Les actionneurs de vannes électriques sont des dispositifs alimentés par l'électricité pour déplacer ou contrôler une vanne.
Contrairement aux actionneurs pneumatiques, qui dépendent de l'air comprimé (et sont donc sensibles aux fluctuations de pression), les actionneurs électriques dépendent de l'électricité, offrant un contrôle plus cohérent et plus précis.
Cela les rend idéaux pour les applications nécessitant un positionnement précis ou lorsque de petits changements de débit sont importants (comme le dosage dans les processus chimiques).
1. Comment Actionneurs de vannes électriques Travail
Si vous n'avez jamais entendu parler des actionneurs et que vous vous demandez comment fonctionnent les actionneurs, ce sont simplement des dispositifs qui convertissent l’énergie en mouvement mécanique.
Les actionneurs de vannes électriques, en particulier, convertissent l'énergie électrique pour initier le mouvement et positionner la vanne.
Le processus commence par un signal d'entrée, qui peut être numérique (marche/arrêt) ou analogique (par exemple une plage de 4 à 20 mA). Ce signal indique à l'actionneur dans quelle mesure il doit ouvrir ou fermer la vanne
Une fois le signal reçu, un moteur électrique à l'intérieur de l'actionneur se met sous tension, générant un mouvement.
Ce mouvement est généralement rapide mais pas assez puissant pour déplacer directement de grandes et lourdes vannes industrielles. mécanisme d'engrenage absorbe et répartit la friction mécanique générée, ralentissant la vitesse du moteur et augmentant le couple.
Enfin, le mouvement est appliqué à la tige de soupape, qui tourne ou se déplace linéairement pour ajuster la position de la soupape :
- Mouvement rotatif : Implique la rotation de la tige de la vanne, généralement de 90° ou 180°, et est couramment utilisé avec les vannes à boisseau sphérique, papillon et à boisseau sphérique.
- Mouvement linéaire : Il s'agit de déplacer la tige de la vanne en ligne droite, ce qui est le cas des vannes à guillotine ou à soupape qui nécessitent un mouvement de haut en bas pour réguler le débit.
Notez que les actionneurs électriques avancés peuvent parfois combiner ces mouvements ou les convertir mouvement rotatif vers mouvement linéaire en utilisant des systèmes d'engrenages spéciaux.
2. Types d'actionneurs de vannes électriques
Actionneurs électriques linéaires
Ces actionneurs produisent un mouvement en ligne droite (de haut en bas ou d'intérieur en extérieur). Mais comment fonctionne un actionneur linéaire ?
Ce mouvement est généralement produit par un mécanisme à vis sans fin ou à vis à billes, où le moteur fait tourner la vis, déplaçant la tige vers le haut ou vers le bas. Bien entendu, la force de poussée (c'est-à-dire la quantité de force linéaire) doit être suffisamment élevée pour déplacer efficacement la tige de la vanne sans surcharger l'actionneur.
Comme discuté, un actionneur de vanne linéaire est idéal pour les vannes qui nécessitent un mouvement linéaire, comme les vannes à soupape et les vannes à guillotine lourdes.
Ils fonctionnent mieux dans les domaines suivants :
- Contrôle précis du débit : En raison de leur capacité à se déplacer par petites étapes progressives, les actionneurs linéaires offrent un contrôle précis sur la position de la vanne.
- Applications à usage intensif : Ils sont parfaits pour les vannes plus grandes qui nécessitent une force importante pour s'ouvrir et se fermer (comme les vannes à soupape pour étrangler et réguler le débit).
- Applications industrielles de haute précision : Ils sont fréquents dans des environnements tels que les usines de traitement des eaux ou de traitement chimique.
Cependant, ils peuvent ne pas être adaptés si vous êtes concerné par les éléments suivants :
- Vitesse: Les actionneurs linéaires ont tendance à fonctionner plus lentement que les actionneurs rotatifs et peuvent ne pas être idéaux si votre système nécessite un cycle de vanne rapide.
- Exigences en matière de taille et d'espace:Pour les très grandes vannes, l'actionneur doit être particulièrement robuste, ce qui peut prendre plus de place et être plus lourd.
Actionneurs de vannes rotatives
Comme son nom l'indique, un actionneur de vanne rotative produit un mouvement de rotation qui fait tourner la tige de vanne (généralement selon un angle spécifique), ouvrant ou fermant la vanne.
Au lieu de la force de poussée sur laquelle s'appuient les actionneurs linéaires, les actionneurs rotatifs nécessitent un couple de sortie. Il s'agit simplement de la force de rotation que l'actionneur peut exercer pour faire tourner la tige de la vanne.
Alors, où sont-ils le mieux adaptés ?
- Systèmes à grande vitesse : Les actionneurs rotatifs sont généralement plus rapides que les actionneurs linéaires en termes d'ouverture/fermeture des vannes, ce qui est parfait dans les oléoducs et gazoducs.
- Conception compacte : Ces actionneurs sont généralement plus compacts et légers, ce qui est avantageux dans les espaces restreints où des actionneurs plus grands seraient peu pratiques.
- Applications à usage général : Ils sont largement utilisés lorsqu'une plage de mouvement limitée (généralement 90°) est requise, généralement dans les applications impliquant des vannes à boisseau sphérique ou des vannes papillon.
Pour en revenir à la « rotation selon des angles spécifiques », les actionneurs rotatifs sont divisés en deux catégories : actionneurs multitours et actionneurs quart de tour.
Actionneurs multitours
UN actionneur électrique multitours est conçu pour actionner des vannes qui nécessitent plus d'une rotation complète pour passer de la position complètement fermée à la position complètement ouverte. Cela dit, il est couramment utilisé avec les vannes à guillotine et les vannes à soupape.
Les principaux avantages des actionneurs multitours sont les suivants :
- Capacité de couple élevée:Ils peuvent générer une énorme quantité de force pour faire tourner des tiges de soupape plus grandes et plus lourdes.
- Adapté aux fluides épais et aux canalisations à haute pression : Lorsque la tige de soupape devient difficile à faire tourner en raison d'une pression élevée ou d'un fluide visqueux, ces actionneurs excellent dans le maintien d'un fonctionnement fiable.
- Bien adapté aux opérations de modulation de charge : Ils permettent des réglages incrémentiels précis des positions des vannes, garantissant un contrôle précis du débit ou de la pression sans risque de dépassement.
Cependant, ils présentent également leur lot d’inconvénients, notamment :
- Les actionneurs multitours sont généralement plus grands et plus lourds que les actionneurs quart de tour, ce qui peut être désavantageux dans les environnements à espace restreint.
- En raison de leur conception, les multitours ne sont pas les plus rapides. Ils fonctionnent généralement à un rythme plus lent, ce qui les rend moins adaptés aux opérations urgentes ou aux systèmes d'urgence.
Actionneurs quart de tour
Contrairement aux actionneurs multitours qui permettent une rotation continue, actionneurs quart de tour sont limités mécaniquement à 90°, ce qui permet un actionnement rapide des vannes adapté aux applications impliquant des vannes à boisseau sphérique, des vannes papillon et des vannes à boisseau sphérique.
Outre leur fonctionnement rapide, les actionneurs quart de tour présentent d’autres avantages, notamment :
- Conception compacte : Leur taille plus petite par rapport aux actionneurs multitours ou linéaires les rend plus faciles à intégrer dans des espaces confinés.
- Rentabilité : Ils sont généralement plus abordables en raison de leur conception simple et de leur amplitude de mouvement limitée.
- Sans entretien : Avec moins de pièces mobiles et des mécanismes autolubrifiants en place, ils peuvent fonctionner à plein régime pendant de longues périodes sans entretien fréquent.
Cependant, vous ne devez pas les utiliser pour des applications d'étranglement (ils sont médiocres avec des réglages fins), ou lorsque vous avez affaire à des vannes de grande taille qui supportent des pressions élevées ou des volumes de débit importants.
3. Composants des actionneurs de vannes électriques
Moteur électrique
Les moteurs électriques sont les composants principaux de l'actionneur car ils génèrent la force mécanique (mouvement rotatif ou linéaire) nécessaire pour déplacer les vannes. Ils peuvent être de l'un des types suivants :
- Moteur à courant alternatif : Adapté aux applications lourdes nécessitant des performances stables.
- Moteur à courant continu : Prévalent dans les applications compactes ou à faible consommation
- Servomoteur : Utilisé dans les actionneurs avancés
Le moteur à cage d'écureuil, un type de moteur à courant alternatif, est couramment utilisé dans les environnements industriels en raison de sa durabilité et de ses besoins minimes en matière de maintenance. Il est constitué d'un rotor en forme de cage d'écureuil, ce qui le rend simple et efficace pour un fonctionnement continu.
Pour les environnements dangereux où il existe un risque d'explosion, des moteurs antidéflagrants sont utilisés.
La puissance nominale du moteur (généralement exprimée en CV ou en kW) détermine la capacité de l'actionneur à gérer différentes tailles de vannes et de lourdes charges.
Boîte de vitesse
Le réducteur transfère le mouvement du moteur à la vanne, convertissant la sortie du moteur à grande vitesse et à faible couple en mouvement à faible vitesse et à couple élevé requis pour faire fonctionner la vanne.
Le type le plus courant est le réducteur à vis sans fin, qui a une structure en forme de vis, avec un filetage en spirale qui s'engrène avec une roue dentée (l'engrenage). Il est autobloquant, ce qui signifie que lorsque le moteur de l'actionneur est éteint, la vanne reste en place sans qu'il soit nécessaire de recourir à des mécanismes de verrouillage supplémentaires.
Un autre type de réducteur est le réducteur à engrenages coniques, de forme conique et dont les dents sont coupées en biais pour permettre aux engrenages de s'engrèner à un angle de 90 degrés. Ces réducteurs sont généralement plus volumineux que les réducteurs à vis sans fin, mais offrent un transfert de puissance plus efficace pour certaines applications.
Enfin, les réducteurs planétaires sont constitués d'un engrenage « solaire » central, qui s'engrène avec plusieurs engrenages « planétaires » qui gravitent autour de lui, avec une couronne dentée environnante. Leur meilleur atout ? Ils sont compacts mais peuvent néanmoins produire un couple de sortie élevé (c'est-à-dire un rapport couple/taille élevé).
Mécanisme de rétroaction
Le mécanisme de rétroaction, qui utilise souvent des capteurs, surveille la position de la vanne pendant son déplacement. Il compare la position de l'actionneur avec le signal de commande qui lui est envoyé et fournit des mises à jour en temps réel à l'unité de commande pour garantir que la vanne est dans la bonne position.
Les interrupteurs de fin de course jouent ici un rôle crucial en fournissant un signal physique lorsque l'actionneur atteint sa position complètement ouverte ou fermée.
La rétroaction peut prendre différentes formes – soit analogique (par exemple à l'aide de potentiomètres) soit numérique (par exemple à l'aide d'encodeurs), selon la complexité et la précision requises.
Dans certains systèmes avancés, le mécanisme de rétroaction peut inclure auto-étalonnage fonctionnalités où le système peut s'ajuster et s'aligner automatiquement, minimisant ainsi l'intervention manuelle.
Capteurs de couple et de poussée
Ces capteurs suivent la force de rotation (couple) ou la force linéaire (poussée) appliquée à la vanne, ajustant le mouvement de l'actionneur pour éviter de surcharger ou d'endommager les composants de la vanne ou de l'actionneur.
De plus, le cycle de service est un facteur important lors de la surveillance du fonctionnement continu de ces capteurs. Il fait référence à la durée pendant laquelle un actionneur peut fonctionner à pleine charge avant de nécessiter une période de refroidissement.
Unité de contrôle
Le système de contrôle d'actionneur ou l'unité traite le signal d'entrée et dirige le moteur de l'actionneur en conséquence pour déplacer la vanne vers la position souhaitée. En termes simples, il agit comme le cerveau de l'actionneur.
Pour les systèmes plus simples, l'unité de commande peut être conçue pour fonctionner avec des commutateurs de base pour des commandes marche/arrêt simples de l'actionneur.
Dans les systèmes plus sophistiqués, l'unité de contrôle peut se connecter à des automates programmables (PLC). Les PLC vous permettent de contrôler plusieurs actionneurs à la fois, de gérer des tâches plus complexes et de connecter le système d'actionneurs à d'autres parties de l'usine pour un contrôle global fluide.
Avec un PLC, vous pouvez également accéder à des fonctionnalités intelligentes telles que la surveillance des performances, le dépannage à distance et la maintenance programmée, ainsi que l'intégration dans les écosystèmes IoT.
Cependant, le contrôle local reste précieux car il permet aux opérateurs d’ajuster manuellement les paramètres de l’actionneur directement sur site.
Mécanisme de commande manuelle
Il s'agit d'une méthode de contrôle de secours qui permet de manipuler manuellement l'actionneur en cas de dysfonctionnement (c'est-à-dire lorsque des symptômes de mauvais fonctionnement de l'actionneur sont présents) ou lorsque le contrôle automatisé n'est pas disponible. Par conséquent, les opérations peuvent se poursuivre même si le système automatisé tombe en panne.
Mécanisme de sécurité intégrée
Il s’agit d’une fonction de sécurité conçue pour amener automatiquement le système dans un état sûr en cas de panne, telle qu’une panne de courant ou un dysfonctionnement d’un composant.
En cas de panne de courant, les systèmes de batterie de secours fournissent de l'énergie à l'actionneur, tandis que mécanismes de rappel à ressort déplacer automatiquement la vanne vers une position par défaut ou sûre, par exemple complètement ouverte ou complètement fermée.
Conclusion
Vous pouvez désormais constater à quel point les actionneurs de vannes électriques sont indispensables pour une vanne précise, une surveillance et, surtout, pour garantir la sécurité des opérations et de toutes les personnes présentes dans l'environnement de travail.
Si vous souhaitez en savoir plus sur les actionneurs électriques et sur la manière dont ils peuvent s'intégrer à votre projet actuel, n'hésitez pas à Appelez-nous et parlez à l'un de nos experts.
