09.09.2026
Dans le monde dynamique du contrôle des fluides, les vannes et pompes de commande électriques sont des composants clés, coordonnant le mouvement fluide des liquides et des gaz dans diverses applications industrielles. Leur relation symbiotique joue un rôle central pour garantir la précision, l’efficacité et la fiabilité des systèmes fluides. Plongeons dans l’univers des vannes et pompes de commande électriques, en démêlant leur fonctionnement, leurs caractéristiques et leurs méthodes de coordination de conception.
I. Caractéristiques et principes de fonctionnement des vannes de contrôle électriques
Les vannes de contrôle électriques sont principalement composées d’un actionneur électrique et d’un corps de vannes de contrôle. En recevant les signaux des systèmes de contrôle d’automatisation industrielle, ils entraînent la vanne pour modifier la section transversale entre le noyau de la valve et le siège de la soupape, contrôlant le débit, la température, la pression et d’autres paramètres de procédé des médias de canalisation afin d’obtenir un contrôle automatique à distance. La caractéristique de pourcentage égale est considérée comme optimale, offrant stabilité et excellentes performances de contrôle.
(1) Caractéristiques structurelles :
1. L’amplificateur servo adopte une rétroaction négative dynamique profonde pour améliorer la précision du contrôle automatique.
2. L’actionneur électrique existe sous différentes formes, adaptées aux signaux 4-20mA DC ou 0-10mA DC.
3. Grande plage réglable avec un rapport inhérent réglable de 50, présentant des caractéristiques de débit linéaires et égales.
4. Les vannes électriques électroniques peuvent être contrôlées directement par le signal courant sans besoin d’amplificateur servo.
5. Le corps de soupapes est conçu selon les principes de la mécanique des fluides, avec un canal d’écoulement à faible résistance avec une augmentation de 30 % du coefficient d’écoulement nominal.
(2) Classification des structures de vannes de commande électrique :
Les vannes de contrôle électriques sont généralement classées en structures à une seule place et en structures à deux places. Les vannes de commande électriques monoplace conviennent aux applications nécessitant des fuites strictes, de faibles différences de pression avant et après la vanne, ainsi que dans des conditions de fonctionnement avec une certaine viscosité et un milieu fibreux. Les vannes de commande électriques à double siège présentent l’avantage d’une faible force déséquilibrée, permettant de grandes différences de pression et de grandes capacités de débit, ce qui les rend adaptées aux applications nécessitant des fuites moins strictes.
(3) Principes de fonctionnement des vannes de commande électriques :
Les vannes de commande électriques contrôlent automatiquement l’ouverture de la vanne en fonction des signaux de la position de contrôle, assurant ainsi la régulation du débit du moyen, de la pression et du niveau de liquide. En prenant par exemple le signal courant courant de 4-20 mA, lorsque le système de contrôle envoie un signal de 4 mA à la vanne de commande électrique, la vanne est en état complètement fermé. Lorsqu’un signal de 20 mA est envoyé, la vanne est en état complètement ouvert. Différentes valeurs de signal dans la plage de 4 à 20 mA correspondent à différents degrés d’ouverture de soupapes, permettant au système de contrôle d’assurer une régulation précise basée sur les paramètres spécifiques du procédé.
II. Conditions et caractéristiques des pompes électriques et applications
Les pompes électriques, actionnées par l’électricité, jouent un rôle crucial dans divers secteurs. Ils comprennent un corps de pompe, un tuyau de levage, une base de pompe, un moteur submersible (y compris les câbles) et un dispositif de protection de démarrage. Le corps de la pompe est la partie fonctionnelle de la pompe submersible, composée d’un tuyau d’entrée, d’une coque de guidage, d’un clapet anti-retour, d’un arbre de pompe et d’une hélice. Les hélices peuvent être fixées sur l’arbre de deux manières.
L’hélice est installée à l’intérieur du carter de la pompe et solidement fixée à l’arbre de la pompe. L’arbre de la pompe est directement entraîné par le moteur. Au centre du tubage de la pompe, il y a un tuyau d’aspiration liquide. Le liquide entre dans la pompe par le clapet anti-retour et le tuyau d’aspiration. La sortie de liquide sur le tubage de la pompe est reliée au tuyau de décharge.
Avant de démarrer la pompe, le tubage de la pompe est rempli du liquide à transporter. Après le démarrage, la turbine est entraînée pour tourner à grande vitesse par l’arbre, et le liquide entre les pales doit également tourner avec la turbine. Sous l’action de la force centrifuge, le liquide est projeté du centre de l’hélice vers le bord extérieur, gagnant de l’énergie et sortant de l’hélice à grande vitesse pour pénétrer dans le carter de la pompe en spirale. Dans le tubage en spirale, le liquide ralentit en raison de l’élargissement progressif du passage, et une partie de l’énergie cinétique est convertie en énergie de pression statique. Enfin, il s’écoule dans la conduite de décharge avec une pression plus élevée et est envoyé à l’emplacement requis. Lorsque le liquide s’écoule du centre vers le bord extérieur de l’hélice, un certain vide se forme au centre de l’hélice. En raison de la pression supérieure au niveau du liquide dans le réservoir de stockage supérieure à la pression à l’entrée de la pompe, le liquide est continuellement pressé dans l’hélice. Tant que l’hélice continue de tourner, le liquide sera continuellement aspiré et déchargé.
(1) Conditions d’utilisation :
1. La température ne doit pas dépasser 20°C.
2. La fraction massique des particules solides dans le liquide ne doit pas dépasser 0,01 %.
3. La valeur de pH du liquide doit être comprise entre 6,5 et 8,5.
4. La teneur en ions chlorure ne doit pas dépasser 400 milligrammes par litre.
5. Il faut éviter les passages fréquents entre les états « marche » et « arrêt » de la pompe électrique.
(2) Applications :
Dans la production des industries chimique et pétrolière, les matières premières, les semi-produits et les produits finis sont principalement des liquides. Le processus de production de transformation des matières premières en produits semi-finis et finis implique des procédés complexes. Les pompes électriques jouent un rôle dans le transport des liquides et la fourniture de pression et de débit pour les réactions chimiques dans ces processus. De plus, des pompes électriques sont utilisées pour réguler la température dans de nombreuses installations.
Dans les industries minière et métallurgique, les pompes électriques sont également l’équipement le plus utilisé. Les mines ont besoin de pompes pour le drainage, et les pompes sont utilisées pour l’approvisionnement en eau dans des processus tels que le dressage, la fusion et le laminage du minerai.
Dans l’industrie de l’énergie, les centrales nucléaires nécessitent des pompes principales, secondaires, pompes tertiaires, et les centrales thermiques nécessitent un grand nombre de pompes à eau d’alimentation pour chaudières, pompes à condensats, pompes de transport mixtes pétrole et gaz, pompes à eau de circulation et pompes à boue de cendres.
Dans la construction de défense, les pompes sont nécessaires à diverses fonctions, telles que l’ajustement des volets et des gouvernails des avions, la rotation des tourelles des navires de guerre et des chars, et le contrôle de la flottabilité des sous-marins. Les pompes peuvent gérer des liquides à haute pression et radioactifs, certaines nécessitant un fonctionnement sans fuite.
En résumé, que ce soit pour les avions, les fusées, les chars, les sous-marins, le forage, l’exploitation minière, les trains, les navires ou la vie quotidienne, les pompes électriques sont nécessaires partout et sont en service partout. C’est pourquoi les pompes sont classées comme des machines générales, représentant une catégorie de produits majeure dans l’industrie mécanique.
III. Coordination de la conception des vannes et pompes de contrôle électriques
Les caractéristiques d’écoulement inhérentes des vannes de contrôle indiquent comment la surface d’écoulement effective de la vanne change avec l’ouverture. Différents types, tels que l’ouverture rapide, linéaire, en pourcentage égal et parabolique, fournissent diverses réponses de contrôle. En ingénierie, les trois premiers sont les plus courants, et choisir la valve appropriée est crucial pour un contrôle stable.
(1) Caractéristiques et applications :
1. Fonction d’ouverture rapide : Une réponse rapide à l’ouverture de la soupape est nécessaire dans les situations où des changements rapides sont nécessaires dans une plage d’ouverture réduite.
2. Caractéristiques linéaires : variation constante de débit avec ouverture dans la plage d’ouverture de 0 à 100 %, adaptée aux boucles de contrôle avec un gain système de plusieurs, comme le contrôle du niveau liquide. L’ouverture relative préférée à débit normal est de 50 % à 60 %.
3. Caractéristiques de pourcentage égales : Faible augmentation du débit avec une ouverture dans une petite ouverture, mais à mesure que l’ouverture de la vanne augmente, le taux de variation augmente rapidement. Principalement utilisé lors de contrôles de pression, de débit et de température. L’ouverture relative préférée à débit normal est de 70 % à 80 %.
(2) Rôle des vannes de contrôle dans les circuits de pompe :
Un circuit de pompe typique comprend une vanne principale de contrôle de débit, une vanne de régulation de température ou de débit de branchement, et une vanne de contrôle de conduite de retour minimal.
La vanne de contrôle de débit du circuit principal ajuste la capacité de traitement de la pompe selon les différentes conditions de fonctionnement. Les calculs prennent en compte les conditions normales de fonctionnement, les conditions maximales de fonctionnement et les conditions de stationnement de la pompe.
La vanne de régulation de température ou de débit de la branche répond aux besoins des utilisateurs en aval et au processus en ajustant le débit de la vanne de régulation installée sur chaque branche.
La vanne de contrôle de la conduite de retour minimal est installée sur la conduite de retour minimal de la pompe et protège la pompe ou répond aux exigences de reflux lorsque le débit atteint la valeur définie du débit minimal.
(3) Calcul des procédés des vannes de contrôle dans les circuits de pompe :
Toutes les vannes de contrôle du circuit de la pompe doivent d’abord satisfaire aux exigences du circuit principal, calculer les paramètres des vannes de contrôle sur le circuit principal, puis calculer les paramètres des vannes de contrôle sur d’autres circuits en fonction des paramètres de procédé du circuit principal à chaque nœud. Les étapes de calcul habituelles sont les suivantes :
1. Déterminer la boucle principale selon les caractéristiques du processus système. Au débit maximal de la pompe, basé sur l’expérience ou les exigences du projet, compte tenu de la valeur de la chute de pression de la vanne de régulation sur la boucle principale, calculez les paramètres du procédé de la pompe et sélectionnez une courbe de fonctionnement appropriée de la pompe.
2. Sur le circuit principal, en fonction de la courbe de fonctionnement de la pompe sélectionnée et de l’équation hydraulique, calculer les paramètres de la vanne de régulation dans des conditions normales de fonctionnement et d’arrêt.
3. Sur le circuit principal de la pompe, établir l’équation hydraulique du sous-circuit de la pompe et calculer les paramètres de procédé de chaque vanne de régulation sur le sous-circuit dans différentes conditions de fonctionnement.
4. Établir l’équation hydraulique de la conduite de retour minimale de la pompe et calculer les paramètres de procédé de la vanne de contrôle de retour selon le débit de retour minimal en fonction de la courbe de fonctionnement de la pompe.
(4) Caractéristiques de procédé des vannes de contrôle dans les circuits de pompe :
Pour les vannes de contrôle dans les circuits de pompe, elles présentent généralement les caractéristiques suivantes :
1. La vanne de régulation sur la route principale nécessite un débit de variation important à l’ouverture et doit généralement supporter une forte chute de pression. Les vannes caractéristiques d’ouverture rapide sont préférées.
2. La vanne régulatrice de la branche doit contrôler le débit de manière plus précise. Une vanne avec des caractéristiques de pourcentage égales est préférée pour contrôler la plage de fonctionnement de la vanne régulatrice dans une petite plage d’ouverture.
3. La vanne de régulation sur la conduite de retour minimal a généralement un débit faible et n’a pas de besoins élevés pour un contrôle précis du débit. La différence de pression en amont et de pression est importante, protégeant la pompe des dommages.
4. En général, la chute de pression de la vanne régulatrice sur le circuit de la pompe n’atteint pas la condition de provoquer un écoulement bloqué. Cependant, pour certaines situations de basse pression de vapeur, une analyse attentive des propriétés physiques et de l’état avant et après la vanne de régulation est nécessaire, et doit être notée dans la fiche technique de la vanne de régulation.
5. Pour les vannes de contrôle sur le circuit de la pompe, le niveau de bruit n’est généralement pas élevé, et la prévention du bruit n’est pas nécessaire.
En somme, la coordination des vannes de contrôle électriques et des pompes est cruciale pour obtenir des performances optimales dans les systèmes de contrôle des fluides. Les ingénieurs doivent examiner attentivement les caractéristiques du système, les courbes de fonctionnement de la pompe et les exigences spécifiques afin d’assurer un contrôle précis et stable des fluides. À mesure que les industries évoluent, l’intégration de ces composants reste une pierre angulaire pour atteindre l’excellence opérationnelle et la fiabilité en dynamique des fluides.
