Maintenance préventive et corrective des vannes automatiques

Fonctionnement et maintenance
des vannes de controle

Sommaire
1- Définition de la maintenance
2 - Description de la vanne de contrôle
3 - Positionnement des vannes de régulation
4- Caractéristiques de débit
5- Bruit et cavitation des vannes
6- Différents type vannes de régulation
8- Accessoires des vannes de régulation
9- Rappel sur la régulation
-
-

Introduction
La préoccupation actuelle des utilisateurs
finaux est de se libérer des contraintes des
systèmes de commande propriétaires
fermés en vue d'exploiter pleinement le
potentiel de rentabilité de leurs sites.
Les utilisateurs veulent une solution
d'automatisation qui les aide à voir leurs
processus de façon précise, à gérer les
informations efficacement afin de prendre
les meilleures décisions opérationnelles et
à optimiser la performance globale de leurs
entreprises.

Le recours aux diagnostics numériques
peut aider à mettre en place une stratégie
plus sophistiquée de maintenance des
instruments et des équipements .
Fondée sur l’entretien prévisionnel, elle
consiste à intervenir sur les problèmes
avant qu'ils ne se transforment en
accidents.
L'évolution constante de la technologie
crée de nouvelles solutions. Une nouvelle
intelligence prévisionnelle permet de
réduire les coûts indirects de maintenance
et minimiser les problèmes liés aux arrêts
de production.

Avec une meilleure instrumentation, vous pouvez atteindre des objectifs.
Une meilleure instrumentation n’est pas seulement de meilleurs équipements,
mais également de meilleures façons d’aborder la mesure en elle-même.
Ces avantages sont :
• Disponibilité accrue
• Réduction des temps d'arrêt
• Souplesse de fabrication accrue
• Réduction de la variabilité du processus
• Productivité accrue
• Produits de meilleure qualité
• Réduction des coûts de maintenance
• Amélioration de l'utilisation des équipements
• Amélioration de la sécurité et de la conformité réglementaire

Emploi des Ressources, Rendement, Qualité,
Disponibilité & Sécurité, Capacité de
production
Consommation d’Energie & de Matières
premières, Stocks, Main d’oeuvre et Capitaux
investis
Objectifs des utilisateurs d’Automation
performance
cout

Que disent les exploitants ?
•Beaucoup reste à faire…
– Encore trop de boucles de régulation en “manuel” ou mal réglées
entrainant des consommations excessives et des problèmes de qualité.
– Les arrêts non prévus sont la principale source de perte de revenus
dans les usines.
– La grande majorité de la maintenance est réactive (trop tardive) ou
préventive (pas forcément nécessaire).

1- Définition de la maintenance

Définition de la Maintenance
La maintenance est l’ensemble de toutes les actions
techniques, administratives et de management durant le
cycle de vie d’un bien, destinées à le maintenir ou à le
rétablir dans un état dans lequel il peut accomplir la
fonction requise.

La mission de la maintenance est de :
1. Assurer la disponibilité optimale de l’outil de production;
2. Assurer les conditions opératoires optimales;
3. Obtenir l’efficacité maximale des ressources allouées à la maintenance;
4. Tenir des dossiers de maintenances à jour, complets et précis;
5. Obtenir la meilleure durée de vie possible des équipements;
6. Minimiser les stocks des pièces de rechange
7. Maintenir l’aptitude à réagir très vite.

Définition de la Maintenance
C’est aussi un ensemble d'actions tendant à prévenir ou à corriger les
dégradations d'un matériel afin de maintenir ou de rétablir sa conformité aux
spécifications.
Le cycle de vie d’un bien (équipement) commence à la conception du bien et
se termine avec son élimination.
La fonction requise d'un équipement est la fonction ou l'ensemble des
fonctions considérées comme nécessaires pour fournir un service donné.
Maintenir contient la notion de prévention
Rétablir contient la notion de correction

Management de la Maintenance
Le Management de la Maintenance concerne les activités de
direction qui déterminent les objectifs, la stratégie et les
responsabilités concernant la maintenance et qui les mettent en
Application par des moyens tels que la planification, la maîtrise et
le contrôle de La maintenance, l'amélioration des méthodes dans
l'entreprise, y compris dans les aspects économiques.

Fonction de la Maintenance
La fonction de la maintenance est de:
 améliorer la disponibilité des moyens de production ou de service En
minimisant le nombre et la durée des pannes et en organisant au mieux les
activités de maintenance, permettant ainsi d'optimiser les coûts de non
production .
 améliorer la sécurité des biens et des personnes En préservant la santé des
personnes, en assurant leur sécurité, en maîtrisant les risques et en respectant
les textes de réglementation,
 intégrer des moyens nouveaux dans le dispositif de production ou de
service Permettant d'améliorer l'outil de production, la maintenance et la
sécurité.

La fonction maintenance s'intègre également dans le
processus de qualité de l'entreprise en mettant en place
une démarche de progrès dans toutes ses activités, en
assurant une veille technologique constante et en
exploitant au mieux les retours d'expérience.
Elle participe aussi à la préservation de l'environnement.

2- Description de la vanne de contrôle

Role de la vanne de regulation
Introduction:
La vanne de contrôle ou “Final Control Elément” est l’élément principal d’un
système de contrôle dans un proces industriel. C’est l’elément final qui
compose une boucle de contrôle.
Définition:
Une vanne est un orifice variable utilisé pour réguler le débit de fluide d’un
proces en fonction des conditions de service.
Fonction:
La vanne absorbe la quantité de pression différentielle nécessaire afin de
maintenir l’équilibre du proces sous toutes les conditions d’exploitation.

Role de la vanne de regulation
Les vannes de régulation, encore appelées vannes automatiques,
peuvent se décomposer en deux grandes familles, suivant le type de
déplacements utilisés. Ces déplacements sont :
- Longitudinaux : pour les vannes automatiques classiques
- Rotatifs : Utilisés géneralement pour les raisons de sécurité

Vanne de contrôle
Une vanne est un dispositif qui sert à arrêter ou modifier le débit
d'un fluide liquide, gazeux, pulvérulent ou multiphasique, en
milieu libre (canal) ou en milieu fermé (canalisation

Role de la vanne de régulation
Les vannes automatiques, utilisées dans l'industrie chimique
et pétrolière, sont le plus souvent à commande pneumatique.
On s'attachera ici plus particulièrement à la description de ce
type de vannes.

Vanne de régulation classique
A- Desciption :
La vanne de regulation
présentée ci-dessus se
compose de :
Un servomoteur
Un étrier
Un système d’étanchiété
Un corps de vanne
Vanne de régulation à simple siège

Le servomoteur comprenant :
 deux couvercles, dont l'un est percé d'un orifice pour permettre
l'arrivée d'air- moteur
 une membrane et son plateau support
 un ressort à tension réglable
 une tige de transmission

•L’ étrier, reliant le servomoteur au corps de vanne et muni d'une
réglette indiquant la position du clapet.
•d'un système d'étanchéité (tresses, goujons et fouloir de presse
étoupe), qui permet d'assurer l'étanchéité le long de la tige du
clapet.
•d'un corps de vanne, renfermant le clapet dont le mouvement,
guidé en translation, est solitaire par une tige du mouvement de la
membrane.

Packing Kits
Gasket Set Packing Sets
Actuator Kits
Back Up Ring Piston Ring
Packing Box Parts Diaphragm
Fisher Soft Parts

B- Fonctionnement du servomoteur
Le servomoteur est constitué d'une membrane souple, qui en se déformant sous
l'action de la pression d'air, agit sur le plateau support pour écraser le ressort.
La membrane du servomoteur est donc soumise à deux forces antagonistes.
- D'un côté la force due à la pression venant du régulateur.
Cette force Fair est proportionnelle à la pression d'air régnant
dans le servomoteur,
- de l'autre côté la force due à la compression du ressort.
Cette force Fressort est d'autant plus importante que le ressort est comprimé.

Fonctionnement du servomoteur
L’actuateur est l'organe permettant d'actionner la tige de clapet de la
vanne. L'effort développé par l’actionneur à deux buts :
 Lutter contre la pression agissant sur le clapet par le fluide
 Assurer l'étanchéité de la vanne, et le pourcentage d’ouverture
Ces deux critères conditionnent le dimensionnement des actionneurs

Différents types d’actionneurs
ELECTRIC PNEUMATIC
Solenoid Motors
Spring &
Diaphragm Piston Rotary Valve
ELECTRO-PNEUMATIC HYDRAULIC

Différents types d’actionneurs
Pneumatique
Moteur électrique
Hydraulique
Electrohydraulique
Manuel
Combinaison de ces
types

C-Vanne à double siège
Comme le montre la figure ci-dessous,
une vanne de régulation à double siège
est caractérisée par un double clapet et
présente l'avantage d'être réversible,
c'est-à-dire que l'on peut obtenir, par un
montage approprié, une action d'ouverture
ou de fermeture par manque d'air, sans
adjonction ou modification de pièces.

Vanne à double siège
 Avantages
- Servomoteur de puissance modérée (équilibrage des efforts
sur la tige de la vanne).
- Passage d’un débit important (par rapport à une vanne à simple siège)
 Inconvénients
- Vanne moins étanche à la fermeture ;
- Construction complexe.

D - Vanne à simple siège
Une vanne automatique à simple
siège, comme le montre la figure
ci-après, présente des similitudes
avec une vanne à double siège,
mais contrairement au cas
précédent un siège de type simple
permet une excellente étanchéité.

Vanne à simple siège
 Avantages:
- Construction relativement facile.
- Une bonne étanchéité
 Inconvinients :
Le clapet est soumis à la pression
du fluide (une force antagoniste à
la poussée du servomoteur)

Comment réparer une vanne classique

3- Positionnement des vannes
A/ Position par manque d’air :
Il peut arriver que le servomoteur de la vanne automatique ne soit plus
alimenté pour des raisons diverses :
- Panne sur le réseau Air-Instruments
- Bouchage du filtre-détendeur
- Avarie sur le positionneur
- Liaison positionneur - servomoteur défectueuse .. etc.

Position par manque d’air :
La membrane n'est alors soumise qu'à l'action du ressort et la vanne
automatique se mettra, dans ce cas, en position de sécurité:
- soit totalement ouverte
- soit totalement fermée
La position de sécurité de la vanne automatique dépend du sens d'action du
servomoteur, et du sens de montage du clapet.

Position de sécurité d’une vanne
En cas de défaillance de l’alimentation en signal et/ou en apport
d’énergie auxiliaire ; La vanne doit pouvoir prendre une position
prédéterminée dite de sécurité pour assurer la protection du personnel,
du matériel.
1) OMA (ouvre par manque d’air).
2) FMA (ferme par manque d’air).
3) Conserver la position initiale (l’air est emprisonnné sous pression
dans le servomoteur par fermeture d’une vanne).

Maintenance préventive et corrective des vannes automatiques

D- Maintien d’une vanne en position
Dans certains cas, panne du réseau d’air instrument par exemple,
aucune des deux positions précédentes n’est judicieuse pour la
sécurité du procédé ou du matériel.
Il est alors souvent nécessaire de maintenir la vanne dans sa position
lorsque l’alimentation d’air fait default.

Maintien d’une vanne en position
Exemple :
Dans un générateur
de vapeur, la position par
manque d’air de la vanne
d’entrée de l‘eau est
délicate :

la vanne grande ouverte risque de remplir le générateur d’eau
ainsi que le réseau vapeur .
la vanne fermée complètement risque de vider le générateur de
l’eau liquide et de porter les tubes de génération de vapeur
a une température plus élevée que le maximum supportable
par la métallurgie .

Le maintien en position de la vanne est réalisé grâce à un relais de
verrouillage interposé entre le positionneur et le servomoteur de la
vanne.
Ce relais se ferme par manque d’air et empêche le servomoteur de se
décomprimer : la membrane reste donc en position.

Le relais se ferme si la pression d’air d’alimentation chute, la
descente du clapet bloquant la pression dans le servomoteur

4- Carectéristiques de débit

Carectéristiques de débit
a- Caractéristique intrinsèque :
La variation du débit dans la vanne en fonction de l'ouverture (%
course), exprimée en pourcentage, peut être représentée par une
courbe qui constitue la "caractéristique de débit" du clapet.
La figure ci-dessous rassemble les 3 types de caractéristiques
intrinsèques les plus courants des clapets à déplacement linéaire.
Ces caractéristiques de débit sont :

e de régulation
Caractéristique "ouverture rapide"
Caractéristique "linéaire"
Caractéristique "égal pourcentage" ou “exponentielle"

b - Différents types de clapets :
Le clapet peut prendre différentes formes, suivant la caractéristique
de débit que l'on désire obtenir.
Les profils de clapets les plus courants sont représentés ci-dessous :

Types de clapets :
Clapet disque ou "Tout au Rien“
Ils sont employés avec des régulateurs "tout ou rien" ou avec
des éléments de sécurité, pour l'ouverture ou la fermeture
d'un circuit en cas d'urgence.
Ces clapets en forme de soupape peuvent être simples ou
doubles. Le débit maximum passant dans la vanne est
obtenu très rapidement, environ sur le tiers de la course.
Dans la zone de début d'ouverture la caractéristique est linéaire

Types de clapets :
Clapet en V ou V port
Ces clapets ont la forme d'un V. Suivant la forme du V, la
caractéristique de débit peut être linéaire ou égal pourcentage.
Ces clapets possèdent une plage de régulation très étendue.
Leur emploi est déconseillé pour des liquides chargés et
lorsque la chute de pression est élevée.

Types de clapets :
Clapet tourné type B ou type parabolique
Ces clapets présentent une caractéristique du type
égal pourcentage.
Ils conviennent bien pour des liquides chargés. Leur
plage de régulation est moins étendue que celle des
clapets en V.

Types de clapets :
Clapets tournés type A ou type linéaire
Ces clapets sont calculés pour obtenir une caractéristique linéaire.
On les emploie surtout quand le fluide contrôlé contient des matières en
suspension.
Ils conviennent pour des circuits à faibles variations de débit et de pression
et, en général, dans un circuit stable lorsqu'on connaît exactement les limites
des variations et que l'on n'aura jamais à fonctionner dans des conditions
proches de la fermeture .

C- Coeficient de débit
Le coefficient de débit Cv caractérise la capacité de débit
d'une vanne à ouverture donnée : il est défini dans le système
anglo- saxon comme le nombre de gallons US d'eau, de densité 1,
traversant la vanne par minute sous une DP de 1 PSI.
Qv = CV ∆P/d ∆P : en PSI
d :densité
Qv :en us gallon (l/min)

5- Bruit et cavitation des vannes

1- Bruit des vannes de régulation
a - Définition :
L'écoulement d'un fluide à travers une vanne de régulation S'accompagne
toujours d'une émission de bruits, d'origine mécanique d'une part, d'origine
aérodynamique d'autre part, et qui existent tous deux simultanément.
Les premiers proviennent essentiellement des vibrations des pièces mobiles
constituant la vanne, vibrations créées par les effets dynamiques du fluide

Bruit des vannes de régulation
Ils s'éliminent par des choix technologiques appropriés :
matériaux très durs, adjustment mécanique de qualité, bon
équilibrage dynamique des équipements.
Ne restent donc que les bruits d'origine hydrodynamique ou
aérodynamique qui, dans 5 à 10 % des cas, conduisent à un
niveau de bruit dépassant les 85 Db.

b - Bruits hydrodynamiques-puissance acoustique :
La vanne constitue une source sonore qui émet une puissance
acoustique Pa (watt) correspondant à une intensité acoustique
I (W/m2) à distance donnée r ;
cette puissance acoustique est proportionnelle à la puissance
mécanique mise en jeu, laquelle correspond essentiellement à la
variation d'énergie de vitesse dans la vanne.

C- Bruits de cavitation des liquides :
Si le phénomène de cavitation apparaît, avec des surpressions locales
le bruit de cavitation, qui croît au fur et à Mesure que la cavitation se
développe, s'ajoute au bruit hydrodynamique.

d - Solutions aux problèmes de bruit :
Le phénomène peut être significativement aggravé par :
- le sous dimensionnement des diamètres de tuyauteries
- la proximité d'accidents de tuyauteries (coudes, convergents, ...)
- trop grande rigidité des fixations de la vanne

Il sera amélioré par :
l'isolation acoustique : par un capotage soigné effectué avec
10 cm de laine de roche dense, le gain peut atteindre 20 dB .
l'utilisation sur quelques mètres d'une surépaisseur de tuyauterie .
Implantation en aval du corps de vanne de silencieux à disques
perforés jusqu'à 50 dB de réduction .

- profil du clapet et du siège "repoussant" le début de cavitation
- cage anti-cavitation, fractionnant l'écoulement
- cage anti-bruit fractionnant l'écoulement en un grand nombre de petits jets
- Equipement interne anti-cavitation, conçu pour réduire le
rendement acoustique de la vanne

Restriction
Au passage d’un fluide dans une vanne, se
crée une Vena Contracta (point de
restriction maximum du flux)
immédiatement en aval du point de
régulation.
• A cet endroit, la vitesse est maximale, le
fluide atteint une pression minimale et
ensuite retrouve un niveau de pression
inférieur à celui de l’entrée.
Variation de la pression
2-Cavitation et vaporisation

Profils de vitesse et pression dans
une vanne
Lorsque la chute de pression à travers la
vanne augmente, le débit augmente
faisant augmenter la vitesse et reduire la
pression du fluide au niveau du vena
contracta.
Si la pression au niveau du vena
contracta chute en dessous de la pression
de vapeur, des bulles se forment.
La formation de ces bulles empêchent le
débit d’augmenter (Choked flow).

Vaporisation ou flashing
Si la pression en aval de la vanne
continue à chuter, la pression
devient inférieur à la pression de
vapeur.
Les bulles ne s’éclatent plus
mais grossissent. Le fluide d’un
état liquide contenant des bulles
passe à un état de vapeur
contenant des gouttelettes

Pression de vapeur
En traversant une vanne, le fluide en circulation chute en
pression.
Mais, si la pression chute sous la pression de
vapeur, il y a vaporisation et cela se traduit
par la formation de bulles de gaz (liquide
vaporisé)

Tant que la pression reste au dessus de la pression de vapeur,
aucune vaporisation ne se produit.
Le problème de cavitation survient lorsque la pression repasse au
dessus de la pression de vapeur du liquide.
La bulle de gaz étant constituée de liquide vaporisé, se condense.
Le volume de liquide étant beaucoup plus petit que le volume de
gaz, cela entraine une implosion de la bulle.
Ces implosions libèrent de l’énergie sous forme de multiples
micro-jets.

Cavitation et vaporisation :
Cavitation
Le fluide dans la veine chute en pression et atteint la tension de
vapeur.
Formation de petites bulles de vapeur au sein du liquide.
Quand la pression statique s'accroît à nouveau (diminution de la
vitesse
par élargissement de la veine fluide), les bulles de vapeur se
condensent et implosent.

Les inconvénients de la cavitation sont :
Bruit sonore semblable à celui que provoqueraient des cailloux
circulant dans la tuyauterie ;
Vibrations élevées ayant pour effet de desserrer toute la
boulonnerie de la vanne et de ses accessoires ;
Destruction rapide du clapet, du siège, du corps, par
enlèvement de particules métalliques ;
Les surfaces soumises à la cavitation présentent une surface
granuleuse ;
Le débit traversant la vanne n'est plus proportionnel à la
commande.

Les bulles gazeuses n’implosent pas, elles restent présentes
dans la veine du fluide (forte perte de charge dans la vanne),
(courbe 3 sur figure). Ce phénomène de vaporisation présente
les inconvénients suivants :
Bruit, d'un niveau sonore moindre que celui provoqué par la
cavitation ;
Dommages mécaniques sur le clapet, le siège et le corps, par
passage à grande vitesse d'un mélange gaz-liquide.
Les surfaces exposées à ce phénomène présentent des
cavités d'un aspect poli.
Cavitation et vaporisation
Vaporisation

Contrôle du bruit et de la cavitation
Dommages matériels
L’endommagement d’une vanne de régulation par cavitation
incontrôlée entraîne des coûts d’entretien élevés, des
complications, une imprévisibilité et un temps d’inactivité non
planifié.
Les microjets peuvent atteindre une vitesse de 400 km/h et des
températures jusqu’à 5500°C.

Des gouttelettes ultra-rapides peuvent heurter le corps de la
vanne ou des pièces internes et l’endommager ainsi par usure.
Un piquage sévère de la vanne s’ensuit et accélère la corrosion.
L’impact de microjets entraîne l’érosion de la surface des
matériaux.
L’impact des ondes de chocs provoque une déformation et une
défaillance des matériaux.
L’intérêt serait de guider les bulles de cavitation de manière à les
faire s’effondrer au sein du fluide, donc bien à l’écart des internes
et du corps de la vanne.

Ce clapet a subi des dommages de cavitation considérables.
Une détérioration complète des surfaces d’étanchéité.

Dommages de la cavitation & flashing
La prédiction d’un dommage par cavitation est complexe, parce que le phénomène
résulte de nombreux facteurs, notamment de la pression différentielle, du fluide concerné,
du type de la vanne et des matériaux de celle-ci.
Une cavitation naissante peut permettre de prédire le bruit de la cavitation mais pas le
dommage.
Un écoulement sujet au flashing peut causer des problèmes analogues à l’érosion due à
une haute vitesse de sortie.
Contrairement à la cavitation, le flashing résulte exclusivement des conditions du
process.
La cavitation d’un fluide prend un certain temps alors que le phénomène de flashing
survient beaucoup plus rapidement.

Solutions contre la cavitation des vannes
Les performances de la vanne de contrôle sont inférieures aux attentes, et
les unités pourraient connaître des arrêts intempestifs.
Les particules entraînées peuvent abréger la durée de vie utile d’une vanne
par colmatage de la cage et par érosion des matériaux de l’obturateur, de la
cage et du siège.
La cavitation provoque des niveaux de bruit et de vibration inacceptables,
pouvant endommager également les éléments internes de la vanne.
La cavitation dans les vannes
La cavitation est une occurrence involontaire lors des nombreux proces.
Les technologies anticavitation pour la pétrochimie et l’industrie des
hydrocarbures requièrent un large éventail de conceptions de vannes
adaptées aux fluides propres ou chargés, bénins ou très corrosifs.

La cavitation dans les vannes
 Intensité/magnitude de la perte de charge
 Matériaux de construction
 Durée d’exposition
 Quantité de l’écoulement
 Conception des éléments internes/type de vanne
 Fuite à l’état fermé
 Nature du fluide
L’étendue des dégâts de cavitation est fonction des facteurs suivants :
Le bruit extrême produit dans les applications peut entraîner des
vibrations dans la canalisation et la défaillance mécanique de la vanne,
ainsi que d’éventuels dommages auditifs.
Les niveaux sonores dépassant 85 dB génèrent aussi des risques pour la
santé.

Solutions anticavitation
1. Gestion de la perte de charge
Le moyen le plus efficace pour supprimer la cavitation est de
contrôler la perte de charge afin que la pression ne descende pas en
dessous de la tension de vapeur du liquide.
Ceci est assuré grâce à l’utilisation d’une cage multi-étagée
réduisant la perte de charge par palier.
2. Etude et dimensionnement d’une vanne
Choix du matériau pour le corps et ses organes internes, ainsi que
leur conception pour les applications où la cavitation et la
vaporisation sont présentes.

Contrôle du bruit et de la cavitation
Eviter au fluide une chute de pression en
dessous de la pression de vapeur
Faire circuler le fluide à travers plusieurs
étages.

Cage multi-étagées
Le fluide emprunte des chemins à plusieurs angles droits qui réduisent sa vitesse.
Le flashing ne peut pas être totalement éliminé
Un bon choix de la vanne permet de minimiser les dommages qui en résultent.
.

L’étagement de la pression
assuré par l’équilibrage du
passage se traduit par une
excellente résistance à la
cavitation.
Cette résistance est en outre
renforcée par la division du flux
en courants multiples et le
guidage de ces courants.

Matériaux & surfaces durcies
Une sélection correcte des matériaux du corps et des organes
internes permet d’allonger la durée de vie de la vanne en
réduisant les effets de la vaporisation et de la cavitation.
Des organes internes en céramique au carbure de tungstène
Utilisation des aciers faiblement alliés et traitement de surface
ou stéllitée.
Revêtement des vannes de matériaux dur, en molybdène
chromé avec sortie élargies afin de réduire la vitesse du liquide.

6-Différent type de vannes de régulation
Quelles que soient les techniques de réalisation employées,
toute vanne de régulation pneumatique est pourvue des fonctions
précédemment étudiées sur les vannes droites, à savoir :
- le servomoteur
- le corps de vanne contenant l'obturateur
- l'ensemble de liaison entre servomoteur et obturateur
- le positionneur
- le système d'étanchéité entre le corps de vanne et la tige de l'obturateur

Vanne à papillon
Le clapet est remplacé par un disque pivotant de 90° ou 60°
autour d'un axe passant par son centre.
Ce sont des vannes qui trouvent leur application essentiellement :
sur les canalisations de grands diamètres pour les produits corrosifs
pour les débits importants à basses pressions
.

Ce type de vanne présente quelques avantages sur les autres types :
- très bonne étanchéité à la fermeture
- encombrement et poids réduits ce qui permet un montage plus aisé
- caractéristique de débit pratiquement linéaire

Vanne à papillon
De plus, ce sont des
vannes qui permettent
une caractéristique de
débit de type "égal Pourcentage".

Vanne à cage
La particularité de ces vannes
tient dans la réalisation de
l'obturateur.
Celui-ci est constitué d'un piston
se déplaçant dans un
cylindre (ou CAGE) percé d'orifices.

Pour une position donnée du piston,
le débit passant dans la vanne va
dépendre de la forme des orifices
de la cage ;
c'est donc elle qui détermine la
caractéristique de débit de la vanne.
Ce type de vanne permet des réglages
de débits sous de fortes chutes de
Pression et procure une bonne
étanchéité à sa fermeture .

Vanne à trois voie
Equipée d'un clapet double
siège, elles permettent,
suivant la disposition respective
de ceux-ci :
soit le mélange de 2 fluides
différents : il s'agit alors
d'une vanne mélangeuse
soit la séparation en 2
flux du produit d'entrée :
il s'agit alors
d'une vanne de derivation

Vanne micro débit à cv
ajustable
La possibilité d'ajustement du Cv
sur cette vanne à pointeau permet de
s'affranchir des incertitude liées au
dimensionnement de la vanne,
incertitudes qui conduisent dans
la plupart des cas au choix d'une
vanne se révélant trop grande et
travaillant donc à ouverture trop faible

Vanne d’angle
La vanne d'angle présente la
particularité que l'entrée et
La sortie sont à angle droit.
La première étant située sur
le côté du corps de vanne et
la sortie à sa partie inférieure.
Ce sont des vannes employées
le plus souvent lorsqu'on désire
avoir une forte perte de charge dans
la vanne (détente multiétagée).

Vanne à boisseau
Les vannes à boule présentent un certain nombre
de qualités parmi lesquelles :
capacité de débit importante
très bonne étanchéité
simplicité de construction
Ces vannes peuvent être classées en deux catégories :
à sphère conventionnelle
à segment sphérique, qui peut sur certains modèles comporter
une échancrure en V ou un contour parabolique

Vanne à boule
Les vannes à segments sphériques
sont étudiées pour pouvoir être
employées dans des conditions de
services plus sévères que les vannes
à sphère conventionnelle.

Vanne d’arrêt d’urgence ESD
Qu’est ce qu’une vanne de sécurité?
Vanne de sécurité ou ESD (Emergency Shut
Down) fonctionne sous demande.
Eviter des perturbations de process.
Partie intégrante d’un système instrumenté
de sécurité ou Safety Instrumented System
(SIS).
Fonctionne uniquement en cas de trip.

Une vanne de sécurité à fermeture étanche, commandée
par un actionneur pneumatique.
S’ouvre vers un réseau torche lors d’une perturbation du process.
Dépressurisation d’une partie d’un train ou tout le complexe.
Obligation de réagir même avec une perte de signale de contrôle
ou l’air de commande.
Différence entre ESDV et BDV
ESDV (Emergency Shut Down Valve)

BDV (Blow Down Valve)
Une vanne de sécurité, élément fondamental d’un système d’arrêt
d’urgence.
Utilisée principalement pour isoler les procédés.
Commandée par un signal venant d’un système ESD.
Située généralement à l’entrée ou à la sortie d’un proces
La sécurité et l’intégrité d'une installation dépendent du
fonctionnement de ces vannes.
Elles doivent satisfaire aux exigences de fiabilité et de disponibilité.

•Le fonctionnement de ce type de vanne est géré par
une logique séquentielle ESD (Emergency Shut
Down).
•En cas d’urgence, un signal du ESD ferme
rapidement la vanne •
Peut être ouverte/fermée par une commande
manuelle (No Power Supply).
•Deux fin de course indiquent la position d’ouverture
ou de fermeture sur DCS.
•Le réarmement se fait localement par :
1. Commande manuelle hydraulique
2. Volant manuel

Commande manuelle locale :
Certains actionneurs peuvent être
équipés d'une commande manuelle
hydraulique pour le fonctionnement.
L’unité de commande hydraulique
compacte est montée sur l'actionneur et
comprend :
- Une pompe à main
- Un distributeur pour sélectionner
l'opération "d'ouverture" ou "de
fermeture" de l'actionneur.
- Une soupape de sûreté pour éviter que
la pression d'huile délivrée par la pompe
à main ne dépasse la valeur maximale
admise. –
- Un réservoir d'huile.

1- Convertisseur électropneumatique (I/P)
2- Positionneur pneumatique
3- Positionneur électropneumatique
4- Positionneur intelligent
5- Relais pneumatiques
6- Electrovanne
7- Détendeur d’air instrument
8- Fin de course (limit switch)
9- Commande manuelle

1- Convertisseur Electropneumatique (I/P)
Reçois un signal (4 – 20 mA) et le convertit en un signal pneumatique (3
– 15 psi).
Le signal de sortie commande l’actionneur d’une vanne de régulation ou
un positionneur.
Instrument à faible capacité d’air, d’où la nécessité d’utiliser un relais
amplificateur.

Effets de la pression différentielle sur le déplacement de
la tige
La ΔP à travers la vanne agit comme une force sous le clapet et tend à ouvrir
la vanne.
- Cette force s’ajoute à celle produite par l’application de l’air dans
l’actionneur.
- Avec une pression d’air de 0,6 bar, l’ouverture de la vanne est plus que 50%,
en raison de la force supplémentaire fournie par la pression différentielle.
- Cette force supplémentaire signifie que la valve ne se ferme pas à 0,2 bar.
- La solution serait d’installer un positionneur sur l’ensemble vanne/actuateur.

Positionneur comme amplificateur de signal
Le positionneur rapporte le signale d’entrée à la position de la vanne et
fourni une pression vers l’actionneur pour satisfaire cette relation
(signal-position).
- La pression d'air du signal (0,2 - 1,0) bar appliquée à la membrane de
l'actionneur ne peut pas fournir suffisamment de force pour déplacer un
actionneur et vaincre la force fournie par le ressort.
- Avec un signal de 0,6 bar (50% de course), le positionneur aurait besoin
de 1,5 bar sous la membrane dans la chambre de l’actionneur.
Positionneur comme amplificateur de signal

Rôle du positionneur
- Le positionneur détermine une position bien précise de la vanne
(grandeur réglée) correspondante au signal de commande (grandeur
directrice).
- Il compare le signal de commande provenant d’un dispositif de réglage
avec le déplacement linéaire ou angulaire d’une vanne de réglage et
émet comme grandeur de sortie une pression d’air de commande.
- Le positionneur impose au servomoteur une position de vanne
correspondante à la valeur de la consigne.
- Des entrées de fonctions supplémentaires permettent de déclencher un
blocage ou la mise en position de sécurité de la vanne

Nécessité du positionneur
La pression aléatoire du fluide désignée par PN (Pression Nominale)
exerce un effort d’ouverture sur la vanne (NC) et déstabilise sa position
d’où la nécessité de mesurer la position de la tige et agir sur la pression
de commande pour l’auto maintien de la commande.
Le positionneur va servir à maintenir l’ouverture exigée par le régulateur
quelque soit les perturbations de dépression et surpression du fluide qui
influent directement sur la force appliquée à la tige.

Positionneur pneumatique
Le signal venant du régulateur est introduit dans
un soufflet ;en opposition se trouped un ressort
qui permet d'équilibrer les déplacements du
soufflet.
Ces déplacements commandent par
'intermédiaire d'un levier mobile, un système
burse-palette qui génère la pression allant vers le
servomoteur.
Sous l'effet de la pression, la
tige de vanne se déplace et
entraîne avec elle la tige de
liaison vanne- positionneur qui
va agir sur le ressort pour que
le système trouve sa position
d'équilibre.

- Reçois un signal d'entrée provenant d'un régulateur
pneumatique (3 – 15 psi) .
- Module la pression d'alimentation et fournit une pression
pneumatique (6 – 30 psi), telle que requise par l'actionneur,
jusqu'a 95 % de l'alimentation maximum.
- Ajuste la pression d'alimentation de l'actionneur afin de
maintenir une position de la tige de la vanne proportionnelle
au signal d'entrée pneumatique.
Positionneur pneumatique

3- Positionneur électropneumatique
Installé sur la vanne, il reçois un signal d'entrée en
courant continu (4 – 20 mA) venant d’un régulateur
électronique.
Il comprend un convertisseur électropneumatique I/P,
une partie pneumatique avec levier pour la détection de
course, une membrane de mesure et un système
pneumatique buse-palette-amplificateur.
Il fournit un signal de sortie (3 – 15 psi) vers l’actionner
de la vanne.
Ce signal de sortie est directement proportionnel à la
position de la tige de vanne .

Positionneur électropneumatique
Le positionneur électropneumatique
represente l'intérêt de regrouper en
un seul appareil les fonctions exercées par
- Convertisseur électro-pneumatique
- Un positionneur pneumatique

4- Positionneur intelligent
Permet un contrôle et un diagnostic pertinent de la vanne. Effectue une
mise en service automatique et une auto-calibration.

Avantages du positionneur :
Minimise la zone morte due aux frictions
Réduit les effets des mouvements saccadées (stick/slip)
Permet de changer le sens d’action de la vanne
Diminue le temps de réponse de la vanne
Gère les boucles split-range et évite la bande morte
Augmente la force et maintien une bonne fermeture de la vanne
Evite le mouvement de la tige due aux variations de la pression sous le
clapet.
Utilisé dans les actuateurs doubles
Positionneur intelligent

Booster
Utilisé en conjonction avec un positionneur sur
une vanne de contrôle pour augmenter la vitesse
de course.
Permet à la vanne de répondre ponctuellement à
de faibles variations du signal d'entrée.
Permet de fournir un rendement volumétrique
élevé pour une course rapide en cas de variations
importantes et soudaines du signal d'entrée.
Evite une consommation d'air inutile et des
risques de saturation du positionneur.

5- Relais pneumatiques
Relais de sécurisation (Lockup Relay)
Un élément de sécurité qui isole le signal d’air de
commande vers l’actuateur en cas de perte
d’alimentation pneumatique.
L’air contenu dans l’actuateur maintient la vanne
à sa dernière position (Sécurité).
Au retour de la pression d’air, le relais libère le
signal de commande vers l’actionneur.

Relais pneumatiques
Relais de purge (Quick Exhaust)
Permet de purger l’air de
commande d’un des côtes de
l’actuateur vers l’atmosphère
Objectif principal la fermeture
ou ouverture rapide de la vanne.
Electrovanne excitée :
-Porte d’entrée reliée à la porte sortie et la porte vers l’atmosphère (Exhaust) fermée
Electrovanne dé-excitée :
-Porte d’entrée fermée et la porte sortie reliée vers l’atmosphère (Exhaust)
Pneumatique
Electrique

Vanne de restriction
Utilisée pour contrôler la vitesse
d’ouverture/ fermeture d’un actionneur à piston.
Permet une libre circulation du débit dans
un seul sens et le régule dans l’autre sens.

6- Electrovanne de déclenchement
Munie ou non d'un bouton-poussoir de réarmement local, elle peut
être intercalée dans le circuit pneumatique de liaison positionneur
servomoteur comme le montre le schéma ci-après.
Lorsque l'électrovanne est actionnée
le servomoteur est mis en communication
avec l'atmosphère et la liaison avec le
positionneur est fermée.
Ceci permet la mise en position
de sécurité de la vanne de regulation .

7- Détendeur d’air instrument
Réduit la pression d’air d’instrument pour protéger les équipements
Filtre l’air et supprime les particules (sable, poussière, …)
Retire les traces d’humidité ou d’eau
Max. input pressure 10 bar
Control range 0 to 8 bar
Max. air flow 18 Nm3/h
Temperature range –20 ... +60 °C
Gauge scale in bar / psi / kPa
Filter 30 μm
Pneumatic Connection 1/4" NPT
Mounting bracket as accessories
Purge
Vis de réglage

8-Fin de course (Limit Swich
Signalent la position de la vanne
« ouverte » ou « fermée » sur DCS
en salle de contrôle.
Leurs signaux peuvent être introduits
dans une séquence d’automatisme
(PLC).
Généralement, les fins de course sont
ajustés pour 5% d’ouverture et 95% de
fermeture.

Fin de course (Limit Swich)
 Lampe verte allumée = Vanne fermée
 Lampe rouge allumée = vanne ouverte
 02 lampes allumées : Position intermédiare.
Généralement, les fin de course sont ajustés comme suit :
 Ouverture : 90% à 95%
 Fermeture : 5% à 10%

Booster
Air Supply
Détendeur
Positionneur
Electrovanne
Relais

9 - Commandes manuelles d’une vanne
Chainwheel
The side-mounted
handwheel
Top-mounted,
bidirectional handwheel

Limiteur de course
Ils sont employés pour éviter la fermeture
complète des vannes, le plus souvent pour
des raisons de sécurité.
Ainsi, ils équipent souvent les vannes de
régulation des circuits de combustible des
fours dans le but d’éviter une trop basse
pression de combustible rendant la flamme
instable
Butée à vis sur fond de vanne

Étancheité de la tige du clapet

Diagnostic des vannes de contrôle

Pour améliorer les performances des boucles de régulation, longtemps on
s’est surtout intéressé aux capteurs et aux contrôleurs qui bénéficient
d’évolution technologiques, et peut être pas assez au troisième élément, la
vanne.
Du coup, des notions comme le temps de réponse ou la bande morte ont
parfois été perdues. Elles sont pourtant capitales parce qu'elles
conditionnent la performance de la vanne et celle-ci est désignée comme
principale responsable du manque de performances.
Selon le constructeur des vannes Fisher Rosemount, la vanne est
responsable de 40% de l’ensemble des problèmes de variabilité (qui
conduisent à une très grande dispersion du process).
Diagnostic des vannes
Introduction

Expertise des vannes
Des constructeurs de vannes ont mis en place un service d’audits, afin d’évaluer les
performances des boucles de régulation. Celui-ci s’appui notamment sur l’outil de diagnostic.
Ce logiciel d’acquisition de données vérifie l’ensemble ‘’vanne plus positionneur plus
actionneur’, notamment :
 l’étalonnage à sec correct de l’actionneur
 la compression du ressort de l’actionneur
 la force de plaquage sur le siège
 la course de la vanne et sa durée
 la friction du presse-étoupe
 la durée d’initialisation
 la réponse dynamique de la vanne
 la réponse dynamique du positionneur
 la réponse dynamique du convertisseur
 l’alimentation en air (pression et volume)
Les données sont enregistrées pendant la course de la vanne pour être ensuite analysées.

Description du système
-Valise portable avec batterie, équipé d’un
microprocesseur
-Un signal de courant exécute un cycle complet
à la vanne
-Connexion du système aux points de
branchement du positionneur
-Suivi du mouvement de la tige par un capteur
spécifique au système
-Course de la vanne jusqu’à 800 mm avec
positionneur pneumatique et/ou analogique
-Mesure des mA auxiliaires ou des volts sur 4
canaux
-Mesure 8 entrées pneumatiques allant jusqu’à
7,6 bar
-Analyses se font sur un total de 8000 points
d’acquisition
-Port de sortie pour imprimante portable

Description du système
Une technologie basée sur l’acquisition et le traitement des données.
Données récoltées et enregistrées pendant la course de la vanne, sont ensuite analysées.
Etablissement et argumentation des défauts constatés.
Recommandations et préconisations de solutions pour le maintien des vannes à leur
meilleur niveau de performance.
Les actions sont classées par ordre d’importance prenant compte les nécessités du process
et les temps mis en oeuvre.
Le diagnostic en ligne des vannes permet de déterminer les vannes défectueuses, pour
actions correctives à entreprendre pour chaque vanne.
Ces actions correctives sont classées en 4 catégories :
1. Aucune action à entreprendre
2. Etalonnage du servomoteur et accessoires de la vanne
3. Réparation en ligne, réfection des garnitures, changement de membrane, …
4. Démontage de la vanne pour révision à l’atelier

1. Perte du signal de commande (4-20 mA)
2. Fuite au niveau du positionneur
3. Défaut du convertisseur I/P
4. Perte de l’alimentation en Air Instrument
5. Détérioration de la membrane
6. Fuite au niveau des presse-étoupes
7. Désaccouplement clapet/tige – Augmentation des friction internes
8. Défaut de la recopie de la position
9. Décalage positionneur
10. Différence de gamme de mesure avec le système de contrôle commande
Les « Top 10 » des pannes des vannes de contrôle

1. Optimisation de temps et économie de budget sur le démontage des vannes
2. Diagnostic et inspection de n’importe quelle vanne en temps réel.
3. Présélection des pièces de rechanges
4. Démontage uniquement des vannes nécessitant une révision
5. Remise des vannes en service rapidement
6. Vérification et calibration en ligne des positionneurs
7. Documentation et archivage des rapports d’expertise
8. Facilité de consultation historique pour le management
Avantages du diagnostic en ligne des vannes

Une étude faite par Emerson montre que sur 100 vannes prévues en
révision complète, uniquement 31 vannes sont concernées.
Les 69 autres resteront en lieu et sur place.
• Les vannes de régulation constituent les éléments les plus importants
dans un procédé; sans elles, on ne peux piloter et optimiser un proces.
• Les vannes sont les seules éléments mécaniques des chaînes de
régulation, incontournables.
• Généralement, les vannes consomment 10-12% du budget de la
Maintenance.

La maintenance prédictive permet de vous focaliser sur les vannes qui
nécessitent réellement une maintenance. Ceci vous pemet de :
Réduire l’approvisionement en pièces de rechange
Rentabiliser les ressources de la maintenance
Améliorer l’efficacité du planning de maintenance
Augmenter la disponibilité du process

Ci-dessous le résultat d’un diagnostic réalisé sur 183 vannes de
contrôle d’un complexe industriel pétrochimique.
A noter que sur le total des actions correctives, plus de la moitié 57%
sont des problèmes d’hystérésis et 28% sont des problèmes liés
aux positionneurs.
Parmi ces actions, on retrouve:
 défauts sur positionneurs
 problèmes sur des relais de verrouillage
 jeux important sur bras de contre-réaction
 reprise du zéro et échelle
 problème sur circuit d’air instrument (détendeurs)
 défauts sur pilote, membrane ou ressort

Un joint possède deux faces parallèles qui, serrées entre deux parties fixes
l’une par rapport à l’autre, assurent l’étanchéité entre le monde intérieur et
extérieur.
Deux types de joints plats :
Les joints plats faits d’une seule matière, cas le plus courant
Les joints spiralés, faits d’au moins deux matières : l’une assurant
l’étanchéité par son élasticité et l’autre assurant le bon positionnement par sa
rigidité.
Joints d’étanchéité des vannes

 L’instrumentation dans le domaine des procédés industriels
concerne la mise en œuvre de l'ensemble des moyens théoriques,
matériels et techniques pour maintenir chaque grandeur physique
essentielle égale à une valeur désirée, appelée consigne, par action
sur une grandeur régnante, et ce, malgré l'influence des grandeur
perturbatrices du système.
 C’est un ensemble des techniques qui permettent de contrôler une
grandeur physique (ex.: température, vitesse, pression), sans
intervention humaine, pour la maintenir à une valeur donnée, appelée
consigne. C'est une branche de l'automatisme.
Définition de l’instrumentation

La majorité des processus industriels nécessitent le contrôle d’un certain
nombre de grandeurs physiques telles que la température, la pression, le
niveau, le débit, le pH, la concentration, etc.
Il appartient à la chaîne de régulation (et plus généralement à la chaîne
d'asservissement) de maintenir ces grandeurs à des niveaux prédéterminés.
Asservissement
Le principe de base d'un asservissement est de mesurer l'écart entre la valeur
réelle de la grandeur à asservir et la valeur de consigne que l'on désire
atteindre, et de calculer la commande appropriée à appliquer à un actionneur
(Final Control Elément) afin de réduire cet écart.
ASSERVISSEMENT

Régulation
Asservissement
maintenir constante la grandeur
contrôlée conformément à la
consigne (consigne constante)
la sortie doit suivre rapidement
et le plus fidèlement possible la
consigne (consigne variable)
Régulation ou asservissement

 La régulation regroupe l’ensemble des techniques utilisées visant
à maintenir constante
Une grandeur physique appelée Grandeur réglée
A une valeur désirée appelée Consigne
Soumise à des Perturbations
En agissant sur une autre
grandeur physique appelée Grandeur réglante
 Pour un minimum d’écart possible, le plus rapidement possible
(économie d’énergie) sans déstabiliser la réponse (qualité du produit).
Définition de la régulation

Généralités sur l’instrumentation
INTRODUCTION A LA REGULATION
RAPPELS SUR LES CAPTEURS
LES TRANSMETTEURS
LES REGULATEURS
REGULATION

I - Introduction à la régulation
I- 1-Définition:
La régulation des procédés industriels regroupe l’ensemble des moyens
matériels et techniques mis en oeuvre dans le but de:
1- Maintenir une grandeur physique à régler (débit, pression) a une valeur
désirée (consigne) malgré les perturbations ou changements de
consigne.
Donc elle provoque une action correctrice sur la grandeur physique du
procédé appelée grandeur réglante .
2- Fournir à l’opérateur des informations (fonctionnent, alarmes
(visuelles ou sonores) ; Les conditions de marche

I -2- Exemple
La température d’un fluide est réglée en agissant sur le débit de vapeur
de l’échangeur ; quelles que soient les perturbations (débit de charge,
température d’entrée de la charge . . . .etc.).

Parmi les matériels
- Régulateurs monoblocs analogiques et numériques.
- Systèmes numériques de commande
- Transmetteurs analogiques, numériques et intelligents.
- Vannes automatiques
- Capteurs, enregistreurs, analyseurs... etc.
Parmi les techniques
- Régulation en boucle ouverte.
- Régulation en boucle fermée.
- Régulation cascade.
- Régulation Split-Range.

I -3- Objectifs de la Régulation Automatique
- Stabiliser les systèmes instables
- Augmenter la précision
- Maîtriser la qualité de production
I -4-Différents types de signaux:
a- Définition d’un signal
Un signal est le support des informations
transmises entre les différents éléments de la
boucle de régulation.
b- Signaux utilisés :
- Air : signal pneumatique.
- Courant électrique continu : signal électrique.
- Information numérique: signal numérique.

I –5 Une boucle de régulation comporte ;
•Un organe de mesure ; la détection ;
•Un transmetteur: compatibilité (un transmetteur ou un
•convertisseur) ;
•Un régulateur: Selon l’écart (E=M-C.), il agit sur l’organe de
commande (vanne) de façon à réduire ou annuler l’écart E=M-C.
•Un organe d’exécution : vanne
•Autres éléments : Enregistreur ;Alarmes ;Sécurités ; Convertisseurs

II- Rappels sur les capteurs
II-1- Introduction ;
Le capteur reçoit la grandeur physique à mesurer et fourni une
information analogique au transmetteur qui peut être sous
forme (pression, force, déplacement, résistance électrique,
force électromotrice).
II- 2-Les capteurs de température
a- Les thermorésistances.
b- Les thermistances.
c- Les thermocouples.

II- 3-Les capteurs de débit:
a- Débitmètres électromagnétiques.
b- Débitmètres ultrasoniques.
c- Débitmètres utilisant la pression différentielle.
- Diaphragme.
- Tube de venturi.
- Tuyère
d- Rotamètre.
e- Débitmètre à effet Coriolis.

II- 4- Les capteurs de niveau:
a- méthode hydrostatique de mesure de niveau.
1- Le flotteur
2- Le plongeur
3- Le capteur de pression et pression différentielle.
b- Méthodes électriques de mesure de niveau.
1- Sondes conductives.
2- Sondes capacitives.
c- méthodes fondées sur l’utilisation de rayonnements.
1- Sondes à ultrasons.
2- Radars.
3- Sondes optiques.

II- 5- Les capteurs de pression:
1- Tube de bourdon.
2- Capteur à membrane..
3- Capteur à capsule.
4- Capteur à soufflet.

III – Les transmetteurs
III -1- Rôle du transmetteur:
Élément de la chaîne de régulation qui convertie la mesure effectuée
par le capteur en un signal utilisable par le régulateur.
Thermocouples et les thermorésistances donnent un signal
électrique directement exploitable.
Il assure trois fonctions essentielles
- Conversion : de la grandeur mesurée en une autre grandeur transmise.
- Normalisation : pour limiter le stock des appareils.
- Amplification de puissance: Une source extérieure, pneumatique ou
électrique

III-2 - Différents types de transmetteurs
A-Transmetteurs analogiques :
1 -Transmetteurs pneumatiques:
Alimentés en air comprimé sec (air instrument) et
transforment la grandeur mesurée en pression analogique.
La valeur normalisée :
• Système SI : 200 à 1000 mbar.
• Système anglo-saxon: 3 à 15 PSI soit 206 à 1030 mbar

Transformation d’un
déplacement en un signal
pneumatique:
Un système buse-palette qui
transforme de faibles
déplacements en fortes
variations de pression.

Les transmetteurs pneumatiques sont généralement constitués :
• Élément sensible transformant la variable en mouvement mécanique.
•Un convertisseur transformant le mouvement mécanique en pression
proportionnelle (buse-palette).
• Un système de contre-réaction assurant l’équilibre stable.
2- Transmetteurs électriques et électroniques
Ces transmetteurs sont alimentés en tension électrique et
transforment la grandeur mesurée en courant au en une tension :
courant (4 — 20 mA) et tension (1 - 5 V).

Les transmetteurs électriques et électroniques assure :
Rapidité ;
Réduction de la consommation de l’air ;
Facilité de traitement des informations

3- Transmetteur numériques:
Ces transmetteurs transforment la grandeur à mesurer en un signal
numérique (digital) et ce développement est dû à l’apparition des
technologies électroniques performantes et assez fiables.
Avantages :-
• Réglages et des tests à distance.
• Diagnostics de fonctionnement du transmetteur.
• Erreurs de transmission du signal sont nulles.
• Corrections sur les signaux à transmettre (correction de la
température de la soudure froide, correction des débits ... etc).

IV- Les convertisseurs
A- Les convertisseurs électro-pneumatiques
- Un convertisseur électro-pneumatique I/P convertie un signal
électrique (4-2OmA) en un signal pneumatique (0.2- 1 bar).
- Ces convertisseurs sont utilisés dans toutes les boucles de régulation
électriques ; électroniques dont l’organe de réglage (vanne) est pneumatique,
ils sont souvent inclus dans les positionneurs des vannes.

Les convertisseurs électro-pneumatiques

b- Les convertisseurs pneumatiques-électriques:
Un convertisseur pneumo-électrique P/I convertie un signal pneumatique
(0.2-1 bar en un signal électrique (4-2OmA) dans le but de le transmettre à
grande distance ou de l’utiliser en régulation électrique ou numérique.

-V- Les régulateurs
1- Rôle
-Compare la mesure venant du transmetteur à la consigne imposée, en
fonction de l’écart ;
-Modifie le signal de la commande (envoyé à l’organe d’exécution :une vanne
automatique) afin de ramener la grandeur à régler à une valeur plus proche
que possible de la consigne.
-Assure affichage : consigne, la mesure, le signal de commande.
- Permettre la configuration de réglage comme la commande manuel /Auto.

2-Eléments de base d’un régulateur:
• Recevoir la consigne et l’afficher.
• Recevoir la mesure du transmetteur et l’afficher.
• Déterminer l’écart (Mesure — Consigne).
• Élaborer un signal de commande en fonction de l’écart.
• Envoyer la commande à l’organe de réglage (vanne automatique) et
l’afficher.

5-Sens d’action d’un régulateur:
5-Sens d’action d’un régulateur:
1/Sens direct: la mesure et la commande varient dans le même sens.
2/ Sens inverse: la mesure et la commande varient en sens opposés.
Régulateurs analogiques : le changement du sens par un dispositif
de commutation
6- Choix du sens d’action
Pour définir le sens d’action : il faut connaître l’action que doit avoir
le régulateur sur le proces et aussi connaître le sens d’action de
l’organe de réglage (direct ou inverse) ex : Vanne.

Les actions du régulateur
Dans de nombreuses applications industrielles on peut
tolérer de variations par rapport à une consigne fixée.
Le réglage se fait par le régulateur :
Il réduit ou élimine l’écart (Mesure - Consigne),
-Action proportionnelle (P).
- Action intégrale (I).
- Action dérivée (D).
- Action tout ou rien (T/R).

En déterminant les actions de maintenance préventive (plan de prévention), le nombre
de pannes et les temps d’arrêt des moyens de production devraient diminuer dans le
temps.
L’analyse des fréquences de changement de pièces et le coût de ces pièces de
rechange permettra d’envisager de nouveaux investissements.
La comparaison des coûts «Main d’oeuvre» entre la maintenance corrective et
préventive permettra d’adapter les fréquences des actions préventives dans le but
d’avoir un processus de Maintenance plus efficient.
L’amélioration continue du processus Maintenance passe par la mise en place d’outils
de surveillance et de mesure permettant d’adapter ses moyens & méthodes de travail en
fonction de l’évolution de l’état du parc et des moyens de production de l’entreprise.
L’exploitation des capacités de diagnostiques des vannes permet d’évaluer à l’avance
les besoins en maintenance et par-là permet à l’utilisateur de prendre des décisions à la
fois rapides et précises avant l’arrêt de l’unité.
En conclusion

Maintenance préventive et corrective des vannes automatiques

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