Réponse courte : Choisissez le rappel par ressort (SR) quand la ligne doit aller vers un orifice connu en cas de coupure de l'air, et le double effet (DA) quand la vanne doit conserver sa dernière position. Choisissez le passage en L pour dévier le flux entre deux sorties et le passage en T pour le mélanger ou le répartir. Un ensemble préassemblé est la vanne avec un actionneur à crémaillère monté sur ses embases ISO 5211, plus une électrovanne NAMUR et un boîtier de fins de course si commandés, assemblés et testés en usine avant l'expédition.
Une vanne à boisseau sphérique 3 voies pneumatique est une vanne à boisseau sphérique à trois orifices surmontée d'un actionneur à air, de sorte qu'un seul signal du tableau de commande commute, dévie ou mélange deux lignes au lieu de faire marcher quelqu'un jusqu'à un levier. La spécifier revient à trois décisions : ce que la vanne doit faire en cas de perte d'air (double effet ou rappel par ressort), ce que le perçage de la sphère doit faire du flux (passage en L ou en T), et si la vanne, l'actionneur et le distributeur pilote arrivent en un seul ensemble testé ou en pièces à assortir sur site.
Ce guide traite ces décisions dans cet ordre, en prenant notre vanne à boisseau sphérique 3 voies avec actionneur MV-3DM comme exemple. Si la position n'a peut-être pas besoin d'actionneur, ou si vous voulez un traitement plus long des embases et des supports de montage, commencez par pourquoi choisir l'embase de montage ISO 5211 avant l'actionneur.
Points essentiels
- Le double effet (DA) utilise l'air pour les deux courses et conserve sa dernière position si l'alimentation en air chute. Le rappel par ressort (SR) utilise l'air dans un sens et un ressort dans l'autre ; en cas de perte d'air, il se place donc sur l'orifice que vous désignez à la commande. Le type d'actionneur et la position de sécurité sont définis en usine et ne peuvent pas être modifiés ensuite.
- Le passage en L relie l'orifice inférieur à l'un ou l'autre des orifices latéraux : il dévie donc le flux. Le passage en T peut traverser en ligne droite, répartir vers une branche ou réunir deux entrées en une sortie. Aucun des deux perçages n'a de position entièrement fermée : une vanne à boisseau sphérique 3 voies commute le flux mais ne l'isole pas. Le perçage et les butées de l'actionneur déterminent quels deux schémas d'écoulement vous donne la course de 90°.
- Le distributeur pilote suit l'actionneur : une électrovanne 5/2 pour le double effet, une 3/2 pour le rappel par ressort. Commander la mauvaise fonction est l'erreur la plus fréquente dans les ensembles de vannes pneumatiques.
- Sur la MV-3DM, le rappel par ressort demande un corps d'actionneur d'une taille au-dessus du double effet sur la même taille de vanne, car le ressort absorbe une partie du couple pneumatique. Le bulletin de sélection d'actionneurs de Bray indique que les deux extrémités d'une course à rappel par ressort doivent être vérifiées par rapport au couple de la vanne.
- La MV-3DM est livrée avec l'actionneur monté sur des embases ISO 5211 doubles, sans support ni accouplement, en huit tailles de 1/4″ à 2″, taraudée PT, NPT ou PF selon le filetage indiqué à la commande. Chaque ensemble est testé en course, testé en couple et soumis à un contrôle d'étanchéité avant l'expédition.
Ce qu'est une vanne à boisseau sphérique 3 voies pneumatique, et ce que comprend l'ensemble
Une vanne à boisseau sphérique 3 voies pneumatique est une vanne à boisseau sphérique quart de tour à trois orifices, avec un actionneur pneumatique à crémaillère monté sur l'embase supérieure de la vanne. L'air comprimé fait tourner la sphère de 90° entre deux positions extrêmes ; la forme du perçage de la sphère détermine quels orifices sont reliés à chaque extrémité. Une petite électrovanne boulonnée directement sur l'actionneur assure généralement la commutation, et un boîtier de fins de course peut renvoyer la position de la vanne au système de commande.
Sur notre MV-3DM, la vanne est le même corps A351 CF8M (316) moulé à la cire perdue que celui de la vanne à boisseau sphérique 3 voies manuelle, avec CF8 (304) sur commande. Elle a des sièges PTFE (polytétrafluoroéthylène), une pression nominale de 1000 WOG (pression de service à froid pour l'eau, l'huile et le gaz, et non une valeur pour la vapeur), une plage de température de la vanne de −20°C à 180°C, et le troisième orifice en bas du corps. Elle existe en 1/4″, 3/8″, 1/2″, 3/4″, 1″, 1-1/4″, 1-1/2″ et 2″, taraudée PT (conique), NPT (filetage conique américain) ou PF (parallèle) selon le filetage indiqué à la commande. L'actionneur à crémaillère en aluminium fonctionne avec 4 à 8 bar d'air propre et sec (environ 60 à 116 psi), en version double effet ou rappel par ressort.
La MV-3DM est vendue comme la vanne avec son actionneur monté. L'électrovanne, le boîtier de fins de course et le positionneur sont des options ajoutées à cet ensemble. Quand l'électrovanne et le boîtier de fins de course sont commandés avec elle, la vanne, l'actionneur, l'électrovanne et le boîtier sont assemblés et testés ensemble avant leur départ.
Double effet ou rappel par ressort : décidez selon ce qui doit se passer en cas de perte d'air
Si le process peut tolérer que la vanne reste là où elle était quand l'air a manqué, le double effet suffit. Si la vanne doit atteindre un orifice défini en cas de défaillance de l'air, que ce soit pour protéger une cuve, une pompe ou un lot de produit, spécifiez le rappel par ressort et notez l'orifice sur lequel elle doit revenir. La taille de l'actionneur, le distributeur pilote et le prix découlent tous de cette seule réponse.
Double effet (DA) : de l'air dans les deux sens, pas de position de sécurité définie
Un actionneur double effet a deux chambres d'air. L'air d'un côté fait tourner la vanne dans un sens, l'air de l'autre côté la ramène. Sans air, rien ne pousse le piston dans l'un ou l'autre sens, et la vanne conserve donc sa dernière position. C'est utile quand une ligne ne doit pas bouger de façon inattendue, mais cela signifie aussi que la vanne n'a pas de position de sécurité définie : elle reste à l'extrémité atteinte en dernier, ou à mi-course si l'air a manqué en cours de manœuvre.
Comme les deux courses sont pneumatiques, le couple de sortie de l'actionneur est le même dans les deux sens et constant sur la course. C'est pourquoi une unité double effet peut être plus petite qu'une unité à rappel par ressort sur la même vanne.
Rappel par ressort (SR) : de l'air dans un sens, le ressort dans l'autre, sécurité sur l'orifice que vous désignez
Un actionneur à rappel par ressort n'utilise l'air que pour une course. Un jeu de ressorts assure la course de retour ; quand l'alimentation en air défaille, les ressorts amènent donc la vanne sur une position préréglée. Sur une vanne deux voies, ce préréglage est ouvert ou fermé. Une vanne à boisseau sphérique 3 voies n'a pas de position entièrement fermée ; le préréglage est donc un orifice : en cas de perte d'air, la sphère revient sur l'orifice latéral que vous avez désigné à la commande. Notre MV-3DM et la MV-3M-TC Tri-Clamp sont toutes deux construites ainsi, avec le ressort réglé pour revenir sur l'orifice que vous nommez à la commande.
Cet orifice doit figurer dans la demande, pas dans un courriel ultérieur. Le type d'actionneur et la position de sécurité sont définis en usine et ne peuvent pas être modifiés ensuite : une unité à rappel par ressort commandée pour revenir sur l'orifice A ne peut pas être inversée vers l'orifice B sur site, et une unité double effet ne peut pas être convertie en rappel par ressort.
Pourquoi le rappel par ressort demande un actionneur plus grand
Dans un actionneur à rappel par ressort, la course pneumatique doit faire tourner la vanne et comprimer les ressorts en même temps ; une partie du couple pneumatique est donc dépensée sur les ressorts. La course de rappel ne dispose alors que de la force stockée dans les ressorts pour tourner la vanne, et cette force diminue à mesure que les ressorts se détendent. Le document de Bray, actuator selection bulletin for ball valves , énonce la règle : pour une unité à rappel par ressort, le couple en fin de course pneumatique et le couple en fin de course de ressort doivent tous deux dépasser ce dont la vanne a besoin. Dans son exemple chiffré, la même vanne qu'un actionneur double effet entraîne demande un corps de rappel par ressort plus grand, avec trois ou quatre ressorts.
Sur la MV-3DM, le rappel par ressort demande un corps d'actionneur d'une taille au-dessus du double effet sur la même taille de vanne, car le ressort absorbe une partie du couple pneumatique. Les couples de la vanne et de l'actionneur sont disponibles sur demande ; envoyez la pression de la ligne et le fluide avec la demande, et l'ensemble est dimensionné en usine.
Le distributeur pilote suit l'actionneur
Un actionneur double effet a deux orifices d'air et les deux doivent être alimentés ; il faut donc une électrovanne 5/2 : un côté est mis sous pression pendant que l'autre est purgé. Un actionneur à rappel par ressort ne prend l'air que sur un orifice, une 3/2 suffit donc. Notre électrovanne NAMUR pour actionneurs pneumatiques est proposée dans les deux fonctions, avec une bobine IP67 en 24V DC, 110V AC ou 220V AC et une commande manuelle de secours pour la mise en service. Se tromper de fonction est l'erreur de commande la plus fréquente dans les ensembles de vannes pneumatiques, ce qui est une bonne raison de commander l'électrovanne avec l'actionneur plutôt que séparément.
| Question | Double effet (DA) | Rappel par ressort (SR) |
|---|---|---|
| Comment la vanne est-elle entraînée ? | De l'air pour les deux courses | De l'air dans un sens, des ressorts dans l'autre |
| Que se passe-t-il en cas de perte d'air ? | Conserve sa dernière position ; pas de position de sécurité définie | Les ressorts ramènent la sphère sur l'orifice désigné à la commande |
| Position de sécurité | Rien à régler | Réglée en usine sur l'orifice désigné |
| Corps d'actionneur sur la même taille de MV-3DM | Corps standard | Une taille au-dessus, car le ressort absorbe une partie du couple pneumatique |
| Fonction de l'électrovanne | 5/2 | 3/2 |
| Alimentation en air | 4–8 bar (60–116 psi) | 4–8 bar (60–116 psi) |
| À choisir quand | La vanne doit rester où elle est si l'air manque | La ligne doit atteindre un orifice connu si l'air manque |
Passage en L ou en T : le perçage définit ce que signifie « commuter »
Les deux sphères sont identiques vues de l'extérieur. À l'intérieur, un perçage en L relie l'orifice inférieur à un seul orifice latéral à la fois ; la vanne dévie donc le flux : cuve 1 ou cuve 2, pompe A ou pompe B, produit ou boucle de retour. Un perçage en T peut relier les trois orifices ou deux quelconques d'entre eux ; il peut donc traverser en ligne droite, répartir une entrée vers une branche, ou réunir deux entrées en une sortie pour mélanger. Le magazine Pumps & Systems décrit la même répartition dans sa présentation des vannes trois voies : le passage en L dévie le flux vers une direction à la fois, et le passage en T est le schéma surtout utilisé pour le mélange.
Une conséquence est facile à manquer sur un plan : aucun des deux perçages n'a de position entièrement fermée. Le passage en T laisse toujours un chemin ouvert, et le passage en L relie toujours l'orifice inférieur à l'un ou l'autre côté ; aucun des deux ne peut donc servir de vanne d'isolement de la ligne. Une vanne à boisseau sphérique 3 voies commute le flux ; elle ne le coupe pas. Si une branche doit être fermée de façon positive, ajoutez une vanne deux voies en aval, quel que soit l'actionneur placé sur la vanne trois voies.
Aucun des deux schémas n'est un choix par défaut sur nos vannes. Les passages en T et en L sont tous deux en stock sur la MV-3M manuelle et tous deux proposés sur la MV-3DM avec actionneur ; vous indiquez le perçage quand vous demandez un prix. Si vous pouvez dessiner le trajet du flux, joignez-le à la demande et nous confirmerons le perçage.
Comment un actionneur de 90° s'applique au perçage
Un actionneur quart de tour standard donne deux positions extrêmes, séparées de 90°. Avec une sphère à passage en L, ces deux positions sont « orifice inférieur vers côté A » et « orifice inférieur vers côté B », ce qui est la commutation dont la plupart des applications de déviation ont besoin. Avec une sphère à passage en T, 90° déplacent entre deux schémas d'écoulement voisins ; lesquels dépend du perçage et des butées de l'actionneur. Deux schémas en T situés à 180° l'un de l'autre sur le diagramme d'écoulement de la vanne ne peuvent pas être atteints tous les deux par une course de 90° ; confirmez donc la paire de schémas dont vous avez besoin avec le diagramme d'écoulement du fabricant pour cette vanne avant de commander, et précisez dans la demande quels deux schémas la vanne doit vous donner.
Les deux décisions se combinent ainsi :
| Perçage | Ce que font les deux positions de l'actionneur | Double effet en cas de perte d'air | Rappel par ressort en cas de perte d'air |
|---|---|---|---|
| Passage en L (déviation) | Orifice inférieur vers côté A, ou orifice inférieur vers côté B | Reste du côté qu'il avait sélectionné en dernier | Revient sur l'orifice latéral désigné à la commande |
| Passage en T (mélange ou répartition) | Deux schémas voisins, définis par le perçage et les butées de l'actionneur ; à confirmer avec le diagramme d'écoulement | Reste sur le dernier schéma ; un chemin est toujours ouvert | Revient sur le schéma désigné à la commande ; un chemin est toujours ouvert |
Ce que comprend un ensemble préassemblé, et pourquoi nous l'expédions ainsi
Un ensemble de vanne à boisseau sphérique 3 voies pneumatique préassemblé de notre fabrication est la vanne MV-3DM avec l'actionneur à crémaillère déjà monté et, si commandés, l'électrovanne et le boîtier de fins de course fixés sur l'actionneur. Ces pièces sont assemblées et testées ensemble avant leur départ : chaque ensemble est testé en course et en couple, et chaque unité fait l'objet d'un contrôle d'étanchéité avant l'expédition, de sorte qu'il n'y a rien à assortir sur site. Les valeurs de couple sont disponibles sur demande. L'unité arrive prête à être raccordée.
ISO 5211 et NAMUR : ce que fixent les deux interfaces
Le corps de la MV-3DM est usiné avec des perçages ISO 5211 doubles ; l'actionneur se pose donc directement sur la vanne, sans support ni accouplement. ISO 5211 est la norme des fixations d'actionneurs à rotation partielle : elle fixe les dimensions de bride entre actionneur et vanne, les dimensions de l'élément d'entraînement et les couples de référence pour chaque taille d'interface, et son résumé précise que la fixation d'un support intermédiaire à la vanne est hors de son périmètre. Comme l'explique notre page sur les supports et accouplements , la hauteur au-dessus de la tige et la forme d'entraînement de la tige doivent tout de même être assorties, ce qui explique que deux pièces se réclamant toutes deux d'ISO 5211 puissent avoir besoin d'un support pour se rejoindre. Sur la MV-3DM, cet assortiment est fait une fois, en usine, et l'actionneur se boulonne directement. Un support et un accouplement sont la réponse quand une ligne est chaude et que l'actionneur doit être éloigné de la tige, ou quand la vanne et l'actionneur ont des origines différentes.
Un détail à demander si vous associez un actionneur d'une autre origine : les brides ISO 5211 portent un code F (F03, F04, F05, etc.) avec une boulonnerie métrique, et aux États-Unis un actionneur peut être construit selon la bride MSS FA à la place (MSS est la Manufacturers Standardization Society). Le magazine de la Valve Manufacturers Association explique dans son article on actuator and gearbox flange standards que les deux partagent un cercle de perçage à la même taille mais diffèrent par le filetage des boulons et par l'épaulement de centrage ; la norme de bride doit donc être indiquée quand les pièces sont achetées séparément. Sur un ensemble assemblé, l'assortiment est fait en usine.
L'électrovanne et le boîtier de fins de course se montent tous deux par l'interface NAMUR. La recommandation NAMUR NE 19, qui renvoie à VDI/VDE 3845, décrit une interface normalisée pour monter une électrovanne sur un actionneur pneumatique sans tuyauterie entre les deux. Chaque actionneur pneumatique que nous fabriquons porte cette interface. Notre électrovanne 4V310-08B se pose à plat dessus sans raccords, et le boîtier de fins de course LSB-01 se monte de la même façon, avec deux contacts mécaniques SPDT (contacts unipolaires à deux directions) qui se déclenchent aux positions extrêmes ouverte et fermée et renvoient l'information à l'API ou au DCS de l'usine (son automate programmable industriel ou son système de contrôle distribué). Sur une vanne trois voies, ce signal confirme quel orifice est actif, ce dont a besoin un verrouillage sur un basculement de cuves ou une boucle de prélèvement.
Comment spécifier une vanne à boisseau sphérique 3 voies pneumatique
Huit lignes de la demande couvrent les décisions ci-dessus. Ni le perçage ni l'actionneur avec son orifice de sécurité ne peuvent être modifiés après la livraison ; ces deux lignes méritent donc un second regard avant de passer commande. Dans l'ordre :
- Taille et quantité : 1/4″ à 2″ sur la MV-3DM.
- Qualité du corps : CF8M (316), ou CF8 (304) sur commande.
- Norme de filetage : PT, NPT ou PF, selon le filetage indiqué à la commande. Utilisez la même norme que le reste de la ligne.
- Perçage : passage en L ou en T, avec un croquis du trajet du flux si vous en avez un ; pour un passage en T, indiquez les deux schémas d'écoulement que la vanne doit donner.
- Actionneur : double effet ou rappel par ressort. Pour le rappel par ressort, indiquez l'orifice sur lequel la vanne doit revenir en cas de perte d'air.
- Air disponible à la vanne, afin que l'ensemble soit dimensionné dans la plage de 4 à 8 bar, et fréquence des manœuvres de la vanne.
- Accessoires : électrovanne (la fonction suit l'actionneur ; indiquez la tension de bobine), boîtier de fins de course, positionneur.
- Conditions de ligne et documents : fluide, pression et température, et si vous souhaitez le certificat matière (mill test report) du matériau du corps, disponible sur demande.
Erreurs fréquentes sur les commandes de vannes 3 voies à actionneur
Cinq erreurs de spécification méritent d'être vérifiées avant l'envoi de la commande. Les cinq se décident dans la demande, et ni le perçage ni l'actionneur ne peuvent être corrigés après la livraison.
Commander la mauvaise fonction d'électrovanne. Une 5/2 sur un actionneur à rappel par ressort, ou une 3/2 sur un actionneur double effet, ne fera pas fonctionner correctement la vanne. La fonction suit l'actionneur et rien d'autre ; si vous ne savez pas quel actionneur vous avez, envoyez le modèle et nous vous le dirons.
Spécifier le rappel par ressort sans orifice de sécurité. Le rappel par ressort s'achète pour que la vanne atteigne un orifice connu en cas de perte d'air. Une commande qui dit « rappel par ressort » sans nommer l'orifice peut arriver réglée du mauvais côté. Écrivez l'orifice dans la demande.
Attendre de la vanne trois voies qu'elle isole. Ni le passage en L ni le passage en T n'a de position entièrement fermée. Si une branche doit être fermée de façon étanche, utilisez une vanne deux voies pour cette fonction.
Dimensionner l'actionneur d'après un tableau de couples de vanne deux voies. Le bulletin de Bray cité plus haut publie un tableau de couples distinct pour les vannes multivoies, et à taille égale ses valeurs sont plus élevées que dans son tableau deux voies. Sur nos ensembles, l'actionneur est dimensionné en usine pour la vanne trois voies ; si vous assemblez vous-même les pièces, demandez le couple trois voies plutôt que de lire la valeur deux voies.
Acheter une vanne trois voies qui ne pourra pas être automatisée plus tard. Notre MV-3M manuelle porte une embase supérieure de type ISO, un actionneur peut donc être ajouté. Certaines vannes trois voies, dont notre MV-3N Tri-Clamp manuelle, n'ont aucune embase ; l'article sur l'ISO 5211 lié plus haut traite ce cas. Si une position peut un jour devoir commuter sur un signal, commandez directement la version pneumatique.
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FAQ
Comment se comportent le passage en L et le passage en T d'une vanne à boisseau sphérique 3 voies pneumatique quand l'air manque ?
Ce qui se passe en cas de perte d'air est défini par l'actionneur ; le perçage ne fait que façonner le résultat. Avec un actionneur double effet, l'un et l'autre perçage conservent leur dernière position : un passage en L reste du côté qu'il avait sélectionné en dernier, un passage en T reste sur son dernier schéma d'écoulement. Avec un actionneur à rappel par ressort, les ressorts ramènent la sphère sur l'orifice ou le schéma désigné à la commande. Aucun des deux perçages n'a de position entièrement fermée ; en cas de perte d'air, la vanne se place donc sur sa position de sécurité mais n'isole pas la ligne.
Quand la position de sécurité d'une vanne 3 voies à rappel par ressort est-elle définie ?
En usine, à partir de la commande. Le type d'actionneur et la position de sécurité sont intégrés au moment de l'assemblage de l'ensemble et ne peuvent pas être modifiés ensuite. Un actionneur à rappel par ressort réglé pour revenir sur l'orifice A ne peut pas être inversé vers l'orifice B sur site, et une unité double effet ne peut pas être convertie en rappel par ressort. Indiquez l'orifice de sécurité dans la demande ; si le process change plus tard, traitez-le comme une nouvelle spécification d'actionneur plutôt que comme un réglage.
Une vanne à boisseau sphérique 3 voies pneumatique a-t-elle besoin d'une électrovanne 5/2 ou 3/2 ?
Associez-la à l'actionneur. Un actionneur double effet prend une électrovanne 5/2, car ses deux orifices d'air doivent être alimentés. Un actionneur à rappel par ressort prend une 3/2, car un seul orifice reçoit l'air et le ressort assure la course de retour. Notre électrovanne NAMUR 4V310-08B existe dans les deux fonctions avec une bobine 24V DC, 110V AC ou 220V AC ; commandée avec la vanne, la bonne fonction est montée et testée en usine.
Une vanne à boisseau sphérique 3 voies a-t-elle besoin d'une vanne d'arrêt séparée ?
Oui, si la ligne exige une fermeture positive. Aucun des deux perçages n'a de position entièrement fermée : une sphère à passage en T laisse toujours un chemin ouvert, et une sphère à passage en L relie toujours l'orifice inférieur à l'un ou l'autre côté. Ajoutez pour cette fonction une vanne deux voies en aval de la vanne trois voies, et gardez la vanne trois voies pour le travail de commutation, de mélange ou de répartition pour lequel elle est conçue.
Que comprend un ensemble de vanne à boisseau sphérique 3 voies pneumatique préassemblé ?
La vanne MV-3DM en CF8M moulé à la cire perdue avec sièges PTFE, l'actionneur à crémaillère en double effet ou à rappel par ressort monté directement sur les embases ISO 5211 doubles de la vanne et, si commandés, une électrovanne NAMUR et un boîtier de fins de course ; un positionneur peut aussi être ajouté. La vanne, l'actionneur, l'électrovanne et le boîtier de fins de course sont assemblés et testés ensemble avant leur départ : chaque ensemble est testé en course et en couple, et chaque unité fait l'objet d'un contrôle d'étanchéité avant l'expédition. Un certificat matière (mill test report) du matériau du corps est disponible sur demande.
Résumé
Envoyez la taille, la qualité du corps, la norme de filetage, le perçage, le type d'actionneur avec son orifice de sécurité, l'air disponible et la fréquence des manœuvres, les accessoires et les conditions de ligne, et la MV-3DM peut être chiffrée sur une seule ligne : vanne, actionneur et distributeur pilote livrés en une seule unité testée. Le comportement en cas de perte d'air détermine l'actionneur : double effet pour maintenir la position, ou rappel par ressort pour atteindre l'orifice désigné. La fonction d'écoulement détermine le perçage : passage en L pour dévier ou passage en T pour mélanger ou répartir, avec une vanne deux voies ajoutée en aval partout où une branche doit être fermée de façon étanche, car aucun des deux perçages ne ferme complètement.