Qu'est-ce qu'unjoint d'arbre de pompe?
Les joints d'arbre empêchent les fuites de liquide au niveau d'un arbre rotatif ou alternatif. Ceci est essentiel pour toutes les pompes et, dans le cas des pompes centrifuges, plusieurs options d'étanchéité sont disponibles : garnitures, joints à lèvres et tous types de garnitures mécaniques (simples, doubles et en tandem, y compris les cartouches). Les pompes volumétriques rotatives, telles que les pompes à engrenages et les pompes à palettes, sont disponibles avec des garnitures, des joints à lèvres et des garnitures mécaniques. Les pompes alternatives présentent des problèmes d'étanchéité différents et utilisent généralement des joints à lèvres ou des garnitures. Certains modèles, comme les pompes à entraînement magnétique, les pompes à membrane ou les pompes péristaltiques, ne nécessitent pas de joints d'arbre. Ces pompes dites « sans garniture » sont équipées de joints fixes pour empêcher les fuites de liquide.
Quels sont les principaux types de joints d'arbre de pompe ?
Emballage
La garniture d'étanchéité (également appelée presse-étoupe ou garniture de joint) est constituée d'un matériau souple, souvent tressé ou annulaire. Elle est insérée par pression dans une chambre entourant l'arbre de transmission, appelée boîte à garniture, afin d'assurer l'étanchéité (Figure 1). La compression est généralement appliquée axialement à la garniture, mais elle peut aussi être appliquée radialement par un fluide hydraulique.
Traditionnellement, les garnitures étaient fabriquées en cuir, en corde ou en lin, mais elles sont aujourd'hui généralement composées de matériaux inertes tels que le PTFE expansé, le graphite compressé et les élastomères granulés. Économiques, elles sont couramment utilisées pour les liquides épais et difficiles à sceller, comme les résines, le goudron ou les adhésifs. Cependant, elles offrent une étanchéité médiocre pour les liquides fluides, notamment à haute pression. Les garnitures présentent rarement de défaillances catastrophiques et peuvent être remplacées rapidement lors des arrêts programmés.
Les garnitures d'étanchéité nécessitent une lubrification pour éviter l'échauffement dû au frottement. Cette lubrification est généralement assurée par le liquide pompé lui-même, qui a tendance à légèrement fuir à travers le matériau de garniture. Cela peut s'avérer salissant et, dans le cas de liquides corrosifs, inflammables ou toxiques, est souvent inacceptable. Dans ces cas, un lubrifiant externe sûr peut être appliqué. Les garnitures d'étanchéité ne conviennent pas aux pompes utilisées pour les liquides contenant des particules abrasives. Les solides peuvent s'incruster dans le matériau de garniture et endommager ainsi l'arbre de la pompe ou la paroi de la boîte à garniture.
joints à lèvres
Les joints à lèvres, également appelés joints d'arbre radiaux, sont des éléments élastomères circulaires maintenus en place contre l'arbre de transmission par un boîtier extérieur rigide (Figure 2). L'étanchéité est assurée par le frottement entre la lèvre et l'arbre, souvent renforcé par un ressort. Les joints à lèvres sont courants dans l'industrie hydraulique et se trouvent sur les pompes, les moteurs hydrauliques et les actionneurs. Ils servent souvent de joint d'étanchéité secondaire, en complément d'autres systèmes d'étanchéité tels que les joints mécaniques. Les joints à lèvres sont généralement limités aux basses pressions et sont peu performants avec les liquides fluides non lubrifiants. Plusieurs systèmes de joints à lèvres ont été utilisés avec succès avec divers liquides visqueux non abrasifs. Les joints à lèvres ne conviennent pas aux liquides abrasifs ni aux fluides contenant des particules solides, car ils sont sensibles à l'usure et le moindre dommage peut entraîner une défaillance.
garnitures mécaniques
Les garnitures mécaniques sont essentiellement constituées d'une ou plusieurs paires de faces optiquement planes et polies, l'une fixe dans le carter et l'autre mobile, reliée à l'arbre d'entraînement (Figure 3). Ces faces nécessitent une lubrification, soit par le liquide pompé lui-même, soit par un fluide barrière. De fait, les faces d'étanchéité ne sont en contact que lorsque la pompe est à l'arrêt. En fonctionnement, le lubrifiant forme un film hydrodynamique mince entre les faces opposées, réduisant l'usure et favorisant la dissipation de la chaleur.
Les garnitures mécaniques supportent une large gamme de liquides, de viscosités, de pressions et de températures. Cependant, elles ne doivent jamais fonctionner à sec. Un avantage majeur des systèmes de garnitures mécaniques réside dans le fait que l'arbre d'entraînement et le carter ne font pas partie du mécanisme d'étanchéité (contrairement aux garnitures et aux joints à lèvres) et ne sont donc pas sujets à l'usure.
Double joint
Les joints doubles utilisent deux garnitures mécaniques dos à dos (Figure 4). L'espace interne entre les deux jeux de faces d'étanchéité peut être pressurisé hydrauliquement avec un liquide barrière, de sorte que le film lubrifiant sur les faces d'étanchéité soit constitué du liquide barrière et non du fluide pompé. Le liquide barrière doit également être compatible avec le fluide pompé. Les joints doubles sont plus complexes à utiliser en raison de la nécessité de pressurisation et ne sont généralement employés que lorsqu'il est indispensable de protéger le personnel, les composants externes et l'environnement contre les liquides dangereux, toxiques ou inflammables.
Joints en tandem
Les joints tandem sont similaires aux joints doubles, mais les deux jeux de joints mécaniques sont orientés dans le même sens au lieu d'être dos à dos. Seul le joint côté produit tourne dans le fluide pompé, mais les infiltrations à travers les faces d'étanchéité finissent par contaminer le lubrifiant barrière. Ceci a des conséquences sur le joint côté atmosphère et sur l'environnement.
Joints de cartouche
Un joint à cartouche est un ensemble pré-assemblé de composants d'étanchéité mécanique. Sa conception en cartouche élimine les problèmes d'installation, comme la nécessité de mesurer et de régler la compression du ressort. Les faces d'étanchéité sont également protégées des dommages lors de l'installation. Un joint à cartouche peut être simple, double ou en tandem, logé dans un presse-étoupe et monté sur un manchon.
Joints d'étanchéité à barrière de gaz.
Il s'agit de sièges doubles de type cartouche dont les faces d'étanchéité sont conçues pour être pressurisées à l'aide d'un gaz inerte servant de barrière, remplaçant ainsi le lubrifiant liquide traditionnel. Les faces d'étanchéité peuvent être séparées ou maintenues en contact lâche pendant le fonctionnement grâce au réglage de la pression du gaz. Une petite quantité de gaz peut s'échapper dans le produit et l'atmosphère.
Résumé
Les joints d'arbre empêchent les fuites de liquide au niveau de l'arbre rotatif ou alternatif d'une pompe. Plusieurs options d'étanchéité sont souvent disponibles : garnitures, joints à lèvres et divers types de joints mécaniques (simples, doubles et en tandem, y compris les joints à cartouche).
Date de publication : 18 mai 2023