Choisir le bon actionneur commence par une valeur clé : couple de la vanne. Un actionneur quart de tour doit produire suffisamment de couple pour ouvrir, faire fonctionner et fermer la vanne dans les conditions réelles de travail.

Si l’actionneur est trop petit, la vanne peut ne pas bouger. S’il est beaucoup plus grand que nécessaire, le système peut coûter plus cher et imposer une charge supplémentaire à la tige de vanne et aux pièces de montage.

Pour un dimensionnement fiable d’un actionneur quart de tour, les ingénieurs doivent d’abord comprendre la courbe de couple de la vanne, en particulier le couple de rupture de la vanne.

Qu’est-ce que le couple de vanne ?

Le couple de vanne est la force de rotation nécessaire pour faire tourner une tige de vanne.

Différentes vannes nécessitent différents niveaux de couple. Les vannes à bille, les vannes papillon et les vannes à soupape sont des applications courantes quart de tour. Leur couple peut également changer pendant le cycle d’ouverture et de fermeture.

Plusieurs valeurs de couple peuvent être prises en compte :

• Couple de rupture : Le couple nécessaire pour commencer à déplacer la vanne depuis sa position d’assise.

• Couple de fonctionnement : Le couple nécessaire pendant que la vanne se déplace.

• Couple d’assise : Le couple nécessaire pour amener la vanne dans sa position finale fermée ou ouverte.

• Couple maximal de tige : Le couple le plus élevé que la tige de vanne peut supporter en toute sécurité.

L’actionneur doit fournir suffisamment de couple pour le point de fonctionnement requis le plus élevé tout en restant en dessous du couple maximal admissible de la tige de la vanne.

Pourquoi le couple de rupture de la vanne est important

Le couple de rupture de la vanne est souvent l’une des valeurs les plus importantes dans la sélection d’un actionneur.

Une vanne peut nécessiter plus de couple au début du mouvement que pendant la rotation normale. Cela peut se produire en raison du frottement du siège, des différences de pression, de longues périodes sans fonctionnement ou d’autres résistances mécaniques.

Par exemple, supposons qu’une vanne nécessite :

• Couple de rupture : 80 Nm

• Couple de fonctionnement : 50 Nm

• Couple d’assise : 65 Nm

L’actionneur ne peut pas être sélectionné uniquement sur la base du couple de fonctionnement de 50 Nm. Il doit avoir une sortie suffisante pour surmonter l’exigence de rupture de 80 Nm.

C’est pourquoi les données de couple du fabricant de vanne doivent être utilisées autant que possible.

Comment calculer le couple requis de l’actionneur

Le calcul de base est simple :

Couple requis de l’actionneur = Couple maximal de la vanne × Facteur de sécurité

Par exemple, si le couple maximal requis de la vanne est de 80 Nm et qu’un facteur de sécurité de 1,3 est utilisé :

80 Nm × 1,3 = 104 Nm

L’actionneur sélectionné doit donc fournir au moins 104 Nm dans les conditions réelles de fonctionnement.

Les facteurs de sécurité ne sont pas universels. La valeur correcte dépend de la conception de la vanne, des conditions de service, de la fréquence de fonctionnement et des recommandations du fabricant. Les pratiques de dimensionnement courantes utilisent des facteurs tels que 1,2 ou 1,3, mais les données des fabricants de vannes et d’actionneurs doivent prévaloir.

Dimensionnement étape par étape d’un actionneur quart de tour

1. Obtenir les données de couple de la vanne

Commencez avec la table de couple ou les données de test du fabricant de la vanne.

Vérifiez le couple requis pour :

• Ouverture initiale

• Fonctionnement normal

• Fermeture finale

• Mise en assise ou désassise

• Différentes conditions de pression

Ne pas utiliser la taille de la vanne seule pour estimer le couple de l’actionneur. Deux vannes de même taille nominale peuvent nécessiter un couple différent.

2. Identifier le couple requis le plus élevé

Comparez tous les points de fonctionnement.

La valeur requise la plus élevée devrait normalement être le point de départ pour le dimensionnement. Pour de nombreuses vannes, cela peut être le couple de rupture.

Par exemple :

Ici, 80 Nm est le couple de fonctionnement le plus élevé.

3. Ajouter un facteur de sécurité approprié

Si le facteur de sécurité sélectionné est de 30 % :

80 Nm × 1,30 = 104 Nm

L’actionneur doit donc fournir au moins 104 Nm dans la condition de fonctionnement requise.

Cependant, évitez d’ajouter une marge excessive sans vérifier le couple maximal de tige de la vanne. Un actionneur avec une sortie excessive peut endommager la vanne ou d’autres composants mécaniques.

4. Vérifier le couple de sortie de l’actionneur

Ensuite, comparez l’exigence calculée avec la sortie nominale de l’actionneur.

Par exemple :

• Exigence calculée : 104 Nm

• Sortie de l’actionneur : 120 Nm

• Couple maximal de tige de la vanne : 150 Nm

L’actionneur fournit suffisamment de couple, tandis que sa sortie reste en dessous du couple maximal admissible de la tige de la vanne.

OMKEE propose des actionneurs électriques quart de tour dans différentes plages de couple. Par exemple, l’OMK-10G fournit un couple standard de 100 Nm, tandis que des modèles OMK plus grands sont disponibles pour des applications à couple plus élevé.

5. Vérifier les conditions de fonctionnement

Le couple n’est qu’une partie de la sélection de l’actionneur.

Vérifiez également :

• Alimentation électrique

• Temps d’ouverture et de fermeture

• Angle de fonctionnement

• Cycle de service

• Température ambiante

• Indice de protection

• Méthode d’installation

• Signal de commande

• Retour requis

• Exigences relatives aux zones dangereuses, le cas échéant

Par exemple, l’OMK-10G d’OMKEE prend en charge le fonctionnement DC24V et offre des angles de rotation réglables, tandis que d’autres modèles OMKEE fournissent différentes options de commande et de retour.

Un exemple simple de dimensionnement d’actionneur

Supposons qu’une vanne papillon ait un couple de fonctionnement maximal de 120 Nm.

Le projet requiert une marge de sécurité de 25 %.

Le calcul est :

120 Nm × 1,25 = 150 Nm

Par conséquent, l’actionneur doit fournir au moins 150 Nm dans les conditions de fonctionnement spécifiées.

Avant la sélection finale, confirmez également que :

1. La sortie de l’actionneur est suffisamment élevée.

2. La sortie ne dépasse pas le couple maximal de tige de la vanne.

3. L’actionneur peut compléter le cycle de fonctionnement requis.

4. La connexion de montage correspond à la vanne.

5. Les exigences d’alimentation et de commande sont adaptées.

Ce contrôle simple peut éviter de nombreux problèmes courants de dimensionnement.

Erreurs courantes dans le dimensionnement des actionneurs quart de tour

Sélection basée uniquement sur la taille de la vanne

Une vanne DN100 ne nécessite pas automatiquement une taille d’actionneur spécifique. Le couple de la vanne dépend de la conception de la vanne, de la pression, du type de siège, du fluide et des conditions de fonctionnement.

Utilisation du couple de fonctionnement uniquement

Le couple de fonctionnement peut être inférieur au couple de rupture. Ignorer le couple de démarrage peut entraîner un actionneur qui ne peut pas ouvrir la vanne.

Ajout d’une marge de sécurité trop importante

Plus de couple n’est pas toujours mieux. Un couple excessif de l’actionneur peut surcharger la tige de vanne, le couplage ou le support de montage.

Ignorer les conditions de fonctionnement

La température, la pression, la corrosion, la fréquence de fonctionnement et les longues périodes d’inactivité peuvent affecter la résistance de la vanne.

Vérification uniquement du couple nominal

Vérifiez toujours la sortie réelle de l’actionneur sous l’alimentation électrique et les conditions de fonctionnement spécifiées. La valeur sélectionnée doit correspondre à l’application complète, et pas seulement à un numéro de catalogue général.

Liste de contrôle finale pour le dimensionnement des actionneurs quart de tour

Avant de commander un actionneur, confirmez ces valeurs :

• Type et taille de vanne

• Couple de rupture de la vanne

• Couple de fonctionnement

• Couple d’assise

• Couple maximal de tige

• Facteur de sécurité requis

• Couple de sortie requis de l’actionneur

• Alimentation électrique

• Temps de fonctionnement

• Cycle de service

• Angle de rotation

• Norme de montage

• Exigences de commande et de retour

• Conditions environnementales

Le dimensionnement correct d’un actionneur quart de tour commence par des données de couple précises de la vanne. En particulier, le couple de rupture de la vanne ne doit pas être négligé. Une fois le couple requis calculé, comparez-le à la sortie disponible de l’actionneur et confirmez que l’actionneur reste dans le couple admissible de la tige de la vanne.

Pour les projets d’automatisation de vannes industrielles, OMKEE fournit des actionneurs électriques quart de tour pour différentes exigences en matière de couple, d’alimentation, de commande et de retour.