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RÉSUMÉ
Les garnitures mécaniques sont des systèmes d’étanchéité d’arbres tournants répondant aux besoins des industries de la chimie, pétrochimie, pétrole, papier, alimentaire, agroalimentaire, textile, pharmaceutique… Les produits les plus divers sont étanchés : clairs ou chargés, mélangés, sirops, bitumes, pâte à papier, ciments, poudres, gaz liquéfiés ou non… La garniture mécanique est un organe essentiel de toute machine tournante, comme les pompes, compresseurs, agitateurs, turbines à gaz, centrifugeuses, raffineurs, réacteurs…
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l'Association des roulements des transmissions de l'étanchéité et de la mécatronique associée (ARTEMA) : Groupe technique « Étanchéité dynamique », composée des sociétés : EagleBurgmann, Technetics Group France, John Crane France, Latty International et du Cetim.
INTRODUCTION
L'évolution permanente des exigences techniques et économiques du monde industriel conduit à une utilisation de plus en plus généralisée des étanchéités dynamiques par garnitures mécaniques. Cet article vient en complément de l'article « Étanchéité en mécanique » [B 5 420] 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) :
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hautes pressions : plus de 150 bar ;
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hautes températures : plus de 400 oC ;
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hautes vitesses : plus de 10 000 tr/min ;
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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, 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 primaire), 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 :
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résister aux températures extrêmes sans perdre d'une façon significative leurs caractéristiques ni se détériorer dans le temps ;
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avoir des caractéristiques mécaniques suffisantes pour résister aux contraintes générées par les conditions de service (pression, vitesse) ;
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être capables de résister à toute attaque chimique spécifiée.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2001 par L’ASSOCIATION FRANÇAISE DE LA MÉCANIQUE DE HAUTE PRÉCISION (AFMHP), COMMISSION TECHNIQUE « GARNITURES MÉCANIQUES »
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Facteurs agissant sur la performanceArticle inclus dans l'offre
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1. Description des technologies et des principes
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Principe de base
L'étanchéité principale d'une garniture mécanique est une étanchéité faciale réalisée entre deux bagues en contact, l'une étant en rotation solidaire de l'arbre, l'autre étant fixe et solidaire du bâti de l'appareil.
L'effort de fermeture entre ces deux faces est assuré par un élément élastique (ressort de différents types ou soufflets) auquel s'ajoute l'effet de la pression sur l'une des bagues.
Afin d'assurer l'étanchéité des différents éléments et notamment de la bague solidaire de l'élément élastique, l'étanchéité principale est complétée d'éléments d'étanchéité secondaires qui sont de deux types : statique et semi-dynamique (étanchéité de la face montée sur l'élément élastique de fermeture). Ces étanchéités sont classiquement assurées par des joints en élastomère, des membranes élastomères ou des soufflets métalliques.
L'étanchéité entre les faces est dite relative puisque son bon fonctionnement repose sur l'existence d'un film interfacial.
Un exemple de garniture mécanique d'étanchéité est présenté figure 1.
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Constitution
Une garniture mécanique est donc composée de deux sous-ensembles (figure 2) : l'un statique et l'autre tournant.
Les éléments principaux sont :
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les faces de frottement qui assurent l'étanchéité principale ;
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les étanchéités secondaires (joints, soufflet métallique, membrane synthétique) qui assurent la liaison étanche entre les faces et leurs supports (arbre et boîtier de garniture) ;
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un élément élastique (ressort(s), soufflet métallique, membrane synthétique), dans l'un des sous-ensembles qui assure à la fois une pression de contact entre les faces et l'étanchéité de l'ensemble à l'arrêt ;
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des éléments de liaison des deux sous-ensembles à la machine (chemise, couvercle, vis, support, etc.).
Selon la nature du fluide présent à l'interface, on distingue trois technologies différentes, qui sont :
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la garniture mécanique...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Guide de montage, de mise en service et de maintenance des garnitures mécaniques, ARTEMA, CETIM. Ed. CETIM - –
-
(2) - MAYER (E.) - Garnitures mécaniques d'étanchéité. Éd. Dunod. - 2e édition 1978.
-
(3) - SUMMERS-SMITH (J.D.) - Mechanical seal pratice for improved performance - . Éd. Professionnal Eng. Publ. 2005.
-
(4) - MULLER (H.K.), NAU (B.S.) - Fluid sealing technology: principles and applications. - Éd. Marcel Dekker Inc. Publ. 1998.
-
(5) - FLITNEY (R.) - Seals and Sealing Handbook. - Éd. Elsevier Science Ltd.
Workshop EDF-LMS Université de Poitiers.
Conférences internationales du BHR Group.
Conférences internationales du STLE/ASME.
Conférences de l'Association française des techniciens et professionnels du pétrole.
HAUT DE PAGE2.1 Association Française de Normalisation (AFNOR)
NF ISO 1629 (11-2006), Caoutchouc et latex – Nomenclature. (A1-08-2088), Indice de classement : T40-002. NF EN ISO 9905 (1-1988), Spécifications techniques pour pompes centrifuges – Classe 1. (A1-07-2011), Indice de classement : E44-152. NF EN ISO 5199 (6-2002), Spécifications...
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