Il existe de nombreux types d'équipements différents qui nécessitent l'étanchéité d'un arbre rotatif traversant un boîtier fixe. Deux exemples courants sont les pompes et les mélangeurs (ou agitateurs). Alors que la base
les principes d'étanchéité de différents équipements sont similaires, il existe des distinctions qui nécessitent des solutions différentes. Ce malentendu a conduit à des conflits tels que l'invocation de l'American Petroleum Institute
(API) 682 (une norme sur les garnitures mécaniques de pompe) lors de la spécification des joints pour mélangeurs. Lorsque l’on compare les garnitures mécaniques pour pompes à celles pour mélangeurs, il existe quelques différences évidentes entre les deux catégories. Par exemple, les pompes en porte-à-faux ont des distances plus courtes (généralement mesurées en pouces) entre la roue et le roulement radial par rapport à un mélangeur à entrée supérieure typique (généralement mesurées en pieds).
Cette longue distance sans support se traduit par une plate-forme moins stable avec un faux-rond radial, un désalignement perpendiculaire et une excentricité plus importants que les pompes. L'augmentation du faux-rond des équipements pose certains défis de conception pour les garnitures mécaniques. Et si la déflexion de l’arbre était purement radiale ? La conception d'un joint pour cette condition pourrait être réalisée facilement en augmentant les jeux entre les composants rotatifs et fixes ainsi qu'en élargissant les surfaces de roulement des faces du joint. Comme on le soupçonnait, les problèmes ne sont pas aussi simples. La charge latérale sur la ou les turbines, quel que soit l'endroit où elles se trouvent sur l'arbre du mélangeur, confère une déviation qui se traduit tout au long du joint jusqu'au premier point de support de l'arbre : le roulement radial de la boîte de vitesses. En raison de la déflexion de l’arbre et du mouvement du pendule, la déflexion n’est pas une fonction linéaire.
Celui-ci aura une composante radiale et angulaire qui crée un désalignement perpendiculaire au niveau du joint qui peut causer des problèmes pour la garniture mécanique. La déflexion peut être calculée si les attributs clés de l’arbre et de la charge sur l’arbre sont connus. Par exemple, l'API 682 indique que la déflexion radiale de l'arbre au niveau des faces d'étanchéité d'une pompe doit être égale ou inférieure à 0,002 pouce de la lecture totale indiquée (TIR) dans les conditions les plus sévères. Les plages normales sur un mélangeur à entrée supérieure se situent entre 0,03 et 0,150 pouces TIR. Les problèmes au sein de la garniture mécanique qui peuvent survenir en raison d'une déflexion excessive de l'arbre comprennent une usure accrue des composants du joint, des composants en rotation entrant en contact avec des composants fixes endommagés, un roulement et un pincement du joint torique dynamique (provoquant une rupture en spirale du joint torique ou un accrochage de la face). ). Tout cela peut conduire à une durée de vie réduite du joint. En raison du mouvement excessif inhérent aux mélangeurs, les garnitures mécaniques peuvent présenter davantage de fuites que les garnitures similaires.joints de pompe, ce qui peut entraîner une traction inutile du joint et/ou même une défaillance prématurée s'il n'est pas surveillé de près.
Il existe des cas, en travaillant en étroite collaboration avec les fabricants d'équipements et en comprenant la conception de l'équipement, où un roulement à éléments roulants peut être incorporé dans les cartouches d'étanchéité pour limiter l'angularité au niveau des faces du joint et atténuer ces problèmes. Il faut veiller à mettre en œuvre le type de roulement approprié et à ce que les charges potentielles sur les roulements soient parfaitement comprises, sinon le problème pourrait s'aggraver ou même créer un nouveau problème, avec l'ajout d'un roulement. Les fournisseurs de joints doivent travailler en étroite collaboration avec les constructeurs OEM et les fabricants de roulements pour garantir une conception appropriée.
Les applications de joints de mélangeur sont généralement à faible vitesse (5 à 300 rotations par minute [tr/min]) et ne peuvent pas utiliser certaines méthodes traditionnelles pour maintenir les fluides de barrière au frais. Par exemple, dans un plan 53A pour joints doubles, la circulation du fluide de barrière est assurée par un élément de pompage interne comme une vis de pompage axiale. Le défi est que la fonction de pompage repose sur la vitesse de l'équipement pour générer le débit et que les vitesses de mélange typiques ne sont pas suffisamment élevées pour générer des débits utiles. La bonne nouvelle est que la chaleur générée par la face du joint n'est généralement pas la cause de l'augmentation de la température du fluide de barrière dans un environnement humide.joint de mélangeur. C'est l'absorption de chaleur résultant du processus qui peut entraîner une augmentation de la température du fluide de barrière et rendre les composants, faces et élastomères du joint inférieur, par exemple, vulnérables aux températures élevées. Les composants inférieurs du joint, tels que les faces d'étanchéité et les joints toriques, sont plus vulnérables en raison de leur proximité avec le processus. Ce n'est pas la chaleur qui endommage directement les faces d'étanchéité, mais plutôt la viscosité réduite et, par conséquent, le pouvoir lubrifiant du fluide de barrière au niveau des faces inférieures d'étanchéité. Une mauvaise lubrification provoque des dommages au visage par contact. D'autres caractéristiques de conception peuvent être intégrées à la cartouche d'étanchéité pour maintenir les températures de barrière à un niveau bas et protéger les composants du joint.
Les garnitures mécaniques pour mélangeurs peuvent être conçues avec des serpentins de refroidissement internes ou des chemises en contact direct avec le fluide de barrière. Ces caractéristiques sont un système en boucle fermée, basse pression et faible débit dans lequel circule de l'eau de refroidissement agissant comme un échangeur de chaleur intégré. Une autre méthode consiste à utiliser une bobine de refroidissement dans la cartouche d'étanchéité entre les composants inférieurs du joint et la surface de montage de l'équipement. Un tiroir de refroidissement est une cavité dans laquelle l'eau de refroidissement à basse pression peut s'écouler pour créer une barrière isolante entre le joint et le récipient afin de limiter l'absorption de chaleur. Une bobine de refroidissement correctement conçue peut empêcher des températures excessives susceptibles d'endommager lefaces de jointet élastomères. L’absorption de chaleur résultant du processus entraîne plutôt une augmentation de la température du fluide de barrière.
Ces deux caractéristiques de conception peuvent être utilisées conjointement ou individuellement pour aider à contrôler les températures au niveau de la garniture mécanique. Très souvent, les garnitures mécaniques pour mélangeurs sont spécifiées comme étant conformes à la norme API 682, 4e édition, catégorie 1, même si ces machines ne sont pas conformes aux exigences de conception de l'API 610/682 sur les plans fonctionnel, dimensionnel et/ou mécanique. Cela peut être dû au fait que les utilisateurs finaux connaissent et sont à l'aise avec l'API 682 en tant que spécification de joint et ne connaissent pas certaines des spécifications industrielles qui sont plus applicables à ces machines/joints. Les Process Industry Practices (PIP) et le Deutsches Institut fur Normung (DIN) sont deux normes industrielles plus appropriées pour ces types de joints. Les normes DIN 28138/28154 sont depuis longtemps spécifiées pour les équipementiers de mélangeurs en Europe, et le PIP RESM003 est devenu utilisé comme une exigence de spécification pour les garnitures mécaniques sur les équipements de mélange. En dehors de ces spécifications, il n'existe pas de normes industrielles couramment pratiquées, ce qui conduit à une grande variété de dimensions de chambre d'étanchéité, de tolérances d'usinage, de déflexion de l'arbre, de conceptions de boîtes de vitesses, de dispositions de roulements, etc., qui varient d'un OEM à l'autre.
L'emplacement et le secteur d'activité de l'utilisateur détermineront en grande partie laquelle de ces spécifications serait la plus appropriée pour son site.garnitures mécaniques du mélangeur. Spécifier l'API 682 pour un joint de mélangeur peut représenter une dépense supplémentaire et une complication inutile. Bien qu'il soit possible d'incorporer un joint de base qualifié API 682 dans une configuration de mélangeur, cette approche entraîne généralement des compromis à la fois en termes de conformité à l'API 682 ainsi que d'adéquation de la conception aux applications de mélangeur. L'image 3 montre une liste des différences entre un joint API 682 de catégorie 1 et un joint mécanique de mélangeur typique.
Heure de publication : 26 octobre 2023