La vanne de régulation pneumatique à double siège et à membraneest un composant clé de contrôle automatique largement utilisé dans les systèmes de contrôle de processus industriels. Il est favorisé dans des conditions de travail à haute pression différentielle en raison de sa structure unique à double tiroir et à double siège, qui résout efficacement le problème de la force déséquilibrée importante des vannes à siège unique. Cet article détaillera sa structure, son principe de fonctionnement, ses caractéristiques de performance, ses scénarios d'application et ses limites, aidant les professionnels et les praticiens de l'industrie à avoir une compréhension complète et fournissant une référence efficace pour la sélection et l'application.
1. Définition de base et composition structurelle
Comme son nom l'indique, la vanne de régulation pneumatique à double siège et à membrane est un type de vanne de régulation avec deux tiroirs et deux sièges à l'intérieur du corps de vanne. Il adopte une structure à double guidage et est principalement composé d'un actionneur pneumatique à membrane à course droite à ressorts multiples et d'un corps de vanne de régulation à double siège direct. Différent des vannes de régulation pneumatiques ordinaires, sa caractéristique principale réside dans la conception « double siège + double tiroir », qui est la clé pour réaliser une compensation de pression et un fonctionnement stable dans des conditions de pression différentielle élevée.
Les principaux composants structurels sont les suivants :
• Actionneur pneumatique à membrane :Il adopte une conception à ressorts multiples, qui présente les avantages d'une structure compacte, d'un poids léger et d'une action sensible. Le composant central est un diaphragme élastique en caoutchouc nitrile serré avec un tissu en polyester renforcé. L'air comprimé est introduit dans la chambre à membrane pour générer une poussée, qui surmonte la force du ressort pour amener la tige de vanne à se déplacer linéairement, réalisant ainsi l'ouverture et la fermeture ou le réglage de la vanne. La plage du ressort est généralement de 0,02 à 0,1 MPa ou de 0,04 à 0,20 MPa, et la pression d'alimentation en air est de 0,14 à 0,28 MPa, qui peut être ajustée de manière flexible en fonction des conditions de travail.
• Corps de vanne à double siège droit :Le corps de la vanne est une structure sphérique moulée, avec deux sièges indépendants et des tiroirs assortis à l'intérieur. Les bobines sont du type à piston à double guidage et il y a deux lignes d'étanchéité sur le corps de la bobine. Lorsque la vanne est fermée, les deux tiroirs appuient fermement sur les deux sièges en même temps pour former une double étanchéité, de manière à réaliser une compensation de pression et une fermeture de la vanne. Le corps de la vanne présente une variété de formes de connexion et d'options de matériaux, tels que l'acier au carbone (C) et l'acier inoxydable (P), qui peuvent s'adapter à différentes caractéristiques du fluide.
• Tige de valve et dispositif de guidage :La tige de valve est reliée à la tige de poussée de l'actionneur et à la bobine, et la structure à double guidage assure le mouvement stable de la bobine, évite le blocage et améliore la précision de réglage. La tige de valve et la tige de poussée sont généralement fabriquées en matériau 1Cr18Ni9Ti, qui présente une bonne résistance à la corrosion et à l'usure.
2. Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement de la vanne de régulation pneumatique à double siège et à membrane est basé sur le décalage mutuel des forces du fluide et l'ajustement de la zone d'écoulement par le mouvement du tiroir, en particulier comme suit :
Lorsque le système de contrôle (tel que DCS, PLC) envoie un signal électrique de 4 à 20 mA, le positionneur de vanne convertit le signal électrique en un signal de pression d'air proportionnel (généralement 0,2 à 1,0 bar), qui est entré dans la chambre à membrane de l'actionneur pneumatique à membrane. La pression de l'air agit sur le diaphragme pour générer une poussée, qui entraîne la tige de valve à se déplacer linéairement, puis entraîne les tiroirs supérieur et inférieur à se déplacer de manière synchrone.
Le fluide s'écoule dans le corps de la vanne par le côté gauche, traverse l'espace entre les deux sièges et les tiroirs, puis s'écoule par le côté droit. En raison de la conception symétrique des tiroirs supérieur et inférieur, la force du fluide agissant sur les deux tiroirs est de direction opposée et peut être compensée, de sorte que la force déséquilibrée de la vanne est faible, ce qui permet à la vanne de fonctionner de manière stable dans des conditions de grande différence de pression entre l'avant et l'arrière de la vanne.
Par rapport à la vanne de régulation à siège unique de même diamètre nominal, le chemin d'écoulement de la vanne de régulation à double siège est plus dégagé et sa capacité de circulation est augmentée d'environ 20 % à 25 %. La valeur du coefficient de débit Kv varie en fonction du diamètre nominal. Par exemple, la valeur Kv de la vanne de diamètre nominal DN25 est de 4 et celle du DN200 est de 630, ce qui peut répondre aux besoins de grandes occasions de réglage du débit.
3. Caractéristiques de performances
La vanne de régulation pneumatique à double siège et à membrane présente des avantages évidents et certaines limites, qui doivent être soigneusement prises en compte lors du processus de sélection. Ses principales caractéristiques de performances sont les suivantes :
3.1 Avantages
• Faible force déséquilibrée et grande pression différentielle admissible :Le décalage mutuel de la force moyenne sur les doubles tiroirs réduit considérablement la force déséquilibrée, de sorte que l'actionneur n'a pas besoin d'une poussée trop importante et que la vanne peut fonctionner de manière stable dans des conditions de grande différence de pression entre l'avant et l'arrière. La pression différentielle admissible de la vanne de diamètre nominal DN25 peut atteindre 5,8 MPa, ce qui est bien supérieur à celle de la vanne à siège unique de même spécification.
• Grande capacité de vanne et caractéristiques de débit précises :La structure à double siège et la conception optimisée du chemin d'écoulement confèrent à la vanne un coefficient de débit nominal élevé, supérieur à celui de la vanne à siège unique du même calibre. En même temps, il présente des caractéristiques de débit précises, notamment des caractéristiques linéaires, des caractéristiques de pourcentage égal et des caractéristiques d'ouverture rapide, qui permettent de réaliser un réglage précis du débit moyen, et l'erreur de base n'est que de 1,5 %.
• Structure compacte et grande adaptabilité :L'actionneur à membrane multi-ressorts a une structure compacte et un poids léger, ce qui est pratique pour l'installation et le démontage. La vanne est disponible dans une variété de types, tels que le type standard, le type scellé à soufflet et le type de conservation de la chaleur de la gaine, et les plages de température du fluide applicables de -250 ℃ à +560 ℃, qui peuvent s'adapter aux conditions de travail difficiles.
3.2 Limites
• Fuite importante :En raison des caractéristiques structurelles des tiroirs doubles, il est difficile pour les tiroirs supérieur et inférieur d'être complètement fermés en même temps, de sorte que la fuite lorsque la vanne est fermée est plus importante que celle de la vanne à siège unique. La fuite est inférieure à 0,5 % du coefficient de débit nominal Kv, ce qui convient aux occasions où les exigences de fuite ne sont pas strictes.
• Dommages graves dus à l'érosion et à la cavitation :Le chemin d’écoulement du fluide à l’intérieur du corps de vanne est relativement complexe. Lorsqu'il est utilisé sous une pression différentielle élevée, le fluide à grande vitesse provoquera de graves dommages par érosion et par cavitation au corps et aux tiroirs de la vanne, ce qui affectera la durée de vie de la vanne. Il est nécessaire de sélectionner des matériaux appropriés (tels qu'un revêtement en alliage stellite) pour améliorer la résistance à l'usure et à la cavitation.
• Ne convient pas aux supports spéciaux :Il ne convient pas au réglage de fluides à haute viscosité et de fluides contenant des fibres, car ces fluides bloquent facilement le chemin d'écoulement entre les bobines et les sièges, affectant le fonctionnement normal de la vanne.
4. Scénarios d'application
Sur la base de ses caractéristiques de performance, la vanne de régulation pneumatique à double siège à membrane est largement utilisée dans les services de contrôle industriel tels que le pétrole, l'industrie chimique, la pharmacie, la métallurgie et les centrales électriques, et est principalement utilisée pour contrôler des fluides tels que le gaz, les liquides et la vapeur. Il est particulièrement adapté aux occasions suivantes :
• Occasions avec une grande différence de pression et des exigences de fuite non strictes :Par exemple, lors du réglage du débit des canalisations haute pression dans les usines chimiques et les centrales électriques, la vanne peut supporter une grande différence de pression et répondre aux exigences de base en matière de contrôle du débit sans exigences strictes en matière d'étanchéité d'arrêt.
• Occasions avec une demande de débit importante :Tels que le réglage du débit de vapeur des chaudières des centrales thermiques, le réglage du débit de pétrole des raffineries de pétrole, etc. La grande capacité de circulation de la vanne peut répondre aux besoins de contrôle des fluides à grand débit et assurer la stabilité du processus de production.
• Occasions moyennes propres :Il convient aux milieux propres sans impuretés, fibres et autres substances, tels que l'eau pure, la vapeur propre, le gaz naturel, etc. Il peut éviter le blocage des vannes et les dommages causés par la pollution du milieu.
Dans les applications pratiques, il peut être associé à des positionneurs intelligents pour réaliser un contrôle de débit plus précis. Par exemple, dans le processus de production de produits chimiques fins, il peut réaliser un ajustement stable d'un petit débit (inférieur à 0,1 m³/h), garantissant le plein progrès des réactions chimiques et la qualification de la pureté du produit ; dans l’industrie électrique, il peut être utilisé pour ajuster l’apport de vapeur des turbines à vapeur afin de répondre à la demande de charge du réseau.
5. Points clés de sélection
Lors de la sélection d'une vanne de régulation pneumatique à double siège et à membrane, les points clés suivants doivent être concentrés sur les points clés suivants pour garantir qu'elle est compatible avec les conditions de travail :
• Caractéristiques moyennes :Confirmez le type de fluide (gaz, liquide, vapeur), la viscosité, la corrosivité, etc. Pour les fluides corrosifs, sélectionnez des matériaux résistants à la corrosion tels que l'acier inoxydable ; pour des fluides propres, sélectionnez des obus et des sièges de vanne standard.
• Conditions de travail :Déterminez la différence de pression entre l'avant et l'arrière de la vanne, le débit, la température de fonctionnement et d'autres paramètres, sélectionnez le diamètre nominal approprié, la pression nominale (PN1,6, 4,0, 6,4 MPa) et le type de vanne (tel que le type de conservation de la chaleur de la chemise pour les fluides à haute température) en fonction des paramètres.
• Exigence en matière de fuite :Si l'occasion a des exigences strictes en matière de fuite (telles que zéro fuite), la vanne de régulation pneumatique à double siège à membrane ne convient pas et une vanne à siège unique ou d'autres types de vannes de régulation doivent être sélectionnées à la place ; si l'exigence de fuite n'est pas stricte, elle peut être préférée compte tenu de sa résistance élevée à la pression différentielle et de sa grande capacité de débit.
• Sélection de l'actionneur :Sélectionnez l'actionneur à membrane multi-ressorts approprié en fonction de la poussée requise et confirmez la plage du ressort et la pression d'alimentation en air pour garantir l'action sensible de la vanne. Pour les pressions différentielles élevées et les gros calibres, un actionneur à double membrane peut être sélectionné pour améliorer la poussée.
6. Résumé
La vanne de régulation pneumatique à double siège à membrane est une vanne de régulation industrielle importante présentant les caractéristiques d'une petite force déséquilibrée, d'une grande pression différentielle admissible, d'une grande capacité de débit et d'un réglage précis. Il résout le problème du réglage difficile des vannes à siège unique dans des conditions de pression différentielle élevée et est largement utilisé dans divers domaines industriels. Cependant, il convient de noter qu'il présente la limitation des fuites importantes et ne convient pas aux fluides spéciaux et aux occasions avec des exigences d'arrêt strictes.
Dans le processus d'application réel, en sélectionnant raisonnablement les spécifications de la vanne, le matériau et l'actionneur, et en les combinant avec les conditions de travail spécifiques, l'effet de contrôle optimal peut être obtenu, la stabilité et la fiabilité du processus de production industrielle peuvent être assurées et l'efficacité de la production peut être améliorée. Avec le développement continu de l'automatisation industrielle, la vanne de régulation pneumatique à double siège à membrane sera encore optimisée en termes de structure et de performances et jouera un rôle plus important dans le contrôle industriel.
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