Comment fonctionnent les robinets à boisseau sphérique pneumatiques et électriques ?

ISO These valves, akin to conductors in an industrial orchestra, play a pivotal role in directing the flow of fluids with unparalleled accuracy. In this blog, we embark on a journey to unravel the inner workings of Pneumatic and Electric Ball Valves, exploring the fundamental principles that govern their operation. From the swift response of compressed air in pneumatic systems to the precise modulation driven by electric power, each valve type boasts unique features that cater to diverse industrial needs.

Pour l'automatisation et/ou la commande à distance, les vannes à boisseau sphérique peuvent être associées à un actionneur pneumatique (vannes à boisseau sphérique pneumatiques) ou à un actionneur électrique (vannes à boisseau sphérique électriques). Selon l'application, il peut être plus avantageux d'utiliser un actionneur pneumatique plutôt qu'un actionneur électrique, ou inversement. Nous allons comparer les deux options dans cet essai.

Qu'est-ce qu'un robinet à boisseau sphérique ?

A vanne à bille est un robinet quart de tour qui contrôle le débit d'un fluide à l'aide d'une bille creuse en rotation. Une vue en coupe des principaux composants d'un robinet à boisseau sphérique manuel est représentée sur l'image. Lorsque la partie creuse de la bille est en contact avec le flux (tuyau ou flexible), la vanne s'ouvre et laisse passer le fluide. La vanne se ferme lorsque la partie pleine de la bille est en ligne avec le flux, ce qui est réalisé en tournant la bille de 90 degrés (d'où le terme de vanne quart de tour).

It is also possible to set the valve between open and entirely closed, allowing for more precise flow regulation. Ball valves typically have two ports, one for inlet and one for outflow. However, three ports (L or T) are also available, and how the valve is built and installed determines how the ball’s 90-degree rotation directs the media flow. Four-port ball valves are feasible but uncommon.

Une tige de soupape est reliée à la bille et contrôle sa rotation dans les robinets à bille. Pour activer la vanne, la tige de vanne est fixée à une poignée manuelle (figure 2). Les tiges de vanne, quant à elles, peuvent être reliées à un actionneur rotatif pneumatique ou électrique, qui fait tourner la tige pour ouvrir et/ou fermer la vanne à boisseau sphérique automatiquement et/ou à distance.

Qu'est-ce qu'un actionneur ?

Un actionneur de vanne est un dispositif qui permet de manipuler une vanne à distance. L'actionneur est appelé actionneur quart de tour s'il commande une vanne quart de tour. Au lieu d'un levier manuel, vous pouvez installer un actionneur sur la vanne pour la commander automatiquement et à distance. Les actionneurs créent le couple nécessaire pour faire fonctionner (tourner) un robinet à tournant sphérique à l'aide d'une source d'énergie. La plupart des actionneurs sont alimentés par des systèmes pneumatiques, électriques ou hydrauliques (non abordés dans cet article). La différence de cette source d'énergie se traduit par de multiples conceptions, chacune ayant ses propres avantages et inconvénients pour des applications spécifiques (décrites ci-dessous). Un actionneur peut présenter des caractéristiques telles que des indications de position et une commande manuelle, en plus de la composante génératrice de couple.

Qu'est-ce qu'un actionneur pneumatique ?

En convertissant l'énergie de l'air comprimé en mouvement mécanique, les actionneurs pneumatiques actionnent les robinets à tournant sphérique. Un robinet à boisseau sphérique nécessite une action mécanique rotative pour tourner de 90 degrés. Il existe des robinets à tournant sphérique à simple ou double effet. Un actionneur pneumatique à simple effet fait tourner le robinet avec une seule entrée d'air comprimé et un ressort pour le ramener dans sa position habituelle. Un actionneur pneumatique à double effet utilise deux entrées d'air comprimé pour faire tourner la vanne et la ramener dans sa position initiale.

Principe de fonctionnement des actionneurs pneumatiques

Le mécanisme à pignon et crémaillère est le type d'actionneur pneumatique le plus répandu pour les vannes à boisseau sphérique. La figure 4 montre la crémaillère (un engrenage linéaire) et le pignon (un engrenage circulaire). Pour obtenir un mouvement linéaire, la crémaillère est couplée à un piston qui est poussé par de l'air comprimé. Le pignon convertit ce mouvement linéaire en mouvement circulaire. Le pignon ouvre et ferme la tige d'un robinet à boisseau sphérique.

Les électrovannes gèrent l'air sous pression pour contrôler l'actionneur pneumatique des vannes à boisseau sphérique. Les impulsions électriques provenant du contrôleur activent l'électrovanne, ce qui permet à l'air sous pression de s'écouler vers les deux côtés du piston de l'actionneur pneumatique. Le piston pousse la crémaillère, qui fait tourner le pignon fixé à la tige du robinet à boisseau sphérique.

Qu'est-ce qu'un actionneur électrique ?

Electric actuators employ an electric motor to move a ball valve through 90 degrees, converting electrical energy into rotary force. They are an energy-efficient, clean, and silent valve control technology. An alternating current (AC) or direct current (DC) can power an electric motor. It is housed in a sturdy, compact housing that also houses the actuator’s other components such as gearings, limit switches, wiring, and so on. The entire assembly is linked to a valve using an appropriate connection interface, such as ISO 5211.

Principe de fonctionnement de l'actionneur électrique

Le moteur électrique fournit un couple qui est transmis à la tige du robinet par l'intermédiaire d'un arbre. Cela entraîne la rotation du robinet à boisseau sphérique. Un système d'engrenage est couplé à l'arbre du moteur électrique pour fournir le couple souhaité. La capacité de couple est un élément important à prendre en compte lors du choix d'un actionneur. Il doit être supérieur au couple nécessaire (couple de rupture) pour faire tourner le robinet à boisseau sphérique d'un certain pourcentage, qui est souvent défini par le fabricant du robinet à boisseau sphérique. Le couple de rupture est la plus petite quantité de couple nécessaire pour faire tourner le robinet à boisseau sphérique, qui est normalement en position statique complètement fermée ou complètement ouverte.

Le temps de réponse (vitesse de fonctionnement) d'un actionneur électrique est inversement lié au couple de l'actionneur. Le système d'engrenage définit la relation vitesse-couple. Un rapport d'engrenage plus élevé produit un couple plus important mais a un temps de réponse plus court.

Electric actuators can be powered by direct current (12, 24, and 48V) or alternating current (24, 48, 120, 130, and 240V). Limit switches are installed to prevent current from flowing to the motor when fully closed and open. Modulating control can be accomplished with electric motors. This precisely puts the valve between fully open and fully closed positions (i.e., 0° and 90°). This can be used to control the flow rate through the valve. To modulate the electric motor, a positioning circuit board (PCB) is fitted to the electric actuator. For optimal performance and reliability of such positioning circuit boards, many automation system designers choose Heavy Copper PCB to ensure stable current carrying and thermal management.

Actionneur et robinet à boisseau sphérique

Bien que les actionneurs et les robinets à boisseau sphérique sont des composants distincts, ils sont souvent utilisés en tandem. Par conséquent, il est plus pratique de les acheter en bloc pour garantir la conformité. L'association d'un actionneur et d'un robinet à boisseau sphérique permet d'obtenir un robinet à boisseau sphérique automatique pouvant être commandé à distance. Une interface de connexion relie l'actionneur au robinet à boisseau sphérique. L'interface de connexion se compose d'un arbre, ou d'une tige, qui relie le ballon de la vanne à l'actionneur et d'une bride qui fixe l'actionneur à la vanne. Cette interface peut être spécifique à une marque ou conforme à des normes telles que la norme ISO 5211. Un robinet compatible de marque spécifique peut être équipé d'un actionneur de marque spécifique. En revanche, des robinets à tournant sphérique et des actionneurs différents peuvent être interchangés à condition qu'ils respectent la même norme, telle que la norme ISO 5211.

Robinets à bille pneumatiques et robinets à bille électriques

• La différence essentielle entre les robinets à tournant sphérique électriques et pneumatiques réside dans l'utilisation d'actionneurs différents. En général, les différents actionneurs sont sélectionnés en fonction des exigences des conditions de travail. Par exemple, dans le domaine de la chimie et dans d'autres domaines où une protection contre les explosions est requise, les vannes pneumatiques sont les plus utilisées parce qu'elles sont bon marché et faciles à utiliser. Il est également doté d'un localisateur intelligent qui répond aux exigences de haute sécurité.
• Pneumatic ball valves have more force than electric ball valves. The opening and closing action and speed of the pneumatic valve can be adjusted. Simple structure. Easy to protect. Because of the buffering capabilities of the gas, it is difficult to damage owing to a blockage during operation. However, it requires an air supply and has a more complicated control system than an electric ball valve. Pneumatic ball valves are flexible, safe and reliable. Many places with high control requirements have established compressed air stations using pneumatic external control elements. Pneumatic ball valves are flexible, safe and reliable. Many places with high control requirements have established compressed air stations using pneumatic external control elements.  The pneumatic actuator’s power source is air, and the electric control signal is transformed into a pneumatic control signal by the positioner to drive the pneumatic actuator and modify the valve position.
• L'alimentation électrique de l'actionneur de vanne électrique est l'alimentation électrique, et sa carte de circuit imprimé ou son moteur est susceptible de produire des étincelles, de sorte qu'il est généralement utilisé dans des endroits où les exigences environnementales sont faibles et où il n'y a pas de risque. Les robinets à tournant sphérique électriques sont plus lents que les robinets à tournant sphérique pneumatiques. Dans des conditions normales, le robinet pneumatique s'ouvre et se ferme en 6 secondes environ, tandis que le robinet électrique s'ouvre et se ferme en 15 à 20 secondes environ.
• An electric ball valve has the benefit of having a good effect on liquid medium and large-diameter gas and is not affected by weather or compressed air pressure. High cost and poor performance in damp settings are disadvantages. A pneumatic ball valve’s merits include its good effect on gaseous medium and small diameter liquid, low cost, and convenient protection.

Les robinets à tournant sphérique pneumatiques sont plus performants que les robinets à tournant sphérique électriques. Le robinet à boisseau sphérique électrique fonctionne rapidement et convient aux sites dépourvus de sources d'air extérieures ; toutefois, sa fonction de sécurité est insuffisante et il est difficile à utiliser dans des environnements combustibles et explosifs présentant des critères élevés de protection contre les explosions. Les performances du robinet à boisseau sphérique électrique en cours de fonctionnement ne sont pas aussi régulières que celles du robinet à boisseau sphérique pneumatique, et le coût et les frais d'entretien sont considérables. Cependant, le robinet à boisseau sphérique pneumatique peut répondre pleinement aux exigences de contrôle et est simple à utiliser. Il possède une fonction de sécurité relativement bonne et est idéal pour les endroits où les exigences en matière d'antidéflagration sont élevées, tels que les environnements inflammables et explosifs.

Réflexions finales

Il devient évident que le choix entre les actionneurs pneumatiques et électriques est une décision nuancée, profondément enracinée dans les exigences spécifiques de l'application. L'interaction dynamique de l'air comprimé et de l'énergie électrique, incarnée respectivement par les robinets à tournant sphérique pneumatiques et électriques, offre un éventail d'avantages adaptés à divers besoins industriels. La clé réside dans la compréhension stratégique du moment où il faut tirer parti de la réactivité rapide des actionneurs pneumatiques et du moment où il faut exploiter la précision et l'adaptabilité des actionneurs électriques. Dans le paysage en constante évolution des systèmes de contrôle des fluides, cette intégration réfléchie de la technologie garantit non seulement des performances optimales, mais ouvre également la voie à une innovation continue dans la poursuite de l'efficacité et de l'excellence. Au fur et à mesure que les industries adoptent les possibilités offertes par ces partenariats polyvalents, le mariage sans faille des robinets à tournant sphérique avec des actionneurs pneumatiques ou électriques reste au premier plan pour façonner l'avenir des processus automatisés et contrôlés à distance.