Le dimensionnement précis des actionneurs de vannes est essentiel pour garantir le bon fonctionnement des vannes automatisées dans les conditions de process de l'industrie. Le choix d'un actionneur électrique de vanne doit prendre en compte divers facteurs afin de sélectionner l'actionneur le plus adapté à l'application.
Les actionneurs assurent le déplacement et le maintien en position de l'obturateur de la vanne. Un actionneur non conforme aux exigences du procédé et aux spécifications de conception peut nuire au fonctionnement de la vanne. Il est donc essentiel d'évaluer les exigences relatives aux actionneurs dès les premières étapes de la sélection d'un actionneur adapté à une application donnée.
Le coût élevé d'un dimensionnement incorrect : risques pour la sécurité et usure des composants
Les actionneurs sont souvent négligés lors de la conception des systèmes de vannes, alors qu'ils contrôlent directement le mouvement et la position finale des billes, des disques ou des obturateurs. Un dimensionnement correct des actionneurs garantit qu'ils peuvent fournir le couple nécessaire pour actionner et fermer la vanne dans toutes les conditions de fonctionnement.
Si le choix de l'actionneur ne correspond pas aux exigences du système, les vannes risquent de ne pas s'ouvrir ou de se fermer complètement. Ceci peut engendrer des risques pour la sécurité, tels que des fuites dues à une étanchéité imparfaite, des surpressions ou un débit incontrôlé. Des actionneurs sous-dimensionnés peuvent se bloquer sous charge, tandis que des actionneurs surdimensionnés peuvent exercer une contrainte excessive sur les composants des vannes.
Un dimensionnement inadéquat accélère également l'usure des pièces internes. Les engrenages peuvent subir des charges anormales, entraînant une usure ou un désalignement des dents. Des surcharges répétées peuvent accroître le frottement, augmenter le couple requis et réduire la durée de vie des composants.
Le choix doit prendre en compte le système dans son ensemble, et non la seule vanne. Une évaluation appropriée garantit un fonctionnement fiable, réduit les risques pour la sécurité et limite l'usure prématurée en assurant que l'actionneur délivre un couple contrôlé et adéquat sur toute la plage de fonctionnement de la vanne.
Étape 1 : Adaptation du fonctionnement de l’actionneur au type de vanne (Différences entre quart de tour et tours multiples)
Le processus de sélection des actionneurs commence par une évaluation des besoins de l'application. Les vannes industrielles sont utilisées pour diverses fonctions au sein d'un système, par exemple pour la régulation de débit, l'isolation des canalisations ou la protection des équipements.
Pour que les fonctions des vannes industrielles soient assurées, les actionneurs, notamment actionneurs électriques multitours Utilisés pour les vannes à guillotine ou à soupape, les actionneurs doivent pouvoir contrôler le mouvement des obturateurs de ces vannes. En effet, ces obturateurs, qu'il s'agisse d'une bille, d'un bouchon ou d'un disque, doivent réagir au mouvement des actionneurs pour assurer une régulation optimale du débit dans le système.
Les conditions de fonctionnement, telles que la pression, la température et les débits, influent sur les performances des vannes industrielles du système. Ces conditions influent également sur les forces agissant sur les éléments de fermeture des vannes.
Étape 2 : Calcul des besoins en couple avec un facteur de sécurité (couple de rupture vs. couple de fonctionnement)
Les conditions de fonctionnement ont un impact significatif sur les performances des actionneurs. La pression, la température et le débit peuvent affecter la force nécessaire pour déplacer et maintenir en place l'élément de fermeture de la vanne ; il est donc impératif d'en tenir compte lors du calcul du couple de l'actionneur électrique.
Si les conditions de fonctionnement ne sont pas prises en compte lors du choix de l'actionneur, celui-ci risque de ne pas fournir un couple suffisant pour actionner la vanne.
Deux conditions de couple sont généralement utilisées pour la sélection des actionneurs.
Le couple de décrochage correspond au couple nécessaire pour déplacer une vanne depuis sa position complètement fermée ou en position assise. Dans cette position, le déplacement de la vanne est généralement plus difficile en raison du frottement entre les surfaces et les pièces mobiles internes.
Le couple de fonctionnement est défini comme la quantité de couple nécessaire pour continuer à actionner une vanne après qu'elle a commencé à se déplacer à partir d'une position complètement fermée ou en position assise.
Ces deux valeurs de couple peuvent varier en fonction des conditions de fonctionnement. Dans certains cas, une pression et une température élevées peuvent influencer le couple nécessaire pour actionner une vanne.
Les conditions suivantes peuvent affecter le couple requis par une vanne :
| Facteur d'évaluation | Description | Importance du choix de l'actionneur |
| Pression du procédé | Pression agissant sur la vanne à l'intérieur du système | Peut augmenter la force nécessaire pour actionner la vanne |
| Température de fonctionnement | Conditions de température au sein du processus | Peut affecter les composants de l'actionneur et le frottement de la vanne |
| débit | mouvement du fluide à travers la vanne | Peut influencer les forces de positionnement des vannes |
| Fonctionnement de la vanne | Rôle de la vanne (régulation du débit, isolation, protection) | Détermine les exigences opérationnelles de l'actionneur |
Ces conditions doivent être évaluées afin de garantir que l'actionneur choisi sera capable de fournir un couple suffisant pour déplacer et positionner la vanne dans l'environnement opérationnel tout en maintenant un actionneur approprié facteur de sécurité.
Étape 3 : Détermination du cycle de service et des besoins en énergie (Éviter la surchauffe du moteur)
Le choix de l'actionneur doit tenir compte des signaux de commande, de l'alimentation électrique et du rapport cyclique de la vanne. L'actionneur doit être compatible avec les protocoles de relais, analogiques et numériques tels que Modbus, HART et Profibus, et intégrer un retour d'information de position pour une commande précise.
Le cycle de service d'une vanne définit son utilisation en nombre d'opérations par heure ou par jour. Par exemple, 12 cycles d'ouverture/fermeture par heure correspondent à une utilisation intensive. Un cycle de service plus élevé augmente la fréquence des cycles de marche/arrêt, la consommation de courant et la production de chaleur.
Le cycle de service détermine directement le choix du moteur. Un service intensif requiert des moteurs à capacité thermique élevée, une classe d'isolation adaptée et une fréquence de démarrage nominale suffisante pour éviter la surchauffe. Un service faible peut utiliser des moteurs de configuration standard.
La plupart des actionneurs électriques intègrent une protection thermique qui se déclenche à 120 °C ± 5 °C et se réinitialise après refroidissement. Les modèles courants utilisent moteurs asynchrones à cage d'écureuil avec une isolation de classe H et des options d'alimentation telles que 110/220 V CA monophasé et 380/440 V CA triphasé.
Un réglage précis du cycle de service de la vanne par rapport au moteur évite la surchauffe, prolonge la durée de vie des composants et assure un fonctionnement fiable de l'actionneur électrique multitours.
Étape 4 : Évaluation des conditions environnementales (applications industrielles, marines ou à haute température)
Un autre facteur à prendre en compte lors du choix des actionneurs est leur fiabilité. La fiabilité est un critère essentiel, notamment pour les vannes qui assurent des fonctions critiques au sein d'un système.
Lorsqu'une défaillance d'un actionneur est susceptible d'affecter la stabilité d'un système, la fiabilité de cet actionneur devient un critère essentiel lors de son choix. L'importance de la vanne au sein du système est un autre facteur à prendre en compte.
Conclusion : Éviter les erreurs de sélection coûteuses grâce à une liste de contrôle professionnelle
Le dimensionnement réussi d'un actionneur de vanne nécessite de prendre en compte les besoins de l'application, la compatibilité avec le système, la fiabilité et le coût. En tenant compte de ces éléments, on s'assure du bon fonctionnement de l'actionneur au sein d'un système d'automatisation.
Il est nécessaire d'examiner les besoins du processus, la compatibilité du système et sa fiabilité avant de sélection d'un actionneur de vanne pour éviter les erreurs de taille.
