Définition et principaux types de vannes de régulation

Une vanne de régulation est un dispositif actionné mécaniquement qui modifie la valeur du débit de fluide dans un système de commande de processus. Il est constitué d’une vanne (i.e. d’un ensemble constitué d’une enveloppe contenant la pression et renfermant des organes internes) reliée à un actionneur capable de faire varier la position d’un organe de fermeture dans la vanne en réponse à un signal du système de commande.

Les principaux types de vannes de régulation sont les suivants :

  • A soupape, simple siège
    • V-port à 3 V
    • V-port à 4 V
    • V-port à 6 V
    • Clapet profilé (linéaire et à pourcentage égal)
    • A soupape, à cage percée, de 60 trous de même diamètre
    • A soupape, à cage percée, de 120 trous de même diamètre
    • Cage à 4 luminaires
  • A soupape, double siège
    • Clapet V-port
    • Clapet profilé
  • A soupape d’angle
    • Clapet profilé (linéaire et à pourcentage égal)
    • Cage à 4 luminaires
    • Venturi
  • Equipement interne à petit débit
    • Encoche en V
    • Siège plat (course courte)
  • Rotative
    • Obturateur sphérique excentré
    • Obturateur conique excentré
  • Papillon (arbre traversant)
    • Non excentré (70°)
    • Non excentré (60°)
    • Disque dentelé (70°)
  • Papillon (arbre non traversant)
    • A siège décalé (70°)
  • A tournant sphérique
    • A passage intégral (70°)
    • A secteur sphérique

Principaux fluides dont le débit peut être modifié par une vanne de régulation

Une vanne de régulation peut modifier la valeur du débit de nombreux fluides utilisés dans des processus industriels variés:

  • Acétylène
  • Air
  • Ammoniac
  • Argon
  • Benzène
  • Isobutane
  • Butane n
  • Isobutylène
  • Gaz carbonique
  • Monoxyde de carbone
  • Chlore
  • Ethane
  • Ethylène
  • Fluor
  • Fréon 11 (trichloromonofluorométhane)
  • Fréon 12 (dichlorodifluorométhane)
  • Fréon 13 (chlorotrifluorométhane)
  • Fréon 22 (chlorodifluorométhane)
  • Hélium
  • Heptane n
  • Hydrogène
  • Chlorure d’hydrogène
  • Fluorure d’hydrogène
  • Méthane
  • Chlorure de méthyle
  • Gaz naturel
  • Néon
  • Oxyde nitrique
  • Azote
  • Octane
  • Oxygène
  • Pentane
  • Propane
  • Propylène
  • Vapeur saturée
  • Anhydride sulfureux
  • Vapeur surchauffée

Principaux paramètres influant sur le bruit des vannes de régulation

Les vannes de régulation (a fortiori, lors de l'utilisation dans des conditions de forte chute de pression) peuvent contribuer de manière significative au bruit des installations industrielles et de process, notamment en raison de la génération de bruit aérodynamique en fonction des données de la vanne et des données de process, les principaux paramètres étant les suivants:

  • Pression absolue à l’entrée de la vanne
  • Pression absolue à la sortie de la vanne
  • Facteur de récupération de pression du liquide dans une vanne avec ou sans raccords adjacents
  • Facteur de rapport de pression différentielle d'une vanne de régulation avec sans raccords adjacents, à débit engorgé
  • Coefficient de correction générique de vanne
  • Coefficient de débit (requis)
  • Rapport de puissance acoustique ou Coefficient de correction de vanne pour rendement acoustique
  • Masse moléculaire du fluide véhiculé
  • Température absolue à l’entrée
  • Masse volumique du fluide à l’entrée
  • Rapport des chaleurs spécifiques
  • Débit massique
  • Température absolue à la sortie
  • Masse volumique du fluide à la sortie
  • Nombre de Strouhal
  • Vitesse du son dans les conditions en aval
  • Diamètre de sortie de la vanne
  • Diamètre intérieur de la tuyauterie aval
  • Coefficient de contraction pour la sortie de la vanne ou l'entrée du divergent

Lorsque le coefficient de correction générique de vanne n’est pas une donnée d’entrée explicitement disponible, des paramètres additionnels doivent être pris en compte :

  • Surface d’un chemin d’écoulement unique
  • Périmètre mouillé d’un chemin d’écoulement unique
  • Nombre de chemins d’écoulement indépendants et identiques à travers l’équipement interne

Lorsque les paramètres de l’écoulement ne sont pas des données d’entrée explicitement disponibles, des paramètres additionnels doivent être pris en compte :

  • Facteur de récupération de pression du liquide dans une vanne sans raccords adjacents
  • Diamètre d’entrée de la vanne

Liens pour en savoir plus sur le calcul du bruit des vannes de régulation

Réduction du bruit des vannes de régulation

Lorsqu’il s’agit de limiter l’émission sonore due à une décharge, une réduction du bruit des vannes de régulation peut être obtenue au moyen d’un silencieux approprié, installé en bout de ligne.

De tels silencieux sont généralement constitués d’un diffuseur (en amont) et d’un étage dissipatif (en aval). 

Le diffuseur est un élément perforé, au niveau duquel se produit une variation (dont il est souhaitable qu’elle soit à la baisse) du bruit de turbulence et du bruit de choc, la présence de perforations de petit diamètre occasionnant un pic de la génération de bruit en haute fréquence. En outre, la présence du diffuseur occasionne une perte de pression totale à laquelle il doit être prêté attention (*).

L’étage dissipatif quant à lui est constitué d’un revêtement (de préférence : à haute absorption acoustique), souvent utilisé en tant que garnissage de séparateurs, parfois concentriques (sinon : transverses), permettant une atténuation du bruit dans une bande de fréquence plus ou moins étendue notamment selon les caractéristiques acoustiques du medium poreux et de ses surfaçages éventuels, selon la géométrie de l’étage dissipatif et selon la nature et la vitesse de passage du fluide.

En outre, la présence de l’étage dissipatif occasionne une perte de pression totale (en général moindre comparée à celle du diffuseur) à laquelle il doit être prêté attention (*) et génère un bruit propre dont il est important de s’assurer qu’il est compatible avec l’objectif de réduction du bruit à considérer dans le cadre d’un projet pour lequel la mise en œuvre d’un silencieux est envisagée.

*notamment vis-à-vis des conditions de fonctionnement de la vanne sur la pression aval de laquelle il influe (à la hausse)

Lien pour en savoir plus sur la réduction du bruit des vannes de régulation

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