Robinets - Cours de Mécanique industrielle avec Maxicours

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Robinets

1. Introduction

Dans tout système de canalisation des fluides, le robinet est l'instrument qui contrôle le démarrage, l'arrêt, la régulation et l'étranglement de l'écoulement qui prévient le refoulement et qui régularise la pression. De nos jours, il existe une grande variété de robinets ; chacun joue un rôle particulier et remplit un service précis.

C'est donc parmi ce nombre que l'on devra faire un choix judicieux pour obtenir un résultat efficace et économique. On présente, à la figure suivante, les principaux types de robinets utilisés dans la tuyauterie industrielle.

Types de robinets :

Il va sans dire qu'une robinetterie ne se choisit pas au hasard ; choisir des robinets à l'aveuglette pourrait s'avérer néfaste et pourrait même entraîner des bris coûteux aux équipements et accessoires qui y sont reliés.

Il est donc essentiel de posséder de bonnes connaissances de base en tuyauterie. Également, avant de commencer un travail. On doit se poser les questions suivantes :

A quelles fins la tuyauterie servira-t-elle ?

- Quelle sera la température de fonctionnement ?

Quel fluide sera véhiculé dans la canalisation ?

Les conditions de marche seront-elles normales ou rigoureuses ?

Quel espace devez-vous laisser libre pour les tiges montantes des robinets ?

- Quel sera le diamètre des conduites ?

- La robinetterie sera-t-elle démontée souvent ?

- L'installation sera-t-elle permanente ou la tuyauterie sera-t-elle démontée régulièrement ?

Il est évident que lorsqu'on aura les réponses à toutes ces questions, il deviendra facile de choisir les robinets. En effet, vous connaîtrez les particularités du service, les métaux qui conviennent, leur résistance relative en service… bref, vous saurez lequel des nombreux robinets et raccords fera le travail le plus efficacement.

2. Matériaux utilisés pour la fabrication des robinets

Il est important de savoir quels métaux ont été utilisés pour la fabrication des robinets ainsi que leurs limites de pression, de température et de résistance. Il y a un risque si on utilise des métaux qui ne conviennent pas au service.

Par exemple, le bronze ne doit pas être employé pour des températures excédant 288°C. Le bronze à vapeur est fortement utilisé pour les robinets dont les températures sont en deçà de 232°C ; ce bronze est un alliage de cuivre, d'étain, de plomb et de zinc.

Le bronze spécial est un alliage de haute qualité employé pour les robinets devant subir des pressions élevées et des températures au-dessus de 288°C.

La fonte utilisée pour la fabrication des robinets est de trois catégories :

    - la fonte grise,

    - le ferro-acier,

    - la fonte à haute résistance.

Elle ne doit pas être employée pour des températures excédant 232°C. La fonte grise est généralement utilisée pour les robinets à basse pression ; le ferro-acier est plus fort que la fonte grise et est utilisé pour les robinets fonctionnant à moyenne pression ; enfin, la fonte à haute résistance est un alliage très robuste, principalement utilisé pour les robinets conçus pour subir de hautes pressions.

La fonte malléable est aussi quelque peu employée pour les robinets et les brides. Ses caractéristiques sont sa densité, sa rigidité et sa robustesse, qualités de grande valeur dans les tuyauteries sujettes à des efforts de dilatation, de contraction et de choc.

3. Robinets en acier, en acier coulé, en acier forgé et en acier allié

Les manufacturiers recommandent l'acier pour les hautes pressions et les températures élevées et pour les services dont les conditions de marche, internes ou externes, peuvent s'avérer excessives pour le bronze ou la fonte. Sa force et sa robustesse supérieures et sa résistance aux efforts, à la vibration, aux chocs, à la basse température et au feu font de l'acier le métal le plus utilisé lorsque la sécurité et l'usage l'exigent.

Il existe donc de nombreux types d'acier qui répondent aux exigences les plus sévères du milieu industriel. On peut atteindre des pressions de l'ordre de 40 bars et des températures maximales de 350°C.

Lecture des cotes de service sur les robinets et raccords :

La plupart des robinets et raccords sont identifiés par une empreinte qui contient, en plus de la marque et du diamètre, les cotes de pression et de température exprimées en termes de vapeur (à moins d'indications contraires).

Cotes de vapeur :

Les cotes de vapeurs servent de normes d'aptitude pour un service donné. Par exemple, la pression de marche sécuritaire d'un matériau est ordinairement plus élevée que la cote.

Cotes d ‘eau froide :

La plupart des robinets ont deux cotes de service. En plus de la cote de vapeur, les cotes d'eau froide sont indiquées par le sigle "WOG" (water, oil, gas), qui signifie eau froide, huile ou gaz sans choc.

La figure suivante offre des exemples de lecture de cotes de service employés couramment sur les robinets et les raccords.

Exemples de lecture de cotes de service :

Cotes sur les robinets en acier :

Les robinets et les raccords en acier forgé ou coulé portent des empreintes comme 150, 300, 600, etc (c'est-à-dire 10, 20, 40 bars environ). Ces chiffres indiquent la pression maximale, à une température limite donnée, à laquelle le produit est soumis.

Par exemple, un robinet en acier coté 600 lb (40 bars environ) convient pour un service de 600 lb de pression (40 bars environ) dont la température peut aller jusqu'à 450°C. Si, par exemple, la température excède cette limite et atteint 538°C, la pression ne devra pas dépasser 170 lb (12 bars environ).

La température est un facteur important ; aussi faut-il connaître la pression et la température de fonctionnement et consulter les tableaux de recommandations du manufacturier avant de choisir les robinets et raccords. La température et la pression ne sont cependant pas toujours les seuls facteurs à considérer. Souvent, différents types d'acier sont utilisés à cause de leur résistance structurale en présence de conditions exceptionnellement sévères qui excèdent la résistance du laiton et de la fonte, tels les chocs, les vibrations, la tension de la canalisation et même les risques d'incendie.

Robinet à vanne :

Le robinet à vanne est habituellement le plus utilisé dans les canalisations industrielles. C'est un robinet d'arrêt, c'est-à-dire qu'il arrête le fluide complètement ou qu'il le laisse circuler librement. On le recommande seulement pour ces cas. On présente, à la figure 3.3, les principales parties du robinet à vanne.

Son principe de fonctionnement est simple : 

    - Le fluide s'écoule par le robinet en ligne droite ; cela a pour effet d'offrir plus de résistance au courant et de réduire la chute de pression au minimum.

    - Un obturateur en forme de vanne, actionné par une vis de tige et un volant, monte ou descend perpendiculairement au courant et s'appuie sur deux sièges pour arrêter le débit. Par leur nature, les vannes conviennent donc à un service d'ouverture à pleine capacité.

    - Lorsque le disque est complètement élevé, le courant circule directement, sans aucune résistance. Le siège est perpendiculaire ou à angle droit avec le courant de la canalisation. Il le rencontre donc de face. 

Voilà pourquoi les robinets à vanne ne sont pas pratiques pour le réglage du débit ou pour de fréquentes manœuvres.

Ainsi, un robinet à vanne de 150 mm de diamètre, qui retient un fluide à une pression de 20 bars environ, supporte une charge de plus de 4 tonnes sur un côté du disque s'il n'y a que la pression atmosphérique de l'autre côté. Lorsque le disque est descendu, le disque et le siège ne supportent aucune usure et fatigue soutenues. Par contre, chaque fois que le robinet à vanne est ouvert rapidement et à pleine capacité, il y a possibilité de laminage et d'érosion à la surface du siège à cause du fluide circulant à grande rapidité qui peuvent créer une résistance à la surface du siège et être la cause d'éraflures ou de rainures du côté du courant. De même, un disque légèrement ouvert peut provoquer de la turbulence dans le flux et produire des vibrations et des cognements. 

Un robinet à vanne requiert habituellement une manœuvre de plusieurs tours pour être complètement ouvert. Aussi, contrairement aux robinets à soupape droits, le volume du liquide passant dans le robinet n'est pas en relation directe avec le nombre de tours du volant.

Enfin, les robinets à vanne ne sont pas recommandés pour le réglage du débit ou pour les manœuvres fréquentes. Ils sont cependant idéaux et appropriés pour les services où ils doivent demeurer grand ouverts ou entièrement fermés.

Robinet à vanne :

4. Résumé sur les robinets

A la suite de cette étude, les points suivants seront plus particulièrement retenus :

- Le robinet est l'instrument qui contrôle le démarrage, l'arrêt, la régulation et l'étranglement de l'écoulement, qui prévient le refoulement et qui régularise la pression.

- Chaque type de robinet joue un rôle particulier et rend un service précis.

Le risque est présent lorsqu'on emploie certains métaux, pour des services, au-delà de leur pression de marche maximale.

- Le bronze ne doit pas être utilisé lorsque les températures excèdent 288°C.

- Les robinets peuvent être fabriqués avec trois catégories de fonte : la fonte grise, le ferro-acier et la fonte à haute résistance.

- Les fabricants recommandent l'acier pour les hautes pressions et les températures élevées.

- Les robinets sont identifiés grâce à une empreinte qui contient la marque, le diamètre du robinet et les cotes de pression et de température exprimées en termes de vapeur.

Le sigle "WOG" (water, oil, gas) estampé sur les robinets signifie eau froide, huile ou gaz.

La température outre la pression et la température de fonctionnement, est un facteur important à considérer avant de faire le choix d'un robinet.

Le robinet à vanne est un robinet d'arrêt, c'est-à-dire qu'il arrête le fluide complètement ou qu'il le laisse circuler librement.

Un disque légèrement ouvert peut provoquer de la turbulence dans le flux et entraîner des vibrations et des cognements.

Vous connaissez maintenant les robinets et leur rôle dans un système de tuyauterie industrielle. Vous savez également quels matériaux sont utilisés pour leur fabrication.

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