Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les garnitures mécaniques sont des systèmes d’étanchéité utilisés sur tout type de machines tournantes et avec des fluides très variés. Cet article traite du cas où les garnitures mécaniques fonctionnent avec des fluides compressibles, que ce soient des gaz à basse ou haute pression ou des liquides pouvant se vaporiser dans l’interface d’étanchéité. Les phénomènes physique propres à ces différents régimes de fonctionnement, leur classification et les conséquences sur le comportement de la garniture mécanique seront présentés. Le cas des garnitures mécaniques à rainures spirales utilisées pour les gaz sera aussi analysé.
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Mechanical faces seals are sealing systems used on many rotating machines with a large panel of fluids. This article addresses the case where mechanical face seals operate with compressible fluids, that is to say low and high pressure gases and liquids undergoing vaporisation during the sealing process. The physical phenomena governing each of these working conditions, their classification and the impact on the mechanical seal performance are presented. The case of spiral groove face seal working with a gas is also analysed.
Auteur(s)
-
Noël BRUNETIÈRE : Directeur de recherche CNRS - Institut Pprime, CNRS – Univeristé de Poitiers - ISAE Ensma, SP2MI, - Chasseneuil du Poitou, France
INTRODUCTION
Les garnitures mécaniques d’étanchéité sont des systèmes d’étanchéité utilisés dans de nombreuses machines allant des plus simples telles que les pompes de lave-linge, à des systèmes sophistiqués parmi lesquels les pompes de circulation de centrale nucléaire ou les compresseurs pour gazoduc. Elles sont donc amenées à fonctionner avec des conditions de pression (du vide jusqu’à 50 MPa), de vitesse (jusqu’à 200 m/s) et de température très large (depuis des conditions cryogéniques jusque plusieurs centaines de degrés). Bien qu’elles soient majoritairement utilisées pour étancher des liquides, elles le sont également pour étancher des fluides compressibles tels que les gaz ou des liquides subissant une vaporisation partielle ou complète lors de la traversée de l’étanchéité. On parle dans ce dernier cas de fluide diphasique. Les exemples typiques sont les compresseurs centrifuges pour gaz et les pompes de circulation d’eau chaude. Les phénomènes physiques propres à ce type d’écoulement et de fluide doivent être pris en compte pour maîtriser le comportement des garnitures mécaniques fonctionnant avec des fluides compressibles et diphasiques. Cet article présente une classification des différents régimes d’écoulement (gaz basse pression et haute pression, écoulement diphasique) et des phénomènes physiques associés. Puis, le comportement et les spécificités des garnitures mécaniques utilisées dans ces conditions sont présentés et analysés, afin de fournir au lecteur les clés pour comprendre les principes de fonctionnement de ce composant mécanique.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.
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KEYWORDS
gas | mechanical face seal | two-phases | spiral grooves
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Étanchéité des gaz à basse pression2. Écoulement des fluides compressibles
L’objectif de ce chapitre est de présenter les différents régimes d’écoulement pouvant apparaître entre les faces d’une garniture mécanique lorsque celle-ci fontionne avec un fluide compressible.
2.1 Diagramme de phase
Un corps pur peut généralement se présenter sous trois différents états : solide, liquide et gazeux. Nous nous limitons au cas des fluides, c’est-à-dire liquide et gaz. Dans un diagramme pression température, les phases liquide et gaz sont séparées par une ligne appelée courbe de saturation (ligne rouge sur la figure 3). La courbe se termine par un point dit critique au delà duquel il n’y a plus de différence entre l’état liquide et l'état gazeux [BE8040]. Sur la figure 3, la pression p est normalisée par la pression critique pc et la température T par la température critique Tc . Les coordonnées du point critique sont donc (1, 1).
Lorsque le fluide à étancher traverse l’interface d’une garniture, sa pression passe d’une valeur élevée (pression dans la chambre ou dans la machine) à une pression plus faible (pression atmosphérique par exemple). Dans cet article, nous abordons trois types de problème :
-
étanchéité d’un gaz à basse pression (cas 1 sur la figure 3) ;
-
étanchéité d’un gaz à haute pression (cas 2 sur la figure 3) ;
-
étanchéité d’un fluide diphasique (cas 3 sur la figure 3) : le fluide rentre dans le contact à l’état liquide et ressort dans un état gazeux ou mixte (mélange de liquide et de gaz).
Comme on le verra par la suite, les cas 1 et 2 se différencient par des rapports de pression entrée sortie très différents. D’autre...
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Écoulement des fluides compressibles
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BRUNETIÈRE (N.), THOMAS (S.), TOURNERIE (B.) - The Parameters Influencing High Pressure Mechanical Gas Face Seals Behavior in Static Operation. - In : Tribology Transactions 52.5, p. 643–654 (2009).
-
(2) - BRUNETIÈRE (N.) - Modelling of Reverse Flows in a Mechanical Seal. - In : Tribology Online 11, p. 94-101. doi :10.2474/trol.11.94. url : https://www.jstage.jst.go.jp/article/trol/11/2/11_94/_pdf (2016).
-
(3) - BRUNETIÈRE (N.) - A General Model for Liquid and Gas Lubrication, Including Cavitation. - In : Journal of Tribology 140, 021702-10 p. doi :10.1115/1.4037355 (2018).
-
(4) - THOMAS (S.) - Modélisation Numérique du Comportement Thermo-Aéro-Dynamique des Garniture d’Étanchéité pour Gaz Réels à Hautes Pressions. - Thèse de doct. Laboratory of Solid Mechanics, UMR CNRS 6610, SP2MI, 86962 Futuroscope, France : University of Poitiers (2006).
-
(5) - LIEPMANN (H.W.), ROSHKO (A.) - Éléments de la dynamique...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
ARTEMA – Garnitures mécaniques d'étanchéité – Montage, maintenance et défaillances.
-
Garnitures mécaniques d’étanchéité – Lubrification hydrodynamique et mixte.
-
Garnitures mécaniques d’étanchéité – Comportement dynamique et thermique.
-
Garnitures mécaniques d’étanchéité – Déformations des faces et applications.
-
...
ANNEXES
Tribo-pprime workshop, https://tribopprime2020.sciencesconf.org/
Fluid Sealing Conference, BHRGroup http://www.bhrgroup.com
International Sealing Conference (ISC), Stuttgart https://sealing-conference.com/
STLE annual meeting https://www.stle.org/annualmeeting
HAUT DE PAGE
Se référer aux articles [BM 5 425] et [BM 5 426].
HAUT DE PAGE3.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Artema, Syndicat des des industriels de la mécatronique :...
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