Parmi les utilisateurs qui manipulent quotidiennement des vannes à globe de grand diamètre, un problème récurrent est la difficulté à les fermer lorsqu'elles sont utilisées avec des fluides présentant une différence de pression importante, comme la vapeur ou l'eau sous haute pression. Même en forçant la fermeture, des fuites apparaissent systématiquement et l'étanchéité reste difficile à obtenir. Ce problème est dû à la conception même de la vanne et à un couple de sortie insuffisant par rapport à la force nécessaire pour l'utilisateur.

Analyse de la difficulté de manœuvre des vannes de grand diamètre

La force limite horizontale de sortie moyenne d'un adulte est de 60 à 90 kg, selon les différents physiques.

Généralement, le sens d'écoulement d'une vanne à globe est conçu pour une entrée basse et une sortie haute. Lorsqu'une personne ferme la vanne, son corps actionne la manivelle qui tourne horizontalement, ce qui abaisse le clapet et assure la fermeture. Il est alors nécessaire de vaincre la combinaison de trois forces :

(1) Force de poussée axiale Fa ;

(2) Force de frottement Fb entre le joint et la tige de soupape ;

(3) La force de frottement de contact Fc entre la tige de soupape et le noyau du disque de soupape

La somme des moments est ∑M=(Fa+Fb+Fc)R

On constate que plus le diamètre est grand, plus la force de poussée axiale est importante. À proximité de l'état fermé, cette force est quasiment égale à la pression réelle du réseau de canalisations (car P1-P2 ≈ P1, P2 = 0).

Par exemple, si une vanne à globe de calibre DN200 est utilisée sur une conduite de vapeur de 10 bars, la poussée axiale initiale à la fermeture (Fa = 10 × πr² = 3140 kg) et la force circulaire horizontale requise pour la fermeture sont proches de la limite de force que le corps humain peut exercer. Il est donc très difficile pour une seule personne de fermer complètement la vanne dans ces conditions.

Bien sûr, certaines usines recommandent d'installer ces vannes à l'envers, ce qui résout le problème de la difficulté à les fermer, mais il y a aussi le problème de la difficulté à les ouvrir après les avoir fermées.

Analyse des causes des fuites internes des vannes à globe de grand diamètre

Les vannes à globe de grand diamètre sont généralement utilisées aux sorties de chaudières, dans les cylindres principaux, les conduites de vapeur et à d'autres endroits. Ces emplacements présentent les problèmes suivants :
(1) Généralement, la différence de pression à la sortie de la chaudière est relativement importante, ce qui entraîne un débit de vapeur plus élevé et une érosion accrue de la surface d'étanchéité. De plus, le rendement de combustion de la chaudière n'atteignant pas 100 %, la vapeur à la sortie présente une teneur en eau élevée, favorisant la cavitation et l'endommagement de la surface d'étanchéité de la vanne.

(2) Concernant le robinet d'arrêt situé près de la sortie de la chaudière et du sous-cylindre, la vapeur sortant de la chaudière présente un phénomène de surchauffe intermittente. Lors de sa saturation, si l'adoucissement de l'eau de la chaudière est insuffisant, une partie de l'eau précipite souvent. Les substances acides et alcalines provoquent la corrosion et l'érosion de la surface d'étanchéité ; certaines substances cristallines peuvent également s'y adhérer et cristalliser, empêchant ainsi l'étanchéité du robinet.

(3) Pour les soupapes d'admission et d'échappement des sous-cylindres, la consommation de vapeur après la soupape est importante, voire parfois faible en raison des exigences de production et d'autres facteurs. Ceci provoque l'érosion, la cavitation et d'autres dommages à la surface d'étanchéité de la soupape.

(4) Généralement, lors de l'ouverture d'une canalisation de grand diamètre, un préchauffage est nécessaire. Ce préchauffage requiert généralement le passage d'un faible débit de vapeur afin de chauffer lentement et uniformément la canalisation jusqu'à un certain point avant l'ouverture complète de la vanne d'arrêt, évitant ainsi tout dommage. Un chauffage trop rapide provoque une dilatation excessive susceptible d'endommager certaines pièces de raccordement. Or, lors de cette opération, l'ouverture de la vanne est souvent très faible, ce qui entraîne une érosion bien supérieure à celle obtenue en utilisation normale et réduit considérablement la durée de vie de la surface d'étanchéité de la vanne.

Solutions aux difficultés de commutation des vannes à globe de grand diamètre

(1) Tout d'abord, il est recommandé de choisir une vanne à globe à soufflet, ce qui évite l'influence de la résistance au frottement de la vanne à piston et de la vanne à garniture, et facilite la commutation.

(2) Le noyau de la soupape et le siège de soupape doivent être fabriqués à partir de matériaux présentant une bonne résistance à l'érosion et une bonne performance d'usure, tels que le carbure Stellite ;

(3) Il est recommandé d'adopter une structure à double disque de soupape, qui ne provoquera pas d'érosion excessive due à une petite ouverture, ce qui affectera la durée de vie et l'effet d'étanchéité.