Vannes papillon dans le bâtiment et l'industrie

Les vannes à papillon sont de plus en plus utilisées dans les installations techniques du bâtiment grâce à leur faible poids, leurs petites cotes de montage et leur construction favorable à l'écoulement. Les développements de vannes à papillon et d'actionneurs vont constamment de pair avec les exigences techniques de la pratique, et des solutions techniques sont trouvées pour d'innombrables applications. Un constructeur connu a ainsi développé une vanne-papillon avec un thermomètre intégré, capable d'obturer, mesurer et régler, sur laquelle on peut par ailleurs marquer ou désigner le nom de l'installation (figure 1).

Dans le bâtiment, il s'agit surtout de savoir quelles sont les vannes qui apportent le meilleur rendement en matière de technique énergétique dans les installations de chauffage, de climatisation, de refroidissement, etc.

La soupape représente la solution traditionnelle qui a été la plus souvent utilisée dans le passé. Les soupapes ont été installées comme robinets d’arrêt dans les chauffages. Durant les dernières années, un changement de tendance a été observé dans ce domaine, et la soupape a laissé la place à la vanne-papillon. Grâce au perfectionnement des méthodes de fabrication, telle que la technique CNC, l’usinage des pièces est devenu aussi plus précis. Enfin, la qualité des matériaux d’étanchéité s'est considérablement améliorée durant ces dernières années, de telle sorte que les vannes papillon sont devenues maintenant des vannes absolument étanches et fiables.

Les vannes papillon dans la pratique

Les vannes papillon présentent de nombreux avantages pour les planificateurs et les réalisateurs.

Pour une même section nominale de passage, elles pèsent beaucoup moins que les soupapes, ce qui facilite le transport et le montage. Plus la section nominale de passage est grande, plus importante est la différence de poids (figure 2).

Le faible encombrement des vannes (figure 3) s’avère très intéressant dans le cas de locaux de très faible hauteur.

Grâce à la disposition centrée du papillon et à la conception plus favorable à l'écoulement qui caractérise ces vannes, les pertes de charge sont très faibles. La valeur Kv est plus intéressante que pour les soupapes (figure 4), car le fluide n’a pas besoin d'être dévié et le papillon ouvert ne représente qu'un obstacle minime.

Les vannes papillon peuvent être montées sur la tuyauterie dans n'importe quelle position. Il suffit de les insérer entre deux brides. La pose et le réglage de joints complémentaires d’étanchéité deviennent superflus, car la conception du corps de vanne et du manchon est telle que la vanne papillon est absolument étanche par rapport aux brides et, dans les deux sens du passage du fluide.

Cela signifie un temps de main-d'œuvre plus court et donc des coûts moins élevés. Par ailleurs, le montage est facilité par le fait que les poids des vannes à manipuler sont moins importants.

Valeur Kv

Les débits de passage des vannes sont exprimés aujourd’hui par la valeur Kv. Celle-ci indique combien de mètres cubes d’eau traversent une vanne à une température de 20 °C et par une perte de charge de 1 bar. Par rapport aux soupapes, les vannes-papillon permettent de plus grands débits, car en position ouverte, le flux n'est pas dévié.

Plus les débits sont importants, moins il y a de pertes de charge et donc de coûts d’énergie.

Qualité et fiabilité

Les vannes-papillon sont très fiables. Par rapport aux autres vannes, leur fabrication requiert beaucoup moins de matériaux, sans pour autant perdre en qualité. Le principe de construction d'une vanne-papillon offre même des avantages importants.

Étant donné que deux pièces seulement entrent en contact avec le fluide, le papillon et le manchon, les pannes dues au matériel sont réduites au minimum.

Par ailleurs, la qualité des matériaux s'est considérablement améliorée au cours des trente dernières années. Ainsi, il est possible aujourd’hui de fabriquer le manchon à partir d’un élastomère à haute capacité de charge, suffisamment élastique et inaltérable, assurant une étanchéité parfaite, pendant longtemps.

Pour ce qui concerne les vannes papillon pour le bâtiment, qui répondent à une haute norme de

qualité, les corps sont réalisés en général en fonte grise ou en fonte sphéroïdique. La forme coulée hautement performante est le gage de la qualité requise.

La fonte de moulage est un alliage de fer et de carbone avec 2 à 5 % de teneur en carbone. Le taux élevé de carbone confère à ce matériau ses qualités essentielles, notamment bonne fusibilité et facilité de coulage. Le produit fini est hautement résistant à la corrosion. La fonte constitue une protection naturelle, une croûte en émail de silicate de fer qui ne rouille pas. Un revêtement supplémentaire de peinture en poudre offre pratiquement la meilleure protection contre la corrosion.

Pour le gaz, la fonte de moulage avec graphite sphéroïdal (fonte sphéroïdique) est prescrite par l'association professionnelle des gaziers allemands (DVGW). Cette fonte se distingue par ses qualités proches de l’acier : haute résistance à l'usure et à la dilatation et facilité de façonnage.

L'usinage de la fonte s’effectue sur des machines à commande numérique par calculateur. Grâce à la technique CNC, l'usinage peut se faire suivant les tolérances dimensionnelles les plus justes (figure 5). Compte tenu des valeurs de rappel de l'élastomère, on obtient ainsi une étanchéité parfaite et un écart de mesure insignifiant du papillon, d’où une durée de vie plus longue du matériel. Les tolérances dimensionnelles exactes assurent de ce fait une grande sécurité de fonctionnement à de faibles couples de manœuvre.

L'usinage coûteux des différents éléments des vannes, allié à une assurance-qualité réalisée systématiquement, assure un bon logement du manchon et une position précise de l’axe de commande. L’axe doit posséder par ailleurs de bonnes qualités d’autograissage.

Un triple palier additionnel empêche l'axe de se déformer, même si celui-ci est soumis à des conditions de pression extrêmes. La disposition des paliers évite par ailleurs la corrosion qui pourrait se produire entre le corps de vanne et l’axe de commande et assure ainsi un bon fonctionnement et un passage optimum, même après de longues années d'immobilisation.

Le manchon doit être réalisé à plusieurs couches, pour résister aux déformations sous hautes pressions. On évite ainsi la pose de joints de brides supplémentaires.

Les vannes-papillon peuvent être équipées, d'origine ou ultérieurement, de tous les actionneurs possibles (levier manuel à crantage avec régulation de débit, actionneurs pneumatiques et électriques). Les vannes-papillon sont utilisées depuis longtemps et sur une grande échelle, aussi bien dans l'industrie, où elles sont soumises à des contraintes multiples en matière de pression, de température ou de résistance aux fluides, que dans le bâtiment.

Entretien

Les vannes-papillon ont une très longue durée de vie et ne nécessitent aucun entretien. Pour le cas où il y aurait des problèmes passagers, les vannes de bonne qualité sont fabriquées selon le principe de modularité, de manière que toutes les pièces peuvent être remplacées individuellement, évitant ainsi de changer la vanne entière. Le principe de modularité satisfait aussi aux normes de recyclage en vigueur. Toutes les pièces des vannes peuvent être recyclées selon les matériaux qui les composent.

Assistance informatique

Un fabricant de vannes, leader dans sa branche, propose à ceux qui projettent l'installation de ce matériel de mettre à leur disposition un logiciel permettant de planifier et de concevoir les installations techniques.

On peut ainsi acquérir, d'une part, les disquettes Datanorm, qui contiennent les textes d'adjudication relatifs à toutes les vannes-papillon mises en œuvre dans les installations et, d’autre part, une

bibliothèque de vannes pour les utilisateurs de systèmes de conception assistée par ordinateur. Les dessins détaillés qui exigent beaucoup de temps n'ont plus leur raison d'être, les vannes pouvant être sélectionnées par un simple « cliquage de souris ». Tous les composants sont ordonnés pratiquement de manière claire et détaillée, de telle sorte que les dessinateurs peuvent manipuler ce programme sans une formation poussée.

Un programme de calcul pour vannes est également proposé. Il permet de calculer la valeur Kv et de déterminer la différence de pression existant devant et derrière la vanne. Pour empêcher la cavitation, on peut fixer l'angle d'ouverture du papillon ou la vitesse de passage, respectivement dans la conduite et la vanne.

Vanne-papillon avec thermomètre

Comme indiqué précédemment, un fabricant de vannes-papillon vient de concevoir pour les installations de chauffage et de climatisation dans le bâtiment une vanne qui répond spécialement aux conditions exigées des vannes : une vanne-papillon avec un thermomètre intégré (figure 6).

Avec cette vanne, la température du fluide est mesurée directement sur le papillon baigné par le fluide. Le positionnement de l'élément sensible à la température sur le papillon assure une réaction rapide et une grande précision du thermomètre. La sonde à deux lames permet d'avoir un temps de réaction si court qu'un mélange de température entre fluide et corps de vanne est exclu. La mesure de la température correspond à la catégorie des précisions I (+/- 1 °C d'écart de la température mesurée par rapport à la température réelle).

Le cadran du thermomètre est réglable dans tous les sens, mais il ne se déplace pas lorsqu’on actionne la vanne. De plus, la plage de température à mesurer peut être choisie par le client lui-même : pour l'eau chaude, de 0 °C à 120 °C et pour l'eau froide, de –20 °C à +40 °C. Le raccordement à des postes de commande centralisés est possible, avec des thermomètres digitaux commandés par une sonde thermique. Cet élément de mesure électronique de la température, appelé sonde thermique PT 100, est valable pour des systèmes à commande numérique directe. Il peut être installé aussi facilement qu'un thermomètre mécanique. Le raccordement au thermomètre s’effectue à l’aide d’une borne plate, montée sur la tête de la sonde. Il existe également un modèle avec convertisseur de mesure. Celui-ci permet d'impulser la commande avec un signal de sortie défini. Les vannes munies d'un thermomètre électronique peuvent être rééquipées à tout moment.

La combinaison de la vanne et du thermomètre offre des avantages importants pour le chauffagiste :

• • à cause de la nouvelle réglementation relative à l'installation de chauffages, l'isolation thermique effectuée dans les règles de l'art gagne de plus en plus d'importance. Grâce à la vanne équipée de thermomètres, l'installation de chauffage n’a plus besoin d’être percée. Cela entraîne des économies de matériel et de montage ;
• • le montage du thermomètre est très simple : il est introduit dans l'axe de commande à travers le levier manuel à crantage. Les difficultés inhérentes à la précision de mesure de la température sont souvent moins dues aux appareils de mesure qu’au montage de ceux-ci, car le réglage de la bonne longueur de la tige de plongée est d'une importance primordiale, surtout si l'on envisage l'automatisation (commande numérique directe) ultérieure de l'installation.

En cas de livraison de vannes-papillon à diamètres nominaux de passage différents, les thermomètres ne peuvent pas être confondus. Les thermomètres portent toujours l'indication de la section nominale correspondante. De plus, chaque thermomètre est équipé, sous le cadran, d'une gorge de dimension différente, qui correspond à une section bien définie, ce qui évite toute confusion au moment de la pose du thermomètre. La sonde reste toujours à sa bonne place.

Le fait d'intégrer le thermomètre dans la vanne-papillon permet de réaliser un gain de place en hauteur de l'installation. Cela est appréciable lorsqu'on pense à la faible hauteur disponible dans de nombreux locaux techniques.

Une installation de chauffage équipée de vannes à papillon offre une image plus précise. Les vannes sont montées en général à la même hauteur et les thermomètres se trouvent ainsi alignés.

La lecture de la température dans les locaux techniques de chauffage est plus rapide qu'avec les thermomètres traditionnels.

Conclusion

Le principe des vannes-papillon est très simple et répond aux conditions exigées dans le bâtiment. Elles se distinguent par leur facilité d'utilisation. Les deux conditions essentielles, à savoir l'obturation et le contrôle de la température, sont assurées. Les vannes apportent depuis peu à l'installateur une autre innovation. Dans les grandes installations de chauffage, il faut poser en général, dans le poste de distribution, des plaquettes de repérage qui doivent être vissées. La vanne décrite ici offre dorénavant la possibilité d'intégrer ces plaquettes signalétiques de la même façon que les thermomètres. Cela signifie encore une nouvelle économie de travail. Chaque ligne de distribution est équipée de deux vannes. La température est indiquée sur la vanne supérieure, et la plaquette de repérage peut ainsi être montée sur la vanne inférieure.