Le positionneur de vanne est l'un des plus largement utilisés soupape de commande accessoires dans différentes industries.
Pour réguler le débit de gaz et de liquide, un grand nombre de vannes sont utilisées dans les usines pétrolières et chimiques ainsi que dans les usines alimentaires, pharmaceutiques et sidérurgiques. Chaque vanne est associée à un positionneur qui contrôle la position de la vanne en fonction de la commande du système de contrôle.
Qu'est-ce qu'un positionneur de vanne ?
Le positionneur de vanne est un dispositif installé avec une vanne de régulation pour obtenir un contrôle précis et rapide du débit, pour réduire l'effet de friction et une position stable de la vanne même avec des fluctuations de pression.
Positionneur de vanne, Source de l'image: automatisation en cascade
L'utilisation d'un positionneur de vanne avec un soupape de commande est essentiel pour obtenir un contrôle précis et rapide sans aucune hystérésis. Le contrôleur envoie un signal d'entrée direct au positionneur au lieu de l'actionneur. Le signal de commande appliqué au positionneur actionne la tige de l'actionneur via un mécanisme de buse à clapet.
Positionneur de vanne, source de l'image : monde de l'ingénierie chimique
Les vannes sont un élément essentiel de toute industrie installée sur des tuyaux pour contrôler le débit de gaz et de liquides. Des centaines et des milliers de vannes sont nécessaires selon la capacité d'une usine. Un bon contrôle de l'ouverture et de la fermeture et le réglage du degré d'ouverture de ces vannes sont essentiels. Pour obtenir la position correcte de la tige ou de l'arbre telle que définie par le système de contrôle, les positionneurs de vanne sont largement utilisés afin que, en fonction de l'entrée du contrôleur, il puisse ajuster la pression d'air sur la membrane de l'actionneur pour maintenir la position correcte de la tige de la vanne.
Où se trouve un positionneur de vanne ?
Les positionneurs de vanne sont installés avec une vanne de régulation pour réguler la position d'une vanne en fonction des données prédéfinies pour une variable de procédé qui peut être le débit, la pression ou la température.
Selon le type d'actionneur de vanne, la position du positionneur de vanne est déterminée. Normalement, l'emplacement d'un positionneur dans le cas d'un actionneur de type pneumatique pour une vanne de régulation linéaire est le boîtier jaune ou supérieur. Dans une vanne de régulation rotative, le positionneur est situé près de l'extrémité de l'arbre.
Qu'elles soient rotatives ou linéaires, dans les deux types de soupape de commande, le positionneur repose et se déplace avec la tige de vanne. Il mesure la distance parcourue en cas de vanne linéaire et le degré de rotation pour les vannes rotatives et contrôle la vanne selon les points définis par le contrôleur.
Emplacement d'un positionneur de vanne, source de l'image : instrumentationoutils
Quelle est la nécessité d'un positionneur de vanne?
Le positionneur de vanne aide une vanne de régulation à réagir rapidement en fonction des changements de la variable de processus. Ils sont avantageux pour un système où les fluctuations sont les principaux obstacles à l'efficacité et à la qualité.
Les nécessités d'un positionneur de vanne sont expliquées ci-dessous :
- Vitesse : le positionneur de vanne minimise le temps de réponse du système, qu'il fonctionne au-dessus ou en dessous du point de consigne
- Précision : Un positionneur donne une meilleure résolution et plus de précision qu'un actionneur peut fournir seul. Le contrôleur envoie le signal d'entrée directement au positionneur de vanne. Le mécanisme de rétroaction fourni dans le positionneur permet de contre-vérifier la position de la vanne et de réajuster le besoin/la pression d'air pour repositionner la tige selon le signal fourni par le contrôleur. Réduction de la friction : réduit l'effet de friction de la garniture de tige de soupape, particulièrement bénéfique pour les matériaux de garniture à haute température comme le graphite.
- Plage : les positionneurs de vannes aident également à contrôler une large plage d'étranglement.
- Plage divisée : à l'aide d'un positionneur de vanne, nous pouvons utiliser deux vannes avec un contrôleur (4-12 mA et 12-20 mA) sans aucune erreur.
- Frottement d'assise : aide à vaincre le frottement d'assise dans le cas d'une vanne rotative.
- Flexibilité accrue : L'utilisation d'un actionneur de positionneur de vanne permet de faire face à une pression d'alimentation en air élevée de l'appareil.
- Configuration flexible : L'utilisation d'un positionneur supprime la limitation de la distance entre le contrôleur et la vanne de régulation car le signal de commande peut être envoyé électroniquement et converti en signal pneumatique au point d'entrée du positionneur. En revanche, si un actionneur est actionné pneumatiquement sur une longue distance, le contrôle devient erratique.
Types de positionneurs de vanne
Un positionneur de vanne peut recevoir ou transmettre à la fois des signaux électriques et pneumatiques. La classification du positionneur de vanne est basée sur le type de signal qu'il peut recevoir et transmettre ou une combinaison des deux.
Les différents types de positionneurs de vannes sont :
- Positionneur de vanne pneumatique : ce type de positionneur reçoit un signal pneumatique du contrôleur et transmet également un signal pneumatique à l'actionneur. Ils fournissent une pression d'air élevée pour changer la position de l'actionneur et sont tout à fait sûrs à utiliser.
- Positionneurs de vannes électriques : Ils transmettent et acceptent des signaux électriques.
- Positionneurs de vannes électropneumatiques : Également appelés « positionneurs analogiques », car les entrées électriques reçues se présentent sous la forme de signaux analogiques. Un signal électrique est fourni par le contrôleur mais en retour, le positionneur délivre un signal pneumatique correspondant à l'actionneur de vanne pneumatique.
- Positionneurs de vannes numériques ou « intelligents » : communément appelés « positionneurs de vannes intelligents ». Ce type de positionneur utilise un microprocesseur pour contrôler l'actionneur de la vanne et enregistrer et surveiller les données. L'entrée électrique se présente sous la forme d'un signal numérique et la sortie correspondante est un signal pneumatique.
Principe de fonctionnement du positionneur de vanne
Un positionneur de vanne pneumatique est un dispositif mécanique utilisé pour affiner le mouvement de la tige d'une vanne de régulation.
Le positionneur pneumatique est fourni avec un mécanisme de rétroaction pour identifier avec précision soupape de commande position de la tige et la compare avec le signal d'entrée. Sur la base du signal de retour, le positionneur fait varier l'alimentation en air de la tige de l'actionneur afin d'amener la tige dans la position dictée par le signal envoyé au positionneur par le contrôleur.
Il existe deux philosophies sur la façon dont un positionneur est mis en œuvre. L'un est l'endroit où l'air est utilisé pour ouvrir une tige de valve, et l'autre est le moment où l'air est utilisé pour fermer une tige de valve. La description du mécanisme notée ci-dessous concerne le deuxième cas, c'est-à-dire que l'air est utilisé pour fermer une tige de soupape. C'est aussi ce qu'on appelle un positionneur de vanne à action directe.
Positionneur de vanne à action directe, crédit d'image : instrumentationoutils
Le positionneur est normalement installé dans le jaune ou les piliers de l'actionneur. Il est actionné par une pression d'air d'entrée de 3-15 psi (0.2 bar à 1.1 bar) ; au fur et à mesure que le signal est fourni par le contrôleur pour ouvrir la tige de la vanne, la pression d'air d'entrée vers l'instrument d'entrée augmente. La pression d'entrée agit sur le diaphragme du signal d'entrée, qui entraîne le diaphragme avec la tige de raccordement du clapet. La tige de raccordement du clapet ouvre le clapet d'alimentation permettant à l'air d'alimentation d'agir sur la membrane de la tige de l'actionneur.
Pendant ce temps, le clapet d'échappement est en position fermée car la tige de raccordement du clapet est déviée vers la droite. Au fur et à mesure que la pression de l'air augmente, elle force la tige de soupape vers le bas. Comme le montre la figure ci-dessus, le levier du positionneur se déplace dans le sens des aiguilles d'une montre lorsque la tige de la vanne descend.
Crédit image: instrumentationoutils
En raison de cette rotation dans le sens horaire du levier de positionneur, le ressort de plage subit une compression à travers la came. Dès que la tige de soupape atteint la position selon le point de consigne fourni par le contrôleur, le ressort de plage exerce une force d'équilibrage fermant à la fois le clapet d'échappement et d'alimentation et l'action de contrôle souhaitée est obtenue.
D'autre part, si le contrôleur envoie un signal pour ouvrir la vanne, la pression du signal diminue. Avec la diminution de la pression du signal, la force du ressort de plage pousse la tige de liaison du clapet vers la gauche. En conséquence, le clapet d'échappement est ouvert. La force agissant sur la membrane de l'actionneur diminue également, provoquant un mouvement vers le haut de la tige de vanne jusqu'à ce qu'un équilibre de force soit atteint.
Je m'appelle Sangeeta Das. J'ai complété ma maîtrise en génie mécanique avec spécialisation en moteur IC et automobile. J'ai une dizaine d'années d'expérience en milieu industriel et universitaire. Mon domaine d'intérêt comprend les moteurs IC, l'aérodynamique et la mécanique des fluides. Vous pouvez me joindre au