Présentation
Auteur(s)
-
- l’Association française de la Mécanique de haute précision (AFMHP), Commission technique « Garnitures mécaniques » : composée des sociétés : Burgmann France, Chesterton, Cyclam, John Crane France, Latty International
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’évolution permanente des exigences techniques et économiques du monde industriel conduit à une utilisation de plus en plus généralisée des étanché-ités dynamiques par garnitures mécaniques. Cet article vient en complément de l’article « Étanchéité en mécanique de ce traité ».
En effet, la technologie sans cesse améliorée des garnitures mécaniques permet d’assurer avec un maximum de fiabilité l’étanchéité de produits les plus divers dans des conditions d’exploitation de plus en plus sévères (avec des durées de vie pouvant atteindre plusieurs milliers d’heures) :
-
hautes pressions : plus de 150 bar ;
-
hautes températures : plus de 400 ˚C ;
-
hautes vitesses : plus de 10 000 tr/min ;
-
grands diamètres : plus de 500 mm.
Les garnitures mécaniques répondent aux besoins de tous les secteurs d’activités tels que chimie, pétrochimie, industrie pétrolière, papeterie, industries de transformation, alimentaires, agroalimentaires, textiles, pharmaceutiques, etc. Les produits les plus divers sont étanchés : produits clairs ou chargés, mélanges, sirops, bitumes, pâte à papier, ciments, poudres, gaz liquéfiés ou non, etc.
La garniture mécanique est donc un organe essentiel de toute machine tournante comme les pompes (figure 1), compresseurs, agitateurs, turbines à gaz, centrifugeuses, clarificateurs, raffineurs, réacteurs, etc. À ce titre, les différentes études menées par tous les services de maintenance des industriels montrent que la solution garniture mécanique est globalement la plus économique car présentant le meilleur compromis entre fiabilité et coût.
Les composants entrant dans la technologie des garnitures mécaniques sont des éléments faisant appel à la mécanique de haute précision et au savoir-faire du fabricant. Les pièces constitutives d’une garniture mécanique peuvent être classées en quatre groupes : faces de frottement, étanchéité secondaire (joints, membranes, soufflets, etc.), ressorts (ou soufflets ou autres), et autres constituants de liaison (chemise, couvercle, vis, supports, etc.).
La sélection du type de garniture mécanique et des matériaux utilisés est basée sur les connaissances théoriques et pratiques du fabricant (calculs, recherches, essais, expériences, etc.). Tous les matériaux des composants de la garniture mécanique en contact avec le fluide à étancher doivent :
-
résister aux températures extrêmes sans perdre d’une façon significative leurs caractéristiques ni se détériorer dans le temps ;
-
avoir des caractéristiques mécaniques suffisantes pour résister aux contraintes générées par les conditions de service (pression, vitesse) ;
-
être capables de résister à toute attaque chimique spécifiée.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
-
BM 5 425 – Garnitures mécaniques. Technologie (le présent article) ;
-
Garnitures mécaniques - Technologie – Garnitures mécaniques. Montage et maintenance ;
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- Version courante de avr. 2012 par l'Association des roulements des transmissions de l'étanchéité et de la mécatronique associée (ARTEMA)
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1. Description des technologies et des principes
Les technologies utilisées sont :
-
la garniture mécanique avec contact lubrifiée par un liquide ou non (dans ce dernier cas la garniture est dite « sèche ») ;
-
la garniture mécanique sans contact.
1.1 Garniture mécanique avec contact
Le principe de base consiste à assurer l’étanchéité entre deux faces en mouvement relatif (rotation) lubrifiées par un film liquide. Ce film entretenu par la rotation provient du fluide véhiculé par la machine ou d’un fluide auxiliaire (figure 2). Une infime partie du film peut s’écouler hors des faces de frottement. Ce débit est appelé fuite ou consommation de la garniture. Le frottement, au niveau du film, produit de la chaleur qui échauffe les faces de frottement, le film lui-même, et le fluide environnant.
Pour assurer une durée de vie optimale des faces de la garniture, le film doit être stable et liquide. Pour éviter sa vaporisation, le fluide à étancher doit avoir une pression suffisante au droit de la garniture (voir tension de vapeur des fluides considérés).
HAUT DE PAGE
Une garniture mécanique est composée de deux sous-ensembles (figure 2) : l’un statique et l’autre tournant.
Les éléments principaux sont :
-
les faces de frottement, une par sous-ensemble ;
-
les étanchéités secondaires (joints, soufflet métallique, membrane synthétique), au moins une par sous-ensemble ;
-
un élément élastique (ressort(s), soufflet métallique, membrane synthétique), dans l’un des sous-ensembles ;
-
des éléments de liaison des deux sous-ensembles à la machine (chemise, couvercle, vis, support, etc.).
En statique, ces deux sous-ensembles sont maintenus en contact par l’action de l’élément élastique.
Cet élément élastique (figure 3) peut être : incorporé dans le sous-ensemble statique ou tournant, ou immergé dans le fluide...
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Pour toute précision ou compléments d’information, s’adresser aux constructeurs cités en tête de l’article.
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Guide pratique pour le montage, la mise en service et l’entretien des garnitures mécaniques pour pompes rotodynamiques - , AFCP, AFMHP, AFNOR, CETIM, diff. Prodoc.
-
(2) - MAYER (E.) - Garnitures mécaniques d’étanchéité - . Éd. Dunod. 2e édition 1978.
-
(3) - MARTIN (J.) - Manuel de l’étanchéité en mécanique - . Éd. PPI-CCP.
-
(4) - SUMMERS-SMITH (J.D.) - Mechanical seal pratice for improved performance - . Éd. Mechanical Eng. Publ.
-
(5) - Conférences internationales du BHRG - .
-
(6) - Conférences internationales du STLE/ASME - .
-
...
NORMES
-
Caoutchouc et latex – Nomenclature. Indice de classement : T40-002. - NF ISO 1629 - 9-1988
-
Spécifications techniques pour pompes centrifuges – Classe 1. Indice de classement : E44-152. - NF EN ISO 9905 - 1-1988
-
Spécifications techniques pour pompes centrifuges. Classe II. (Projet de norme européenne EN ISO 5199). Indice de classement : E44-151. - Pr NF EN ISO 5199 - 9-1999
-
(Voir CEN) indice de classement E 44-170, remplace NF E 29-991. - NF EN 12756 - 4-2001
-
Garnitures mécaniques d’étanchéité pour arbres d’agitateurs : arbres d’agitateurs en acier non allié et inoxydable – caractéristiques de fonctionnement, dimensions de montage. - DIN 28138-1 - 1983
-
Garnitures mécaniques d’étanchéité pour arbres d’agitateurs : arbres d’agitateurs en acier vitrifié – caractéristiques de fonctionnement, dimensions de montage. - DIN 28138-2 - 1983
-
...
Association Française de la Mécanique de Haute Précision (MHP) http://www.mhp-france.com
Association Française des Techniciens du Pétrole (AFTP)
British Hydrodynamic Research Group (BHRG)
Centre Technique des Industries Mécaniques (CETIM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
HAUT DE PAGE1.1 European Sealing Association
Hydromécanique et frottement (HEF)
Institution of Mechanical Engineers (IME)
Society of Tribologists and Lubrication Engineers (STLE)
HAUT DE PAGE
Verband Deutscher Maschinen und Anlagebauer (VDMA) : Fluidtechnik
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