[Photo : Olivier HÉDIN – Société Larox France]
Société Larox France
L'utilisation de matériaux flexibles pour supporter de très hautes pressions n'est pas nouvelle dans les techniques utilisant la force hydraulique. Les vannes à pinces, en particulier, constituent une extension des technologies pour hautes pressions déjà établies. Elles montrent leur supériorité lors des agressions chimiques et dans les applications mécaniquement difficiles pour les vannes métalliques. Même dans des conditions de service agressives, une vanne à pinces reste opérationnelle après des centaines d'ouvertures et de fermetures sans perdre son étanchéité au fil du temps. Les vannes à pinces se comportent également très bien en matière de régulation de débit des fluides.
La technologie
La vanne à pinces que nous avons mise au point est constituée d'un manchon en caoutchouc naturel ou synthétique pincé symétriquement par rapport à son axe central, par le biais d'une commande manuelle ou mécanique (figure 1).
Cette conception simple résulte de l'analyse des conditions de procédé : il existe, en effet, maintes applications dans lesquelles l'unique solution sensée en termes de régulation, de durée de vie et de fiabilité est la technologie de la vanne à pinces.
Plusieurs études ont été menées sur la tenue des vannes à pinces face à l'abrasion, en comparaison avec les vannes à boisseau sphérique revêtues de stellite. Ces études ont montré que le manchon de vannes à pinces résiste plus longtemps selon la suspension. Ainsi, pour de la pyrite, la vanne à boisseau a tenu 3 000 cycles (ouverture/fermeture toutes les dix minutes) avant d'être renvoyée au service entretien tandis que la vanne à pinces a supporté 27 000 cycles sans aucune intervention. La raison de cette longévité supérieure est facile à expliquer. Un manchon de vanne à pinces subit une certaine usure tout en restant étanche, alors que la plus infime usure d'une vanne métallique provoque une fuite qui, à son tour, entraîne une usure accélérée. L'unique pièce d'usure est le manchon élastique qui peut être changé sans outil spécial, sans usinage, sans formation du personnel d'entretien, et sur le site même.
En position ouverte, le manchon est uniquement le prolongement de la tuyauterie. Les pertes de charge sont quasi nulles et les coûts de pompage sont réduits. Grâce à sa propriété élastique, le manchon reprend sa forme tubulaire permettant ainsi à nouveau un passage intégral. La vanne n'est donc à l'origine d'aucune turbulence.
En termes de régulation, par rapport au cas idéal où le pourcentage d'ouverture de la vanne est proportionnel au pourcentage du débit, les performances de la vanne à pinces sont comparables à celles des vannes métalliques classiques, voire supérieures, selon les cas. Le rapport entre le changement de débit et la position de la barre de pincement est approximativement linéaire pour une gamme étendue de position (20-80 %). Ceci permettant un réglage aisé (figure 2).
Cependant, pour la régulation de débit des fluides, une vanne à pinces a généralement un diamètre inférieur à celui de la tuyauterie. Lors du pincement, une vanne avec un diamètre identique à celui de la tuyauterie aurait pour effet d'accroître la vélocité du fluide et des particules solides, et donc le « laminage » se ferait beaucoup plus rapidement. Par contre, une vanne avec un diamètre inférieur fait travailler le manchon avec un pourcentage d'ouverture plus important, obtenant ainsi la même aire de passage du fluide (figure 3).
Un logiciel de dimensionnement de vanne à pinces installé sous Windows, à la fois convivial et facile d'utilisation, a été élaboré afin de calculer le diamètre adéquat d'une vanne de régulation en fonction des propriétés de la suspension (densité, concentration, température, …) et des débits en amont et en aval de la vanne. Un dimensionnement correct est synonyme de longévité pour la vanne et de respect des conditions du procédé.
En position fermée, le manchon est pressé entre les deux barres de pincements établissant ainsi une large surface de pincement totalement étanche.
Le choix de l'élastomère à utiliser est déterminé en fonction des caractéristiques de la suspension. Ainsi la constitution, le pH, la concentration, la tem-
[Photo : Coupe du manchon]
[Photo : Courbe de régulation]
[Photo : Figure 3]
Température de cette dernière sont les principaux facteurs influençant sur le choix de la qualité de l’élastomère. Parmi la gamme, on trouve le caoutchouc naturel, le styrène butadiène, le butyle, le nitrile, l’éthylène chlorosulfoné, l’éthylène propylène, le caoutchouc fluoré...
Le tout est de parvenir à la meilleure adéquation entre tenue aux conditions d'utilisation, et capacité à subir un nombre conséquent de cycles. C’est à ce stade, que la partie consacrée à la recherche et au développement est essentielle, en outre des bases de données obtenues par les références.
Des conditions rudes d’utilisation demandent des solutions flexibles
De nos jours, la plupart des vannes à pinces fonctionnent sous des conditions où la pression maximale est de 6 bars (100 psig). C’était le cas des vannes Larox, il y a encore dix ans. Depuis ce temps, notre société a développé la vanne pour des pressions de plus en plus importantes, si bien que maintenant des vannes sont en place pour des pressions atteignant les 100 bars (1450 psig) comme, par exemple, en Australie, pour l’alimentation de filtres en concentré d’oxyde de fer.
L'utilisation de matériaux flexibles pour supporter de très haute pression n’est pas nouvelle dans les techniques utilisant la force hydraulique. Les vannes à pinces, en particulier, constituent une extension des technologies pour hautes pression déjà établies. Elles montrent leur supériorité lors des agressions chimiques et dans les applications mécaniquement difficiles pour les vannes métalliques.
Tout dépôt, comme par exemple l’entartrage, est éliminé de la surface du manchon lors d’un fonctionnement normal. Lors de la fermeture, l’éventuel dépôt va se « casser » et partir avec le flux lors de l’ouverture. Dès lors, la vanne n’est pas affectée par les sédiments.
Recherche et développement
La société Larox simule également les conditions réelles de procédés afin d'étudier la tenue des vannes et des manchons. Ce printemps a vu apparaître un anneau pilote avec système de pompage intégré. Il comprend de la tuyauterie de diamètre 125 mm, un réservoir mélangeur de 3 m³, un moteur de 37 kW, une pompe Warman, et des vannes à pinces.
[Photo : Figure 4]
Cet ensemble est piloté par ordinateur. La partie commande, par l’intermédiaire des organes moteurs, fait varier la pression et les débits. Les résultats mettent en évidence l’influence de ces facteurs sur les vannes, en collectant les informations sur le Cv, la cavitation, l’usure face aux suspensions et à la vélocité.
Un autre ensemble de quatre vannes identiques permet d’étudier le comportement des manchons sous des pressions et des températures diverses, au niveau du nombre d’ouverture/fermeture avant rupture. Plusieurs types de matériaux ou différentes structures constituant le manchon peuvent être testés simultanément sous les mêmes conditions.
[Photo : Figure 5]
Grâce à un générateur de vide, d’autres essais portent sur la longévité du manchon pour les applications en dépression.
Réalisations
Comme tout bon fabricant spécialiste, la gamme de vannes se doit d’être importante : du DN25 au DN1000, de –40 °C à +110 °C, et de 0 à 100 bars (1450 psig) en pression. Cette gamme étendue permet d’introduire la vanne à pinces partout où une vanne métallique dite classique ne pourrait remplir correctement sa fonction au fil des manœuvres.
Ainsi, la société LK AB au nord de la Suède s’est équipée d’un nombre total de 160 vannes pour un projet d’extraction et de traitement de concentré de fer, appelé SAK2000. Ces vannes sont commandées manuellement et pneumatiquement, du diamètre 32 mm au diamètre 400 mm et pour des pressions variant entre 1 et 10 bars. Les applications y sont multiples : vanne équipant les circuits d’eaux boueuses, vanne de sectionnement sur hydrocyclones, vanne d’isolement des pompes, vanne de purge de réservoir, vanne d’alimentation des filtres de déshydratation...
Les vannes à pinces ont apporté des solutions en industries minières, métallurgiques, en atelier de concentration minérale où les débits « abrasifs » sont courants au stade du broyage, de l’épaississement, de la flottation et de la filtration.
Les applications des vannes à pinces sont également fréquentes en industries agro-alimentaire, en industries chimiques, en cimenterie, et en traitement d’effluents.
Pour les suspensions abrasives et/ou corrosives, les substances granuleuses ou poudreuses, la solution est la technologie de la vanne à pinces pour un fonctionnement performant, une durée de vie supérieure et une maintenance facilitée.
Les références sont nombreuses et elles sont le gage de la fiabilité de la vanne à pinces.
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