Types de vannes de réglage

Définition du coefficient de débit

La caractéristique principale d'une vanne de réglage est son coefficient de débit. Ce critère introduit en 1944 par le constructeur US de vannes Masoneilan avec le symbole "Cv", correspond au débit maximum (en Gallon US) d'eau pouvant la traverser en 1 minute pour une chute de pression de 1 psi (livre par pouce carré).
En unités SI, 1 unité de Cv correspond à une capacité de 865 litres d'eau par heure avec une chute de pression de 1 bar.

La norme NF 29-312 défini un coefficient "Kv" comme le nombre de m3 d'eau (de densité = 1) traversant la vanne en une heure, avec une perte de charge de 1 bars;
1 Cv = 1,16 Kv

Le débit passant est :
- proportionnel à la valeur du Cv
- proportionnel à la racine carrée de la chute de pression
- inversement proportionnel à la racine carrée de la masse volumique

Robinet à soupape

Ces vannes peuvent aussi bien être utilisées comme vanne d'arrêt que comme vanne manuelle de réglage. A pleine ouverture elle occasionnent une perte de charge supérieure aux vannes à passage direct. Leur effet sur le réglage de débit ou de pression est très important au début de l'ouverture et plus faible ensuite.

Elles sont disponibles sous différentes formes: droite, en angle, en Y, ...
On préfèrera que le procédé en pression soit coté opposé à la tige pour soulager le travail de l'étanchéité.
Si le procédé est à température élevée, on préfèrera le placer coté tige pour la maintenir en température même vanne fermée. Lors de son refroidissement, en se contractant, elle tendrait à soulever l'obturateur.

Vanne à opercule

Ces vannes sont généralement utilisées en vanne d'arrêt quand un passage direct est recherché.
L'obturation est assuré par un disque se déplaçant perpendiculairement au flux. En position ouverte, l'opercule vient se loger dans la tête de la vanne.
Elles offrent une bonne étanchéité en position fermée, une faible perte de charge en position ouverte et sont utilisables dans les deux directions.
Par contre elles sont longues à manoeuvrer, sont peu adaptées aux réglages fins et peuvent vibrer en position ouverte.
Cependant il est toujours possible de les utiliser pour un réglage manuel.

Vanne papillon

Les vannes papillon sont constituées d'un disque pouvant tourner autour d'un axe plus ou moins confondu avec le diamètre du disque. Le disque peut être:

• centré sur l'axe; ce sont les modèles les plus simples, réservés aux faibles pressions différentielles
• excentré de l'axe, permettant au disque de venir se poser sur une portée de joint et ainsi améliorer son étanchéité; ces modèles sont recommandés pour les fortes pressions différentielles.

Le principal avantage des vannes papillon est leur faible encombrement en épaisseur, particulièrement intéressant pour les grands diamètres.
Les vannes papillon peuvent être utilisées pour des réglages. Cependant elles ne sont efficace que sur une plage réduite:

• entre 0 et 30 deg d'ouverture, le débit augmente rapidement rendant difficile un ajustement précis
• entre 30 et 70 deg d'ouverture, c'est la plage de réglage idéale
• au delà de 70 deg d'ouverture, la vanne est presque totalement ouverte et les variations d'angle ont peu d'effet

Cela conduit à d'importantes variations de gain sur l'ensemble de la plage d'ouverture dont il faudra tenir compte si la vanne est incluse dans une boucle de régulation automatisée.

Vanne à tournant sphèrique

Aussi appelées "vanne à boule" elles sont habituellement utilisées en vanne d'arrêt quart de tour. Leurs avantages sont:
 - une section de passage qui peut être égale à la section de la tuyauterie et sans obstacle à l'écoulement (passage intégral)
 - une excellente étanchéité en position fermée
 - une manœuvre rapide (1/4 de tour)
En version standard elles se prêtent mal au réglage de débit ou de pression. Seuls 1/3 du mouvement de l'obturateur est utilisable pour ajuster un débit avec une chute très rapide de la capacité dans les 30 premiers degrés de rotation.

Cependant certains constructeurs ont développé des versions élaborées dans lesquelles la section de passage n'est pas circulaire, mais a une forme permettant une plus grande progressivité de la variation de débit avec l'angle de l'orifice. Dans ces versions élaborées elles ne sont plus à passage intégral.

Vanne à tournant conique

Vanne à clapet simple

Elles font l'objet d'une vaste gamme de production pour des applications les plus variées:
 - à passage droit, en équerre, trois voies, ...
 - pour des services cryogénique, de liquide flashant, de désurchauffe de vapeur, ...
Elles peuvent être équipées de clapets et/ou de cages aux formes variées permettant d'ajuster la courbe de variation de débit/Cv aux besoins les plus variés.

Vanne à clapet double

Permet pour un même diamètre de raccordement une capacité quasiment double de celui d'une vanne à clapet simple.
De plus l'effet de la pression sur les clapets s'annule et autorise donc un actionneur (servomoteur) de faible puissance.

Vanne à cage

De conception proche des vannes à clapet, ici la cage aussi bien que le clapet contribue au réglage du débit. Les cages peuvent avoir des formes très variées permettant de produire toutes formes de courbes caractéristiques. Elles permettent d'effectuer la détente en plusieurs étages, utile pour résoudre des problèmes de bruit ou de cavitation.

Vanne à clapet rotatif excentré

Ce type de vanne permet un domaine d'utilisation plus étendu que d'autres technologies telles que les vannes à clapet ou les vannes papillon.
La différence de pression ne s'oppose pas directement au mouvement du clapet, ce qui autorise des actionneurs de relative faible puissance.
Elle peut être utilisée dans les deux sens de circulation du fluide; dans le sens clapet-->arbre le fluide tend à ouvrir la vanne, tandis que dans le sens arbre-->clapet le fluide tend à la fermer.
La courbe caractéristique est assez linéaire sur la variation de débit et le gain sur le débit est assez constant sur toute la course.