Valve à billes VS Butterfly Valve est parmi les vannes de virage à quart les plus utilisées de l'industrie. Les deux fournissent un fonctionnement rapide et des installations compactes, Mais ils répondent aux besoins très différents:

• Vannes à billes livrer un excellent arrêt serré, basse pression à basse pression lorsqu'elle est ouverte, Rougeur et performances d'étanchéité généralement supérieures - idéal pour l'isolement, Service avec des pressions plus élevées / températures et où les fuites ne peuvent pas être tolérées.
• Vannes papillon fournir un briquet, Alternative à moindre coût qui excelle à grand diamètre, faible- à des systèmes et applications à moyenne pression où l'espace, Le poids et le coût sont essentiels (par ex., CVC, répartition de l'eau).
  Conceptions haute performance, Mais les compromis restent.

Cet article compare les deux familles de vannes de la conception, hydraulique, mécanique, Matériaux et perspectives de cycle de vie afin que vous puissiez choisir la bonne valve pour une application donnée.

1. Principes structurels et classifications de la vanne à billes vs valve papillon

Vanne à billes

UN vanne à billes utilise un creux, sphère rotative (la "balle") avec un trou à travers (alésage) qui s'aligne avec le tuyau pour permettre le débit ou tourne à 90 ° pour le bloquer.

L'opération est un quart de tour (90°) entre complètement ouvert et entièrement fermé. Les variantes incluent des conceptions de balles montées sur balle flottante et trunnion; Les styles de port incluent le port complet, port réduit, et V-port (pour étrangler).

Classement

1. Par la construction du corps:

• • Vanne à billes en une pièce - compact, économique, Des chemins de fuite minimaux, non serable.
  • Vanne à billes en deux pièces - Entretien plus facile, commun dans la tuyauterie industrielle.
  • Vanne à billes à trois pièces - Section centrale amovible pour l'entretien en ligne; favorisé dans les processus de haute pureté et sanitaires.

2. Par type de soutien à la balle:

• • Vanne à bille flottante - La balle flotte contre le siège en aval pour sceller; typique en tailles petites à moyennes.
  • Valve à billes montée sur Trunnion - balle fixée sur des trunnions, Réduction de la charge du siège et du couple de fonctionnement; adapté aux grands diamètres et à la haute pression.

3. Par Port Design:

• • Vanne à billes à port complet - Le diamètre d'alésage est égal à ID de tuyau, Propraison minimale.
  • Valve à billes de port réduite - Bore plus petit, Économies de coûts, Drop-pression légèrement plus élevée.
  • Vanne à billes de port en V - Encoche en forme de V dans la balle pour un contrôle de débit précis.

4. Par des fonctionnalités spéciales:

• • Vanne à billes cryogénique, Vanne à bille à parts métalliques, Vanne à billes de l'incendie, Vanne à billes de cavité pour le service de suspension.

Vanne papillon

UN vanne papillon utilise un plat, disque circulaire monté sur un arbre. La rotation de l'arbre à 90 ° fait tourner le disque de parallèle (ouvrir) perpendiculaire (fermé) couler.

Les configurations incluent la concentration (décalage zéro), office (hautement performance), et triple offset (métal-plomb, scellage à haute pression / température).

Classement

1. Par type de corps:

• • Vanne papillon de type plaquette - s'adapte entre les brides, tenu par des boulons; compact et léger.
  • Vanne papillon - Inserts filetés pour la connexion indépendante de la bride.
  • Vanne à papillons à bride - Brides intégrées pour un service à haute pression.

2. Par décalage du disque:

• • Valve papillon concentrique - L'axe de la tige coïncide avec le centre de disque; devoir à basse pression.
  • Vanne papillon à double excentration - Tide compensée du disque et du centre du corps, Réduction de l'usure des sièges; Capacité de pression plus élevée.
  • Vanne papillon à triple excentration - ajoute le troisième décalage pour le scellement métal-métal; Service à haute température jusqu'à ~ 600 ° C.

3. Par conception de siège:

• • Vanne de papillon résiliente - siège en caoutchouc / élastomère, Arrêt de classe VI, jusqu'à ~ 150 ° C.
  • Vanne de papillon doublée de PTFE - Excellente résistance chimique pour les milieux corrosifs.
  • Valve papillon à métal-métal - pour des applications de température abrasives ou extrêmes.

2. Impact de la sélection des matériaux sur les performances des vannes Ball et Butterfly

La sélection des matériaux influence directement les performances de la valve dans la fiabilité d'étanchéité, durée de vie, résistance à la corrosion, et l'adéquation pour les médias spécifiques et les conditions de fonctionnement.

Les deux robinets à tournant sphérique et vannes de papillon nécessitent une correspondance minutieuse du corps, garniture, et les matériaux de siège à l'environnement d'application prévu.

Sélection des matériaux pour les vannes à billes

Matériau de carrosserie

• Acier au carbone (WCB / A216) - Haute force et rentable; adapté aux liquides non corrosifs dans l'huile & pipelines à gaz. Limite de température: ~ 425 ° C.
• Acier inoxydable (CF8 / CF8M) - Résistance à la corrosion supérieure; CF8M (316) résiste aux chlorures et à l'eau de mer.
• Duplex & Acier inoxydable super duplex - Excellente résistance aux piqûres et à la corrosion des crevasses; Idéal pour les plates-formes d'eau de mer et offshore.
• Laiton / Bronze - Bon pour l'eau potable, CVC, et systèmes industriels à basse pression; résistance à la corrosion modérée.
• Aciers alliés & Alliages de nickel (Inconel, Monel) - Sélectionné pour une résistance chimique extrême, températures élevées, ou service de gaz aigre.

Matériau de balle et de siège

• Balle:

• • Acier au carbone chromé - bonne dureté et résistance à l'usure pour le service général.
  • 316 Acier inoxydable - résistant à la corrosion pour les applications chimiques et de qualité alimentaire.
  • Boules à revêtement en céramique - Résistance à l'usure exceptionnelle pour les médias abrasifs.

• Siège:

• • PTFE (Téflon) - une large compatibilité chimique, jusqu'à ~ 200 ° C.
  • Ptfe renforcé (R-PTFE) - Résistance à l'usure améliorée, Manipulation de pression plus élevée.
  • Sièges métalliques (Stellites, Carbure de tungstène) - Convient pour la vapeur à haute température et les boues abrasives, jusqu'à ~ 600 ° C.

Sélection des matériaux pour les valves des papillons

Matériau de carrosserie

• Fonte / Fonte Ductile - Common pour l'approvisionnement en eau et le CVC; Le fer ductile offre une résistance plus élevée.
• Acier au carbone - Utilisé dans l'huile & gaz, production d'énergie, et service de vapeur à pression modérée.
• Acier inoxydable (304, 316) - Idéal pour la transformation des aliments, chimique, et environnements corrosifs.
• Aluminium Bronze - Excellente résistance à l'eau de mer et à la biofoux marin.

Disque et matériau de siège

• Disque:

• • Acier inoxydable (316) - Excellente résistance à la corrosion dans les médias agressifs.
  • Acier inoxydable duplex - résistance élevée à la résistance et au chlorure.
  • Disques revêtus (Époxy, Nylon, ou ptfe) - pour l'abrasion ou la résistance chimique dans les services municipaux et chimiques.

• Siège:

• • EPDM - bon pour l'eau et les produits chimiques doux; Plage de températures ~ –40 ° C à + 120 ° C.
  • NBR (Caoutchouc de nitrile) - Résistance à l'huile et au carburant; –30 ° C à + 100 ° C.
  • Ptfe - Excellent pour les acides et solvants corrosifs.
  • Sièges métalliques - pour des conditions à haute température ou abrasives; Utilisé dans des conceptions à triple décalage.

3. Comparaison des performances d'étanchéité de la vanne à billes vs valve papillon

La capacité d'étanchéité est l'un des paramètres les plus critiques de la sélection des soupapes, car il affecte directement les taux de fuite, sécurité opérationnelle, et intervalles de maintenance.

Des normes de l'industrie telles que ANSI/FCI 70-2 et OIN 5208 Définir les cours de fuite, allant de la classe I (fuite la plus autorisée) à la classe VI (Arrêt étanche).

4. Performance de contrôle du débit de la vanne à billes vs valve papillon

Les performances du débit sont un déterminant clé dans la sélection des soupapes, Influencer le dimensionnement de la pompe, efficacité du système, et la consommation d'énergie.

Les deux paramètres les plus importants ici sont coefficient d'écoulement (Cv) et chute de pression (ΔP), tous deux définis par des normes telles que Un S75.02 et IEC 60534.

Coefficient d'écoulement (Cv)

CV est l'écoulement de l'eau (GPM) à 60 ° F qui se traduit par un 1 PSI Pression chute à travers la valve. Valve CV dépend de la taille et de la conception.

• Vannes à billes: Les vannes à billes à port complet ont généralement un CV élevé pour leur taille nominale et produisent une chute de pression à très basse ouverture car l'alésage correspond presque à ID de tuyau.
  Vannes à billes de port réduit CV inférieure. Les vannes à billes avec des ports V sont conçues pour fournir des caractéristiques de limitation linéaire plus.
• Vannes papillon: Pour un diamètre nominal donné, Les vannes de papillon ont souvent un CV plus élevé que les soupapes à billes de port réduit car la zone ouverte du disque est grande;
  cependant, Parce que le disque entrave le profil d'écoulement même lorsqu'il est ouvert (Surtout dans les conceptions excentriques), La chute de pression et le profil d'écoulement diffèrent.
  En pratique, Une vanne papillon a tendance à montrer un changement plus progressif du coefficient d'écoulement vs angle qu'une vanne à billes standard (Sauf V-ball).

Comportement de la limitation / contrôle

• Vannes à billes: Pas idéal pour la limitation fine à moins que spécialement conçue (V-port ou garniture caractérisée).
  Changement brusque autour des petites ouvertures; Risque de dommage / érosion du siège s'il est utilisé pour une modulation à long terme avec une suspension particulaire.
• Vannes papillon: Généralement mieux pour les limites grossières dans des pipelines plus grands - des disques à décalage et à un profil spécialement profilé peuvent être utilisés pour le contrôle.
  Les soupapes à triple décalage avec des sièges métalliques peuvent gérer des températures plus élevées et fournir un contrôle plus stricte que les vannes de papillons élastomères concentriques.

Tableau de résumé des performances de flux

5. Notes de pression / température, gammes de taille et enveloppes de service typiques

Vannes à billes

• Notes de pression typiques: Classe ANSI 150 (~ 285 psi), Classe 300 (~ 740 psi), jusqu'à la classe 600/900 Pour les conceptions forgées / trunnions.
  Les vannes à billes Trunnion sont communes au-dessus de ~ 6–8 ″ et / ou > Classe 300.
• Température: Dépend du matériau du siège (Les sièges PTFE sont généralement limités à ~ 200 ° C; sièges métalliques pour des températures plus élevées).
• Taille: commun de 1/4 ″ à 24 ″ + dans des conceptions de trunnion.

Vannes papillon

• Notes de pression typiques: Wafer / Lug concentrique jusqu'à ~ pn10 / pn16 (150–230 psi); Traqué et double / triple décalage jusqu'à PN25 - PN40 et plus pour les conceptions spéciales.
  Des unités à triple compense haute performance sont disponibles pour les pressions équivalentes de classe 150–600.
• Température: Elastomer Seats Limited (–40 ° C à ~ 150 ° C); PTFE sièges plus haut (~ 200 ° C); sièges métalliques adaptés à >200°C.
• Taille: très commun de 2 "à 48" +; Les avantages de coût / poids deviennent prononcés à des diamètres plus grands.

6. Adaptabilité des médias de la vanne à billes vs valve papillon

L'adéquation d'une vanne pour divers types de supports dépend de sa géométrie du chemin d'écoulement, sceau, et compatibilité des matériaux.

Le choix du bon type de soupape est essentiel pour éviter une usure prématurée, colmatage, ou fuite dans des conditions de service exigeantes.

Vannes à bille

Les vannes à billes sont Très adaptable et peut gérer un large éventail de médias, y compris:

• Fluides propres & Gaz: Eau, huile, gaz naturel, air comprimé.
• Liquides corrosifs: Acides, alcalis, et l'eau de mer (avec des matériaux appropriés résistants à la corrosion tels que CF8M en acier inoxydable ou Hastelloy®).
• Médias à haute viscosité: Asphalte, sirops, et les huiles lourdes - l'alésage sans obstruction minimise la chute de pression.
• Média chargé de particules: Boue, boue de minerai, et des boues. Les conceptions de métaux résistent à se gratter des particules abrasives, Et la fermeture sphérique minimise la rétention des médias.
• À haute température & Vapeur: Avec des sièges métalliques, Les vannes à billes peuvent gérer la vapeur saturée ou surchauffée en service industriel.

Leur chemin d'écoulement à faible turbulence et interface de scellement robuste les rendre particulièrement efficaces pour le transport en suspension dans l'exploitation minière, décharge de boues dans les usines des eaux usées, et traitement chimique impliquant des liquides en phase mixte.

Vannes papillon

Les vannes de papillon ont Adaptabilité modérée, avec des performances fortement influencées par le type d'étanchéité:

• Conceptions: Meilleur pour les médias propres comme l'eau potable, air comprimé, et vapeur à basse pression.
  Ils peuvent être endommagés par de grandes particules ou fibres, conduisant à des fuites ou à une dégradation du sceau.
• Conceptions à haute teneur: Plus tolérant envers les particules fines, Mais les services abrasifs ou élevés peuvent encore réduire la vie d'étanchéité au fil du temps.
• Médias corrosifs ou spéciaux: Les soupapes de papillon doublées ou bordées de caoutchouc peuvent gérer l'eau de mer, produits chimiques légers, Et quelques boues, Bien que les médias à haute viscosité ou à haute abrasion puissent toujours être mieux adaptés aux vannes à billes.

Dans l'ensemble, les valves de papillon excellent Fluides propres ou légèrement contaminés où les économies d'espace, réduction du poids, et l'arrêt rapide sont des priorités, comme l'approvisionnement en eau municipale, Boucles d'eau glacée CVAC, et distribution de vapeur à basse pression.

7. Dimensions et poids de la valve à billes vs valve papillon

L'empreinte physique d'une valve a un impact direct espace d'installation, Conception de structure de support, et les exigences de gestion.

Les vannes à billes et les soupapes de papillon diffèrent considérablement en taille et en masse pour les diamètres nominaux équivalents (DN) et les notes de pression.

Vannes à bille

• Dimensions: Généralement plus long dans la longueur en face à face en raison du boîtier à billes et de la structure de soutien au siège. Les conceptions complets nécessitent un corps de valve plus grand pour maintenir un flux illimité.
• Poids: Plus lourd que les vannes papillon de la même classe DN et de la même pression en raison de sections de paroi plus épaisses, logements plus importants, et composants internes plus denses.
• Exemple (DN300, Classe 150):

• • Face à face: ~ 457 mm (à bride)
  • Poids: 180–250 kg (en fonction de la conception du matériau et de l'alésage)

• Impact: Un poids et une longueur accrus peuvent nécessiter un support supplémentaire de tuyaux et plus de dégagement pour l'installation, surtout dans les espaces confinés.

Vannes papillon

• Dimensions: Mince, Conception compacte avec des longueurs en face à face courtes (Souvent respect de l'ISO 5752 / API 609 Dimensions courtes du motif). Le disque n'occupe que l'espace de trajet de débit, Réduire le volume des logements.
• Poids: Significativement plus léger que les vannes à billes pour une taille et une classe équivalentes, Réduire les exigences de main-d'œuvre et de support d'installation.
• Exemple (DN300, Classe 150):

• • Face à face: ~ 127 mm (Type de tranche)
  • Poids: 35–50 kg (Selon le disque et le matériel du corps)

• Impact: Idéal pour les applications où la réduction du poids est critique - par ex., tuyauterie suspendue, Systèmes de navires, et de grandes structures industrielles.

Dimension & Table de comparaison de poids

Données basées sur une construction en acier au carbone typique, ANSI B16.10 Dimensions en face à face, et API 6D / API 609 dessins.

8. Installation, Entretien, et comparaison des coûts

Lors de la sélection des vannes pour les systèmes industriels ou municipaux, complexité d'installation, Exigences de maintenance, et le coût de la propriété totale sont des considérations critiques.

Les vannes à boulets et papillons diffèrent considérablement entre ces dimensions.

Exigences d'installation

Vannes à bille:

• Exiger Plus d'espace en raison de dimensions en face à face plus longues et un poids plus lourd.
• À bride, soudé, ou les connexions filetées sont courantes; Un alignement attentif est essentiel pour prévenir le stress sur le corps de la valve.
• Installation de l'actionneur (manuel, électrique, ou pneumatique) peut avoir besoin de dégagement supplémentaire pour la rotation du volant ou de la tige.

Vannes papillon:

• Extrêmement compact et léger, Idéal pour les espaces de tuyauterie serrés.
• Généralement installé comme Types de plaquette ou de patte, pris en sandwich entre les brides, qui réduit le temps d'installation.
• Les actionneurs sont plus faciles à monter en raison des exigences de couple plus faibles et du disque plus léger.

Résumé de l'installation: Les vannes de papillon sont généralement plus faciles et plus rapides à installer, en particulier dans les systèmes ou les rénovations de grand diamètre.

Frais de maintenance

Vannes à bille:

• La maintenance implique Remplacement des sièges et du joint, lubrification de la tige, et inspection de la balle et du corps.
• Les conceptions montées sur les portes et les trunnions sont plus complexes, Souvent exigeant Arrêt du système pour l'entretien.
• Les coûts de maintenance à long terme sont plus élevés en raison de plus, assemblages multi-composants.

Vannes papillon:

• La maintenance est plus simple; souvent, Remplacement du siège et du disque peut être effectué en situ sans élimination complète de la vanne (pour les dessins à roues).
• Moins de pièces mobiles et un poids plus léger réduisent l'usure sur les roulements et les joints de tige.
• Les soupapes de papillon à suceur souple peuvent nécessiter un remplacement plus fréquent des sièges lors de la manipulation des supports abrasifs, Mais l'entretien global reste inférieur aux vannes à billes.

Comparaison des coûts

Principaux à retenir:

• Les vannes à billes offrent supérieures Scellant la fiabilité et la polyvalence des médias, mais à un poids de qualité supérieure, installation, et maintenance à long terme.
• Les vannes de papillon fournissent rentable, solutions d'économie d'espace, particulièrement adapté aux grands diamètres, médias propres, et les applications où la réduction du poids est bénéfique.

9. Tendances de développement et innovation technologique

L'ingénierie de valve moderne met l'accent technologies intelligentes, Matériaux avancés, et des conceptions optimisées pour répondre aux demandes industrielles de plus en plus complexes.

Tendances de la valve à billes

Vannes intelligentes et compatibles IoT:

• Développement de Vannes à billes intelligentes intégrées au capteur Permet la surveillance en temps réel de la position de la valve, pression, température, et fuite.
• Transmission de données via Plateformes IoT Permet la maintenance prédictive et les diagnostics à distance, Améliorer la sécurité et réduire les temps d'arrêt - par exemple, détection des fuites dans les pipelines de gaz naturel et déclenchant l'arrêt automatique.

Matériaux avancés:

• Utilisation de matériaux composites (par ex., polymères renforcés en céramique) pour les balles et les sièges s'améliorent résistance à l'usure, résistance à la corrosion, et réduit le poids, Faire des vannes adaptées aux conditions extrêmes.

Optimisation structurelle:

• Spécialisé vannes à billes ultra-haute pression et cryogénique (par ex., Service de GNL à -196 ° C) Caractéristiques des structures et des matériaux d'étanchéité optimisés pour maintenir les performances dans des conditions graves.

Tendances de la valve papillon

Scellage haute performance:

• Vannes de papillon à triple décalage sont raffinés pour atteindre scellage dur métal-métal, permettant une fuite nulle même dans des conditions à haute pression.
• Cela étend l'applicabilité des vannes papillon aux zones précédemment dominées par les vannes à billes.

Actionnement économe en énergie:

• Développement de actionneurs électriques à faible puissance avec servomoteurs et boîtes de vitesses de précision réduit la consommation d'énergie, s'aligner sur Exigences d'ingénierie verte et durable.

Solutions de grand diamètre:

• Extension à diamètres extra-larges (DN4000 +) permet aux vannes papillon de servir les principaux, municipal, et les systèmes de tuyauterie industrielle efficacement.

Tendances croisées

• Numérisation et maintenance prédictive: Les deux types de vannes sont de plus en plus compatibles avec Industrie 4.0 frameworks, Utilisation de capteurs intégrés pour surveiller la pression, couple, et la température.
• Performance de cycle de vie amélioré: Matériaux avancés, conceptions optimisées, et l'actionnement intelligent collectivement réduire les coûts de maintenance, améliorer la sécurité, et augmenter l'efficacité énergétique.

10. Différences clés: Valve à billes vs valve papillon

11. Conclusion

Valve à billes vs valve papillon, Chacun occupe une niche distincte dans les systèmes de contrôle des fluides, avec leurs forces et limites façonnées par la conception structurelle, sélection des matériaux, et les exigences opérationnelles.

• Vannes à billes exceller fermeture serrée, polyvalence des médias, et applications haute pression, les rendre idéaux pour l'huile & gaz, traitement chimique, et les systèmes à vapeur.
  Leur scellement robuste, durabilité, Et les technologies intelligentes émergentes les rendent fiables pour des opérations critiques et extrêmes.
• Vannes papillon offre taille compacte, conception légère, et rentabilité, particulièrement adapté à pipelines de grand diamètre, médias propres, et les systèmes de pression modérés.
  Les progrès des conceptions à triple décalage et de l'actionnement économe en énergie étendent leur applicabilité dans des paramètres à haute pression et industriels.

Considérations de sélection:

• Choisir robinets à tournant sphérique pour les applications nécessitant une précision, fermeture complète, et milieux contenant des particules ou une forte viscosité.
• Choisir vannes de papillon pour Systèmes limités à l'espace, Grands volumes de débit, ou projets sensibles aux coûts.

Finalement, une évaluation approfondie de conditions de fonctionnement, caractéristiques des médias, Exigences de pression / température, et les coûts du cycle de vie est essentiel pour garantir une performance optimale de la valve et une fiabilité à long terme.

En comprenant leurs avantages comparatifs, Les ingénieurs peuvent prendre des décisions éclairées qui équilibrent l'efficacité, sécurité, et la rentabilité.

FAQ

Puis-je utiliser une vanne papillon pour le service de gaz?

OUI - Les vannes de papillons à siège de vérification peuvent être utilisées pour le gaz à basse pression, mais assurez-vous que les sièges sont évalués au gaz et que la classe de fuite est acceptable.

Pour l'isolement du gaz pipeline, Les vannes à bille ou à balle en métal sont généralement préférées.

Les vannes à billes sont-elles adaptées à la limitation?

Les soupapes à billes standard ne sont pas conçues pour la limitation fine - un bal ou des vannes à billes spécifiquement caractérisées sont disponibles pour un contrôle grossier.

Pour une modulation précise, Utiliser une soupape de commande (globe) ou un V-ball avec un positionneur.

Quelle valve est la meilleure pour la suspension?

Ni l'un ni l'autre n'est idéal sans conception spécifique. Utilisez des garnitures durcies, doublures sacrificielles ou vannes spécifiques à la suspension.

Les vannes de papillon avec des disques robustes et des revêtements bio-compatibles sont courants dans les grandes lignes de suspension; Les soupapes à bille à parts métalliques peuvent fonctionner en un devoir de suspension à petit alésage.

Quelle est la taille d'une vanne à billes?

Les vannes à billes sont fabriquées en très grandes tailles (>24″ Et plus) Utilisation de conceptions Trunnion, Mais le coût et le poids augmentent considérablement. Les vannes de papillon deviennent plus économiques au-dessus de ~ 10–12 ″.