Guide d utilisation des joints d étanchéité

Guide d utilisation des joints d étanchéité Principes de base des joints d étanchéité Entretien et maintenance Caractéristiques Matériaux Accessoires

Guide d utilisation des joints d étanchéité 1. Principes de base 1.1 Principe....................................................................... 4 1.2 Composantes.............................................................. 4 1.3 Fonction...................................................................... 6 1.4 Autres garnitures d étanchéité...................................... 8 2. Système de joints d étanchéité Flygt 2.1 Généralités................................................................. 9 2.2 Types de joints d étanchéité....................................... 14 2.3 La garniture enfichable............................................... 16 2.4 Étanchéité active........................................................ 17 3. Matériaux 3.1 Matériaux des anneaux des garnitures mécaniques.... 17 3.2 Élastomères.............................................................. 20 3.3 Autres matériaux........................................................ 21 3.4 Sélection de joints d étanchéité................................. 22 4. Entretien et maintenance 4.1 Entretien................................................................... 23 4.2 Diagnostic d anomalies............................................. 24 4.3 Montage................................................................... 30 4.4 Liquides tampons...................................................... 37 5. Accessoires 5.1 Balayage des joints d étanchéité................................ 38 5.2 Détecteurs de fuite.................................................... 39 3

1 Principes de base des garnitures mécaniques 1.1 Principe Le principe de la garniture mécanique est assez simple : deux surfaces plates en forme d anneaux, l une stationnaire et l autre rotative, sont collées ensemble de façon à n avoir qu un espace aussi étroit que possible entre elles. Plus l espace est petit entre les deux surfaces, moins il y a de fuite. 1.2 Composantes Les principales composantes d une garniture mécanique sont les suivantes : deux bagues d étanchéité un ressort deux joints d étanchéité secondaires un mécanisme de verrouillage de couple 3 4

4 1 Bagues d étanchéité Il est d une importance cruciale pour la performance du joint d étanchéité mécanique que les faces des bagues d étanchéité soient plates. Le joint n assurera l étanchéité que si les faces sont plates, lisses et perpendiculaires à l arbre et le restent pendant le fonctionnement. Pour cela, il faut un modèle solide et symétrique. Si les faces du joint ne sont pas plates et perpendiculaires à l arbre, il y aura une fuite, quels que soient les autres paramètres. Un joint d étanchéité bien conçu remplit sa fonction première qui consiste à empêcher toute fuite, mais a également une longue durée de vie. Interface de scellement 1 2 4 2 Ressort Le ressort charge les faces du joint d étanchéité de façon à ce qu elles soient en contact constant. Pendant le fonctionnement, toutefois, la force dominante pressant les faces l une contre l autre et fermant le joint est la pression exercée par le liquide. 3 Joints d étanchéité secondaires Les joints d étanchéité secondaires forment un joint stationnaire entre les bagues d étanchéité et la structure de retenue. Ils sont nécessaires pour éliminer les fuites autres que celles qui passent par l interface du joint. Le joint secondaire pour un joint à ressort doit tenir compte d une certaine flexion de l arbre, d un certain désalignement, de la dilatation thermique, etc. Étant donné qu il doit pouvoir permettre de petits mouvements axiaux, on dit qu il est «semidynamique». Côté de la roue à aubes 4 Mécanisme de verrouillage de couple Dans les garnitures mécaniques, la friction entre les faces de joint produit un couple entre les bagues d étanchéité et la structure de retenue. Cela peut faire en sorte que la bague d étanchéité stationnaire se mette à tourner ou que la bague d étanchéité rotative devienne stationnaire. Cela peut être un problème, surtout au démarrage, après une longue période d arrêt. Pour empêcher que cela se produise, les joints d étanchéité Flygt ont des verrous pour couple mécanique tels que des goupilles et des rainures qui permettent d ancrer fermement les bagues d étanchéité à leur structure de retenue. Seuls les petits joints d étanchéité se servent de la friction des joints toriques pour le verrouillage de couple. 5

1 Principes de base des garnitures mécaniques Pleine pellicule de lubrification Pellicule de lubrification mixte Pellicule de lubrification limite 1.3 Fonction 1.3.1 La pellicule de lubrification L épaisseur de la pellicule de lubrification entre les faces de joint d étanchéité est un facteur important qui détermine la performance d une garniture mécanique. Un joint d étanchéité ayant une épaisse pellicule de lubrification ne subit pratiquement aucune usure étant donné que la pellicule absorbe presque toute la charge de la force de fermeture et qu il n y a pratiquement aucun contact entre les faces mêmes du joint. Dans cette situation de «pleine pellicule de lubrification», la durée de vie du joint serait longue, mais la fuite serait importante. Si la pellicule de lubrification est trop mince, les faces du joint d étanchéité absorbent presque toute la charge en étant en contact direct l une avec l autre et sans avoir beaucoup d aide de la pellicule de lubrification. Dans cette situation de «pellicule de lubrification limite», la fuite serait minime, mais la durée de vie du joint serait courte en raison d une usure excessive. Une garniture mécanique qui fonctionne bien a ce qu on appelle une «pellicule de lubrification mixte». Cela veut dire que la force de fermeture provenant du ressort et de la pression hydraulique est portée par la pellicule de lubrification hydrodynamique et le contact direct entre les faces du joint. Des faces de joint d étanchéité parfaitement plates ne peuvent créer une pellicule de lubrification hydrodynamique adéquate entre elles. Mais les inévitables écarts microscopiques par rapport à la planéité parfaite des faces de joint sont suffisants pour créer une telle pellicule. À mesure que la charge augmente sur les faces de joint, la «lubrification mixte» devient une «lubrification limite». À un moment donné, la charge atteint un point critique où la pression de contact accrue du matériau provoque un blocage du joint d étanchéité. Le point de charge critique dépend du matériau des faces du joint, du ratio d équilibre et de la capacité du modèle de joint à dissiper la chaleur. 1.3.2 Facteurs de charge La charge des faces est déterminée par deux paramètres: la charge du ressort et le ratio d équilibre. La charge du ressort Pour empêcher une fuite du joint d étanchéité, la charge du ressort doit être assez élevée de façon à pouvoir surmonter les forces dynamiques et la force de friction des joints d étanchéité secondaires semi-dynamiques. Par ailleurs, il ne faut pas que la charge du ressort soit tellement élevée qu elle entraîne des niveaux inacceptables d usure et de production de chaleur. Il y a donc peu de place pour la variation dans la charge du ressort. 6

Non équilibré Équilibré Ah A Ah A Ah A Ah A 1 Charge de face Charge de face Charge de face Limite de charge Ah A 1 Ah A 1 Charge du ressort Limite de service Pression de la pompe Pression de la pompe Pression de la pompe fig 1.2 Le ratio d équilibre Par conséquent, le ratio d équilibre est le principal facteur déterminant une limite de pression pour les joints d étanchéité. Ce ratio est le rapport entre la zone extérieure «Ah» de la bague d étanchéité sur laquelle s exerce la pression du liquide extérieur et la zone de la face du joint «A». À la figure 1.2, on peut voir comment la limite de service augmente lorsque le ratio d équilibre diminue. Ce ratio est déterminé par le modèle de joint d étanchéité. 1.3.3 Fuite Dans une garniture mécanique, il y a toujours un infime transport de liquide entre les faces. Ce liquide est nécessaire pour la lubrification. L objectif n est donc pas d empêcher complètement le liquide de passer entre les deux faces de joint. L objectif consiste plutôt à garder la fuite de liquide à un niveau peu élevé et acceptable. Le critère le plus important pour obtenir la faible fuite nécessaire réside dans les faces de joint plates. Quels que soient les autres paramètres de conception d un joint, si les faces ne sont pas plates, une fuite excessive est inévitable. Pour obtenir la planéité requise, les faces de joint doivent être usinées avec de très étroites tolérances et conçues de façon à rester plates sous une charge mécanique et thermique lorsqu elles sont en opération. Si ces conditions de base sont respectées, de très faibles taux de fuite peuvent être obtenus. La figure 1.3 montre un graphique indiquant la fuite maximale à laquelle on peut s attendre pour les joints d étanchéité Flygt. Il n est pas possible de donner une valeur précise pour la fuite étant donné qu elle varie d un joint à l autre et dépend fortement des conditions d opération. La plupart des joints d étanchéité auront une fuite se situant bien au-dessous de la valeur indiquée sur le graphique, tandis que certains atteindront ou dépasseront la limite de fuite si les conditions d opération ne sont pas bonnes. Les conditions d opération qui ont une forte influence sur les fuites sont la vibration, les cavitations et les propriétés de scellement. FUITE Pression 6 bars Température 40 C Vitesse décroissante 5m/s DIAMÈTRE D ARBRE fig 1.3 7

1 Principes de base des garnitures mécaniques 1.4 Autres garnitures d étanchéité Garnitures souples Se trouvent couramment dans les pompes installées à sec. Les principaux avantages sont la simplicité, la solidité et le faible coût. Toutefois, dans les pompes submersibles, ces garnitures ne conviennent pas car le taux de fuite est trop élevé et des réglages fréquents sont nécessaires. De plus, la présence d abrasifs provoque une forte usure de l arbre et raccourcit la durée de vie. Joints à lèvre Parfois appelé joint d huile car empêcher les fuites d huile est son premier domaine d application, le joint à lèvre est simple, pas cher et compact. D autres caractéristiques telles que la capacité de basse pression et la sensibilité à la contamination du liquide par particules rendent toutefois les joints à lèvre inadéquats pour leur utilisation comme joints d étanchéité externes dans les pompes submersibles. Parmi les produits Flygt, les joints à lèvre ne sont donc utilisés que pour retenir l huile comme dans les boîtes d engrenage dans les agitateurs. PRESSION Figure 1.6 Pression et limites de vitesse décroissante pour divers types de garnitures d étanchéité. JOINT PRESSE JOINT À LÈVRES GARNITURE MÉCANIQUE POINTS DE FONCTION POUR LES JOINTS FLYGT VITESSE DÉCROISSANTE fig 1.6 8

2 Système de joints d étanchéité Flygt 2.1 Généralités La fiabilité d un produit submersible ne sera jamais meilleure que la fiabilité de son système de joints d étanchéité. Contrairement à ce qui se passe dans un équipement installé à sec, tout liquide qui fuit à travers les joints d étanchéité s accumulera dans la pompe ou dans l agitateur et ne pourra pas être drainé pendant le fonctionnement. Pour que l on puisse obtenir une longue durée de vie et une grande fiabilité, des exigences exceptionnelles sont imposées au système de joints d étanchéité pour les produits submersibles. Pour s assurer que les joints d étanchéité qu elle utilise répondent à ces exigences, Flygt a décidé de concevoir et de fabriquer ces propres joints d étanchéité. Étant donné que ces joints sont conçus seulement pour des produits submersibles, aucun compromis n est nécessaire et les joints peuvent être entièrement optimisés pour cette seule utilisation. Mis à part le faible taux de fuite, la conception des joints d étanchéité prévoit une courte saillie pour l arbre. Les verrous de couple et les commandes sont indépendants de la rotation de l arbre et la pression de la pompe agit comme une force de fermeture sur le joint. Une autre caractéristique des joints Flygt est qu ils sont polyvalents. L objectif ultime est qu un seul et même joint puisse supporter toutes les applications. Par conséquent, le joint extérieur a toujours des faces dures et des parties en caoutchouc qui tolèrent des fortes températures, même si la pompe est utilisée pour pomper de l eau à boire. Avec un seul joint d étanchéité standard, compatible avec la plupart des pompes ou agitateurs, le choix du joint d étanchéité est simple. De plus, le fait que la conception et la fabrication des joints se fassent à l intérieur de l entreprise permet de répondre rapidement et avec exactitude aux questions et aux problèmes d application que les clients peuvent avoir. Le fait qu Flygt soit le plus gros producteur mondial de pompes submersibles et d agitateurs en fait également le plus gros fabricant de garnitures mécaniques. Chaque année, des centaines de milliers de joints d étanchéité sont produits, ce qui fournit une base plus qu adéquate pour un processus continu de recherche et développement. 9

2 Système de joints d étanchéité Flygt Chambre d inspection Toute fuite de joint interne est recueillie dans la chambre d inspection, un compartiment séparé du reste de l unité d entraînement. Ensemble de garnitures Plug-in Deux garnitures mécaniques dans une seule unité facile à manipuler. Détecteur de fuite Le détecteur de fuite à flotteur FLS10 décèle toute fuite de joint interne possible et produit une alarme avant que la fuite n atteigne un niveau dommageable. Liquide tampon Le liquide tampon lubrifie et refroidit les joints d étanchéité. Dans les pompes qui ont un système de refroidissement interne, il sert également de liquide de refroidissement pour l unité d entraînement. Spin-out Cavité de joint à rainure à spirale qui entraîne les particules abrasives loin des faces du joint et à l extérieur de la pompe. 10

2.1.1 Schéma de base Le schéma de base du système de joints d étanchéité est le même pour tous les produits Flygt : un joint extérieur, un boîtier de joints avec liquide tampon, et un joint intérieur. Les deux principales composantes du système de joints d étanchéité sont les garnitures mécaniques extérieures et intérieures. Elles ne doivent pas être considérées comme un joint primaire et un joint secondaire, mais plutôt comme deux joints d étanchéité indépendants ayant des fonctions quelque peu différentes. Le joint extérieur est exposé à un environnement rude et doit pouvoir résister au colmatage par matières fibreuses, aux particules abrasives dures, aux milieux chimiquement agressifs, à la haute pression, aux impacts, etc. Par conséquent, les joints extérieurs sont généralement conçus de façon à être solides et à pouvoir supporter des situations extrêmes. Des faces dures sont la seule solution pour le joint extérieur. Joint intérieur Liquide tampon Joint extérieur Roue à aubes Le joint intérieur fonctionne dans un environnement contrôlé qui est moins dur. Étant donné qu il n y a pas de particules abrasives dans le liquide tampon, des faces de carbone peuvent être utilisées comme solution moins chère que les faces dures. Le carbone présente l avantage d avoir d excellentes propriétés coulissantes, mais il n est pas aussi durable que les autres matériaux de face de joint d étanchéité. 2.1.2 Schéma avec système de refroidissement Les unités d entraînement de nouvelle génération peuvent être dotées d un système de refroidissement interne facultatif. Le système de refroidissement est isolé de la pompe et activé par une hélice située entre le joint intérieur et le joint extérieur dans l unité de joint. Même avec cette fonction additionnelle, le schéma de base du système de joints d étanchéité est le même que celui des unités d entraînement sans système de refroidissement interne. Le liquide tampon est utilisé comme liquide de refroidissement et le boîtier des joints est élargi pour inclure des canaux de refroidissement. Les joints disposant d une hélice de système de refroidissement sont également utilisés dans les produits qui n ont pas de système de refroidissement interne. Pour ces produits, la seule fonction de l hélice est de fournir une lubrification et un refroidissement au joint intérieur. Les unités d entraînement de nouvelle génération sont équipées d une chambre d inspection située entre le boîtier des joints et le boîtier de stator. Le liquide de fuite passant à travers le joint intérieur est recueilli dans cette chambre où il ne peut endommager le moteur. La chambre peut être inspectée pour la détection de fuite au moyen d un bouchon d inspection. 11

2 Système de joints d étanchéité Flygt 2.1.3 Cavité traditionnelle du joint d étanchéité L usure dans la cavité du joint d étanchéité est un problème courant dans les applications ayant des particules abrasives. Même une petite concentration de particules peut causer une usure sérieuse dans une situation de fonctionnement en continu en endommageant la cavité du joint et le joint lui-même. L usure est causée par les particules qui sont prises dans la partie intérieure de la cavité, bloquées par l interaction entre le courant limite et la force centrifuge. Le flux d une mince couche du média près d une surface est affecté par cette surface. Les surfaces rotatives amènent un courant limite radialement vers l extérieur. Les surfaces non rotatives amènent le courant limite radialement vers l intérieur. Les particules sont centrifugées radialement vers l extérieur dans le courant limite allant vers l intérieur, qui les transporte dans la partie intérieure de la cavité du joint. Le courant sortant qui circule le long de l arbre ne transporte pas les particules jusqu à l extérieur étant donné qu elles sont de nouveau centrifugées radialement vers l extérieur dans le courant limite se dirigeant vers l intérieur. Les particules sont bloquées dans la partie intérieure de la cavité du joint, ce qui cause de l usure sur les parois de la cavité et les faces du joint. Usure dans une cavité traditionnelle de joint d étanchéité 2.1.4 Cavité de joint d étanchéité de type Spinout Les particules allant vers l intérieur sont attrapées par les rainures spirales. La force centrifuge bloque les particules dans les rainures et la rotation générale du liquide dans la cavité du joint les transporte le long de la spirale vers l extérieur en direction de la roue à aubes. Le système Spin-out est efficace pour les particules abrasives de 0,05 mm et plus. Puisque l usure érosive sur les surfaces exposées est causée par des particules de ce spectre de dimensions, l usure n est pas simplement réduite, mais pratiquement éliminée. L usure sur les faces de joint est causée par des plus petites particules, qui ne sont pas efficacement éliminées par le système Spin-out. Donc l usure n est pas éliminée, mais elle est considérablement réduite. Particules expulsées par la cavité de joint d étanchéité de type Spin-out 12

FORCE DE FERMETURE POSITIVE FORCE DE FERMETURE NÉGATIVE 2.1.5 Force de fermeture positive Dans les produits Flygt, les joints sont conçus de telle façon que la pompe et la pression de submergence agissent comme une force de fermeture sur les faces du joint et non pas comme une force d ouverture. Une force de fermeture positive est essentielle pour que le joint puisse supporter des pressions élevées. Si la force était négative, le joint s ouvrirait comme une soupape de décharge à partir d une certaine pression et perdrait tout son effet d étanchéité. En pratique, l utilisation de joints avec une force de fermeture positive signifie que les produits Flygt peuvent être soumis à des plus grandes profondeurs et être reliés en série sans risque de défaillance soudaine de joints d étanchéité. Force de fermeture Pression pompe Force de fermeture Pression pompe Le joint s ouvre 2.1.6 Arbre court Contrairement aux joints d étanchéité standard, les joints Flygt ne doivent pas pouvoir s insérer dans des cavités étroites conçues pour des joints presse-étoupe. Libérés de cette contrainte, les modèles Flygt peuvent utiliser un espace radial pour leurs composantes. Cela veut dire que les bagues d étanchéité, les ressorts et les joints toriques peuvent être adéquatement dimensionnés et que les joints d étanchéité peuvent être courts. Si le joint est court, l arbre peut également être court. Un arbre court présente un avantage particulier lorsque des charges radiales sont présentes comme dans des volutes de pompe. Les déflexions de la roue et les charges sont réduites, ce qui améliore la performance et allonge la durée de vie du produit. 2.1.7 Verrouillage mécanique de couple Les joints Flygt ne dépendent pas de la friction du caoutchouc pour la transmission du couple entre l arbre et la bague d étanchéité. En effet, il y a toujours un dispositif mécanique qui assure un entraînement positif. Ce système est un peu plus coûteux, mais beaucoup plus fiable. Étant donné que les joints de caoutchouc statiques Flygt ne doivent pas servir de couples de serrage, ils ne doivent pas être attachés fermement. Cela facilite autant l assemblage que le démontage. 2.1.8 Le boîtier de joint Le liquide se trouvant dans le compartiment entre les joints a trois fonctions principales : lubrification, refroidissement et émulsification en cas de fuite. Les fonctions de lubrification et de refroidissement sont assez évidentes. Sans ces fonctions, les faces de joint deviendraient rapidement trop chaudes et se bloqueraient. Le tampon est également là pour diluer et suspendre les liquides et les particules qui pourraient couler à travers le joint d étanchéité. Sans cela, ces contaminants pourraient former des dépôts qui bloqueraient ou endommageraient le joint. Le volume d air agit comme un tampon de pression pour réduire la différence de pression résultant de la dilatation thermique et d une fuite. 13

2 Système de joints d étanchéité Flygt 2.2 Types de joints d étanchéité FS Type B Le joint d étanchéité à soufflet est un joint secondaire situé entre l arbre et la bague d étanchéité rotative. Le joint à soufflet est une construction fiable et solide qui est utilisé dans les pompes B d Flygt de depuis de nombreuses années. Le seul ressort hélicoïdal ainsi que le joint secondaire en forme de soufflet réduisent grandement le risque d entrave au mouvement du ressort et puisqu il y a toujours un contact de métal contre métal avec le bac à huile, la dissipation de la chaleur se fait toujours bien. Type B Type G G comme «Griplock», en référence au système de blocage d arbre. La garniture peut être montée sur un arbre non rainuré, mais elle ne s appuie pas sur le frottement du caoutchouc pour la transmission du couple. Son boîtier à ressort ouvert lui permet de résister aux obstructions, et les transmetteurs de couple protégés par du caoutchouc la rendent adaptée aux liquides abrasifs. Cette robuste garniture est une garniture d arbre destinée à un usage général, convenant à la plupart des applications Flygt normales. Ce nouveau produit de la famille des joints Flygt remplace les anciennes garnitures pour les arbres de 20 à 35 mm. Type G FS Type I Le joint d étanchéité à ressort interne occupe une position protégée entre l arbre et les anneaux d étanchéité. Ce modèle a d abord été conçu pour la pompe 2201, mais il a gagné en popularité et est maintenant aussi utilisé dans la pompe C à cause de sa forte résistance au colmatage. Type I FS Type M Le joint d étanchéité à ressorts multiples se retrouve dans les grandes pompes et turbines et sert également de ressort interne dans les produits de taille moyenne. Pour les grands diamètres d arbres, la configuration à ressorts multiples est un modèle très efficace qui donne des joints courts et non compliqués causant rarement des problèmes. Type M 14

FS Type O Le joint à ressort hélicoïdal ouvert est utilisé dans les petites pompes B. Il s agit d un modèle simple et durable qui peut supporter d être malmené. Le ressort unique, le joint torique à montage flexible et les anneaux d étanchéité bien dimensionnés assurent une longue durée de vie dans toutes les applications courantes. Type O FS Type P Le joint Plug-in a un certain nombre de caractéristiques qui le rendent plus facile à manipuler que les joints traditionnels. La garniture comprend un joint intérieur et un joint extérieur en une seule unité qu il suffit d insérer dans le produit sans l aide d aucun outil spécial. Le joint est conçu de façon à pouvoir résister à l usure et au colmatage et convient à toutes les applications ainsi qu aux environnements les plus durs. Le joint Plug-in est standard dans tous les nouveaux produits. Type P FS Type S Le joint de manchon est un modèle qui a fait ses preuves et qui est utilisé dans les agitateurs et les pompes C de taille moyenne. Étant donné que le ressort est placé dans le bac à huile et que l extérieur est lavé, le joint de manchon a une excellente résistance au colmatage et à l usure. Il existe également une forme inversée de ce joint, dans laquelle la bague rotative a une forme de manchon et qui est utilisée dans les pompes 2151 et 2084. Type S FS Type T Les caractéristiques du joint «tube seal», telles que des bagues d étanchéité solides, un extérieur lavé, un ressort protégé et un contact métal contre métal avec le bac à huile, lui fournissent une durabilité remarquable, même dans les environnements les plus durs. Type T 15

2 Système d étanchéité Flygt Joint intérieur Roue Ressorts Joint extérieur Manchon de protection de l arbre Le joint d étanchéité Plug-in Le dernier membre de la famille des joints Flygt est la garniture «Plug-in». La garniture Plug-in est une unité qui incorpore un joint intérieur et un joint extérieur dans une seule unité facile à manier. Tout comme les joints simples traditionnels, le joint intérieur et le joint extérieur fonctionnent indépendamment l un de l autre et forment un véritable système à double joint. Un avantage évident de la garniture Plug-in est la simplicité de la manipulation d une seule unité au lieu de plusieurs bagues d étanchéité et d autres composantes. Mais ce qui est plus important peut-être est le fait que les faces de joint sont en contact constant l une avec l autre, depuis la chaîne de production, ce qui ne permet aucune contamination pendant l utilisation. La garniture Plug-in est conçue pour être un joint universel pour tous les produits Flygt et pour pouvoir supporter tous les types de milieux pompés. Elle est résistante au colmatage et à l usure et a une excellente capacité de refroidissement pour le joint intérieur et le joint extérieur. La garniture Plug-in est la seule qui soit disponible pour tous les nouveaux produits, à partir de la série des agitateurs 4600. La gamme des garnitures Plug-in comprend des joints ayant de 20 à 80 mm de diamètre d arbre. La paire des bagues d étanchéité extérieures est disponible en WCCR et SiC; la paire intérieure est disponible en WCCR et en WCCR/ céramique pour les petits modèles. L unité de joints a une puissante pompe de refroidissement intégrée pour les produits ayant un système de refroidissement interne. Les garnitures Plug-in ne peuvent pas être démontées et réassemblées. 16

2 Système d étanchéité Flygt 2.4 Étanchéité active Garnitures classiques Même les meilleures garnitures mécaniques peuvent présenter des performances individuelles très différentes. Pour la majorité des garnitures, le taux de fuite par minute est à peine perceptible sur une longue durée, tandis que d autres peuvent présenter des fuites susceptibles d entraîner une défaillance prématurée du produit. Le pire scénario en matière de performances de la garniture est souvent celui qui sert à déterminer la fréquence d entretien. L amélioration des performances de la garniture renforce directement la fiabilité du produit. Étanchéité active L étanchéité active règle le problème des écarts de performances en éliminant totalement les fuites pour l ensemble des garnitures. Les garnitures pompent activement le fluide en continu du côté basse pression vers le côté haute pression, préservant efficacement le boîtier du stator de la fuite. Les surfaces d étanchéité ont été modifiées pour ne pas agir seulement comme une barrière antifuite classique dans une garniture classique, mais pour faire également faire office de micro pompe, si nécessaire. Les fuites passant par la barrière classique sont immédiatement pompées vers le côté haute pression de la garniture par des rainures génératrices de pression. La garniture active ne peut être utilisée que dans la position intérieure, entre le compartiment tampon du fluide et l unité motrice. Si elle était employée en position extérieure, le fluide du tampon serait envoyé dans le liquide pompé. Étanchéité active appliquée dans une garniture enfichable. Le fluide s écoulant du tampon vers le boîtier du stator est immédiatement pompé vers le compartiment tampon. Répartition de la pression sur une surface de garniture rainurée. Les rainures Les éventuels liquides présents dans le diamètre interne de la garniture sont transportés, le long des rainures en spirale, vers la partie externe de la surface d étanchéité par un mouvement relatif entre la partie fixe et la partie en rotation. La pression du fluide augmente le long de la rainure du fait de la viscosité, ce qui provoque un retour du liquide vers le côté haute pression de la garniture et bloque efficacement les fuites du compartiment tampon vers le boîtier du stator. 17

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3 Matériaux 3.1 Matériaux des anneaux des garnitures mécaniques Le choix du matériau a une importance vitale pour la performance des garnitures. Pour une forte résistance à l usure, il faut suivre la règle de base selon laquelle le matériau doit être plus dur que les particules présentes dans le milieu pompé. Il faut donc que le matériau des anneaux des garnitures extérieures soit très dur, mais cela ne suffit pas. Un bon matériau doit également avoir de bonnes propriétés coulissantes, une forte rigidité, une conductivité thermique élevée et une faible dilatation thermique. De plus, il faut qu il soit chimiquement compatible avec le milieu. Seuls le carbure métallique, le carbure de silicium et l oxyde d aluminium répondent aux exigences d utilisation dans les joints extérieurs des produits Flygt. Dureté élevée Rigidité élevée Bonne propriété coulissante Conductivité thermique élevée Dilatation thermique faible 19

3 Matériaux Densité [g/cm 3 ] 14 Dureté [HV3] 1300 Rigidité [GPa] 600 Résistance à la flexion [MPa] 2600 Conductivité thermique [W/mK] 100 Limites de ph [ph] 3 14 Densité [g/cm 3 ] 3,1 Dureté [HV3] 2700 Rigidité [GPa] 420 Résistance à la flexion [MPa] 390 Conductivité thermique [W/mK] 100 Limites de ph [ph] 0 10 Carbure métallique résistant à la corrosion (WCCR) Carbure de tungstène résistant à la corrosion (WCCR) La teneur moderne du WCCR a été élaborée de façon à combiner les propriétés coulissantes remarquables du carbure de tungstène cémenté cobalt (WCCo) et la résistance à la corrosion de l ancienne teneur du WCCR. Le nouveau WCCR combine les meilleures propriétés des anciennes teneurs du carbure de tungstène. Le résultat est un matériau résistant à la corrosion ayant d excellentes propriétés coulissantes, qui permet une charge de face élevée et donne une bonne performance à l essai. Sa force, sa rigidité et sa dureté élevées constituent un grand avantage, qui donne aux bagues d étanchéité une grande stabilité de forme et permet aux faces de joint de rester plates. La bonne conductivité thermique dissipe la chaleur produite et l éloigne des faces de joint et empêche la pellicule de lubrification dans l interface du joint étanchéité de s évaporer. Le WCCR est un matériau à usages multiples, qui convient le mieux pour les anneaux de garnitures, dans tous les milieux, à l exception des milieux fortement acides et de ceux ayant un contenu élevé en chlorure. Carbure de silicium (RSiC) Le carbure de silicium est commercialement disponible en trois teneurs différentes : fritté, transformé et lié par réaction. Flygt a choisi de n utiliser que le carbure de silicium lié par réaction car ses propriétés de coulissement, d usure et de stabilité dimensionnelle sont supérieures. Le carbure de silicium a plusieurs bonnes qualités qui le rendent très adéquat pour des anneaux de garniture. Sa haute conductivité thermique et sa capacité d autolubrification donnent une grande capacité de charge à la surface. Étant donné que c est le matériau le plus dur pour anneaux de garnitures, sa résistance à l usure abrasive est excellente. De plus, le carbure de silicium a une bonne résistance aux liquides acides et aux liquides de chlorure. Par contre, il peut avoir une faible force mécanique et une faible résistance aux liquides alcalins. Principalement à cause de sa fragilité et du fait que ses propriétés coulissantes ne sont pas assez bonnes, le carbure de silicium est toujours le deuxième choix après le carbure métallique pour les produits Flygt et il est surtout utilisé lorsque les propriétés corrosives du liquide l exigent. 20