Pour comprendre les fuites d'une pompe centrifuge, il est important d'en comprendre le fonctionnement. Lorsque le fluide pénètre par l'œil de la roue et remonte par les aubes de la roue, la pression et la vitesse du fluide sont plus faibles. Lorsque le fluide traverse la volute, la pression et la vitesse augmentent. Le fluide ressort ensuite par le refoulement, où la pression est élevée, mais la vitesse diminue. Le débit entrant dans la pompe doit en sortir. La pompe transmet la pression, ce qui signifie qu'elle augmente l'énergie du fluide.
Certaines défaillances de composants d'une pompe centrifuge, tels que l'accouplement, les joints hydrauliques, statiques et les roulements, entraîneront la défaillance de l'ensemble du système, mais environ soixante-neuf pour cent de toutes les défaillances de pompe résultent d'un dysfonctionnement du dispositif d'étanchéité.
LE BESOIN DE JOINTS MÉCANIQUES
Un joint mécaniqueUn dispositif utilisé pour contrôler les fuites entre un arbre rotatif et un récipient rempli de liquide ou de gaz. Sa principale fonction est de contrôler les fuites. Tous les joints fuient, car ils doivent le faire pour maintenir un film fluide sur toute la surface de la garniture mécanique. Les fuites côté atmosphère sont relativement faibles ; celles d'un hydrocarbure, par exemple, sont mesurées en parties/million par un appareil de mesure de COV.
Avant l'apparition des garnitures mécaniques, les ingénieurs scellaient généralement les pompes avec une garniture mécanique. Cette garniture, un matériau fibreux généralement imprégné d'un lubrifiant tel que le graphite, était découpée en sections et placée dans ce qu'on appelait un « presse-étoupe ». Un presse-étoupe était ensuite ajouté à l'arrière afin de tasser le tout. Étant en contact direct avec l'arbre, la garniture nécessite une lubrification, mais elle consomme tout de même de la puissance.
Habituellement, un anneau de lanterne permet d'appliquer de l'eau de rinçage sur la garniture. Cette eau, nécessaire à la lubrification et au refroidissement de l'arbre, s'infiltre soit dans le procédé, soit dans l'atmosphère. Selon votre application, vous devrez peut-être :
- Dirigez l’eau de rinçage loin du processus pour éviter toute contamination.
- empêcher l'eau de chasse d'eau de s'accumuler sur le sol (éclaboussures), ce qui constitue à la fois un problème d'OSHA et un problème d'entretien ménager.
- Protégez le boîtier de roulement de l'eau de rinçage, qui peut contaminer l'huile et éventuellement entraîner une défaillance du roulement.
Comme pour toute pompe, il est conseillé de la tester afin de déterminer les coûts annuels de fonctionnement. Une pompe à garniture peut être abordable à l'installation et à l'entretien, mais si vous calculez le nombre de gallons d'eau qu'elle consomme par minute ou par an, vous pourriez être surpris par son coût. Une pompe à garniture mécanique pourrait vous faire économiser des coûts annuels importants.
Étant donné la géométrie générale d'une garniture mécanique, partout où il y a un joint ou un joint torique, il y a un point de fuite potentiel :
- Un joint torique dynamique (ou un joint) érodé, usé ou éraflé lorsque le joint mécanique se déplace.
- Saleté ou contamination entre les joints mécaniques.
- Une opération hors conception au sein des garnitures mécaniques.
LES CINQ TYPES DE DÉFAILLANCES DES DISPOSITIFS D'ÉTANCHÉITÉ
Si la pompe centrifuge présente une fuite incontrôlée, vous devez vérifier minutieusement toutes les causes potentielles pour déterminer si vous avez besoin de réparations ou d'une nouvelle installation.
1. Défaillances opérationnelles
Négliger le point de rendement optimal : utilisez-vous la pompe au point de rendement optimal (BEP) sur une courbe de performance ? Chaque pompe est conçue avec un point de rendement spécifique. Faire fonctionner la pompe en dehors de cette plage crée des problèmes de débit qui entraînent une panne du système.
Hauteur d'aspiration positive nette insuffisante (NPSH) : si votre pompe ne dispose pas d'une hauteur d'aspiration suffisante, l'ensemble rotatif peut devenir instable, provoquer une cavitation et entraîner une défaillance du joint.
Fonctionnement à tête morte :Si vous réglez la vanne de régulation trop bas pour réguler la pompe, vous risquez de bloquer le débit. Ce blocage entraîne une recirculation dans la pompe, ce qui génère de la chaleur et favorise la défaillance des joints.
Fonctionnement à sec et mauvaise ventilation de la garniture : Une pompe verticale est la plus vulnérable, car la garniture mécanique est placée au-dessus. Une mauvaise ventilation peut emprisonner de l'air autour de la garniture et empêcher l'évacuation du presse-étoupe. La garniture mécanique sera rapidement défaillante si la pompe continue de fonctionner dans ces conditions.
Faible marge de vapeur :Il s'agit de fluides vaporisés ; les hydrocarbures chauds vaporisent lorsqu'ils sont exposés aux conditions atmosphériques. Lorsque le film de fluide traverse la garniture mécanique, il peut vaporiser du côté atmosphérique et provoquer une défaillance. Cette défaillance se produit souvent avec les systèmes d'alimentation de chaudières : l'eau chaude à 120-135 °C vaporise du liquide avec la chute de pression sur les faces de la garniture.
2. Défaillances mécaniques
Un désalignement de l'arbre, un déséquilibre de l'accouplement et de la turbine peuvent tous contribuer à la défaillance des garnitures mécaniques. De plus, après l'installation de la pompe, si des tuyaux mal alignés sont boulonnés, la pompe sera soumise à de fortes contraintes. Il est également important d'éviter une base défectueuse : est-elle solide ? Est-elle correctement scellée ? Avez-vous un pied bancal ? Est-elle correctement boulonnée ? Enfin, vérifiez les roulements. Si la tolérance des roulements s'amenuise, les arbres bougeront et provoqueront des vibrations dans la pompe.
3. Défaillances des composants d'étanchéité
Avez-vous une bonne paire tribologique (étude du frottement) ? Avez-vous choisi les bonnes combinaisons de faces ? Qu'en est-il de la qualité des matériaux des faces d'étanchéité ? Vos matériaux sont-ils adaptés à votre application spécifique ? Avez-vous sélectionné les joints secondaires appropriés, tels que les joints statiques et les joints toriques, qui sont préparés pour résister aux attaques chimiques et thermiques ? Vos ressorts ne doivent pas être obstrués ni vos soufflets corrodés. Enfin, soyez attentif aux déformations des faces dues à la pression ou à la chaleur, car une garniture mécanique soumise à une forte pression se courbera et son profil biaisé peut provoquer une fuite.
4. Défaillances de conception du système
Un système de rinçage des garnitures d'étanchéité approprié, ainsi qu'un refroidissement suffisant, sont nécessaires. Les systèmes doubles utilisent des fluides de barrage ; le pot d'étanchéité auxiliaire doit être correctement positionné, avec l'instrumentation et la tuyauterie appropriées. Il est important de tenir compte de la longueur de la conduite droite à l'aspiration : certains systèmes de pompes plus anciens, souvent livrés sous forme de skids, comportent un coude à 90° à l'aspiration, juste avant que le flux n'entre dans l'œil de la turbine. Ce coude provoque un écoulement turbulent qui crée des instabilités dans l'ensemble rotatif. L'ensemble des tuyauteries d'aspiration/refoulement et de dérivation doit également être correctement conçu, surtout si certaines conduites ont été réparées au fil des ans.
5. Tout le reste
D'autres facteurs divers ne représentent qu'environ 8 % des défaillances. Par exemple, des systèmes auxiliaires sont parfois nécessaires pour assurer un environnement de fonctionnement acceptable pour une garniture mécanique. Pour les systèmes doubles, un fluide auxiliaire doit agir comme une barrière empêchant la contamination ou le déversement du fluide de procédé dans l'environnement. Cependant, pour la plupart des utilisateurs, l'une des quatre premières catégories constitue la solution idéale.
CONCLUSION
Les joints mécaniques jouent un rôle majeur dans la fiabilité des équipements rotatifs. Ils sont responsables des fuites et des défaillances du système, mais ils signalent également des problèmes susceptibles de causer de graves dommages à long terme. La fiabilité des joints dépend grandement de leur conception et de l'environnement d'exploitation.
Date de publication : 26 juin 2023