Comment dimensionner une vanne pneumatique

L'air comprimé est largement considéré comme la quatrième utilité essentielle après l'électricité, le gaz naturel et l'eau. C'est pourquoi la pneumatique fait partie intégrante de nombreuses industries. En matière de pneumatique, l'un des aspects les plus critiques du système est la vanne.

Les vannes d'air à commande directionnelle, en particulier, sont celles qui permettent à l'air de circuler dans un sens ou dans l'autre. Ils sont utilisés pour contrôler la direction du flux d'air dans un système pneumatique, et un mauvais dimensionnement peut avoir des conséquences coûteuses comme un dysfonctionnement du système.

Cet article abordera les bases du dimensionnement correct d'une vanne pneumatique et les différentes options de vannes à considérer.

Bases sur le dimensionnement

Vous devez tenir compte de divers facteurs si vous souhaitez dimensionner correctement une vanne pneumatique. Vous devez comprendre comment cela est fait pour éviter toute erreur potentielle qui pourrait empêcher votre système de fonctionner correctement.

Déterminer la taille avec l'équation de débit

L'une des premières choses que vous devez utiliser est l'équation de débit. Ce facteur vous permet de considérer le débit qu'une vanne peut fournir à un actionneur. La notation associée utilise généralement le terme "coefficient de vitesse (Cv)". Ce Cv (également appelé débit de vanne) permet de comparer le débit de différentes vannes. Lorsque la valeur de Cv est élevée, le débit est également plus important.

Pour faire correspondre une vanne et un cylindre, vous pouvez utiliser l'équation suivante :

Cv =(A × S × a × Cf) ÷ (t × 29)

Les variables impliquées dans cette formule sont les suivantes :

• Un =Surface du piston du cylindre (π × r2)
• S =Course du cylindre
• t =Temps (en secondes)
• un =Constante de chute de pression
• Cf =Facteur de compression
• (t × 29) =Temps (en secondes) nécessaire pour que la pression chute du début à la fin

Il convient de noter que les deux dernières variables changent en fonction de la valeur utilisée dans le tableau ou le graphique du facteur de dimensionnement.

Tableau de dimensionnement des vannes

Si vous souhaitez déterminer rapidement le Cv d'une vanne, vous pouvez également utiliser un tableau de dimensionnement des vannes. Ce graphique a généralement différentes valeurs pour Cv, certaines des plus courantes étant 0,015, 0,030 et 0,060.

Le tableau de dimensionnement des vannes vous indiquera le débit d'air maximal pour chaque taille de vanne. Vous pouvez également déterminer la pression nécessaire pour ouvrir et fermer la vanne.

Il convient également de noter que le Cv de la vanne dépend du fabricant. Le tableau des tailles doit contenir toutes les informations nécessaires pour déterminer le Cv adapté à vos besoins. De plus, les experts recommandent de surdimensionner la vanne d'environ 25 % pour tenir compte des diverses pertes dans les systèmes pneumatiques.

Si vous souhaitez être plus précis avec le dimensionnement, vous pouvez également calculer le Cv de chaque composant du système. Cela vous donnera une image plus précise du débit d'air requis.

Conversion de Cv en SFCM et ESEOD (diamètre d'orifice équivalent à bord carré)

Il est parfois utile de convertir le Cv d'une vanne en deux autres cotes :pieds cubes standard par minute (SCFM) et diamètre d'orifice à bord carré équivalent (ESEOD). Ces cotes peuvent être utiles lorsque vous essayez de déterminer le débit qu'une vanne peut fournir.

Pour convertir Cv en SCFM, vous pouvez utiliser l'équation suivante :

SCFM =Cv ÷ F

Pour convertir Cv en ESEOD, vous pouvez utiliser l'équation suivante :

ESEOD =(Cv × F) ÷ P

Les variables impliquées dans ces équations sont :

• P =Pression en PSI
• T =Température en degrés Fahrenheit.
• F =Facteur

Gardez à l'esprit que la pression (P) et le facteur (F) sont souvent tirés d'un tableau de facteur de conversation. Disons que vous essayez de convertir votre CV en SCFM.

La valeur Cv est de 0,48 et fonctionne à 100 PSI. Si vous regardez un tableau de facteurs de conversation, vous remarquerez que 100 psi équivaut à 0,0177.

Par conséquent :

SCFM =Cv ÷ F

27 (SCFM) =0,48 (Cv) ÷ 0,0177 (Facteur)

Cela peut également être inversé en multipliant le SCFM par le facteur :

SCFM x Facteur =Cv

27 (SCFM) x 0,0177 (Facteur) =0,48 (Cv)

Différentes options de vannes

Lorsque vous regardez des vannes pneumatiques, vous remarquerez différents types disponibles. Les plus courantes sont les suivantes :

Vanne 5 voies 4 voies

La vanne 4 voies à 5 orifices possède un orifice d'échappement séparé pour chaque orifice de cylindre sur la vanne. Ce faisant, des contrôles de débit peuvent être ajoutés à l'échappement pour permettre un contrôle séparé de chaque orifice de cylindre. Ceci est utilisé le plus souvent lors de la commande d'un vérin à double effet.

Vanne 4 voies, 5 voies, 3 positions

Ces vannes sont identiques à une vanne 5 voies 4 voies, sauf qu'elles ont trois positions centrales possibles. Les positions 1 et 3 sont identiques à celles d'une vanne 5 voies 4 voies. Cependant, la position centrale permet trois options différentes pour ce qui se passe lorsque la vanne est désactivée. Les trois positions possibles sont le centre d'échappement, le centre de pression et le centre bloqué. Dans la position centrale d'échappement, les deux orifices de cylindre seront ouverts à l'échappement. Dans la position du centre de pression, la pression sera appliquée aux deux orifices du vérin. Enfin, en position centrale bloquée, tous les ports sont bloqués.

Ce type de vanne est également idéal pour les opérations où la tige du vérin doit se déplacer vers une position spécifique et y rester.

Vannes à 4 voies à 5 voies ou à 4 voies

La principale différence entre une soupape à cinq orifices et une soupape à quatre orifices est que la soupape à cinq orifices a un orifice séparé pour chaque orifice de cylindre, tandis que la soupape à quatre orifices a les deux flux d'échappement allant au même orifice d'échappement. Alors que la vanne à cinq orifices permet un contrôle facile des vérins à double effet, les quatre orifices ont tendance à être utilisés lorsque cette commande séparée n'est pas nécessaire.

Vannes 3 voies vs vannes 4 voies

Les vannes à 3 voies diffèrent des vannes à 4 voies en ce qu'elles n'ont qu'un seul orifice de cylindre. Dans une application normalement fermée, l'air est acheminé de l'orifice d'alimentation vers l'orifice du vérin lorsque la vanne est actionnée. Lorsque la soupape est désactivée, la soupape ouvre l'orifice du cylindre pour l'échappement. Dans une application normalement ouverte, la différence est que l'air s'écoule de l'orifice d'alimentation vers l'orifice du vérin lorsque la vanne n'est pas actionnée. Lorsqu'il est actionné, le flux d'air passe de l'orifice du cylindre à l'orifice d'échappement.

Les vannes à 4 voies permettent un débit continu de l'alimentation vers l'orifice du cylindre normalement ouvert tandis que l'orifice du cylindre normalement fermé s'écoule vers l'échappement. Lorsque la vanne est actionnée, le débit change, évacuant l'orifice du cylindre normalement ouvert et pressurisant l'orifice normalement fermé.

La plupart des vannes à 3 voies fonctionnent avec des vérins à simple effet, tandis que les vannes à 4 voies fonctionnent avec des vérins à double effet. Les modèles Humphrey Balance Valves, 310/410 et 320/420 sont de parfaits exemples de ces vannes.

Vannes à clapet ou à tiroir et leurs utilisations idéales

Les vannes à clapet sont utilisées dans les applications où un temps de réponse rapide est nécessaire. Ils sont également bien adaptés pour une utilisation dans des applications à grande vitesse. Ces vannes sont souvent utilisées dans les actionneurs pneumatiques, les outils pneumatiques et comme vannes pilotes.

D'autre part, les distributeurs à tiroir sont mieux adaptés pour une utilisation dans des applications à faible vitesse. Ils sont également souvent utilisés dans des applications où un débit élevé dans une taille plus petite est nécessaire. Ces vannes sont généralement utilisées dans les applications d'automatisation d'usine.

Les distributeurs à clapet sont souvent des distributeurs à action directe, tandis que les distributeurs à tiroir sont des distributeurs pilotés ou pilotés à distance.

Vannes proportionnelles vs vannes numériques

Les vannes proportionnelles sont souvent utilisées dans les applications où un contrôle précis du débit d'air est nécessaire. Ces vannes peuvent contrôler le débit de la vanne via un signal électrique variable.

Les vannes numériques, en revanche, n'ont que deux états :marche et arrêt. Ces vannes peuvent être utilisées pour ouvrir et fermer un circuit, démarrer et arrêter le flux d'air ou changer la direction du flux d'air.

Les Humphrey PV3, PV10 et PC30 sont des vannes proportionnelles bien connues. Pour les vannes numériques, les vannes d'équilibrage Humphrey sont un choix populaire.

Vanne de liquide

Ce type de vanne est utilisé pour contrôler le débit de liquide. Il est souvent utilisé dans des applications où un contrôle précis du débit de liquide est nécessaire. L'utilisation la plus courante de ce type de valve concerne les applications médicales et de diagnostic. Les séries Humphrey iDP et HK5 sont considérées comme d'excellents modèles de vannes pour liquides.

Prenez votre temps

L'article d'aujourd'hui traite des différents types de vannes disponibles et de leurs utilisations idéales. Nous avons également fourni des informations sur le dimensionnement correct d'une vanne pneumatique à l'aide de diverses équations de débit et partagé les différents facteurs dont vous devez tenir compte.

Pour garantir la sécurité et l'efficacité, assurez-vous de prendre le temps de dimensionner correctement votre vanne pneumatique et envisagez de suivre les étapes que nous avons partagées dans ce guide.

En cas de doute, demandez toujours l'aide d'un professionnel ou consultez un fabricant ou un distributeur de confiance.

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