Fonctionnement des purgeurs thermostatiques à bilame : Aperçu de leurs mécanismes et leurs mérites

Un bilame est un élément thermostatique composé de deux plaques métalliques aux propriétés différentes collées ensemble. Ces métaux ont des coefficients de dilatation thermique différents et lorsqu'ils sont soumis à un changement de température, l'élément commence à se déformer.

Les purgeurs bimétalliques utilisent la déformation du bilame pour ouvrir ou fermer une soupape.

Certains purgeurs bimétalliques sont conçus pour fonctionner à des températures de fonctionnement prédéterminées. D'autres purgeurs bimétalliques peuvent voir leur température de fonctionnement réglée manuellement. Le bilame contenu dans ces purgeurs est conçu pour s’ouvrir lorsque la température est trop basse et se fermer lorsque la température est trop élevée.

La vapeur saturée reste à une température constante tant que la pression ne change pas, mais le condensat perd de la chaleur au fil du temps et se refroidit même si sa pression reste constante. Les purgeurs bimétalliques fonctionnent en utilisant les changements de température dans le condensat. Ils ont une structure simple et un principe de fonctionnement facile à comprendre.

Comme les bilames ont la capacité de convertir les changements de température en mouvement, ils sont aussi fréquemment utilisés dans d'autres équipements comme commutateurs de température.

Fonctionnement non affecté par la pression de la vapeur

Les bilames se déforment à une température déterminée (par exemple : 120 °C).

Par conséquent, même si la pression de la vapeur change, le bilame à l'intérieur d'un purgeur ne bougera tant qu'il n'y aura pas de changement dans la température du condensat qui l'immerge.

Cette température d’évacuation fixe peut être un avantage ou un inconvénient pour un purgeur vapeur, selon le type d'application.

Avantages d’une température d’évacuation fixe

À titre d'exemple de purgeurs qui fonctionnent selon une température d’évacuation fixe, examinons les purgeurs à régulation de température utilisés dans les applications de traçage de vapeur à basse température.

Comme les purgeurs de vapeur à régulation de température s'ouvrent lorsque la température descend en dessous d'un point fixe, on peut choisir de fixer ce point à un niveau bien inférieur à la température saturée de la vapeur. Le condensat s'accumule en amont du purgeur jusqu'à ce qu'il se refroidisse à la température de consigne. L'idée est d'utiliser la chaleur sensible disponible dans le condensat accumulé pour chauffer l'équipement ou le produit.

Le traçage à la vapeur est souvent utilisé pour protéger les compteurs ou les instruments du gel, et pour chauffer les liquides à haute viscosité et assurer un écoulement régulier dans les pipelines.

Inconvénients de la température d’évacuation fixe

De par la conception de ce type de purgeurs, le condensat s'accumule lorsque la température d’évacuation est réglée en dessous de la température de saturation de la vapeur. Bien que le purgeur commence à s'ouvrir au point de consigne, le liquide accumulé doit encore se refroidir (en dessous du point d'ébullition) pour permettre au purgeur de s'ouvrir complètement. Si la température d'évacuation est nettement inférieure à la température de la vapeur, le condensat risque de trop d’accumuler dans le réseau. Ce qui peut entraîner des problèmes de production et de fiabilité, voire provoquer des coups de bélier dans les conduites de vapeur.

Dans le cas contraire, lorsque la température d’évacuation est supérieure à la température de saturation de la vapeur, le purgeur ne se ferme pas. Cela entraîne une perte continue de vapeur.

Naturellement, les purgeurs bimétalliques ne fonctionnent pas correctement lorsque la température d'évacuation est réglée à la température de la vapeur ou à une température proche.

En raison de ces limitations, les purgeurs bimétalliques ne sont pas adaptés dans des points où le condensat doit être immédiatement purgé, comme les lignes de distribution de vapeur ou les équipements critiques.

Il existe de nombreux modèles de purgeurs bimétalliques avec des caractéristiques de conception variées. En particulier, la forme et l'emplacement des bilames et des clapets peuvent varier d'un purgeur à l'autre.

Certaines conceptions rendent le bilame plus sensible à la « fatigue » (usure ou même fissuration) que d'autres. Par exemple, la conception d'une tête de vanne en aval doit supporter la contre-pression du réseau, ce qui augmente la contrainte sur les bilames et diminue la température d'évacuation de la vanne.

Les purgeurs bimétalliques modernes

Un purgeur vapeur avec une température d'évacuation fixe ne peut être utilisé que dans un système fonctionnant dans une plage de pression limitée. Pour remédier à ce problème, les purgeurs bimétalliques disposent généralement d'une vis de réglage permettant de modifier la température d'évacuation. Cependant, ces purgeurs doivent être réglés en fonction des conditions du système avant d'être utilisés, et ne s'adaptent pas automatiquement aux variations de débit. Pour ces raisons, les purgeurs bimétalliques ne conviennent qu'à des applications spécifiques et leur choix doit être soigneusement étudié.

Cependant, le bimétal lui-même est largement utilisé comme élément complémentaire dans d'autres types de purgeurs de vapeur, tels que les purgeurs à flotteur, à flotteur inversé et à disque. Ces bimétaux sont principalement utilisés comme purgeur d'air, ou pour permettre au purgeur d'évacuer de grandes quantités de condensat au démarrage et les charges résiduelles à l'arrêt.

Purgeurs à disque

Au démarrage, la température du système est basse et le bilame intégré est donc dans un état ouvert et détendu. Dans cet état, il soulève le flotteur. Le clapet reste en position ouverte. Cela permet une évacuation automatique et rapide de l'air initial et des condensats, contribuant ainsi à réduire le temps nécessaire à l'appareil pour atteindre la température requise.

Purgeurs de vapeur à disque

À température ambiante, l'anneau bimétallique en forme de C se contracte et glisse vers le haut le long de la paroi conique du siège de la vanne. Dans cette position, il maintient le disque au-dessus du siège, ouvrant de force la vanne du purgeur. Lorsque la vanne est ouverte, un grand volume d'air et de condensat à basse température peut passer rapidement.

Lorsque la température du condensat augmente, le bimétal en forme de C se dilate et glisse vers le bas le long de la paroi conique, ce qui permet au purgeur de fonctionner de manière standard.