Si un serpentin continue de chauffer ou de refroidir alors que sa vanne de régulation est fermée, la classe de fuite de la vanne de régulation est rarement en cause. ANSI/FCI 70-2 Une vanne de classe IV peut laisser passer 0,01% de sa capacité nominale dans des conditions de test, soit environ un quart de litre par minute pour une vanne standard de 3 pouces. Un débit suffisamment important pour modifier la température ambiante indique généralement un défaut d'étanchéité du clapet ; il convient donc de vérifier en premier lieu l'étanchéité, la course, le signal de commande et l'état du siège.
Ce que permet une classe de fuite de vanne de régulation
La norme ANSI/FCI 70-2 (édition actuelle 2021) définit six classes d'étanchéité des sièges de soupapes et les essais en atelier correspondants. Comme l'indique le Fluid Controls Institute dans sa documentation, orientations sur la norme, Les vannes de régulation ne sont pas des vannes d'isolement et présentent donc des fuites. La classe définit le niveau de fuite, pour une vanne neuve, dans des conditions de test. La classe IV correspond généralement aux vannes à siège métallique simple et la classe VI aux vannes à siège élastique, mais la norme n'associe pas une classe à un type de conception.
| Classe | Fuite maximale au niveau du siège | milieu et pression d'essai |
|---|---|---|
| I | Pas de test (par accord) | Aucun |
| II | 0,5% de capacité nominale | Air ou eau, 45 à 60 psi (3 à 4 bar) ou la pression différentielle de fonctionnement maximale si celle-ci est inférieure. |
| III | 0,1% de capacité nominale | En tant que classe II |
| IV | 0,01% de capacité nominale | En tant que classe II |
| V | 0,0005 ml/min d'eau par pouce de diamètre de siège par psi de différentiel (option air : 4,7 ml/min par pouce) | Eau à la pression différentielle de service maximale, ou air à 50 psi (3,45 bar) |
| VI | Réglage en fonction de la taille du siège, par exemple 0,90 ml/min d'air pour un siège de 3 pouces | Air ou azote, 50 psi (3,45 bar) ou la pression différentielle maximale admissible si celle-ci est inférieure. |
Son homologue international est CEI 60534-4 (Édition 2021 ; BS EN IEC 60534-4:2022 au Royaume-Uni), qui fixe également la classe IV à 0,01% de la capacité nominale. Les fiches techniques européennes de CVC indiquent souvent les fuites en pourcentage de kVs. Exprimée en coefficient de débit, la classe IV correspond à 0,01% de Cv ou kVs ; ainsi, une fiche indiquant “ max. 0,05% de kVs ” autorise cinq fois la valeur de la classe IV.
Exemple de calcul : Classe IV en litres et en watts
Une vanne à globe de 3 pouces avec un Cv nominal de 100 (kvs environ 86,5, puisque Cv = 1,156 × kvs) alimente un serpentin d'eau glacée. En utilisant l'équation de base pour l'eau, Q = Cv × √ΔP :
- Capacité nominale à un test d'eau de 50 psi (3,45 bar) : 100 × √50 ≈ 707 US gpm (161 m³/h).
- Allocation de classe IV : 0,01% de 707 gpm ≈ 0,071 gpm, environ 16 L/h.
- Chaleur transportée à une élévation de la bobine de 10 °F (5,6 K) : 500 × 0,071 × 10 ≈ 350 Btu/h, environ 0,1 kW.
- Débit nominal à une chute de pression de 5 psi (0,34 bar) : 100 × √5 ≈ 224 gpm, environ 1,1 million de Btu/h (330 kW).
La marge de sécurité maximale est d'environ 0,031 TP3T du débit nominal. La norme précise que son test ne permet pas de prédire les fuites dans d'autres conditions ; il s'agit donc d'un contrôle d'échelle. Néanmoins, une vanne fermée qui assure un débit suffisant pour réguler la température de l'air ambiant ou de la pièce dépasse largement les limites autorisées par la classe IV.
Fermeture : la raison habituelle pour laquelle le bouchon se soulève
Le coefficient de fermeture est le différentiel maximal qu'une combinaison spécifique de vanne et d'actionneur peut supporter en fermeture et en étanchéité. Il dépend de force de l'actionneur et la conception des soupapes, et non la pression nominale du corps de pompe. Vérifier la chute de pression nominale des soupapes ne suffit pas. Avec une pompe à vitesse constante, le cas le plus défavorable est celui d'une faible charge, lorsque la plupart des soupapes sont fermées et que la pompe atteint sa pression d'arrêt.
Un article du Journal de l'ASHRAE de septembre 2005, consacré aux systèmes à débit variable, indique que même avec des pompes à vitesse variable, les différentiels de pression aux vannes peuvent approcher la hauteur manométrique de coupure si la pompe fonctionne sur son démarreur de secours ou si le régulateur de pression différentielle tombe en panne. Il est recommandé de régler la pression de coupure en fonction de la hauteur manométrique de coupure de la pompe, ou à 1,5 fois la hauteur manométrique nominale de la pompe lorsque celle-ci est inconnue.
Exemple : une pompe à vitesse constante a une hauteur manométrique nominale de 24,4 m (80 pi) et une hauteur manométrique d'arrêt de 30,5 m (100 pi) (300 kPa, soit 43 psi). Un ensemble vanne/actionneur, conçu pour une pression d'arrêt de 172 kPa (25 psi), peut être désaxé à faible charge. Spécifiez une pression minimale de 300 kPa (43 psi). La hauteur manométrique d'arrêt étant inconnue, 1,5 × 24,4 m (80 pi) = 36,6 m (120 pi), soit environ 360 kPa (52 psi).
La fermeture n'est pas une limite de limitation.
Le même article distingue la pression d'étanchéité de la pression dynamique (modulante) : la soupape donnée en exemple se ferme à 100 psid mais ne tolère que 25 psid en phase de régulation. Au-delà, le piston et son siège peuvent s'éroder ou se déformer jusqu'à ce que la soupape cède, et une forte différence de pression près du siège entraîne également… cavitation de la vanne de régulation. Les fiches techniques les listent souvent séparément, par exemple Δps (fermeture) et Δpmax (différentiel maximal en mode contrôle).
Contrôles sur le terrain avant de remplacer la vanne
| Symptôme | Cause probable | Vérifier et réparer |
|---|---|---|
| Bobine active, actionneur fermé | Différentiel au-dessus de la fermeture, ou siège endommagé | Mesurez le différentiel de la vanne à faible charge et comparez-le à la valeur de fermeture publiée ; améliorez la combinaison ou réduisez le différentiel du système. |
| Indicateur non fermé à une commande 0% | Incompatibilité de portée du signal, course non calibrée, priorité laissée activée | Une tension de sortie de 2 à 10 V appliquée à un actionneur réglé sur 0 à 10 V le maintient en position ouverte (20%) ; ajustez les plages de tension, recalibrez, puis désactivez la commande de dérogation. |
| La fuite s'aggrave au fil des mois, devenant bruyante près de la fermeture. | Soupape surdimensionnée à étranglement près du siège | Vérifier l'ouverture et le différentiel à faible charge ; sélectionner un Cv plus petit. |
| Passage après la purge ou le démarrage | Débris sur le siège ; les soupapes à petit orifice sont les plus exposées. | Nettoyer les crépines, inspecter le siège, remplacer les garnitures rayées |
| Chatter presque terminé sur une nouvelle installation | Corps ajusté contre sa flèche de flux | Remonter selon la flèche ; la classe d’étanchéité est testée à partir de l’entrée normale ou spécifiée |
Liste de contrôle des spécifications et des soumissions
- Indiquez la norme (ANSI/FCI 70-2 ou IEC 60534-4) et la classe selon laquelle la vanne est réellement testée, et non pas seulement “ étanchéité parfaite ”.
- Réglez la fermeture à partir de la hauteur d'arrêt de la pompe (ou 1,5 × hauteur nominale), et non à partir de la chute nominale de la vanne.
- Vérifiez séparément la limite de modulation (valeur dynamique ou Δpmax).
- Calculer la pression de la colonne d'air pour la hauteur statique plus la hauteur d'arrêt de la pompe plus la pression de remplissage.
- Exiger les données de fermeture pour la combinaison exacte de vanne et d'actionneur dans le dossier de soumission.
- Spécifiez la position de sécurité et la plage de signal, et ajoutez des vannes d'isolement ; elles sont testées différemment (voir notre Comparaison API 598 et EN 12266).
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