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
1.1Principe
1.2Composantes
1.3 Fonction
1.4Autres garnitures d’étanchéité
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2.Système de joints d’étanchéité Flygt
2.1 Généralités
2.2Types de joints d’étanchéité
2.3 La garniture enfichable
2.4 Étanchéité active
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3.Matériaux
3.1Matériaux des anneaux des garnitures mécaniques
3.2Élastomères
3.3Autres matériaux
3.4Sélection de joints d’étanchéité
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4. Entretien et maintenance
4.1Entretien
4.2Diagnostic d’anomalies
4.3Montage
4.4 Liquides tampons
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5. Accessoires
5.1Balayage des joints d’étanchéité
5.2Détecteurs de fuite
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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
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1 Bagues d’étanchéité
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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.
2 Ressort
Interface de
scellement
1
2
4
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 ».
4 Mécanisme de verrouillage de couple
Côté de la roue
à aubes
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.
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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.
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.
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.
La charge des faces est déterminée par deux paramètres: la
charge du ressort et le ratio d’équilibre.
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.
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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.
1.3.2 Facteurs de charge
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.
Non équilibré
Ah
Équilibré
Ah
A
Ah 1
A
Ah
A
Ah 1
A
Charge de face
A
Ah 1
A
Charge de face
Charge de face
Limite
de charge
Charge
du ressort
Limite
de service
Pression
de la pompe
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.
Pression
de la pompe
Pression
de la pompe
fig 1.2
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
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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
JOINT PRESSE
GARNITURE MÉCANIQUE
Figure 1.6 Pression et limites de vitesse décroissante pour
divers types de garnitures d’étanchéité.
POINTS DE FONCTION
POUR LES JOINTS FLYGT
JOINT À LÈVRES
VITESSE DÉCROISSANTE
fig 1.6
8
2 Système de joints
d’étanchéité Flygt
2.1 Généralités
comme une force de fermeture sur le joint.
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.
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.
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.
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.
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
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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.
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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.
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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.
Usure dans une cavité traditionnelle
de joint d’étanchéité
• 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.
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.
12
Particules expulsées par la cavité
de joint d’étanchéité de type Spin-out
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
Force de
fermeture
Pression
pompe
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.
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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.
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Type M
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.
Type S
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.
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
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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
16
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.
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
18
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/cm3]14
Densité
[g/cm3]3,1
Dureté
[HV3]1300
Dureté
[HV3]2700
Rigidité
[GPa]600
Rigidité
[GPa]420
Résistance à la flexion [MPa]2600
Résistance à la flexion [MPa]390
Conductivité thermique[W/mK]100
Conductivité thermique[W/mK]100
Limites de pH Limites de pH [pH]3–14
Carbure métallique résistant à la corrosion
Carbure de silicium
(WCCR)
(RSiC)
Carbure de tungstène résistant à la corrosion (WCCR)
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.
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.
20
[pH]0–10
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.
Densité
[g/cm3]3,8
Densité
[g/cm3]2,5
Dureté
[HV3]1500
Dureté
[HV3]100
Rigidité
[GPa]360
Rigidité
[GPa]20
Résistance à la flexion [MPa]300
Résistance à la flexion [MPa]80
Conductivité thermique[W/mK]25
Conductivité thermique[W/mK]20
Limites de pH Limites de pH [pH]0–14
[pH]–
Oxyde d’aluminium
Carbone
(Al203)
(CSb)
L’oxyde d’aluminium est dur, chimiquement inerte et
relativement peu cher. Ces qualités en ont fait un matériau
populaire pour anneaux de garnitures. Du point de vue
économique, il est faisable de concevoir des bagues
d’étanchéité en oxyde d’aluminium en un seul morceau,
ce qui présente des avantages sur le plan du rendement en
matière de fuite et d’usure.
Bien que le carbone ne soit pas suffisamment dur pour être
utilisé dans des joints extérieurs, ses excellentes propriétés
coulissantes et sa capacité à se conformer à sa contre-face
plus dure rendent son utilisation adéquate dans des joints
intérieurs.
Le désavantage de l’oxyde d’aluminium réside dans ses
propriétés coulissantes inférieures, par comparaison avec le
carbure métallique et le carbure de silicium. Cela limite son
utilisation aux applications à faibles vitesse et pression.
Pour autant que les limites ne soient pas dépassées, c’est un
bon matériau pour anneaux de garnitures.
Un inconvénient important est sa faible capacité à supporter
un fonctionnement continu pendant de longues périodes.
Les bagues d’étanchéité spécialement grandes ont tendance
à faire des boursouflures en surface après quelque deux mille
heures de fonctionnement. Par conséquent, le carbone n’est
utilisé que dans les petits joints d’étanchéité.
Contrairement aux autres matériaux, le carbone peut
supporter des essais à des faibles vitesses en raison des
propriétés d’autolubrification du graphite. Flygt n’utilise que
du carbone à haute température puisque, à part la durabilité
à haute température, ses caractéristiques d’usure et sa
stabilité dimensionnelle sont supérieures.
21
3 Matériaux
3.2 Élastomères
Pour les joints statiques, deux variétés de caoutchouc
prédominent :
Le nitrile (NBR) et le caoutchouc fluorocarbone (FPM),
fréquemment distribué sous la marque Viton®.
Le caoutchouc nitrile
(NBR)
Le NBR a de très bonnes propriétés mécaniques telles
que la résistance au déchirement et l’élasticité; il présente
également une bonne résistance à l’huile et à l’eau.
Les inconvénients du NBR sont ses limites de résistance à
la température (110°C) d’une part, et aux acides puissants,
d’autre part.
Le NBR est noir et ne comporte aucun marquage.
Le caoutchouc fluorocarbone
(FPM)
Le FPM est généralement le choix standard en matière de
pièces en caoutchouc pour les joints d’étanchéité. Le FPM
peut être utilisé jusqu’à 250°C et ne craint généralement pas
la plupart des acides et autres alkalis, à l’exception notable
des alkalis très puissants.
Les propriétés du FPM n’atteignent pas néanmoins celles du
NBR : le FPM est plus sensible aux dommages mécaniques.
Afin de faciliter son identification, le FPM est de couleur
verte; il peut également être noir avec un point violet.
Le caoutchouc perfluoré
(FFKM)
Dans les milieux extrêmement agressifs, le nitrile ou
le Viton® ne présentent pas une résistance chimique
suffisante. Pour ces milieux, certains joints d’étanchéité sont
disponibles avec des pièces en caoutchouc FKM. Le FKM
est un matériau couteux, qui résiste à la plupart des agents
chimiques et à des températures pouvant atteindre 240°C.
22
3.3 Autres matériaux
D’autres composantes de joints d’étanchéité, tels que
les ressorts et les dispositifs de retenue, sont faits de
matériaux qui conviennent à tous les types de pompes
ou d’agitateurs. Les matériaux en acier inoxydable et en
polymère sont les plus répandus en raison de leur résistance
à la corrosion.
Les composantes qui ne sont pas exposées au milieu
peuvent être composées d’autres matériaux moins
résistants à la corrosion, comme le bronze et l’aluminium.
L’acier
La majorité des pièces en acier que l’on trouve dans les
joints d’étanchéité sont en acier inoxydable. Les deux types
principaux étant :
A) AISI 302/304 : un alliage chrome/nickel qui peut résister
à la plupart des liquides en contact avec les produits Flygt.
Le contenu plus élevé en carbone de l’AISI 302 en fait un
matériau plus particulièrement indiqué pour les ressorts et
les serre-clips, alors que le 304 sera plus indiqué pour les
pièces en tôle.
B) AISI 329 : Outre le chrome et le nickel, cet alliage
contient également du molybdène et peut par conséquent
mieux résister aux chlorures et aux acides.
Les polymères
Seul un type de plastique est utilisé dans les joints
d’étanchéité Flygt :
Le polysulfure de phénylène (PPS)
D’une grande résistance, il présente une excellente stabilité
dimensionnelle, des propriétés élevées d’usure et une
excellente résistance aux produits chimiques.
Il résiste à des températures plus élevées que le nitrile, sa
limite de température se rapprochant de celle du Viton®.
23
3 Matériaux
3.4 Sélection de joints
d’étanchéité
d’étanchéité. Tous les joints d’étanchéité disponibles pour un
certain produit figurent dans la table de sélection des joints
d’étanchéité d’Flygt. Celle-ci peut être consultée sur l’Intranet
d’Flygt.
Plusieurs joints peuvent convenir à la plupart des produits en
position extérieure, ainsi que dans certains cas, en position
intérieure. Le matériau standard de garniture mécanique
utilisé dans les produits Flygt est le carbure de tungstène
anticorrosion.
Le code de classification présenté dans la table pour
chaque joint d’étanchéité fournit l’information concernant
la performance et la compatibilité des matériaux et des
différents types de joints, en fonction des milieux.
D’autres matériaux de garniture mécanique sont
fréquemment proposés, qui peuvent résister à des milieux
particulièrement agressifs ou convenir à un budget plus
limité. Pour certains produits, des joints très robustes
seront proposés à la place de la version standard du joint
La description des différents types de joints, proposée dans
les pages 14 et 15, fournit des indications complémentaires
relatives à la sélection des modèles.
Élastomères
32
9
31
6/
C
N
F
S
H
P
PP
AI
A
AI
SI
30
2/
SI
M
FP
S
AI
CS
NB
b
R
3
O
2
iC
RS
R
W
CC
R
30
4
Autres matériaux
S
Garnitures mécaniques
Eaux usées
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Eau douce
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Eau de mer
1*
0
0
0
0
0
0
0
0
Abrasif
0
0
1
2
-
-
-
-
-
pH<3
1
0
0
2
2
0
1
0
0
3<pH<6
0
0
0
2
0
0
0
0
0
6<pH< 10
0
0
0
0
0
0
0
0
0
pH>10
0
2
0
2
0
1
0
0
0
Solvants
0
0
0
0
1
0
0
0
0
Huile moteur
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Table de compatibilité
0 = Aucun effet
1 = Effet mineur à modéré
2 = Effet extrême. Non recommandé!
24
Vous trouverez les détails complets de résistance aux liquides
spécifiques sur CREST (la base de données informatique d’Flygt qui
répertorie les résistances aux différents produits chimiques)
*Les joints en carbure de tungstène anticorrosion (WCCR) peuvent
être affectés par la corrosion galvanique dans l’eau de mer, en
fonction du matériau entourant les pièces.
4 Entretien et maintenance
4.1 Entretien
Flygt recommande un programme de maintenance
préventive comportant des opérations d’entretien principal
et intermédiaire, à intervalles réguliers. Les intervalles
d’inspection et d’entretien sur le système de joints
d’étanchéité peuvent varier en fonction du produit et des
conditions d’utilisation. Les intervalles appropriés sont
spécifiés dans le manuel de maintenance et d’entretien du
produit.
Produits utilisant de l’huile comme liquide
tampon
Lors de l’inspection de l’huile, il est important de réaliser que
l’eau qu’elle contient n’est pas nuisible au fonctionnement
du joint, quel que soit son niveau. La teneur en eau est
simplement indicatrice du taux de fuite du joint extérieure.
La présence d’un peu d’eau dans l’huile est normale du
fait que les garnitures mécaniques, tout comme les joints
d’étanchéité dynamiques, n’éliminent pas complètement les
fuites, mais les limitent à un niveau infime. Si la teneur en eau
de l’huile indique une fuite à travers le joint extérieur, laquelle
dépasserait le taux de fuite indiqué en figure 1.3, alors il
importe de changer l’huile et le joint extérieur. L’eau se sépare
naturellement de l’huile si elle n’est pas agitée/mélangée, de
sorte que sa quantité peut être aisément mesurée.
Si de l’huile a pénétré dans le joint intérieur et fuit dans la
chambre du stator à un taux dépassant celui indiqué en
figure 1.3, il importe de purger la fuite et de remplacer le
joint intérieur.
Produits utilisant de l’éthylèneglycol ou de l’eau
comme liquide tampon
Le contenu liquide dans le regard d’inspection doit être
vérifié à intervalles réguliers, tels que spécifiés dans le manuel
d’entretien.
À moins que le détecteur de fuite situé dans le regard
d’inspection ait déclenché l’alarme dans l’intervalle
d’entretien spécifié, la seule mesure requise est de retirer le
liquide accumulé. Si la fuite a déclenché l’alarme avant la fin
de l’intervalle d’entretien, le liquide doit être retiré et le joint
remplacé.
Vérifier le niveau du liquide tampon. S’il est bas, remplir à
nouveau le contenant jusqu’au niveau recommandé pour le
produit.
Ne jamais démonter un joint si cela ne s’avère pas nécessaire.
Pendant le fonctionnement du produit, les surfaces scellées
s’usent mutuellement par frottement, créant ainsi des
cannelures symétriques. Une fois le joint démonté, ces cavités
ne sont plus symétriques. Les fuites ne peuvent alors plus
être évitées. Concrètement, cela signifie qu’un joint qui a
fonctionné plus d’une semaine avant d’être démonté doit
être remplacé par un nouveau joint.
Fonctionnement à sec
Si la pompe doit être testée à sec après sa mise en service,
les joints ne doivent, en aucun cas, fonctionner sans liquide
tampon. La chaleur générée par les surfaces scellées peut
rapidement détruire les joints s’il n’y a pas de liquide
tampon pour refroidir et lubrifier l’ensemble. Si la chambre
d’étanchéité contient la bonne quantité de liquide, les joints
peuvent fonctionner sans refroidissement de la part du
milieu de pompage. Les joints pour des diamètres d’arbre
supérieurs à 90 mm doivent être limités à un maximum
de 15 minutes de fonctionnement sans refroidissement
extérieur.
Fuites
Le taux de fuite le plus élevé, estimé pour un joint est indiqué
à la figure 1.3 de la page 7 et peut être exprimé à hauteur de
0,05 ml/h pour chaque 25 mm de diamètre; p.ex. : la fuite
la plus importante pour un joint de 150 mm sera estimée à
0,3 ml/h. Les fuites ainsi calculées doivent être interprétées
comme très approximatives. On peut s’attendre, en effet, à
un taux de fuite plus élevé que prévu si la pompe tourne à
haute vitesse et/ou pression, mais les approximations figurant
dans le tableau permettront néanmoins de déterminer si la
fuite est raisonnable ou excessive. Le taux de fuite des joints
d’étanchéité varie selon les modèles utilisés. Le taux moyen
de fuite pour une population de joints est bien en-deçà de
celui indiqué dans le graphique.
Les diagnostics d’anomalies de la page 24 permettent
d’identifier la cause de la défaillance d’un joint d’étanchéité
et la manière d’éviter le problème. Une fuite importante
n’est pas nécessairement due au joint lui-même ou à quoi
que ce soit dans son voisinage. Par ailleurs, les conditions
d’utilisation de l’unité de pompe doivent être prises en
considération. Les dysfonctionnements opérationnels qui ont
un impact négatif sur la performance du joint sont :
• les vibrations
• les cavitations
• les arrêts et redémarrages fréquents
• les autres événements opérationnels fréquents tels que les
hausses brutales de température et de pression. Il importe
par conséquent de limiter ces variations à un minimum.
25
4 Entretien et maintenance
4.2 Diagnostic d’anomalies
Les fuites sont souvent attribuées à la cause fourre-tout du
« mauvais joint ». La défaillance d’un joint peut néanmoins
avoir de nombreuses causes différentes.
La fuite peut même être due à tout à fait autre chose que la
garniture mécanique. Les vis d’inspection et les joints statiques
peuvent également être des sources possibles d’infiltration. Si
la cause est dûment identifiée, la probabilité d’une réparation
concluante en sera grandement améliorée.
Est suggérée ci-après, une liste des problèmes de joint
potentiels, ainsi que des conseils sur les mesures appropriées à
prendre.
Anomalies des garnitures mécaniques
Corrosion
Se retrouve exclusivement sur les surfaces scellées en carbure
métallique. On l’identifie en grattant la surface de scellement
avec une lame. Si des particules se détachent, la surface du
joint est corrodée.
Mesures :
• Vérifier la « Table de sélection des joints d’étanchéité » et la
« Table de compatibilité » de la page 22, afin de sélectionner
un joint plus résistant à la corrosion.
Fissures thermiques
Causées par des surcharges thermiques, elles-mêmes résultant
d’un fonctionnement à sec prolongé ou d’un excès de pression
sur la surface scellée. L’excès de charge sur les surfaces peut, à
son tour, être causé par un ressort compressé entièrement en
raison d’un mauvais montage (ou de mauvaises dimensions de
montage), ou d’une pression du milieu dépassant le seuil de
pression que le joint peut endurer.
Mesures :
• Vérifier le montage du joint.
• Vérifier ses conditions d’utilisation.
• Si les surfaces des garnitures sont faites d’oxyde
d’aluminium, remplacez-les par du carbure métallique ou du
carbure de silicium.
• Utiliser des capteurs de niveau afin d’éviter le
fonctionnement à sec.
26
Désalignement
Causé le plus souvent par un anneau de scellement mal
positionné.
La photo montre un anneau de scellement stationnaire qui a
été soit monté incorrectement soit sorti de sa position initiale
en raison d’une pression trop élevée dans la chambre d’huile.
Mesures :
• Vérifier le montage et les pièces de retenue.
• Vérifier que l’arbre tourne librement (voir « Gauchissements
de l’arbre », page 29).
Piqûres de corrosion ou cloquage
Se rencontrent sur les surfaces en carbone et se produisent
généralement sur des pompes qui fonctionnent en continu.
Mesures :
• Remplacer les surfaces des garnitures par du carbure
métallique.
Marques de glissement
Apparaissent sur la face arrière de l’anneau de scellement et
indiquent que celui-ci a opéré un mouvement de rotation
par rapport à sa structure de retenue (alors qu’il aurait dû
demeurer stationnaire).
Mesures :
• Vérifier le montage et les verrous du couple.
27
4 Entretien et maintenance
Anomalies des joints toriques
Attaque chimiquek
Apparaît sous la forme de fissures, de décoloration ou
d’augmentation de volume. Une augmentation de volume
peut se manifester sous la forme d’extrusions et de
déformations.
Mesures:
• Vérifier le milieu et sélectionner un matériau compatible.
Déformation irréversible
Le joint torique ne retrouve plus sa forme originale après
avoir été désassemblé. La cause en est souvent une
température trop élevée.
Mesures:
• Vérifier que le volume d’huile n’est pas trop bas et si la
garniture intérieure est affectée.
Déchirement
S’explique généralement par un montage sans lubrifiant et/
ou une extrémité acérée des composants entourant le joint
torique. Toujours utiliser de la graisse en quantité suffisante
pour monter les joints d’étanchéité et lisser les surfaces
alentour avec de la toile d’émeri avant l’assemblage.
Mesures:
• Remplacer les joints toriques.
• Vérifier qu’il n’y a pas d’extrémités acérées dans la
chambre du joint torique.
Usure mécanique
Ou un aspect « brûlé » est généralement dû à une mauvaise
rotation entre l’anneau de scellement et sa structure de
retenue.
Mesures:
• Vérifier le montage et les verrous du couple.
28
Anomalies des autres pièces
Ressort brisé
Généralement suite à un désalignement angulaire de
l’anneau de scellement stationnaire par rapport à l’arbre. Ce
qui contraint l’anneau à ressort à constamment altérer sa
position, entraînant à la longue la fatigue et la rupture de
l’anneau. Une attaque chimique peut également entraîner le
bris.
Mesures:
• Vérifier le montage.
• Vérifier les propriétés corrosives du milieu et sélectionner
les matériaux correspondant.
• Vérifier que l’arbre tourne librement en vertu des
« gauchissements de l’arbre », page 29.
Colmatage
Se produit lorsque la surface à ressort n’exerce plus de
pression contre la surface opposée, parce que son ressort et/
ou son joint statique semi-dynamique est bouché par des
débris.
Mesures:
• Remplacer par un concept plus résistant au colmatage.
• Envisager le rinçage des joints.
Ressort bloqué
Causé par l’usure entre les pièces en mouvement et statiques
autour du ressort. Il est particulièrement important de vérifier
cette partie lors du remplacement des joints de type S, parce
que la partie du ressort n’est pas comprise dans l’unité de
remplacement.
Mesures:
• Remplacer ou polir les pièces usées.
• Vérifier que l’arbre tourne librement en vertu des
« gauchissements de l’arbre », page 29.
29
4 Entretien et maintenance
Vis d’inspection
Peuvent être aisément oubliés comme source de fuite.
Mesures:
• Vérifier l’état des joints toriques et des vis.
• Les remplacer si nécessaire.
30
Gauchissement de l’arbre
Nuisibles à la performance des joints d’étanchéité
et doivent être maintenus à un strict minimum.
Mesures:
• Vérifier l’arbre et le support du joint en vertu
de la figure 4.2.
Gauchissement max.
mm
Diamètre
de l’arbre*
mm
A
B
C
≤ 35
0,03
0,1
0,1
45-80
0,05
0,03
0,1
≥ 90
0,05
0,1
0,1
*à la position
de la garniture
fig 4.2
31
4 Entretien et maintenance
4.3 Montage des joints
d’étanchéité
Bien que les anneaux de scellement soient constitués de
matériaux extrêmement durs comme le carbure de tungstène
ou de silicium, ils doivent néanmoins être manipulés avec
soin. L’extrême tolérance de planéité des surfaces scellées
interdit toute distorsion résultant d’un choc physique ou
d’une contamination par des particules, aussi infimes soientelles.
L’écart entre les surfaces scellées est en moyenne inférieur
à 0,5 micromètres, signifiant par là que même les petites
particules d’une empreinte de pouce suffisent à séparer les
surfaces de scellement et à créer une infiltration. En principe,
les particules sur les surfaces scellées sont évacuées après le
démarrage, mais les particules métalliques peuvent causer
une fuite bien avant d’être éliminées.
Les joints d’étanchéité sont les pièces les plus délicates d’une
pompe. Des joints montés avec soin et attention auront un
fonctionnement plus fiable.
• Veillez à ce que les surfaces scellées demeurent propres
• Veillez à ne pas exercer une trop grande force sur les
anneaux de scellement, afin de ne pas les déformer
• Utilisez les outils d’entretien recommandés
• Suivez les instructions de montage fournies avec le système
d’étanchéité
• Vérifiez que l’arbre, les rainures des joints toriques et le
support du joint d’étanchéité sont exempts de rayures et
autres dommages.
Prenez note des endroits où appliquer l’huile ou la graisse.
L’huile, représentée par une canette d’huile dans les
instructions de montage, doit être appliquée, sans exception,
sur toutes les surfaces scellées.
Le joint torique dynamique doit toujours être lubrifié avec de
la graisse, représentée par un graisseur dans les instructions
de montage.
Le joint torique de l’anneau de scellement statique peut être
lubrifié soit avec de la graisse ou de l’huile, pour en faciliter
le montage.
Ne pas utiliser de graisse si l’anneau de scellement n’est pas
équipé d’un verrou de serrage mécanique.
32
Remontage des joints
d’étanchéité
Une joint qui a été utilisé ne
peut pas être remonté une
fois retiré de la pompe.
Après un certain temps
d’utilisation, des cannelures
microscopiques se créent
à la surface des garnitures,
dans une symétrie parfaite. Si un joint qui a été
utilisé avant l’opération
d’entretien sur la pompe
est enlevé, ces cannelure
ne seront plus symétriques
après remontage, ce qui
risque d’entraîner une fuite.
Ce phénomène s’applique
à toutes les garnitures
mécaniques, quel que soit
leur modèle.
Instructions générales de
montage
Préparation du support de joint
Nettoyez le support de joint et l’arbre moteur
avec soin; utilisez de la toile d’émeri pour lisser
la surface si nécessaire.
Lubrifiez le joint torique
dynamique avec de la
graisse.
Appliquez la graisse
sur l’arbre moteur ou
le manchon de l’anneau
de scellement afin qu’elle
puisse être recueillie par
le joint torique une fois
l’anneau de scellement
glissé en place.
Nettoyez les surfaces des joints à fond avec du
solvant et du papier sans poussière. Même les
particules les plus infimes peuvent entraîner une
fuite. Appliquez une ou deux gouttes d’huile sur
les surfaces du joint avant de le fermer.
33
4 Entretien et maintenance
Montage des garnitures Griploc
1. Lavez vos mains. Nettoyez tous les
éléments qui doivent entrer en contact
avec la garniture. Même les plus
petites particules restant sur la surface
des garnitures peuvent provoquer un
écoulement.
2. Nettoyez l’arbre ainsi que la surface du
joint. Recherchez les éventuelles éraflures
susceptibles de provoquer une fuite par le
joint torique.
3. Lubrifiez le joint torique. Utilisez de
l’huile si la bague d’étanchéité n’est
pas équipée d’un système de blocage
mécanique du couple. Sinon, utilisez de
la graisse.
4. Poussez sur la bague d’étanchéité
pour la positionner dans son logement.
Nettoyez soigneusement la surface
d’étanchéité avec un solvant si elle a été
salie par les doigts ou par les outils.
34
5. Appliquez quelques gouttes d’huile sur
la surface de la garniture.
6. Nettoyer l’arbre moteur avec un
solvant. Montez l’unité rotative sur l’arbre
en la poussant dans sa position avec
l’outil de montage jetable.
7. Maintenez la compression de la
garniture avec l’outil de montage
pendant le serrage de la vis de blocage,
qui doit se faire d’abord en tournant
simplement le tournevis, puis en lui
appliquant une force axiale. Si le
tournevis reçoit une force axiale avant
que le ressort de blocage agrippe l’arbre,
vous risquez de pousser la garniture hors
de sa position correcte. Retirez l’outil de
montage en plastique noir.
8. Vérifiez si la garniture est bien ajustée.
Si ce n’est pas le cas, repositionnez l’outil
de montage sur la garniture, desserrez
la vis de blocage, poussez fermement
la garniture en position avec l’outil,
puis serrez la vis de blocage en faisant
attention à ne pas faire sortir la garniture
de sa position avec le tournevis.
Cet intervalle de 1 mm doit
être visible sur les garnitures
correctement montées.
35
4 Entretien et maintenance
Montage des joints de type
cartouches
1. Lavez-vous les mains.
Vérifiez la propreté de tout élément
susceptible d’entrer en contact avec le joint.
Même les particules les plus infimes sur la
surface du joint peuvent occasionner une
fuite.
2. Nettoyez, vérifiez la présence de rayures et
graissez l’arbre moteur.
3. Poussez le système d’étanchéité en
place en exerçant une pression tant sur les
pièces stationnaires que rotatives. Vérifiez la
correspondance des cannelures du joint et
de l’arbre moteur.
36
4. Installez l’anneau de retenue en le faisant
glisser le long de l’arbre jusqu’à ce qu’il se
bloque dans sa cannelure. N’utilisez pas de
pinces à anneaux de retenue.
Donnez une ou deux poussées à l’anneau
de retenue pour bien le fixer au fond de sa
cannelure et ainsi empêcher qu’il ne bouge
pendant l’utilisation.
5. Vérifiez que le joint torique est bien en place
dans le couvercle de la chambre d’étanchéité
(sauf pour l’agitateur 4630-4670).
Verrouillez le système d’étanchéité en place
avec le couvercle.
6. Appliquez un peu de graisse à l’intérieur
du revers en caoutchouc pour protéger l’arbre
moteur et l’anneau de retenue de la corrosion
et de la saleté.
37
4 Entretien et maintenance
Contrôle de l’étanchéité
Après avoir installé un nouveau joint mécanique, il est important
de tester son étanchéité. Les fuites peuvent être détectées en
appliquant une pression négative dans la chambre d’étanchéité
et surveiller le changement de pression pendant un période de
temps déterminée. Pour des raisons de sécurité, une pression
positive ne devrait jamais être utilisée pour contrôler l’étanchéité
puisqu’une pression aussi minime soit-elle pourrait causée des
blessures dans l’éventualité d’une défaillance structurelle.
Valve d’isolation
Vérification du changement de pression pendant
le teste d’étanchéité
Appliquer une pression différentielle négative d’environ 0.5 – 0.7
bar (pression absolue de 0.5 – 0.3 bar) à l’intérieur de la chambre
d’étanchéité vide. Une fois la pression prescrite appliquée,
fermer la conduite d’évacuation à l’aide de la valve d’isolation et
surveiller le changement de pression à l’aide d’un manomètre de
pression.
Le changement de pression maximale accepté sur une certaine
période de temps est calculé comme suit :
Exemple:
Pd=0.5 bar
∆P max = 0.017 · Pd · t/V
Où
38
t=60min
V=5l
Chute de pression maximale
∆P max
est le changement de pression maximum
accepté dans l’équipement vérifié [bar]
Pd
est la pression différentielle [bar]
t
est la durée du test [minutes]
V
est le volume de l’unité à vérifier [litre]
∆P=0.017 · 0.5 · 60/5=0.1 bar
Le volume total dans la chambre
d’étanchéité correspond
approximativement au volume
d’huile spécifié, multiplié par 1.2
4.4 Liquides tampon
Le liquide tampon standard dans la chambre d’étanchéité
est l’huile de paraffine, bien que dans certains produits et
pompes dotés d’un système de refroidissement interne,
l’huile est remplacée par une solution de glycol de propylène
à 30 %.
Ces deux types de liquide tampon sont faciles à se procurer,
non toxiques et approuvés dans l’industrie alimentaire.
D’autres huiles peuvent être utilisées dans les pompes non
équipées de systèmes de refroidissement interne, dans
la mesure où elles sont compatibles avec les pièces en
caoutchouc, telles que les joints toriques et les joints à lèvre
et que la viscosité ne dépasse pas ISO VG 32.
L’ajout d’additifs dans l’huile n’est pas nécessaire, mais
ceux-ci ne sont pas nuisibles dans la mesure où ils sont
compatibles avec tous les matériaux du système d’étanchéité.
La quantité de liquide tampon doit correspondre aux
spécifications de chaque produit. Un niveau trop élevé de
liquide tampon peut créer une surexposition dans la chambre
d’étanchéité et potentiellement endommager les joints
d’étanchéité.
Si le niveau de liquide tampon est trop bas, le joint intérieur
ne sera pas suffisamment refroidi et risque la surchauffe.
Dans certains produits, le volume d’air contenu dans la
chambre d’étanchéité est remplacé par des pièces de
mousse exerçant une pression équivalente. Il est absolument
fondamental que les nouvelles pièces de mousse soient
replacées dans la chambre d’étanchéité après chaque
opération d’entretien.
39
5 Accessoires
5.1 Rinçage des joints
d’étanchéité
Dans les conditions d’utilisation particulièrement
rigoureuses, la durée de vie des joints d’étanchéité peut
être considérablement accrue grâce à l’installation d’un
système de rinçage des joints. Le rinçage des joints
d’étanchéité fait en sorte que le milieu dans lequel ils
baignent reste propre et exempt de contaminants. En
outre, le milieu de rinçage diminue la température, ce qui
améliore la performance des joints. Pour ces raisons, le
rinçage des joints d’étanchéité est une mesure généralisée
qui vise à prolonger la vie des pompes utilisées dans les
processus industriels.
Concernant les agitateurs, Flygt peut vous fournir des kits
« prêts à installer » pour un rinçage à l’eau ou à l’air. Le
système à l’air est utilisé lorsqu’il est impossible de diluer le
liquide dans lequel l’agitateur est submergé.
Le dossier « Équipement de contrôle pour le rinçage des
joints d’étanchéité » décrit le système dans le détail.
À ce stade, il n’existe pas de kit de rinçage pour les pompes
C, disponible en usine. Certains aspects importants seront
signalés ici, mais il est recommandé de contacter le siège
social pour des renseignements plus spécifiques.
Lors de l’application d’un rinçage des joints sur une
pompe, il est fortement recommandé de contrôler le
débit au moyen d’un régulateur de débit et non un
régulateur de pression. En matière de rinçage des joints
d’étanchéité, le paramètre qu’il importe de contrôler est
le débit. Concernant les agitateurs, ce contrôle intervient
à travers un régulateur de pression, car ce qui importe est
que la pression à l’extérieur de la chambre d’étanchéité,
à savoir la profondeur de submersion, soit constante.
Pour les pompes, en revanche, la pression à l’extérieur de
la chambre d’étanchéité consiste tant en profondeur de
submersion qu’en pression de la pompe. Si un régulateur
de pression est utilisé, la chambre d’étanchéité risque une
surpression lorsque la pompe sera éteinte, de sorte que le
limitateur de débit peut être endommagé.
Le rinçage à l’air ne s’applique pas aux pompes.
40
5.2 Détecteurs de fuites
Afin de protéger le moteur électrique des dégâts occasionnés
par les fuites, deux types de détecteurs de fuite sont
disponibles : le CLS et le FLS
Contacteur de présence d’eau
(Capacity leakage sensor)
(CLS)
Ce dispositif est placé dans la chambre d’huile et branché
au relai de contrôle CAS/MAS. En captant les variations
dans les propriétés capacitives de l’huile lorsque mélangée
à de l’eau, le CLS déclenche une alarme dès que la teneur
en eau dépasse 30 %. L’eau mélangée à l’huile ne nuit pas
au produit, mais le CLS peut être utilisé pour évaluer les
performances du joint d’étanchéité extérieur.
Interrupteur à flotteur
(Float switch leakage sensor)
(FLS)
Le FLS est placé dans la chambre du stator ou dans le regard
d’inspection et explore le liquide accumulé au moyen d’un
flotteur.
Le FLS est branché au relai de contrôle. Le déclenchement
d’une alarme FLS exige une intervention plus rapide que
dans le cas d’une alarme CLS, du fait que le FLS signale que
l’infiltration a pénétré dans le moteur, alors que l’alarme CLS
ne fait qu’indiquer que cet événement pourrait se produire.
41
Notes
42
Notes
43
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1) Tissu végétal qui achemine l’eau des racines vers le haut des plantes
(en français : xylème)
2) Société leader mondial dans le secteur des technologies de l’eau