L'appareil d'obturation est un organe, disposé sur une conduite ou sur un réservoir, permet de modifier ou interrompre le débit d'un fluide .Cet appareil raccordé à la conduite par brides, raccords filetés ou autres comporte toujours un obturateur qui est une pièce mobile dont le déplacement modifie ou annule la section offerte au passage du fluide: vanne, soupape, tournant; piston, clapet, papillon .On peut les classer comme suit: les principaux types d'appareils se distinguent entre eux par le mode de déplacement de l'obturateur qui peut être:
-commandé par l'intermédiaire d'un mécanisme :robinet
-actionné par le fluide: clapet et soupape
Un certain nombre d'appareil d'obturation particuliers dérivent de ces appareils types qui seront seuls étudies
Les conditions d'utilisation comme nature du fluide, la température et la pression, la perte de charge admissible déterminent
1.le matériau du corps de l'appareil, fonte ou acier moulé pour grosse robinetterie, laiton ou bronze pour robinetterie courante ,monel, plomb, acier avec revêtement antiacide, verre, porcelaine ,matière plastique et autres.
Les pièces moulées pouvant présenter des défauts d'étanchéité, on exécute usinés entièrement; des corps de robinet à partir de barres d'acier inoxydable 18/08 pour pression et température élevée et usages spéciaux(industrie chimique).
2.Le type et les matériaux constitutifs de l'obturateur et de son siège. Cuir, caoutchouc ébonite avec siège bronze; obturateur et siège en bronze ou acier inoxydable. Téflon et porcelaine.
3.le dispositif d'étanchéité et le choix des garnitures et des joints
4. les formes intérieures
2. robinets
Les robinets se désignent par leur obturateur ;robinet à vanne, à soupape, à tournant, à piston ou à papillon
La commande d’un robinet peut être réalisée ;
-Manuellement à l’aide d’un volant d’une clé ….
-Ou par un dispositif automatique asservi à une température, à une pression, à un niveau…..
A. Robinet a vanne
Vanne est un obturateur présentant la forme d’un disque qui interrompt une veine fluide. L’étanchéité à la fermeture est assurée par un excellent partage de la vanne ou opercule sur son siège réalisé ;
1. Par coincement, vanne à sièges obliques en une ou deux pièces articulées ou vanne à sièges parallèles avec système de blocage par coin
2. Par l’action d’un ressort, vanne à sièges parallèles dite à libre dilatation. Pour fonctionnement à température élevée.
La pression du fluide participe à la réalisation de la pression de contact de la vanne sur son siège. Lorsque la vanne est ouverte , la veine fluide ne subit aucune déformation et la perte de charge provoquée à la traversée de cet appareil d’obturation est faible.
Le robinet à vanne est utilisée de préférence pour interrompre une canalisation , plus rarement pour en régler le débit.
Commande de la vanne
Le déplacement la vanne nécessite un effort à l’ouverture et à la fermeture pour vaincre les résistances de frottement .Il est réalisé :
1.par système vis-écrou :ouverture lente(coup de bélier évités),coincement des opercules obtenu avec un faible effort sur le volant de manœuvre
a)Atige de manœuvre montante, vis extérieure avec écrou, fixe ou écrou mobile. Ce dispositif nécessite la liaison en translation tige-vanne.
b) Atige de manœuvre fixe vis intérieure liée en translation par coller. L’obturateur est taraudé
2. par système pignon –crémaillère : fermeture rapide (sur conduite de vapeur à l’aide d’une poignée. Pour vanne à sièges parallèles (pas de coincement)
Le mécanisme de commande d’une vanne ne supporte pas l’effort exercé par le fluide sur cet obturateur.
Le guidage du déplacement de la vanne est réalisé par rainure et languettes les unes portées par l’opercule, les autres par le corps.
L’étanchéité sur la tige de manœuvre (ou sur l’axe du pignon) est obtenue par presse étoupé à chapeau vissé ou boulonné suivant dimensions.
B. robinet à tournant
Le tournant est un obturateur conique pouvant tourner autour de son axe à l’intérieur d’un boisseau et percé d’une lumière. Il peut être plein et usiné dans la masse (petits robinets)ou creux et obtenu par moulage.
Lumières : disposées en ligne avec la conduite (faible perte de charge), en té(robinets à trois voies) ou sur tournant défoncé elles présentent une section égale à celle des tubulures pour éviter la variation de vitesse du fluide. Généralement de forme trapézoïdale légèrement plus haute sur le tournant que sur le boisseau (compensation de l’enfouissement du boisseau par usure)
Commande : par clé ou par pognée les positions d’ouverture et de fermeture doivent être repérées (butées éventuelles).
Boisseau :de forme tronconique ,foncé ou defoncé.la forme allongée de la lumière entraine une modification de la forme de la tubulure ;néanmoins, la section de passage doit être constante.
Etanchéité : elle est assurée par l’ajustement conique du tournant.
-conicité de 10à 15%.Une faible conicité améliore l’étanchéité mais présente de risques de coincement.
-lumière de faible largeur afin de conserver une marge de recouvrement suffisante.
-partage : prévoir un rodage des surfaces en contact (laiton)
Sous l’effet de la pression du fluide tournant a tendance à sortir du boisseau, le contact doit être maintenu par l’action d’une force F obtenue :
-par un dispositif fileté. Ecrou avec rondelle spéciale liée au tournant pour éviter le desserrage à la bride.
-par l’élasticité d’une garniture : chapeau de presse-étoupe vissé au bride
-par ressort
Caractéristiques et emploi : manœuvre rapide, faible perte de charge étanchéité non persistante. Pour faible pression et débit modéré .Utilisation peu fréquente pour réglage de débit.
C. robinet à papillon
L’obturateur est un disque de forme elliptique mobile autour de son petit axe. Il présente une légère tendance à l’ouverture complète
Commandé par l’axe de rotation avec ou sans presse-étoupe .Etanchéité médiocre, perte de charge faible .Il est utilisé pour le réglage de régime de gaz (carburateur) ou de vapeur.
D .Appareils d’obturation a piston
L’obturateur est cylindrique et mobile en translation à l’intérieur d’un cylindre dans lequel il est ajusté (analogie avec un piston) l’ajustement est choisi pour assurer l’étanchéité.
Ces obturateurs permettent la réalisation d’appareils de distribution (machine à vapeur, transmissions hydrauliques)
E. Robinet à soupape
Soupape : obturateur dont le contact avec son siège est obtenu par un effort suffisant pour s’opposer à l’action du fluide sous pression F>P.S.L’étanchéité à la fermeture est assurée.
1. Par l’utilisation d’une garniture plastique rapportée et de remplacement facile : cuir, caoutchouc,…La surface de contact généralement plane peut être sphérique.
2. Par la réalisation d’un excellent contact entre siège et soupape (bronze, laiton ou acier inox) obtenu par rodage surfaces coniques le plus souvent à 90° ou à 60°.Dans la plupart es cas , le siège est rapporté par emmanchement dur ou par filetage .Pour éviter le basculement de la soupape à l’ouverture ,il faut prévoir :
–son guidage par ailettes (contour tourné avec jeu) ou par tige en amant ou en aval.
Ou sa liaison avec le dispositif de manœuvre.
Ces deux dispositifs peuvent être combinés
Commande : le dispositif de commande d’un robinet à soupape doit :
–assurer le déplacement uniquement en translation de l’obturateur .Le mouvement de rotation de ce dernier amènerait le glissement des surfaces de contact à l’ouverture et à la fermeture et en entraînerait l’usure rapide
–réaliser l’effort F nécessaire à la fermeture.
La commande est obtenue :
1. par système vis-écrou irréversible : ouverture lente effort important (pour pression moyenne ou élevée
La tige de manœuvre montante, porte un filetage intérieur ou extérieur (sur arcade).Pour permettre à la soupape de se placer à la demande du siège, la liaison tige de manœuvre-soupape doit être très libre :jeu important, articulation sphérique éventuellement (déformation de la tige par flambage à craindre)
La soupape peut être remplacée par l’extrémité conique d’une vis pointeau : déplacement réduit (pour fortes pressions).
2. par levier : effort de fermeture réduit utilisé pour faible pression exemple commande automatique par flotteur
Étanchéité par presse-étoupe sur tige de manœuvre .par soufflet à plis en Téflon
Caractéristiques et emploi :
Bonne étanchéité, mais pertes de charge importantes .Utilisé principalement pour réglage du déficit sur canalisation à moyenne ou forte pression.
Autre type : robinet à membrane
Le réglage du débit est réalisé par la déformation d’une membrane en caoutchouc ou matière plastique par un dispositif vis-écrou.
Une variante : robinet à étranglement de voie.
3. soupapes automatiques
C’est un appareil de sécurité, placé sur un réservoir ou une conduite s’ouvrant automatiquement lorsque la pression du fluide contenu dépasse une valeur déterminée
L’obturateur : soupape à portée conique ou plane a guidage amont ou aval, course limitée.
Action sur la soupape : elle est fonction de la pression limite recherchée. Elle est obtenue directement à l’aide d’un ressort ou par un contrepoids
Types :
1. 1. soupape de retour
Si l’augmentation de pression est exceptionnelle et brusque, la soupape s’ouvre, le fluide est dérivé et la surpression est évitée.
2. Soupape de sureté
Sui l’augmentation de pression est lente (chaudière) le fonctionnement a lieu par à-coup. La chute de pression entraine la fermeture de la soupape qui s’ouvre de nouveau peu de temps après ; nécessité d’utiliser une soupape à grand débit.
4 .CLAPETS
C’est un appareil d’obturation dont le fonctionnement est commandé directement par l’écoulement du fluide lui-même. L’obturation peut être obtenue :
-en cas de changement de sens de circulation du fluide : clapet de non retour ;
En cas d’augmentation pouvant devenir dangereuse de la vitesse de circulation du fluide ; clapet d’arrêt.
Clapet de non retour
Il est destiné à s’opposer à la circulation du fluide en sens inverse, il ne doit pas gêner son passage dans le sens normal : obturateur de faible masse avec guidage très libre. La limitation de la levée du clapet entraine celle du débit.
1. A clapet guidé (ou clapet à soupape) ; déplacement en translation, partage plan ou conique sur siège rapporté ; guidage amont ou combiné par ailettes ou par tige .Le rodage assure une bonne étanchéité, perte de charge notable.
2.. A clapet articulé : déplacement rodage possible ; étanchéité médiocre. Son fonctionnement est en rotation autour d’un axe, partage plan sans rodage possible ; étanchéité médiocre. Son fonctionnement est bruyant, présente une perte de charge assez faible. La pression nominale d’ouverture peut être réglée par un contrepoids ou un ressort.
Variante : clapet déformable en cuir, caoutchouc …
3. A bille, avec ressort de rappel, pour circuit de graissage
Clapet d’arrêt
L’obturateur sollicité vers son siège par le déplacement du fluide est maintenu en position d’ouverture par une action antagoniste, fonction de la vitesse limite prévue. Si la vitesse dépasse cette valeur, l’action du fluide sur la soupape devient prépondérante et l’obturateur est plaqué sur son siège :
-Obturateur : clapet guidé par tige.
-force antagoniste : poids au ressort , à l’extérieur de l’appareil