Actionneurs de vannes et dimensionnement: pneumatiques, électriques et positionneurs est la discipline qui consiste à sélectionner le dispositif qui déplace une vanne de l'ouverture à la fermeture, ou la maintient à n'importe quel point intermédiaire, avec suffisamment de force et une marge de sécurité sur toute la course.
Un actionneur sous-dimensionné se coince, fuit ou ne parvient pas à assurer l'étanchéité. Un actionneur surdimensionné gaspille de l'air et de l'argent, et peut appliquer un couple excessif aux organes internes de la vanne. Cela commence par les types d'actionneurs disponibles et la manière dont leur sortie est comparée à la demande de la vanne.
Trois familles couvrent presque toutes les missions industrielles de vannes.
La plupart des vannes de contrôle et de sécurité doivent adopter une position définie en cas de perte de signal ou d'alimentation. Les actionneurs pneumatiques à rappel par ressort le garantissent, puisque le ressort stocke l'énergie indépendamment de l'air d'usine.
L'action à retenir en cas de défaillance est une décision de sécurité des procédés, et doit être arrêtée en parallèle avec le choix vanne de contrôle : air pour ouvrir vs air pour fermer, puisque le sens du ressort et l'orientation de la garniture doivent être cohérents.
Le dimensionnement consiste à faire correspondre la sortie de l'actionneur à la demande de la vanne en chaque point de la course.
Pour les vannes rotatives, l'actionneur doit dépasser le couple d'arrachement (couple maximal pour décoller le disque ou la bille du siège, le plus élevé en position fermée en raison du frottement du siège et de la pression différentielle)
le couple durant la course médiane, et le couple d'obturation, souvent le point de demande le plus élevé sur les vannes papillon à siège résilient.
Pour les vannes linéaires (vanne à guillotine, vanne globe), il doit dépasser la poussée de désarimage, le frottement du empaquetage, et, pour les vannes à guillotine, la poussée d'obturation contre la pression différentielle maximale.
Une marge de sécurité d'environ 25 à 50 % au‑dessus de la demande maximale calculée est une pratique courante, couvrant la chute de pression, l'usure des sièges et la stiction. Vérifiez-la par rapport à la sortie à la pression ou à la tension minimale prévue, car la capacité diminue en cas de basse pression d'air ou de chute de tension.
| Type d'actionneur | Sortie typique | Mode de sécurité | Meilleur usage |
|---|---|---|---|
| Pneumatique membrane-ressort | Effort faible à modéré | Rappel par ressort | Vannes type globe en modulation |
| Piston pneumatique (linéaire) | Effort modéré à élevé | Rappel par ressort ou double effet | Vannes de contrôle et vannes marche/arrêt de plus grande taille |
| Bielle-coulisse pneumatique | Couple élevé, courbe non linéaire | Rappel par ressort ou double effet | Vannes quart-de-tour en service marche/arrêt |
| Électrique actionné par moteur | Effort ou couple élevé | Maintien en position (batterie optionnelle) | Grandes isolations, zones sans air |
| Hydraulique | Plus grande densité de force | Maintien en position ou soutenu par accumulateur | Grosses vannes haute pression, vannes d'arrêt d'urgence (ESD) |
Un positionneur est un dispositif de retour d'information monté sur l'actionneur qui compare la position réelle de la tige ou de l'arbre avec le signal commandé, puis ajuste la pression d'air jusqu'à ce qu'elles correspondent. Sans positionneur, un actionneur membrane-ressort dérive sous l'effet des variations de frottement ou des forces du procédé.
Avec un positionneur, il devient un servo en boucle fermée, corrigeant en continu la stiction et les variations de charge.
Les positionneurs sont essentiels sur les vannes effectuant une véritable modulation (étranglement), où la relation de débit dépend de la position précise de la tige sur l'ensemble de la courbe du coefficient de débit Cv de la vanne de contrôle. Pour une simple fonction marche/arrêt, un positionneur est souvent superflu.
Le type de service guide la plupart des décisions de sélection.
Les défaillances d'actionneurs surviennent rarement sans signe avant-coureur: temps de course ralentis, fuite d'air au travers de la membrane, dérive du positionneur, ou augmentation du couple d'arrachement à mesure que les sièges s'usent.
L'enregistrement des tendances de temps de course et des alarmes du positionneur dans une GMAO transforme ces signes en remplacements programmés de joints ou de ressorts au lieu d'arrêts imprévus.
Fabrico permet aux équipes de maintenance de suivre les intervalles de test des actionneurs, les résultats de tests de course partielle et l'historique des couples pour chaque vanne étiquetée, de sorte que les actionneurs qui se dégradent soient détectés avant qu'ils ne se bloquent.
Réservez une démonstration Fabrico pour voir comment l'historique des actionneurs et des vannes peut être géré dans un seul système.
Le mécanisme convertit la poussée linéaire du piston en couple rotatif via une goupille coulissante et une fente. L'avantage mécanique change tout au long de la course, donnant un couple plus élevé près des extrémités fermées et ouvertes, ce qui correspond aux demandes de couple d'arrachement et d'obturation souvent plus élevées de nombreuses vannes quart-de-tour.
Les actionneurs électriques standard maintiennent leur position en cas de perte d'alimentation car le moteur et la boîte de vitesses bloquent la position. Un véritable comportement fail-open ou fail-closed nécessite une batterie, un condensateur ou un dispositif à rappel par ressort ajouté, ce qui augmente le coût par rapport à un actionneur pneumatique.
Redimensionnez chaque fois que la pression différentielle augmente, que le trim ou le matériau du siège change, que la pression d'air instrument est réduite, ou que la vanne est rempaquetée avec un empaquetage à plus fort frottement. L'usure des sièges sur plusieurs années augmente aussi le couple d'obturation, donc des tests périodiques de couple sur les vannes critiques sont une bonne pratique.
Un test de course partielle déplace une vanne de sécurité d'un faible pourcentage de sa course totale puis la ramène, confirmant que l'actionneur n'est pas bloqué sans retirer la vanne du service, et apportant une confiance entre les tests fonctionnels complets.
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