27.août 2026
Les vannes de régulation, également appelées vannes de réglage, sont des dispositifs de contrôle utilisés dans le domaine du contrôle des processus d'automatisation industrielle. Elles peuvent s'ajuster automatiquement en fonction des signaux de contrôle du système d'automatisation pour modifier des 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 vanne, l'actionneur et les accessoires.
Le corps de vanne est la structure de base de la vanne de régulation, conçue avec un accent sur le contrôle du débit. L'actionneur est responsable du déplacement du noyau de vanne pour modifier la section de passage, tandis que les accessoires fournissent des fonctions et des performances supplémentaires.
Les vannes de régulation peuvent être classées selon la course en types linéaires et rotatifs, et selon la fonction et les caractéristiques en types linéaires, à pourcentage égal et paraboliques.
Types linéaires: vanne à siège unique, vanne à double siège, vanne à manchon, vanne d'angle, vanne à trois voies et vanne à membrane ;
Types rotatifs :vanne papillon, vanne à bille, vanne rotative excentrique et vanne de régulation ultra-légère à fonctions complètes.
Actionnement :types pneumatique, électrique et hydraulique ;
Forme de contrôle :types de régulation, d'arrêt et de régulation-arrêt ;
Caractéristiques de débit :linéaire, à pourcentage égal, parabolique ou à ouverture rapide.
Elles conviennent à divers fluides, y compris l'air, l'eau, la vapeur, les fluides corrosifs, la boue et l'huile.
Ouverture et fermeture par air, action directe et inverse
L'ouverture et la fermeture par air de la vanne de régulation se réfèrent à l'ensemble du mécanisme de la vanne. Lorsque la pression d'air sur la membrane augmente, la vanne s'ouvre progressivement pour l'ouverture par air et se ferme pour la fermeture par air. En l'absence de signal, la vanne à ouverture par air est fermée et la vanne à fermeture par air est complètement ouverte.
L'action directe et inverse de la vanne de régulation se réfère à l'actionneur de la vanne de régulation pneumatique à membrane. Lorsque l'air est introduit dans la partie supérieure de la membrane, la tige se déplace vers le bas, ce qui est une action directe. Lorsque l'air est introduit dans la partie inférieure, la tige se déplace vers le haut, ce qui est une action inverse.
L'ouverture par flux et la fermeture par flux sont liées au fluide. Lorsque le fluide s'écoule dans le sens de l'ouverture de la vanne, on parle de type à ouverture par flux.
Inversement, lorsqu'il s'écoule vers la fermeture de la vanne, on parle de type à fermeture par flux.
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 ; inversement, lorsque la pression d'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 inverse du mécanisme de régulation. Le noyau de vanne a deux formes : montage direct et inverse. Lorsque le noyau de vanne se déplace vers le bas et que la section de passage entre le noyau et le siège diminue, on parle de vanne à montage direct ; inversement, lorsque la section de passage augmente lorsque le noyau se déplace vers le bas, on parle de vanne à montage inverse. Pour les vannes à montage direct à double guidage, il suffit de connecter la tige de vanne à l'extrémité inférieure du noyau pour qu'elle devienne une vanne à montage inverse. Pour les vannes avec un diamètre nominal Dg < 25 mm, elles sont généralement à guidage unique, donc seules les vannes à montage direct sont disponibles.
(3) Formes d'action de l'actionneur. Les actionneurs pneumatiques ont deux formes : ouverture par air et fermeture par air. Lorsque la pression du signal augmente, la vanne s'ouvre, appelée ouverture par air ; inversement, lorsque la pression du signal augmente, la vanne se ferme, appelée fermeture par air. Étant donné que l'actionneur a des actions directes et inverses, la vanne de régulation (avec un noyau à double guidage) a également des actions directes et inverses, donc l'ouverture ou la fermeture par 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 changeant les actions directes et inverses de l'actionneur pour obtenir une ouverture ou une fermeture par air ; pour les vannes de régulation de grand diamètre, il est généralement modifié en changeant les actions directes et inverses de la vanne de régulation pour obtenir une ouverture ou une fermeture par air.
II. Positionneur
Le positionneur est utilisé en conjonction avec l'actionneur pneumatique à membrane.
1) Action positive du positionneur de vanne : lorsque le signal d'entrée augmente, la pression de sortie vers la membrane augmente ;
2) Action inverse du positionneur de vanne : lorsque le signal d'entrée augmente, la pression de sortie vers la membrane diminue ;
Les actionneurs à action positive et les positionneurs fonctionnent ensemble pour réaliser la fonction des actionneurs à action positive ;
Les actionneurs à action positive et les positionneurs à action inverse fonctionnent ensemble pour réaliser la fonction des actionneurs à action inverse ;
Les actionneurs à action inverse et les positionneurs à action positive fonctionnent ensemble pour réaliser la fonction des actionneurs à action inverse ;
Les actionneurs à action inverse et les positionneurs à action inverse fonctionnent ensemble pour réaliser la fonction des actionneurs à action positive ;
III. Vanne de régulation FC (ouverture par air ou fermeture par défaut) ou FO (fermeture par air ou ouverture par défaut)
Le choix de l'ouverture et de la fermeture par air est considéré du point de vue de la sécurité du processus. Lorsque la source d'air est coupée, il faut déterminer si la vanne est plus sûre en position fermée ou ouverte. Par exemple, dans le contrôle de combustion d'un four de chauffage, la vanne de régulation est installée sur la conduite de gaz combustible pour contrôler l'alimentation en carburant en fonction de la température du four ou de la température du matériau chauffé à la sortie du four de chauffage. À ce moment, il est plus sûr de choisir une vanne à ouverture par air.
Une vanne de régulation à ouverture par air signifie que la vanne est complètement fermée lorsqu'il n'y a pas d'air, et la vanne s'ouvre lorsqu'il y a de l'air. En l'absence 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 à ouverture par air (Air to Open) signifie que lorsque la pression d'air sur la membrane augmente, la vanne se déplace dans le sens de l'augmentation de l'ouverture, et lorsqu'elle atteint la limite de pression d'air d'entrée, la vanne est complètement ouverte. Inversement, lorsque la pression d'air diminue, la vanne
se déplace dans le sens de la fermeture, et en l'absence d'air d'entrée, la vanne est complètement fermée. Par conséquent, la vanne de type ouverture par air est parfois appelée fermeture par défaut (FC).
Le type fermeture par air (Air to Close) se déplace dans la direction opposée au type ouverture par air. Lorsque la pression d'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, elle est parfois appelée ouverture par défaut (FO). Pendant l'utilisation, les positions de défaillance courantes sont (FO, FC, FL), où FO signifie que la vanne ne parvient pas à s'ouvrir/fermer 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 d'interverrouillage 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 reste dans une position momentanée et la maintient ;
FLC - Lorsque la source d'air est perdue, la vanne maintient sa position mais tend à se fermer, et la vanne est en position fermée (le gaz dans le cylindre est évacué) ;
FLO - Lorsque la source d'air est perdue, la vanne maintient sa position mais tend à s'ouvrir, et la vanne est en position ouverte (le gaz dans le cylindre est évacué).
2) Sous l'action d'interverrouillage du dispositif de vanne de régulation ou d'arrêt, la position de la vanne doit avoir les situations suivantes :
FC - Lorsque la source d'air est perdue ou que l'électrovanne perd de l'énergie, la vanne est en position fermée ;
FO - Lorsque la source d'air est perdue ou que l'électrovanne perd de l'énergie, la vanne est en position ouverte ;
AFL/EFC -
1) Lorsque la source d'air est perdue et que l'électrovanne ne perd pas d'énergie, la vanne maintient sa position ;
2) Que la source d'air soit perdue ou que l'électrovanne perde de l'énergie, la vanne est en position fermée ;
AFL/EFO -
1) Lorsque la source d'air est perdue et que l'électrovanne ne perd pas d'énergie, la vanne maintient sa position ;
2) Que la source d'air soit perdue ou que l'électrovanne perde de l'énergie, la vanne est en position ouverte.
Les vannes pneumatiques réalisent les fonctions de coupure, de connexion et de régulation de la vanne grâce à des signaux de sortie, avec des vitesses d'ouverture et de fermeture relativement rapides. Elles sont souvent utilisées pour une coupure rapide à deux positions et peuvent également être utilisées pour la régulation du débit. En assortissant différents accessoires, diverses méthodes de contrôle peuvent être réalisées.
Les vannes de régulation à ouverture par air augmentent la surface d'écoulement avec l'augmentation de la pression du signal ; tandis que les vannes à fermeture par air diminuent 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 comprennent les vannes à siège unique traversant, à double siège traversant, à angle, à membrane, à petit débit, à trois voies, à rotation excentrique, papillon, à manchon et à bille.
Lors du choix spécifique, les considérations suivantes peuvent être prises en compte :
(1) Forme et structure du noyau de vanne
Considérez principalement des facteurs tels que les caractéristiques de débit 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 milieu, il est préférable de choisir une vanne avec une structure simple.
(4) Température et pression du milieu
Lorsque la température et la pression du milieu sont élevées et fluctuent de manière significative, le matériau du noyau et du siège de la vanne doit être sélectionné avec des changements minimaux de température et de pression.
(5) Prévention du flash et de la cavitation
Le flash et la cavitation ne se produisent que dans les milieux liquides. Dans les processus de production réels, le flash et la cavitation peuvent provoquer des vibrations et du bruit, raccourcir la durée de vie de la vanne, donc lors de la sélection d'une vanne, il est nécessaire d'empêcher la vanne de générer du flash et de la cavitation.
Sélection de l'actionneur de vanne de régulation
Pour assurer le fonctionnement normal de la vanne de régulation, l'actionneur sélectionné doit générer une force de sortie suffisante pour garantir une étanchéité élevée et une ouverture de la vanne.
Pour les actionneurs pneumatiques à double effet, hydrauliques et électriques, il n'y a généralement pas de ressorts de rappel. L'ampleur 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 vanne 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 vanne 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. D'un point de vue de l'économie d'énergie, des actionneurs électriques doivent être utilisés autant que possible. Si une haute précision de contrôle est requise, des actionneurs hydrauliques peuvent être sélectionnés, comme le contrôle de vitesse des machines transparentes dans les centrales électriques, le contrôle de 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 de combinaison, à savoir positive-positive (type fermeture par air), positive-inverse (type ouverture par air), inverse-positive (type ouverture par air) et inverse-inverse (type fermeture par air), qui forment deux types de modes d'action de vanne de régulation, ouverture par air et fermeture par air.
Lors de la sélection du mode d'action de la vanne de régulation, considérez principalement trois aspects :
a) Sécurité de la production du processus ;
b) Caractéristiques du milieu ;
c) Assurer la qualité du produit, avec des pertes économiques minimales.
