membrane augmente, la vanne s’ouvre progressivement pour l’ouverture de l’air et se ferme pour la fermeture de l’air. Lorsqu’il n’y a pas de signal, la soupape d’ouverture d’air est fermée et la soupape de fermeture d’air est complètement ouverte.
L’action directe et inverse de la vanne de régulation fait référence à l’actionneur de la vanne de régulation pneumatique à membrane. Lorsque de l’air est introduit dans la partie supérieure du diaphragme, la tige se déplace vers le bas, ce qui est une action directe. Lorsque de l’air est introduit dans la partie inférieure, la tige se déplace vers le haut, ce qui est une action inverse.
L’ouverture et la fermeture de l’écoulement sont liées au fluide. Lorsque le fluide s’écoule dans le sens de l’ouverture de la vanne, on parle de type à écoulement ouvert.
À l’inverse, lorsqu’il s’écoule vers la fermeture de la vanne, on dit qu’il s’agit d’un type à fermeture d’écoulement.
I. Formes d’action de l’actionneur
(1) Action directe et inverse de l’actionneur pneumatique. Lorsque la pression d’air d’entrée de l’actionneur pneumatique augmente, la tige se déplace vers le bas, ce qui est une action directe ; à l’inverse, lorsque la pression de l’air d’entrée augmente, la tige se déplace vers le haut, ce qui est une action inverse (voir Figure 9-16).
(2) Montage direct et inversé du mécanisme de régulation. Le noyau de la vanne se présente sous deux formes : montage direct et montage inversé. Lorsque le noyau de la vanne se déplace vers le bas et que la zone d’écoulement entre le noyau de la vanne et le siège diminue, on parle de vanne à montage direct ; À l’inverse, lorsque la surface d’écoulement augmente à mesure que le noyau de la vanne se déplace vers le bas, on parle de vanne de montage inversé. Pour les vannes à montage direct à double guidage, tant que la tige de la vanne est connectée à l’extrémité inférieure du noyau de la vanne, elle devient une vanne à montage inversé. Pour les vannes d’un diamètre nominal Dg < 25mm, they are generally single-guided, so only direct mounting valves are available.
(3) Formes d’action de l’actionneur. Les actionneurs pneumatiques se présentent sous deux formes : à ouverture et fermeture à l’air. Lorsque la pression du signal augmente, la vanne s’ouvre, appelée air-open ; À l’inverse, lorsque la pression du signal augmente, la vanne se ferme, ce qu’on appelle l’air-close. Étant donné que l’actionneur a des actions directes et inverses, la soupape de régulation (avec un noyau de soupape à double guidage) a également des actions directes et inverses, de sorte que l’ouverture ou la fermeture de l’air de l’actionneur pneumatique est formée par cette combinaison, comme le montre la figure 9-16.
Pour les vannes de régulation de petit diamètre, le signal de sortie est généralement modifié en modifiant les actions directes et inverses de l’actionneur pour obtenir une ouverture ou une fermeture d’air ; Pour les vannes de régulation de grand diamètre, c’est généralement en modifiant les actions directes et inverses de la vanne de régulation pour obtenir une ouverture ou une fermeture d’air.
II. Positionneur
Le positionneur est utilisé en conjonction avec l’actionneur pneumatique à membrane.
1) Action positive du positionneur de soupape : lorsque le signal d’entrée augmente, la pression de sortie vers le diaphragme augmente ;
2) Action inverse du positionneur de soupape : lorsque le signal d’entrée augmente, la pression de sortie vers le diaphragme diminue ;
Les actionneurs à action positive et les positionneurs travaillent ensemble pour réaliser la fonction d’actionneurs à action positive ;
Les actionneurs à action positive et les positionneurs à action inverse travaillent ensemble pour réaliser la fonction d’actionneurs à action inverse ;
Les actionneurs à action inverse et les positionneurs à action positive travaillent ensemble pour réaliser la fonction d’actionneurs à action inverse ;
Les actionneurs à action inversée et les positionneurs à action inversée travaillent ensemble pour réaliser la fonction d’actionneurs à action positive ;
III. Vanne de régulation FC (ouverture par air ou fermeture par faille) ou FO (fermeture par air ou fermeture par faille)
Le choix de l’air ouvert et de l’air proche est considéré du point de vue de la sécurité du processus. Lorsque la source d’air est coupée, si la vanne est plus sûre en position fermée ou ouverte. Par exemple, dans le contrôle de la combustion d’un four de chauffage, la vanne de régulation est installée sur le gazoduc pour contrôler l’alimentation en combustible en fonction de la température du four ou de la température du matériau chauffé à la sortie du four de chauffage. À ce stade, il est plus sûr de choisir une vanne à ouverture d’air.
Une soupape de régulation à ouverture d’air signifie que la soupape est complètement fermée lorsqu’il n’y a pas d’air et que la soupape s’ouvre lorsqu’il y a de l’air. Lorsqu’il n’y a pas de signal, la vanne est fermée et la vanne s’ouvre lorsqu’il y a un signal d’entrée. De plus, plus le signal est grand, plus l’ouverture de la vanne est grande. Lorsque le signal est à son maximum, la vanne est complètement ouverte.
Le type Air-open (Air to Open) signifie que lorsque la pression d’air sur le diaphragme augmente, la vanne se déplace dans le sens de l’ouverture croissante, et lorsqu’elle atteint la limite de pression d’air d’entrée, la vanne est complètement ouverte. À l’inverse, lorsque la pression de l’air diminue, la soupape
se déplace dans le sens de la fermeture, et lorsqu’il n’y a pas d’air d’entrée, la vanne est complètement fermée. Par conséquent, la vanne de type air-open est parfois appelée fail-close (FC).
Le type à fermeture d’air (Air to Close) se déplace dans la direction opposée au type à ouverture d’air. Lorsque la pression de l’air augmente, la vanne se déplace dans le sens de la fermeture ; Lorsque la pression d’air diminue ou est absente, la vanne se déplace dans le sens de l’ouverture ou s’ouvre complètement. Par conséquent, il est parfois appelé fail-open (FO). Pendant l’utilisation, les positions de défaillance courantes sont (FO, FC, FL), où FO signifie que la vanne ne s’ouvre pas/se ferme en raison d’une défaillance de la source d’air.
Pour les positions de défaillance des vannes pneumatiques, elles sont principalement divisées en plusieurs situations :
1) Sous l’action de verrouillage du dispositif de vanne pneumatique, la position de la vanne doit avoir les situations suivantes :
FC-Lorsque la source d’air est perdue, la vanne est en position fermée ;
FO-Lorsque la source d’air est perdue, la vanne est en position ouverte ;
FL-Lorsque la source d’air est perdue, la vanne est en position momentanée et reste ;
FLC-Lorsque la source d’air est perdue, la vanne maintient sa position mais a tendance à se fermer, et la vanne est en position fermée (le gaz dans la bouteille est évacué) ;
FLO-Lorsque la source d’air est perdue, la vanne reste en position mais a tendance à s’ouvrir, et la vanne est en position ouverte (le gaz dans la bouteille est évacué).
2) Sous l’action de verrouillage du dispositif de régulation ou de vanne d’arrêt, la position de la vanne doit se présenter dans les situations suivantes :
FC-Lorsque la source d’air est perdue ou que l’électrovanne perd de la puissance, la vanne est en position fermée ;
FO-Lorsque la source d’air est perdue ou que l’électrovanne perd de la puissance, la vanne est en position ouverte ;
AFL/EFC-
1) Lorsque la source d’air est perdue et que l’électrovanne ne perd pas de puissance, la vanne maintient sa position ;
2) Que la source d’air soit perdue ou que l’électrovanne perde de la puissance, la vanne est en position fermée ;
AFL/EFO-
1) Lorsque la source d’air est perdue et que l’électrovanne ne perd pas de puissance, la vanne maintient sa position ;
2) Que la source d’air soit perdue ou que l’électrovanne perde de sa puissance, la vanne est en position ouverte.
Les vannes pneumatiques assurent les fonctions de coupure, de connexion et de régulation de la vanne par le biais de signaux de sortie, avec des vitesses d’ouverture et de fermeture relativement rapides. Ils sont souvent utilisés pour un arrêt rapide à deux positions et peuvent également être utilisés pour la régulation du débit. En associant différents accessoires, différentes méthodes de contrôle peuvent être réalisées.
Les vannes de régulation à air ouvert augmentent la surface d’écoulement avec l’augmentation de la pression du signal ; tandis que les vannes de fermeture d’air réduisent la surface d’écoulement avec l’augmentation de la pression du signal.
Sélection du type de vanne de régulation
Il existe de nombreux types de corps de vanne de régulation, les types couramment utilisés étant les vannes à siège unique droites, les vannes à double siège droites, les coussins, les membranes, les petits débits, les trois voies, les rotatives excentriques, les papillons, les manchons et les billes.
Lorsque vous faites des choix spécifiques, les considérations suivantes peuvent être prises en compte :
(1) Forme et structure du noyau de la vanne
Tenez principalement compte de facteurs tels que les caractéristiques d’écoulement sélectionnées et les forces déséquilibrées.
(2) Résistance à l’usure
Lorsque le fluide est une suspension contenant des particules abrasives à haute concentration, le matériau interne de la vanne doit être dur.
(3) Résistance à la corrosion
En raison de la nature corrosive du fluide, il est préférable de choisir une vanne à structure simple.
(4) Température et pression du fluide
Lorsque la température et la pression du fluide sont élevées et fluctuent de manière significative, le matériau du noyau et du siège de la vanne doit être sélectionné avec des changements de température et de pression minimaux.
(5) Prévenir les flashs et la cavitation
Le flashage et la cavitation ne se produisent que dans les milieux liquides. Dans les processus de production réels, les solins et la cavitation peuvent provoquer des vibrations et du bruit, raccourcir la durée de vie de la vanne, de sorte que lors de la sélection d’une vanne, il est nécessaire d’empêcher la vanne de générer des solins et de la cavitation.
Sélection de l’actionneur de la vanne de régulation
Pour assurer le fonctionnement normal de la vanne de régulation, l’actionneur sélectionné doit générer une force de sortie suffisante pour assurer une étanchéité et une ouverture élevées de la vanne.
Pour les actionneurs pneumatiques, hydrauliques et électriques à double effet, il n’y a généralement pas de ressorts de réinitialisation. L’amplitude de la force n’est pas liée à sa direction de fonctionnement. Par conséquent, la clé de la sélection d’un actionneur réside dans la détermination de la force de sortie maximale et du couple du moteur. Pour les actionneurs pneumatiques à simple effet, la force de sortie est liée à l’ouverture de la vanne, et la force apparaissant sur la soupape de régulation affectera également les caractéristiques de mouvement, il est donc nécessaire d’établir un équilibre des forces dans toute la plage d’ouverture de la soupape de régulation.
Détermination du type d’actionneur
Après avoir déterminé la force de sortie de l’actionneur, sélectionnez l’actionneur correspondant en fonction des exigences de l’environnement du processus. Lorsqu’il y a des exigences antidéflagrantes sur site, des actionneurs pneumatiques doivent être utilisés. Du point de vue de l’économie d’énergie, les actionneurs électriques doivent être utilisés autant que possible. Si une grande précision de contrôle est requise, des actionneurs hydrauliques peuvent être sélectionnés, tels que le contrôle de la vitesse des machines transparentes dans les centrales électriques, le contrôle de la température des réacteurs catalytiques dans les raffineries, etc.
Sélection du mode d’action de la vanne de régulation
Le mode d’action de la vanne de régulation n’est applicable que lors de la sélection d’un actionneur pneumatique. Le mode d’action est formé par la combinaison des actions positive et inverse de l’actionneur et de la vanne. Il existe quatre formes combinées, à savoir positive-positive (type à fermeture d’air), positive-inverse (type à ouverture d’air), inversée-positive (type à ouverture d’air) et inversée-inverse (type à fermeture d’air), qui forment deux types de modes d’action de soupape de commande, ouverture à l’air et fermeture à l’air.
Lors de la sélection du mode d’action de la vanne de régulation, tenez compte principalement de trois aspects :
a) Sécurité de la production du processus ;
b) Caractéristiques du support ;
c) Assurer la qualité du produit, avec un minimum de pertes économiques.
