Le type de soupape le plus courant dans le monde d'aujourd'hui est probablement la valve de globe. Des millions sont utilisés et la plupart sont sous le nez ou littéralement sous vos mains pendant que vous lavez l'évier. C'est vrai - la vanne du robinet est en fait une soupape à voile cachée sous une couche brillante de chromage. Ces dispositifs utilitaires de contrôle de flux sont également au cœur de chaque brosse à tuyaux. En fait, l'industrie de la plomberie utilise plus de valves à l'échelle mondiale que tout autre segment de l'industrie.
Pourtant, le globe est également la souplesse de préférence dans pratiquement toutes les industries dans lesquelles les débits doivent être réglementés. La soupape à base de globe est également similaire à sa cousine plus compliquée, la soupape de commande multi-tours. En fait, la vanne de régulation est vraiment une valvule munie de cloches et de sifflets attachés sous forme de commande automatique, de fonctionnement équilibré, de positionneur, de contrôleur, de circuits de retour et plus encore.
Figure 1. Valve globe à capuchon boulonné 
Figure 2. Soupape à air en acier forgé (FS) 
Figure 3. Soupape à clapet anti-pression 
Figure 4. Soupape à soupape pression-étanchéité en forme de Y MEILLEURS UTILISATIONS POUR GLOBES
Bien que la soupape globe puisse être utilisée comme une vanne de blocage ou d'isolation, elle est principalement conçue pour réguler le débit dans la position partiellement ouverte, tandis que les vannes de vanne sont conçues pour la position complètement ouverte ou complètement fermée. Lorsque vous envisagez des soupapes à bille pour le service d'isolement marche-arrêt, la sélection de la conception doit être soigneusement étudiée car il est difficile de maintenir un joint étanche contre la forte force qui pousse le disque.
Les concepteurs de canalisations, lors de la spécification d'une soupape, considèrent avant tout combien il émule une course de conduite droite en position ouverte. Les vannes telles que la porte, le papillon et les types de balle intégral font un très bon travail à cet égard. Cependant, la soupape à base de globe, en raison de sa trajectoire d'écoulement intérieure enroulée, ne fonctionne pas bien en imitant une course de conduite droite. Au lieu de cela, le flux en zigzag coudé crée un frottement fluide, ce qui ralentit le flux de fluide à travers la vanne. Le "Cv" (ou la mesure du coefficient de débit) pour les barrières de porte et de même taille sera très différent, car la vanne de porte offre peu de résistance à l'écoulement en position ouverte.
Le mécanisme de fermeture de soupape à l'échelle mondiale, appelé disque ou fiche, peut être usiné dans de nombreuses formes différentes. En changeant la forme du disque, la vitesse d'écoulement à travers la vanne telle qu'elle s'ouvre peut varier considérablement en fonction du nombre de spires de la tige. La plupart des services utilisent la conception de disques sphériques ou sphériques plus communs ou «classiques» car elle ouvre plus que d'autres modèles pour un mouvement donné de la tige. La conception du disque en V-port est utilisée pour l'étranglement par une large gamme de pourcentages d'ouverture et est adaptable à toutes les tailles de vannes munies. La conception du disque à aiguille est utilisée pour une régulation de débit très fine, mais habituellement uniquement pour des tailles plus petites. Lorsque l'arrêt absolu est nécessaire ou lorsqu'il existe un problème de scellement des fluides avec de petites particules en suspension, un insert en élastomère à assise souple peut être installé soit sur le disque, soit sur le siège.
LA TRIM
Dans les valves à globe, les composants qui supportent le poids du flux de fluide pendant l'opération de fermeture sont appelés trim. Ils sont le siège et le disque face, la tige et parfois le matériel qui relie la tige au disque. Une conception correcte des garnitures et une sélection appropriée des matériaux de garniture sont essentielles pour un fonctionnement et une longévité maximaux de toute vanne, en particulier des soupapes à sphères munies d'un fort frottement de fluide et d'un chemin d'écoulement enroulé. Au fur et à mesure que le siège et le disque se rapprochent, la vitesse et la turbulence augmentent, ce qui crée un risque de dégâts causés par la cavitation et l'érosion. Cette vitesse élevée peut entraîner la décomposition de la garniture, ce qui entraîne une soupape qui fuit gravement dans la position fermée. Lorsqu'une soupape à base de globe est utilisée pour contrôler des fluides hautement corrosifs, les dommages causés par la cavitation et l'érosion peuvent être combinés. Parfois, ce défaut ressemble à une tranche mince dans le siège ou le disque, ce qui s'appelle le dessin par fil. Toutefois, si ce n'est pas rapidement réparé, ce petit chemin de fuite initial peut s'élargir et devenir un chemin de fuite majeur.
Sur les plus petites valves en bronze, la garniture est soit le même matériau que le reste de la vanne ou un alliage de bronze similaire avec une plus grande résistance. Sur les vannes munies de fer, le matériau de garniture habituel est en bronze. La désignation de cette garniture sur les vannes en fer est "IBBM", qui signifie "corps en fer, en bronze". Les vannes en acier sont proposées dans une variété de matériaux de garnissage, mais ont généralement un ou plusieurs des composants de garniture de série 400 en acier inoxydable martensitique acier. On utilise également des revêtements durs tels que Stellite, ainsi que des aciers inoxydables de série 300 et des alliages de cuivre-nickel.
MODÈLES ET CONCEPTIONS
Les valves Globe sont disponibles en trois modèles de base. Le plus commun est le motif "T", où la tige est perpendiculaire à la canalisation. De la même manière que le motif en T, il y a le motif angulaire, mais le débit est tourné de 90 degrés dans la vanne pour permettre à la vanne angulaire de servir à la fois un dispositif de commande de débit et une tuyauterie de 90 degrés. La soupape à clapet à angle est encore couramment utilisée sur les chaudières et est le modèle utilisé pour la plupart des étouffes sur les unités de production de puits de pétrole, appelés arbres de Noël.
Les concepteurs de vannes ne se sont pas contentés de la conception de vannes à base de base. Alors que d'autres conceptions de soupapes plus anciennes, telles que les types de portes et de fiches, sont restées à peu près les mêmes qu'il y a 100 ans, les concepteurs ont étiré les limites de la vanne globe pour en faire un dispositif de contrôle de débit à haute performance.
Le troisième et le plus récent design, le modèle "Y", a été développé dans le but de réduire la turbulence qui se déroule dans le corps d'une soupape à l'échelle mondiale et d'offrir un design plus rigide. Dans ce type de globe, le capot, la tige et le disque sont inclinés de 30 degrés à 45 degrés, ce qui entraîne un trajet d'écoulement plus direct et moins de frottement fluide. Cette réduction du frottement signifie moins de potentiel d'endommagement érosif de la soupape, ainsi que de meilleures caractéristiques d'écoulement global pour le système de tuyauterie.
Les valves Globe viennent dans une variété de conceptions de capot, et chaque design a son propre but. Pour les petites soupapes en bronze, la conception de la tige ascendante à l'intérieur est la plus populaire. Dans cette conception, les fils de la tige sont contenus dans l'enveloppe de pression / fluide du capot de soupape. Un tel design est facile à fabriquer, mais il présente un inconvénient: les fils sont exposés au fluide de traitement. En conséquence, les fils critiques de la tige peuvent être endommagés lorsqu'ils sont exposés à un fluide corrosif. Toutefois, ce type de vanne est normalement utilisé pour l'eau ou la vapeur basse pression.
Sur les vannes supérieures à environ NPS 2 ou pour les soupapes en service corrosif, les conceptions du capot - où les fils de la tige sont en dehors de l'enveloppe pression / fluide - sont très préférées. La plus courante de ces conceptions s'appelle la vis et le joug extérieurs, également connu sous le nom OS & Y, qui est la conception la plus courante pour les plus grandes valves munies de globules industriels.
La connexion du corps / du capot sur les valves munis d'un globe présente une variété de dessins. Les raccords filetés et les bonnets d'union se trouvent sur les plus petites vannes en bronze, tandis que le chapeau boulonné se trouve sur la plupart des vannes à sommet en acier et en fer. Le capot du joint de pression est utilisé sur des soupapes à haute pression et à haute température, telles que celles à motif Y.
LA CONNEXION DE LA CHAUDIÈRE
Les soupapes et les chaudières Globe ont été connectées littéralement et figurativement depuis plus de 150 ans. En fait, les vannes munis d'un globe sont si critiques pour les chaudières que le Code de la chaudière et du compresseur sous pression de l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) dicte comment les vannes devraient être utilisées dans le service de la chaudière. La première soupape sur une ligne de sortie de la chaudière est habituellement une vanne antiretour, également appelée vanne d'arrêt de non-retour ou de chaudière. La vérification de l'arrêt est en fait deux soupapes dans une soupape munie d'un globe pour réguler le débit et un clapet anti-retour pour éviter tout reflux. Le disque sur une vérification d'arrêt n'est pas attaché à la tige mais est guidé dans le capot de la soupape - permet de déplacer et de descendre librement lorsque la tige est soulevée. Ceci permet de réguler le débit, mais lors du rétablissement, le disque débranché fonctionne comme un clapet anti-piston et se ferme rapidement, ce qui empêche l'écoulement inverse dans la chaudière. Si nécessaire pour un arrêt plus serré, la tige d'arrêt peut être abaissée, empêchant le mouvement du disque jusqu'à la position ouverte complète.
En plus de la régulation de la sortie de la chaudière, le clapet antiretour est également utilisé pour d'autres applications où la combinaison d'un clapet anti-retour et d'une soupape à bille est logique pour le concepteur de tuyauterie.
Une autre application de soupape à l'échelle de la chaudière retrace son patrimoine au cheval de fer. Lorsque vous voyez des images d'une locomotive avec d'énormes plumes de vapeur qui coulent de ses côtés, vous regardez une soupape à évacuation de chaudière au travail. La soupape de purge permet d'éliminer l'excès d'eau d'une chaudière qui est occasionnellement nécessaire. Les soupapes fusibles soufflantes sont encore utilisées sur des chaudières fixes.
UNE CONCEPTION ADAPTABLE
La vanne du globe a non seulement amorcé l'industrie de la vanne dans son ensemble, mais aussi créé l'énorme segment de soupape de contrôle qui existe aujourd'hui. Les concepteurs de systèmes de contrôle ont pris la valve globe d'origine et l'ont transformé en un dispositif de régulation automatique pour résoudre les problèmes de contrôle des fluides de manière plus productive. Initialement, ces vannes à réglage de pression ont été développées pour contrôler la vapeur dans les chaudières et les pompes. Ces premières vannes de régulation, également connues sous le nom de gouverneurs, sont maintenant appelées vannes de contrôle et sont utilisées dans le monde entier dans pratiquement toutes les industries nécessitant un contrôle des fluides.
La conception de vannes à bille est également très adaptable à des services autres que la régulation ou le blocage d'un volant ou d'un actionneur. Si vous prenez une soupape munie d'un ballon standard, enlevez son volant et sa douille et remplacez-les par un ressort calibré ou un contrepoids, le globe devient une soupape de décompression. Si vous retirez le même manivelle et la douille et les remplacer par un flotteur et un levier, cela devient une soupape de contrôle de niveau. Et probablement l'adaptation de la vanne globe la plus visible est la bouche d'incendie, qui est une soupape à main munie d'une soupape à main et d'une douille de fourrage remplacée par un long tube d'extension et un chapeau de feu.
LE PLUS PETIT EST MEILLEUR
Contrairement à certains des autres modèles de vannes tels que la porte et le papillon, le globe n'est pas couramment fabriqué en très grande taille. Cela s'explique en partie parce que la grande surface du disque agissant directement sur la tige crée une force beaucoup plus grande que celle créée pour une grille ou une autre soupape d'arrêt de même taille. Les soupapes à plus grande échelle qui fonctionnent à des pressions différentielles élevées exigent presque toujours une assistance mécanique pour fermer sous pression, généralement sous la forme d'un opérateur d'engrenage manuel ou motorisé, ou, dans certains cas, d'un manivelle à marteau. En raison de la grande surface du disque de soupape et de la pression exercée sur le disque par le bas, de grandes soupapes à membrane à basse pression nécessitent une résistance supplémentaire dans les conceptions de capot pour les empêcher de fléchir et de fuir après les sièges en position fermée.
Alors que les très grandes valves de globe ne sont pas courantes, les petites vannes de globe qui se trouvent dans la paume de votre main sont. Ces petites vannes, habituellement fabriquées à partir de barres solides, sont largement utilisées pour les vannes à instruments dans des environnements scientifiques, des applications d'échantillonnage de fluide, ou n'importe où, une réglementation des liquides de petit diamètre requise. Beaucoup sont des types de disque d'aiguille et fournissent un contrôle de flux très précis. Certains sont également équipés de diverses connexions de tubes pour permettre une connexion facile aux lignes de tubes. Alors que la plupart des tiges de soupape de globe sont de type rotatif, certaines ont des tiges non rotatives pour diminuer la possibilité de frotter les tiges.
La majorité des valves munis d'un globe sont conçues pour réguler les débits, mais certains types de modèles en Y spécialement conçus et à haute pression permettent de sceller le flux de fluide dans un service de blocage ou d'arrêt. Parce que le disque se déplace directement sur le siège, la poussée sur la tige est transférée directement dans la force d'assise. Cela permet à presque toute la force de sortie de l'actionneur d'être utilisée pour sceller la vanne contre les fuites. Le plus souvent, ces globes haute pression sont construits avec un joint de pression au lieu des bonnets boulonnés. Le capot du joint de pression augmente sa capacité d'étanchéité à mesure que la pression interne du fluide augmente.
Les valves à globes ont généralement une direction d'écoulement préférée, ce qui est habituellement confirmé par une flèche estampillée ou moulée à l'extérieur du corps de soupape. Pour la plupart des applications de plomberie et industrielles en général, la direction d'écoulement primaire est vers le haut contre le disque. Ce flux vers le haut est plus lisse sur le disque et autour du disque, et il permet une rotation libre du disque sur la tige, ce qui permet à la soupape de trouver son siège ou son "ajustement" correct lors de la fermeture. Dans certaines applications, telles que le service de blocage haute pression ou hors service, la direction de circulation préférée est basée sur le haut du disque plutôt que sous celle-ci. Mais ces situations sont rares.
NORMES ET MATÉRIEL
La conception et la construction de vannes globales sont couvertes par un certain nombre de spécifications de l'industrie. Curieusement, l'American Petroleum Institute (API), qui a des normes pour tous les autres types de soupapes majeurs, n'a pas de norme pour les valves de globe supérieures à NPS 2. Le tableau 1 énumère quelques-unes des normes les plus courantes pour les valves de globe.
Les matériaux utilisés dans la construction de soupapes à grande surface vont de la base aux super-alliages de bronze et de nickel. Le bronze est encore le matériau de soupape de globe le plus utilisé, suivi de près par le fer et l'acier moulé. Pour les applications cryogéniques, les vannes globe en acier inoxydable et en bronze sont populaires, nécessitant seulement un capot étendu pour empêcher la zone des presse-étoupes de se figer.
Tableau 1. Normes de soupape commune
MSS SP-42 - Classe 150, résistant à la corrosion, porte, globe et clapets anti-retour
MSS SP-80 - Clapet en bronze, globe, angles et clapets anti-retour
MSS SP-85 - Robinets à angle gris et angle, extrémités à brides et filetées
MSS SP-118 - Clapets en acier et clapet anti-retour (service chimique et raffinerie de pétrole)
API 602 - Clapet en acier, globe et clapet anti-retour pour les tailles dn 100 (NPS 2) et plus petit pour l'industrie du pétrole et du gaz naturel
BSI 1873 - Clapet antirouille et clapet anti-retour (extrémités à bride et bout à bout) pour les industries du pétrole, de la pétrochimie et des industries connexes
ISO 12149 - Valves globe en acier à boulons et capot pour applications générales
MSS - Société de normalisation du fabricant de Valve & Fitting Industry
API - American Petroleum Institute
BSI - British Standards Institute
ISO - Organisation internationale de normalisation
Qu'il s'agisse de contrôler l'eau du bain dans un robinet, de l'huile dans une raffinerie ou de la vapeur dans une centrale électrique, les soupapes à bille "soldat" 24 heures par jour. Bien que leur conception de base n'a pas beaucoup changé en 150 ans, ces nobles membres de la famille des soupapes continuent de bien fonctionner et devraient fournir un service précieux à l'industrie du contrôle des flux pour les 150 prochaines années.
