Principes techniques de fonctionnement - Vannes pneumatiques dans les différentiels de pression et coordination des pièces

1.Qu'est-ce qu'une vanne pneumatique ?
Une vanne pneumatique est un dispositif qui utilise de l'air comprimé pour actionner (ouvrir, fermer ou contrôler proportionnellement le débit à travers) une vanne. Les principaux composants comprennent le corps de la vanne, la tige de la vanne, l'élément obturateur (par exemple, bille, disque, obturateur), les joints et un actionneur pneumatique. L'air comprimé agit sur un piston ou une membrane à l'intérieur de l'actionneur, générant un mouvement linéaire ou rotatif pour positionner l'élément de fermeture. En raison de leurs avantages en termes d'actionnement rapide, de facilité d'automatisation et de performances fiables, les vannes pneumatiques sont largement utilisées dans des industries critiques telles que la transformation chimique, le pétrole et le gaz, la production d'électricité et le gaz naturel, où elles jouent un rôle essentiel dans le contrôle des processus complexes.

2. Analyse du principe de fonctionnement
Le fonctionnement des vannes pneumatiques commence au niveau de l'unité de préparation de l'air (généralement des filtres, des régulateurs et des compresseurs), qui aspire l'air ambiant, élimine les impuretés/l'humidité et le met sous pression en air comprimé. Cet air est distribué via des tuyaux vers les actionneurs pneumatiques (types à membrane pour le mouvement linéaire, types à piston pour les applications à forte force/course).
Par exemple : Lorsque l'air entre dans la chambre d'un actionneur à membrane, la membrane se déforme élastiquement sous la pression, déplaçant la tige de la vanne. La tige transmet mécaniquement ce mouvement pour positionner l'élément obturateur (par exemple, obturateur, bille ou disque), ouvrant, fermant ou modulant ainsi le débit à travers le corps de la vanne.

Vannes pneumatiques normalement ouvertes (NO):

État par défaut: La force du ressort maintient l'élément de fermeture (par exemple, l'obturateur) ouvert, assurant un écoulement de fluide ininterrompu.

Lors de l'actionnement: Lorsqu'un signal de commande (par exemple, l'électrovanne s'active) applique une pression d'air à l'actionneur, le piston/la membrane surmonte la force du ressort, entraînant la tige pour déplacer l'élément de fermeture en position fermée et couper le débit.

Vannes pneumatiques normalement fermées (NF):

État par défaut: La force du ressort maintient l'élément de fermeture en position fermée, bloquant le débit.

Lors de l'actionnement: La pression d'air appliquée à l'actionneur comprime le ressort, rétractant la tige pour ouvrir l'élément de fermeture et permettre le débit.

Le principe de fonctionnement des actionneurs pneumatiques à piston repose également sur la pression d'air différentielle à travers le piston. Lorsque de l'air sous pression est appliqué d'un côté de la chambre du piston, il génère une force linéaire pour entraîner la tige du piston. Ce mouvement est transmis mécaniquement par la tige de la vanne pour positionner l'élément de fermeture (par exemple, obturateur, bille ou disque). Les actionneurs à piston fournissent des sorties de poussée plus élevées que les types à membrane, ce qui les rend idéaux pour les vannes de grand diamètre et les applications à haute pression où une plus grande force d'actionnement est requise.

3. la mise en œuvre de la fonction de réglage

Certaines vannes pneumatiques intègrent des capacités de régulation du débit au-delà du simple contrôle marche/arrêt. Ceci est réalisé grâce à des conceptions spécialisées d'éléments de fermeture comme les billes à orifice en V ou les obturateurs rotatifs excentriques.

Fonctionnement de la bille à orifice en V:
La rotation de la bille modifie la surface de l'orifice en forme de V entre la bille et le siège. Lorsque la bille tourne de 0° à 90° :

Phase d'ouverture: Angle de rotation de la surface d'écoulement → Le débit augmente

Phase de fermeture: Surface d'écoulement (90° - angle de rotation) → Le débit diminue

Mécanisme de contrôle:
Une régulation précise nécessite :

Système de positionnement: Un positionneur de vanne convertit les signaux de commande (4-20mA/pneumatique) en une modulation précise de la pression d'air.

Réponse de l'actionneur: La pression d'air modulée entraîne l'actionneur pour obtenir l'angle de rotation cible.

Caractérisation du débit: Le profil conçu en V fournit des caractéristiques de débit linéaires/à pourcentage égal.

Une compréhension approfondie des vannes pneumatiques principes de fonctionnement et caractéristiques de performance – y compris l'actionnement rapide, le contrôle précis du débit et la fonctionnalité de sécurité intégrée – permet aux ingénieurs de :

Optimiser les paramètres du processus (par exemple, temps de réponse, points de consigne de pression).

Améliorer l'efficacité de la production grâce à la réduction des temps de cycle.

Réduire les coûts d'exploitation grâce à une consommation d'énergie et des temps d'arrêt de maintenance minimisés.

Assurer la stabilité de la chaîne de production avec une coupure fiable et un contrôle des fuites conforme aux normes de produit.

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