Qu'est-ce qu'une vanne à contrepoids ?
A vanne de contrepoids, Le distributeur, parfois appelé distributeur de surcentrage, est installé en aval d'un actionneur pour maintenir une pression fixe sur une charge. Lorsqu'un vérin supporte une charge montée verticalement et que son distributeur se déplace pour abaisser la charge, celle-ci pourrait sinon pousser le fluide hors du vérin et tomber de manière incontrôlée en raison de son poids.
Les normes industrielles guident les décisions en matière de conception hydraulique. Selon les ISO 4413:2010, Les concepteurs doivent tenir compte de la pression et de la température maximales lorsqu'ils dimensionnent les composants. Cela permet de garantir un fonctionnement sûr et une longue durée de vie.
Les vannes à contrepoids utilisent des signaux de pilotage, généralement à partir de l'entrée du vérin, pour aider à surmonter le ressort. L'assistance du pilote rend l'équilibrage plus efficace et réduit les besoins en énergie et la production de chaleur dans le système. Pour les débits extrêmement faibles, les vannes à contrepoids fonctionnent également comme des soupapes de décharge thermique.
Résultats du test d'hystérésis pour quatre vannes à contrepoids. Le test démontre comment les joints dynamiques introduisent des frottements, provoquant un décalage et un dépassement de la pression dans la réponse de la vanne.Qu'est-ce que l'hystérésis dans les vannes à contrepoids ?
L'hystérésis désigne le décalage ou le retard dans la réponse de la vanne. La plupart des vannes à contrepoids comportent un à trois joints dynamiques, qui introduisent un frottement. Ce frottement provoque le blocage de la soupape, ce qui entraîne une surpression. La vanne se déplace alors pour se corriger et compenser le déficit.
Les conséquences de l'hystérésis sont les suivantes :
- Chocs de pression
- Vibrations fortes
- Grincement à haute fréquence
Ce claquement est parfois causé par cylindre plutôt que la vanne à contrepoids elle-même. Plus il y a de joints dynamiques à l'intérieur d'un robinet à contrepoids, plus l'hystérésis est importante. S'il est causé par le cylindre, aucun robinet à contrepoids au monde ne peut éliminer ce broutage.
Soupape à contrepoids et soupape de décharge conventionnelle
| Fonctionnalité | Valve de contrepoids | Soupape de sûreté conventionnelle |
|---|
| Fonction principale | Maintien de la charge + abaissement contrôlé | Protection contre la surpression |
| Assistance au pilotage | Oui, à partir de l'orifice du cylindre | Non |
| Nombre de scellés | 1-3 joints dynamiques (typiques) | 1 joint (typique) |
| Risque d'hystérésis | Plus élevé | Plus bas |
| Vitesse de réponse | Plus lent en raison du frottement | Plus rapide |
| Production de chaleur | Plus élevé | Plus bas |
Avantages et inconvénients des différents ratios de pilotage
La plupart des vannes à contrepoids offrent des rapports de pilotage allant de 1,75:1 à 12,0:1.
Avantages du rapport de pilotage réglable
- Peut répondre à des exigences spécifiques en matière d'équipement
- Peut résoudre les problèmes d'instabilité dans certains cas
- Flexibilité pour différentes applications
Inconvénients du rapport de pilotage réglable
- La sélection par essais et erreurs prend du temps
- Un mauvais rapport amplifie les problèmes d'hystérésis
- Augmentation de la consommation d'énergie
Pratique recommandée : Sur la base de l'expérience acquise sur le terrain, un Rapport pilote 4:1 répond à la plupart des exigences des applications sans avoir à essayer plusieurs rapports.
Vue en coupe d'une vanne à contrepoids montrant les voies d'écoulement dans trois états de fonctionnement. Les voies d'écoulement sont déterminées par la pression aux orifices 1, 2 et 3 agissant sur le tiroir de la vanne pilote (bleu) et la cheComment diagnostiquer l'hystérésis d'une vanne de contrepoids ?
- Vérifier l'absence de chocs de pression pendant l'abaissement de la charge
- Écouter les vibrations ou les grincements près de la vanne
- Mesurer le délai de réponse entre le signal du pilote et le fonctionnement de la vanne
- Contrôler l'état des joints si accessible
- Essai avec différents ratios de pilotage pour confirmer l'origine du cylindre ou de la valve
Comment réduire ou éliminer l'hystérésis ?
Méthodes de traitement des symptômes (solutions temporaires)
- Régler le rapport de pilotage pour s'adapter à un équipement spécifique
- Utiliser des soupapes à course courte ou réglable restreindre le débit jusqu'à ce qu'il soit stable (augmentation de la consommation d'énergie)
- Installer un petit orifice ou un volume d'accumulation dans la ligne pilote pour amortir la réponse (sensible à la viscosité du fluide ; la vanne peut devenir paresseuse à basse température)
Ces solutions rapides s'attaquent aux symptômes mais ne traitent pas la cause profonde.
Solution à la cause première : Éliminer les joints dynamiques
Pour éliminer l'hystérésis d'une vanne à contrepoids, il faut retirer tous les joints dynamiques. Les vannes à contrepoids sans joints dynamiques n'ont pratiquement pas d'hystérésis. La vitesse de la vanne est suffisamment rapide pour suivre n'importe quel signal d'entrée, ce qui élimine les rebonds, les bruits forts et les grincements à haute fréquence.
Comme le piston pilote n'a pas de joints, une petite quantité d'huile hydraulique s'échappe du piston pilote, purgeant l'air des conduites pilotes et assurant une circulation d'huile lubrifiante chaude. Le distributeur est ainsi extrêmement réactif. La position optimale de montage du distributeur sur le vérin est la vis de réglage orientée vers le bas pour une purge rapide de l'air des conduites pilotes et de la chambre du ressort.
Comme pour toutes les vannes à contrepoids standard, la rotation de la vis de réglage dans le sens des aiguilles d'une montre augmente la pression, tandis que la rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre la diminue.
Questions fréquemment posées
Q : Quelle est la cause de l'hystérésis dans les valves à contrepoids ?R : Les joints dynamiques créent des frottements, ce qui fait que la soupape se bloque et réagit lentement. Il en résulte un dépassement de la pression et un décalage.
Q : L'hystérésis peut-elle être complètement éliminée ?R : Oui, en utilisant des vannes à contrepoids sans joints dynamiques. Ces conceptions éliminent le frottement à la source.
Q : Quel ratio de pilotage dois-je choisir ?R : Un rapport de pilotage de 4:1 répond à la plupart des exigences des applications. Des rapports plus élevés permettent d'obtenir une force de maintien plus importante, mais peuvent augmenter le délai de réponse.
Q : Le broutage est-il toujours causé par la soupape d'équilibrage ?R : Non. Parfois, la conception du cylindre est à l'origine du broutage. Aucune vanne de contrepoids ne peut remédier au broutage causé par des problèmes de cylindre.
Q : Quelle est la différence entre un robinet à contrepoids et un robinet de centrage ?R : Il n'y a pas de différence. Il s'agit du même composant avec des noms différents.
Conclusion
L'hystérésis est en effet le pire ennemi de la vanne à contrepoids. Les joints dynamiques créent des frottements qui entraînent des dépassements de pression, des vibrations et du bruit. Bien que des solutions temporaires telles que l'ajustement des rapports de pilotage puissent remédier aux symptômes, la véritable solution consiste à éliminer complètement les joints dynamiques.
Pour les applications nécessitant un contrôle précis de la charge, il convient d'envisager des vannes à contrepoids conçues sans joints dynamiques. Elles offrent une réponse plus rapide, une réduction du bruit et un meilleur rendement énergétique.
