Le principe de fonctionnement de la vanne à globe consiste à bloquer l'ouverture de passage avec un clapet mobile, qui est étroitement ajusté à un siège fixe dans le corps. Le clapet est articulé sur une tige filetée dont l'axe est perpendiculaire à l'axe de la tuyauterie.
La rotation du volant, par le biais d'un écrou fixe dans le corps de la vanne, est transformée en un mouvement linéaire de la tige, déplaçant ainsi le clapet. En position basse, le clapet bloque complètement l'ouverture de passage, tandis qu'en position haute, il l'ouvre complètement.
Selon la conception de la vanne à globe, l'axe de la tige peut être perpendiculaire ou incliné par rapport à l'axe de la tuyauterie. Les vannes à tige inclinée, appelées 'inclinées', ont une capacité de débit plus élevée que les vannes à tige droite.
Comme la fermeture de la vanne à globe nécessite plusieurs tours du volant, certains fabricants n'excluent pas son utilisation pour la réduction du débit ou l'équilibrage des systèmes de chauffage. Toutefois, il convient de noter qu'une vanne à globe est avant tout une vanne d'arrêt, dont l'utilisation pour la régulation est interdite par les normes.
L'étanchéité de la vanne à globe est assurée par un joint métal-métal, et dans certaines conceptions, des anneaux d'étanchéité supplémentaires en PTFE ou en caoutchouc sont fixés au clapet.
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