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1 J-M R. D-BTP LES VANNES DE REGULATION 2006. 2 Définitions Montages Actionneurs.

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1 1 J-M R. D-BTP LES VANNES DE REGULATION 2006

2 2 Définitions Montages Actionneurs

3 3 Autorité Kv Pression différentielle Caractéristiques des vannes Astuce Définitions

4 4 Kv 1/6 Le Kv dune vanne est le débit en m 3 /h qui occasionnerait dans la vanne grande ouverte une perte de charge de 1 bar. Cest ce coefficient Kv qui déterminera le diamètre nominal de la vanne de régulation. P 1 bar Q = Kv m 3 /h

5 5 Kv 2/6 La perte de charge varie comme le carré du débit : P Q P 1 P 2 = Q1Q1 Q2Q2 2 P bar = Q Kv 2 donc : ou : Kv = 1 bar P. Q Kv = mmCE P. Q

6 6 Kv 3/6 Exemple 1 : Quel est le Kv dune vanne qui présente une perte de charge de 1 mCE pour un débit de 3 m 3 /h ? P Q = mmCE 1000 mmCE. 3 m 3 /h Kv = mmCE P. Q 9,58 m 3 /h =

7 7 Kv 4/6 Exemple 2 : Quel est le débit qui occasionne dans une vanne de Kv 5 m 3 /h une perte de charge de 0,5 bar ? P Q 3,53 m 3 /h = Kv = 1 bar P Q. Kv = 1 bar P Q. 5 = 1 bar 0,5 bar

8 8 Kv 5/6 Exemple 3 : Quelle est la perte de charge dune vanne de Kv 4 m 3 /h lorsquelle est traversée par un débit de 3 m 3 /h ? P Q 0,56 bar = P bar = Q Kv 2 P bar = Q Kv 2 bar = 3 m 3 /h 4 m 3 /h 2

9 9 Kv 6/6 Si le terme Kv est un terme général, on peut également parler de : KvsKv vanne grande ouverte Kvn ou QnKv nominal des robinets thermostatiques (Kv à la levée nominale) Kvo Kv vanne fermée aussi appelé « débit de fuite » Le taux de fuite ( Kvo / Kvs ) doit être inférieur à 0,05 % pour une vanne neuve. Cv Utilisé aux États-Unis, débit en USg/h occasionnant dans une vanne grande ouverte une perte de charge de 1 PSI Kv = 0,86 Cv Cv = 1,16 Kv

10 10 Autorité 1/5 Le rôle dune vanne de régulation est de modifier un débit. Une vanne aura une bonne autorité si elle peut modifier le débit sur toute sa levée. Lautorité dune vanne de régulation ( a ) aussi appelée « perte de charge relative » est définie ainsi : Pv Pv + Pr = a Pv : perte de charge de la vanne de régulation Pr : perte de charge du réseau où le débit varie en fonction de la levée de la vanne

11 11 Autorité 2/5 Autorité dune vanne 2 voies : Pv Pv + Pr = a Pv Pr réseau

12 12 Autorité 3/5 Autorité dune vanne 3 voies : Pv Pv + Pr = a Pv Pr UTILISATION En montage « mélange » ou « répartition », le débit varie dans la chaudière !

13 13 Autorité 4/5 Autorité dune vanne 3 voies : Pv Pv + Pr = a Pv Pr En montage « décharge », le débit varie dans le circuit utilisation ! UTILISATION

14 14 Autorité 5/5 Pv Pv + Pr = a Lautorité se calcule en considérant les vannes deux ou trois voies grandes ouvertes. Lautorité devra toujours être comprise entre 0,3 et 0,7 pour que la vanne fonctionne bien (fasse bien varier le débit sur toute sa levée). La plupart du temps on se fixe une autorité de 0,5, ce qui signifie que la vanne grande ouverte présentera la même perte de charge que le réseau dont elle fait varier le débit. Pour le calcul des pertes de charge en vue de déterminer le circulateur, il faudra donc d'abord calculer les pertes de charge des tronçons de réseau où le débit varie avant de déterminer la vanne de régulation afin den connaître la perte de charge qui viendra sajouter à celles de la boucle.

15 15 Pression différentielle 1/2 La pression différentielle est lécart des pressions sexerçant de part et dautre du clapet de la vanne lorsquelle est grande ouverte. Cette pression créera une force qui tendra à ouvrir ou à fermer le clapet selon la position de la vanne dans le circuit. Cest la différence entre la pression existant à la voie commune de la vanne et celle existant dans la voie de bipasse. Cette différence de pressions est égale à la somme de la perte de charge de la vanne et de celle du réseau où le débit varie. P différentielle = Pv + Pr

16 16 Pression différentielle 2/2 P différentielle Pv Pr Pv Pr P P P P

17 17 Caractéristiques des vannes Vanne à caractéristique linéaire Vanne à caractéristique quadratique Vanne à caractéristique logarithmique Vanne à puissance calorifique linéaire

18 18 Caractéristiques des vannes Vanne à caractéristique linéaire La meilleure progressivité de la puissance thermique est obtenue avec une autorité a=1. Il est impensable de choisir cette valeur. Ce type de vanne ne peut pas être utilisé en régulation continue. Il peut être utilisé en régulation TOR.

19 19 Caractéristiques des vannes Vanne à caractéristique quadratique La meilleure progressivité de la puissance thermique est obtenue avec une autorité a=1. Il est impensable de choisir cette valeur, mais si la hauteur manométrique de la pompe le permet, une autorité de 0,6 à 0,7 donne une progressivité acceptable.

20 20 Caractéristiques des vannes Vanne à caractéristique logarithmique Dans ce type de vanne, le déplacement du clapet produit une variation de débit proportionnel au débit total précédent le changement. La meilleure progressivité de la puissance thermique est obtenue avec une autorité de 0,6 à 0,7.

21 21 Caractéristiques des vannes Vanne à puissance calorifique linéaire Dans ce type de vanne, le constructeur a conçu le clapet de façon à obtenir une puissance calorifique proportionnelle à la levée du clapet pour une autorité de 0,5. Une autorité trop grande aurait le même effet quune autorité trop petite.

22 22 Astuce Valeurs des pressions Circulation dans la vanne autorité C > A > B C > B > A A > B > C B > A > C A - B C - B B - A C - A A - B A - C B - A B - C A B C

23 23 Fonctionnement des vannes trois voies Types de vannes trois voies Montage mélange Montage répartition Montage décharge Montage décharge inversée Montage en injection Montages

24 24 Types de vannes trois voies Les vannes trois voies peuvent être à tournant (disque, secteur ou boisseau), leur manœuvre nécessite un mouvement de rotation. Les vannes trois voies peuvent être à clapet, leur manœuvre nécessite un mouvement longitudinal.

25 25 Fonctionnement des vannes trois voies 1/2 Une vanne trois voies possédera : - une voie où le débit ne change pas, - deux voies où les débits varient en fonction de louverture de la vanne. débit constantdébit variable Sur les schémas, la voie où le débit est constant doit être différenciée des deux autres. Ici, elle restera blanche alors que les autres voies seront noircies. (en musique, une blanche vaut deux noires)

26 26 Fonctionnement des vannes trois voies 2/2 en MELANGE ( deux entrées – une sortie ) en REPARTITION ( une entrée – deux sorties )

27 27 Montage mélange UTILISATION débit constanttempérature variable débit variable La vanne travaille en mélange, elle permet de faire varier la température de départ vers lutilisation. La pompe se situe du côté utilisation.

28 28 Montage répartition UTILISATION débit constanttempérature variable débit variable La vanne travaille en répartition, elle permet de faire varier les débits arrivant au point de mélange et donc la température de départ vers lutilisation. La pompe se situe du côté utilisation. Point de mélange

29 29 Montage décharge UTILISATION débit variabletempérature constantedébit constant La vanne travaille en répartition, elle permet de faire varier le débit passant dans lutilisation. La pompe se situe du côté production.

30 30 Montage décharge inversée UTILISATION débit variabletempérature constantedébit constant La vanne travaille en mélange sur le retour, elle permet de faire varier le débit passant dans lutilisation. La pompe se situe du côté production.

31 31 Montage en injection débit constanttempérature variabledébit constant La vanne travaille en répartition, elle permet de maintenir les débits constants sur lutilisation et la production et, en souvrant,de modifier la température de départ en injectant de leau chaude dans le circuit utilisation avec extraction de la même quantité deau froide. injection Elle pourrait tout aussi bien être posée en mélange sur le retour UTILISATION

32 32 Moteur thermique Actionneurs Servo moteur « 3 points » Moteur électro-hydraulique

33 33 Moteur thermique Le « moteur » est constitué dun élément dilatable équipé dune résistance électrique. Lorsque la résistance est alimentée, lélément se dilate et pousse une tige qui vient ouvrir le clapet de vanne. Lorsque la résistance nest plus alimentée, lélément dilatable se refroidit doucement et un ressort situé dans la vanne ramène le clapet vers la fermeture. Élément dilatable Une molette, placée sur le moteur, permet de comprimer le ressort hors tension et donc douvrir la vanne manuellement. Tige de pousséeClapet de vanne Molette « manuelle »

34 34 Servo moteur « 3 points » 1/4 Lactionneur est un moteur électrique et équipe généralement une vanne tournante. Si lalimentation se fait par Y1, le moteur tourne et la vanne souvre lentement. N Y1 Y2 ouverture Principe :

35 35 Servo moteur « 3 points » 2/4 Lactionneur est un moteur électrique et équipe généralement une vanne tournante. Si lalimentation se fait par Y2, N Y1 Y2 fermeture le moteur tourne dans lautre sens et la vanne se ferme lentement. Principe :

36 36 Servo moteur « 3 points » 3/4 Lactionneur est un moteur électrique et équipe généralement une vanne tournante. Si lalimentation ne se fait plus, N Y1 Y2 arrêt le moteur ne tourne plus et la vanne reste dans sa position précédente. Principe :

37 37 Servo moteur « 3 points » 4/4 Le moteur est équipé de fins de course qui couperont son alimentation avant darriver en butée. Le réglage des cames de fin de course devra être contrôlé avant la mise en service du système ! N Y1 Y2 Ce type de servo moteur est équipé dun système permettant le positionnement de la vanne en « manuel ». Marche « manuelle »Fins de course

38 38 Moteur électro-hydraulique Le « moteur » est un vérin hydraulique équipé dune pompe et dune électrovanne. Lorsque le moteur est alimenté, lélectrovanne est fermée et la pompe injecte lhuile sur le dessus du vérin. Celui-ci descend doucement en poussant une tige qui vient ouvrir le clapet de vanne. Lorsque le moteur nest plus alimenté, la pompe sarrête et lélectrovanne souvre. De puissants ressorts remontent le vérin doucement et la tige ramène le clapet de vanne vers la fermeture. pompeélectrovanne Molette « manuelle » tigeressorts Une molette permet douvrir la vanne hors tension en comprimant les ressorts.


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