vignette|Vannes dans le parc paysager de Duisbourg Nord. Une vanne est un dispositif destiné à contrôler (stopper ou modifier) le débit d'un fluide liquide, gazeux, pulvérulent ou multiphasique, en milieu libre (canal) ou en milieu fermé (canalisation).
Terminologie
L'équivalent anglais de vanne est le mot valve, dont le sens est plus général puisqu'il recouvre les traductions de valve, vanne et de soupape en français.
Le terme synonyme de vanne est robinet. Il est parfois utilisé pour des modèles de petites dimensions, couramment montés sur des canalisations domestiques.
Éléments d'une vanne
Composants
Toutes les vannes sont constituées des parties fonctionnelles suivantes (voir aussi la figure ci-contre) :
1. Corps (body en anglais) ;2. Voie ou passage (port en anglais) ;3. Portée ou siège (seat en anglais) ;4. Axe ou tige (stem en anglais) ;5. Opercule, obturateur ou rotor, tels que : boisseau, papillon, guillotine, sphère ou boule... (disc, rotor ou valve member en anglais), appelé tablier lorsque la vanne est plate ;6. Volant ou actionneur (actuator en anglais) : élément extérieur à la vanne stricto sensu, qui permet de manœuvrer celle-ci ;7. Chapeau ou bonnet (bonnet en anglais) ;8. Garniture de presse-étoupe (packing en anglais) : qui permet de maintenir l'étanchéité ;9. Écrou de presse étoupe (gland nut en anglais);
Commentaires :10. Sens d'écoulement du fluide ;11. Position de l'opercule lorsque la vanne est fermée ;12. Position du volant lorsque la vanne est fermée.
Raccordement À ces éléments s'adjoint un système de raccordement à la tuyauterie (interface de la vanne avec la tuyauterie amont et aval). Il peut être : soudé (à embout ou à emmanchement) ; boulonné (à brides) ; vissé.
Automatisation Une vanne peut être automatisée, par le biais d'un servomoteur (un élément assurant la conversion d'un signal de commande en mouvement de la vanne).
Histoire vignette|Vanne de dérivation d'eau. Aujourd'hui ce type de vanne est appelé « martelière ».
Autrefois le terme désignait en charpenterie, une porte mobile, posée verticalement entre deux coulisses, qui servait à retenir ou lâcher les eaux d'une écluse ou d'un étangMorisot J.M., Tableaux détaillés des prix de tous les ouvrages du bâtiment (charpente), Carilian, 181.
Caractéristiques des vannes vignette|Schématisation d'une vanne en tuyauterie.|110x110px|gauche
Spécification d'une vanne Pour définir une vanne, il est nécessaire d'en spécifier les éléments suivants :- Le type : à boisseau, à opercule, à soupape, à papillon, etc.- La taille : depuis le petit robinet jusqu'à la très grosse vanne de régulation du débit d'eau dans une centrale hydroélectrique- La norme de construction : qui définit les encombrements, la taille des brides éventuelles. Les normes usuelles sont la norme ISO, DIN ou ANSI- La pression nominale de conception (PN) : standardisée selon les normes, par exemple PN16, PN25, PN40 (pour 16, 25 ou 40 bar).- Le raccordement sur la tuyauterie : à visser (NPT ou BSPT), à s, à souder (BW : bout à bout; SW : à emmanchement).- La matière de construction : définie suivant la compatibilité des matériaux avec le fluide.- L'actionnement de la vanne : manuel ou motorisé. Électrique, on parle alors d'électrovanne, hydraulique ou pneumatique.
Catégories de vannes Les vannes répondent à différents besoins : Le principe d'obstacle au débit de fluide : le papillon, l'opercule, le boisseau conique, le boisseau sphérique, le trois-voies, la guillotine, etc. La fonction : la régulation d'un débit, la purge, l'arrêt, etc. ;
Aperçu : formes du corps de vanne On distingue différents corps de vanne: Corps droit : l'entrée (du fluide) et la sortie de la vanne sont dans le même axe Corps d'angle : l'entrée et la sortie sont dans 2 plans perpendiculaires Corps mélangeur : la vanne possède deux entrées et une sortie afin de permettre le mélange de deux fluides Corps de dérivation (répartiteur) : la vanne possède une entrée et 2 sorties afin de permettre la séparation du fluide selon 2 directions.
Aperçu : principales catégories Ces vannes sont décrites dans les sections ci-après.
Vanne à opercule ou à passage direct
La vanne à opercule arrête le débit et isole la tuyauterie aval. Elle est appelée à passage direct, car elle permet le passage intégral du fluide, sans perte de charge dans la tuyauterie lorsqu'elle est complètement ouverte.
L'obturateur est à siège oblique à opercule (monobloc ou flexible), double opercule ou à sièges parallèles.
Le chapeau est à tige montante, à tige fixe à filet intérieur ou à tige coulissante à levier.
Le volant est fixé sur la tige qui se déplace avec celui-ci, ou fileté avec la tige qui monte à l'intérieur du volant fixe, ou l'opercule se déplace sur le filet extérieur de la tige qui est fixe. L'on dira "à tige montante".
Vanne à clapet/siège ou à soupape Dans une vanne à clapet ou encore appelée à soupape, le fluide est dévié à l'entrée de la vanne vers le clapet (plug en anglais) qui module le débit en fonction de son éloignement par rapport au siège de la vanne (ouverture).
Contrairement à d'autres modèles de vannes, le robinet à soupape est adapté à la régulation de débit des fluides. La régulation est d'autant plus fine que la forme du clapet (souvent parabolique) est profilée. La puissance émise par un échangeur par exemple pourra ainsi être directement proportionnelle à l'ouverture de la vanne.
Les inconvénients de la vanne à clapet sont : Le taux de fuite ; La perte de charge ; L'encombrement ; L'effort pour manœuvrer la vanne en fonction de la pression.
Comme pour la vanne à opercule, le robinet à soupape est actionné par un volant et une tige montante ou non.
La régulation automatique est souvent assurée : par un moteur pneumatique à membrane en milieu industriel ; par un moteur électrique en CVC.
Le mouvement du clapet à la fermeture s'oppose au passage du fluide, pour réduire les coups de bélier, en particulier lorsque la vanne est automatisée.
DN - Diamètre nominal, par exemple DN10, DN12, DN15, DN20, DN25, DN32, DN40, ... (l'ordre et les dimensions correspondent approximativement aux diamètres nominaux en pouces mentionnés ci-dessus)
ACS - Agrément pour l'eau potable en France
DVGW/SVGW/ÖVGW - approuvé par le DVGW pour une utilisation dans les installations de gaz ou d'eau potable (Allemagne ; Suisse ; Autriche) KIWA - approuvé par le
KIWA (anciennement Keuringsinstituut voor Waterleidingartikelen), un fournisseur de certifications et de services d'inspection dans les domaines du gaz, de l'énergie, de l'eau potable et de la sécurité de production
OV - Abréviation du fabricant Oventrop
HFF - Fabricant Hage Fittings et Flanges (acquisition par Aalberts N.V.)
STC - Fabricant Starfit China
PN - Classe de pression, c'est-à-dire la pression admissible dans la plage de fonctionnement typique ; selon la température et l'application, une pression maximale plus élevée ou plus basse peut être obtenue
Matériau - Souvent en acier inoxydable 304/316
Vanne à boisseau
Vanne à boisseau sphérique, ou « à boule »
La vanne à boisseau sphérique (ball valve en anglais) est équipée d'une sphère percée d'un trou, souvent de même diamètre que l'alésage de la vanne. Mais par raison d'économie, certaines vannes ont une sphère plus petite avec un passage plus petit : l'inconvénient est une perte de charge plus importante que celle de la vanne plein passage. Elle a l'avantage d'être manœuvrable rapidement en tournant le levier de manœuvre d'un quart de tour seulement. Elle est utilisée pour des fluides "propres" comme l'eau, le gaz, le pétrole à l'exception des fluides chargés ou de la vapeur.
La vanne à boisseau sphérique est employée dans les installations de chauffage central ou d'eau sanitaire. C'est une vanne d'arrêt pour couper la circulation d'eau dans une partie du circuit, mais elle est également utilisée en vanne de régulation de débit si elle est équipée d'un opercule de régulation adapté.
Les avantages sont : l'étanchéité à la fermeture ; la compacité ; la faible consommation moteur pour manœuvrer la boule.
Le bouchon à tête hexagonale peut être remplacé par un petit robinet de purge pour vidanger la tuyauterie que la vanne a isolée.
La vanne à boule flottante est maintenue seulement par la tige de manœuvre et les sièges ; elle se distingue de la vanne à boule arbrée, qui est maintenue en place par un axe à la partie inférieure. Cette seconde configuration est surtout utilisée pour les fluides à haute pression.
Le corps de la vanne à boule se présente sous différentes formes : corps monobloc : 1 pièce ; corps 2 pièces : deux coquilles boulonnées entre elles qui enferment la boule ; corps 3 pièces : la partie centrale est serrée par des tirants fixés sur les extrémités ; corps soudé : entièrement soudé, pour limiter les risques de fuite pour les applications sous-marines.
Vannes (ou robinets) multivoies à boisseau
Vue du haut à gauche : robinet 2 voies ; Vue du haut à droite : robinet 3 voies en « L » ; Vue du bas à gauche : robinet 3 voies en « T » (pour préciser et distinguer du cas précédent) ; Vue du bas à droite : robinet 4 voies.
Les voies sont en effet les passages possibles que peut emprunter le fluide pour entrer ou sortir du corps
Vanne à boisseau conique Il s'agit vraisemblablement du premier type de vanne qui ait existé. On le retrouve entre autres dans les canalisations des cités romaines. Le principe est le même que celui de la vanne à boule, mais l'opercule est constitué d'un cône percé. Le boisseau peut être inversé (base en bas) ou non selon l'application. L'étanchéité du corps se fait par l'injection de graisse sous pression ou par une chemise en téflon (entre le corps de la vanne et le tronc de cône).
Vanne papillon
La vanne « papillon » est utilisée pour les tuyauteries de diamètre () et plus. Elle se présente sous un format « gaufré » ou à brides.
Vanne papillon gaufrée
Le format gaufré s'installe entre deux brides de la tuyauterie qui servent de fixation et retenue par des oreilles de centrage. La vanne papillon gaufrée arrête le débit du fluide qui circule dans la tuyauterie.
Comme elle est installée entre deux brides, elle ne peut être enlevée sans avoir vidé au préalable toute la tuyauterie (à moins d'avoir assuré sa fixation par un jeu d'écrous supplémentaires, de part et d'autre des oreilles de centrage).
Vanne papillon à brides Le format à brides a le même usage que la précédente avec l'avantage qu'on peut enlever la tuyauterie en aval de la vanne sans vider la tuyauterie amont, après avoir fermé la vanne.
Pour les petits diamètres de tuyauterie, les vannes papillons peuvent être actionnées au moyen d'un levier (de 2 1/2 à "63,5 à "). Pour les gros diamètres (8 pouces "" ou plus), un actionneur à volant avec engrenage démultiplicateur est nécessaire du fait des efforts requis pour la manœuvre. L'actionneur peut être aussi manuel / pneumatique ou manuel / électrique.
Utilisation en régulation de débit thumb|Vannes guillotines à commande pneumatique sur une canalisation à vendange|231x231px thumb|183x183px|Animation de l'opercule d'une vanne papillon|left Contrairement à d'autres modèles de vannes dont la position doit être ouverte ou fermée, la vanne papillon peut servir au contrôle de débit par la turbulence qu'elle provoque quand elle est positionnée plus ou moins ouverte. Beaucoup d'autres vannes ne modifient le débit que lorsqu'elles sont presque fermées, d'où leur usage exclusif comme vanne tout ou rien.
Vanne guillotine La vanne guillotine est une vanne d'arrêt sur un réseau d'eaux chargées ou à pression. La descente et la remontée de l'opercule se font par une tige équipée d'une poignée (généralement un volant). L'obturateur est ouvert lorsque la tige est remontée et fermé à l'inverse, à l'image d'une lame de guillotine qui coupe le flux.