Qu'est-ce qu'unjoint d'arbre de pompe?
Les joints d'arbre empêchent le liquide de s'échapper d'un arbre rotatif ou alternatif. Ceci est important pour toutes les pompes. Dans le cas des pompes centrifuges, plusieurs options d'étanchéité sont disponibles : garnitures d'étanchéité, joints à lèvre et tous types de garnitures mécaniques – simples, doubles et tandem, y compris les cartouches. Les pompes volumétriques rotatives, comme les pompes à engrenages et les pompes à palettes, sont disponibles avec garniture d'étanchéité, joint à lèvre et garniture mécanique. Les pompes alternatives posent des problèmes d'étanchéité différents et utilisent généralement des joints à lèvre ou des garnitures d'étanchéité. 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 éviter les fuites de liquide.
Quels sont les principaux types de joints d’arbre de pompe ?
Emballage
La garniture (également appelée garniture d'arbre ou garniture de presse-étoupe) est constituée d'un matériau souple, souvent tressé ou façonné en anneaux. Ce matériau est pressé dans une chambre autour de l'arbre de transmission, appelée presse-étoupe, pour créer une étanchéité (figure 1). Normalement, la compression est appliquée axialement à la garniture, mais elle peut également 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 constituées de matériaux inertes tels que le PTFE expansé, le graphite comprimé et les élastomères granulés. Économiques, les garnitures sont couramment utilisées pour les liquides épais et difficiles à sceller, tels que les résines, le goudron ou les adhésifs. Cependant, elles constituent une méthode d'étanchéité peu performante pour les liquides fluides, notamment à haute pression. Les défaillances catastrophiques des garnitures sont rares et leur remplacement est rapide lors des arrêts programmés.
Les garnitures d'étanchéité nécessitent une lubrification pour éviter l'accumulation de chaleur de frottement. Cette lubrification est généralement assurée par le liquide pompé lui-même, qui a tendance à fuir légèrement à travers le matériau de la garniture. Cette lubrification peut être salissante et, dans le cas de liquides corrosifs, inflammables ou toxiques, souvent inacceptable. Dans ce cas, un lubrifiant externe sûr peut être appliqué. La garniture d'étanchéité ne convient pas à l'étanchéité des pompes utilisées pour des liquides contenant des particules abrasives. Des solides peuvent s'incruster dans le matériau de la garniture, ce qui peut endommager l'arbre de la pompe ou la paroi du presse-étoupe.
Joints à lèvres
Les joints à lèvre, également appelés joints radiaux d'arbre, sont de simples éléments élastomères circulaires maintenus contre l'arbre d'entraînement par un boîtier extérieur rigide (figure 2). L'étanchéité résulte du contact par frottement entre la lèvre et l'arbre, souvent renforcé par un ressort. Les joints à lèvre sont courants dans l'industrie hydraulique et équipent les pompes, les moteurs hydrauliques et les actionneurs. Ils constituent souvent une étanchéité secondaire pour d'autres systèmes d'étanchéité, tels que les garnitures mécaniques. Les joints à lèvre sont généralement limités aux basses pressions et sont également peu efficaces pour les liquides fluides et non lubrifiants. Plusieurs systèmes de joints à lèvre ont été utilisés avec succès contre divers liquides visqueux et non abrasifs. Les joints à lèvre ne conviennent pas aux liquides abrasifs ou contenant des solides, car ils sont sensibles à l'usure et le moindre dommage peut entraîner une défaillance.
joints mécaniques
Les garnitures mécaniques sont constituées d'une ou plusieurs paires de faces optiquement planes et polies, l'une fixe dans le carter et l'autre rotative, reliée à l'arbre d'entraînement (figure 3). Ces faces nécessitent une lubrification, soit par le liquide pompé lui-même, soit par un fluide de barrage. En effet, les faces des joints ne sont en contact que lorsque la pompe est à l'arrêt. En service, le liquide lubrifiant forme un film hydrodynamique fin entre les faces opposées, réduisant ainsi l'usure et favorisant la dissipation thermique.
Les garnitures mécaniques peuvent supporter une large gamme de liquides, de viscosités, de pressions et de températures. Cependant, une garniture mécanique ne doit pas fonctionner à sec. L'un des principaux avantages des systèmes de garnitures mécaniques est que l'arbre d'entraînement et le carter ne font pas partie du mécanisme d'étanchéité (contrairement aux garnitures d'étanchéité et aux joints à lèvre) et ne sont donc pas sujets à l'usure.
Joints doubles
Les garnitures doubles utilisent deux garnitures mécaniques positionnées dos à dos (figure 4). L'espace interne aux deux jeux de faces de garniture peut être pressurisé hydrauliquement avec un liquide barrière, de sorte que le film lubrifiant sur les faces de garniture constitue le liquide barrière et non le fluide pompé. Le liquide barrière doit également être compatible avec le fluide pompé. Les garnitures doubles sont plus complexes à utiliser en raison de la nécessité d'une pressurisation et ne sont généralement utilisées que pour protéger le personnel, les composants externes et l'environnement contre les liquides dangereux, toxiques ou inflammables.
Joints tandem
Les joints tandem sont similaires aux joints doubles, mais les deux jeux de joints mécaniques sont orientés dans le même sens plutôt que dos à dos. Seul le joint côté produit tourne dans le fluide pompé, mais les fuites sur les faces du joint finissent par contaminer le lubrifiant barrière. Ceci a des conséquences sur le joint côté atmosphère et l'environnement.
Joints de cartouche
Une garniture à cartouche est un ensemble pré-assemblé de composants de garniture mécanique. Sa construction élimine les problèmes d'installation, tels que la mesure et le réglage de la compression du ressort. Les faces de la garniture sont également protégées des dommages lors de l'installation. Une garniture à cartouche peut être simple, double ou tandem, logée dans un presse-étoupe et montée sur un manchon.
Joints barrières aux gaz.
Il s'agit de joints à double siège de type cartouche dont les faces sont conçues pour être pressurisées par un gaz inerte comme barrière, remplaçant ainsi le liquide lubrifiant traditionnel. Les faces des joints peuvent être séparées ou maintenues en contact lâche pendant le fonctionnement en ajustant la pression du gaz. Une petite quantité de gaz peut s'échapper dans le produit et l'atmosphère.
Résumé
Les joints d'arbre empêchent le liquide de s'échapper de l'arbre rotatif ou alternatif d'une pompe. Plusieurs options d'étanchéité sont souvent disponibles : garnitures, joints à lèvre et différents types de garnitures mécaniques (simples, doubles et tandem, y compris les cartouches).
Date de publication : 18 mai 2023