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Les vannes papillon sont plus légères, plus petites et plus légères que les autres types de vannes de régulation, ce qui en fait le meilleur choix pour réguler le débit dans de nombreuses applications. Traditionnellement, les vannes papillon standard sont utilisées dans les applications marche/arrêt automatiques et elles sont parfaites pour ce rôle. Cependant , certains ingénieurs les considèrent inacceptables lorsqu'il s'agit de réguler le débit dans un système en boucle fermée.
Les vannes papillon utilisent des disques rotatifs pour contrôler le débit dans les tuyaux. Les disques fonctionnent généralement à 90 degrés, ils sont donc parfois appelés vannes rotatives à angle. Habituellement, ils sont utilisés lorsque l'économie est prise en compte. Lorsqu'une fermeture étanche est requise, les vannes papillon avec joints en élastomère souple et/ou des disques revêtus peuvent être utilisés pour fournir les performances requises. Les vannes papillon haute performance (HPBV) – ou vannes à double excentrage – sont désormais la norme de l'industrie pour les vannes de régulation papillon et sont largement utilisées pour le contrôle de l'étranglement. chutes de pression relativement constantes ou cycles de processus lents.
Les avantages des HPBV incluent un chemin d'écoulement droit, une capacité élevée et la capacité de faire passer facilement des fluides solides et visqueux. Ils ont généralement le coût d'installation le plus bas de tous les types de vannes, en particulier dans les tailles NPS 12 et plus. Leur avantage en termes de coût augmente considérablement par rapport à d'autres types de valves de plus de 12 pouces.
Elles offrent de bonnes performances d'arrêt sur une large plage de températures et sont disponibles dans différentes conceptions de corps, notamment à plaquette, à cosse et à double bride. Elles sont beaucoup plus légères et plus compactes que les autres types de vannes. Par exemple, une vanne ANSI de 12 pouces Le robinet à tournant sphérique segmenté à double bride de classe 150 pèse 350 livres et a une dimension face à face de 13,31 pouces, tandis qu'un équivalent de vanne papillon à cosse de 12 pouces ne pèse que 200 livres et a une dimension face à face de 3 pouces.
Les vannes papillon présentent certaines limitations qui les rendent inadaptées au contrôle du débit dans certaines applications. Celles-ci incluent une capacité de chute de pression limitée par rapport aux vannes à bille qui ont un plus grand potentiel de cavitation ou d'évaporation instantanée.
Étant donné que la grande surface du disque agit comme un levier, appliquant la force dynamique du fluide en circulation sur l'arbre d'entraînement, les vannes papillon standard ne sont généralement pas utilisées pour les applications haute pression. Lorsqu'elles le sont, la taille et la sélection de l'actionneur deviennent critiques.
Les vannes de régulation papillon peuvent parfois être surdimensionnées, ce qui peut avoir un impact négatif sur les performances du processus. Cela peut être dû à l'utilisation de vannes de taille de conduite, en particulier des vannes papillon de grande capacité. Cela peut augmenter la variabilité du processus de deux manières. Premièrement, le surdimensionnement peut donner gain trop important de la vanne, ce qui laisse moins de flexibilité dans le réglage du contrôleur. Deuxièmement, une vanne surdimensionnée peut fonctionner plus fréquemment aux ouvertures de vanne inférieures et la friction du joint peut être plus grande dans une vanne papillon. Parce qu'une vanne surdimensionnée produit un changement de débit disproportionné pour un étant donné l'augmentation de la course de la vanne, ce phénomène exagère considérablement la variabilité du processus associée à la zone morte induite par le frottement.
Les prescripteurs utilisent parfois des vannes papillon pour des raisons économiques ou pour s'adapter à une taille de conduite donnée, quelles que soient leurs limites. Il existe une tendance à surdimensionner les vannes papillon pour éviter de pincer les tuyaux, ce qui peut conduire à un mauvais contrôle du processus.
La plus grande limitation est que la plage de contrôle idéale du papillon des gaz n'est pas aussi large qu'un robinet à tournant sphérique ou un robinet à tournant sphérique segmenté. Les vannes papillon ne fonctionnent généralement pas bien en dehors de la plage de contrôle d'environ 30 % à 50 % d'ouverture.
Généralement, la boucle est plus facile à contrôler lorsque la boucle de contrôle fonctionne de manière linéaire et que le gain du processus est proche de l'unité. Par conséquent, un gain du processus de 1,0 devient un objectif pour un bon contrôle de la boucle, avec une plage acceptable de 0,5 à 2,0 ( une plage de 4:1).
Les performances sont meilleures lorsque la majeure partie du gain de boucle provient du contrôleur. Notez que dans la courbe de gain de la figure 1, le gain du processus devient assez élevé dans la région inférieure à environ 25 % de la course de la vanne.
Le gain de processus définit la relation entre la sortie du processus et le changement d'entrée. Une course où le gain du processus reste entre 0,5 et 2,0 est la plage de contrôle optimale pour la vanne. Lorsque le gain du processus n'est pas compris dans la plage de 0,5 à 2,0, de mauvaises performances dynamiques et une boucle une instabilité peut survenir.
La conception du disque papillon a un effet significatif sur le débit de la vanne lorsque la vanne passe de fermée à ouverte. Les disques avec des caractéristiques inhérentes à pourcentage égal peuvent mieux compenser les chutes de pression qui varient en fonction du débit. Les éléments internes à pourcentage égal fourniront des caractéristiques de montage linéaires pour des chutes de pression variables, ce qui est idéal. Le résultat est une variation plus précise et univoque entre le débit et la course de la vanne.
Les vannes papillon ont récemment introduit des disques avec des caractéristiques inhérentes de débit à pourcentage égal. Cela fournit une fonctionnalité d'installation qui permet un gain de processus d'installation dans la plage souhaitée de 0,5 à 2,0 sur des courses plus larges. Cela améliore considérablement le contrôle du papillon, en particulier dans la plage de course inférieure.
Cette conception offre un bon contrôle, avec un gain acceptable de 0,5 à 2,0, d'environ 11 % d'ouverture à 70 %, soit une plage de contrôle presque trois fois supérieure à celle d'une vanne papillon haute performance (HPBV) typique de la même taille. , des pourcentages égaux de disques offrent une variabilité globale du processus inférieure.
Les vannes papillon avec des caractéristiques inhérentes à pourcentage égal, telles que la vanne Control-Disk, sont idéales pour les processus nécessitant des performances de contrôle d'étranglement précises. Elles peuvent être contrôlées plus près du point de consigne cible quelles que soient les perturbations du processus, réduisant ainsi la variabilité du processus.
Si la vanne papillon ne fonctionne pas correctement, il suffit de la remplacer par une vanne de taille appropriée pour résoudre le problème. Par exemple, une entreprise papetière utilise deux vannes papillon surdimensionnées pour contrôler l'élimination de l'humidité de la pâte. Les deux vannes fonctionnaient avec moins de 20 % déplacement, ce qui entraîne une variabilité du processus de 3,5 % et 8,0 %, respectivement. La majeure partie de leur durée de vie est passée en mode manuel.
Deux vannes papillon Fisher Control-Disk NPS 4 de taille appropriée avec contrôleur de vanne numérique ont été installées. La boucle fonctionne désormais en mode automatique avec une variabilité de processus de 3,5 % à 1,6 % pour la première vanne et de 8 % à 3,0 % pour la deuxième vanne sans tout réglage de boucle spécial.
Un mauvais contrôle de la pression et du débit de l'eau dans le système de refroidissement de l'aciérie a entraîné des produits finaux incohérents. Les neuf HPBV installés n'ont pas été en mesure de contrôler efficacement le débit d'eau comme requis.
L'usine souhaitait installer des vannes qui permettraient de mieux contrôler le processus et devait minimiser les coûts d'installation. L'usine dépensera 10 000 $ pour remplacer la tuyauterie de chaque vanne afin de passer des vannes HPBV aux vannes à bille segmentées. Emerson recommande plutôt d'utiliser un papillon Control-Disk. valve qui répond aux dimensions face à face des HPBV actuelles.
Une vanne Control-Disk a été testée côte à côte avec l'un des neuf HPBV existants et elle a répondu aux exigences spécifiées. L'usine a remplacé les huit HPBV restants en un an, chacun étant équipé d'une vanne Control-Disk, éliminant ainsi le besoin pour remplacer la plomberie de 90 000 $ pour le robinet à bille segmenté, et le robinet à bille coûte environ 25 % de plus que le robinet papillon.
Les vannes Control-Disk assurent un contrôle précis et aident à éliminer la variabilité du produit final. L'usine estime que l'installation de neuf vannes Control-Disk permettra d'économiser environ 1 million de dollars par an.
Par rapport à la plupart des autres types de vannes, les HPBV avec positionneurs numériques ont des coûts d'installation initiaux inférieurs et, lorsqu'elles sont correctement dimensionnées, offrent une plage de contrôle adéquate. Elles ont une capacité élevée et des restrictions de débit minimales. Les vannes papillon avec des garnitures à pourcentage égal inhérentes offrent la possibilité d'étendre le contrôle. gamme, similaire aux robinets à soupape ou à bille, et n'occupent que l'espace du HPBV.
Lors de la sélection des vannes, en particulier des HPBV, assurez-vous qu'elles sont de la bonne taille, sinon elles pourraient être contrôlées manuellement par la salle de contrôle. Il est également important de prendre en compte le style de la vanne, ses caractéristiques inhérentes et sa taille, qui fourniront la plus large plage de contrôle pour L'application.
Mark Nymeyer est le responsable mondial des communications marketing chez Emerson Automation Solutions, responsable du contrôle du trafic.
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Heure de publication : 20 janvier 2022
