Nous savons qu'une garniture mécanique est censée fonctionner jusqu'à ce que le carbone s'use, mais notre expérience nous montre que cela n'arrive jamais avec la garniture d'origine installée dans la pompe. Nous achetons une garniture mécanique neuve et coûteuse, et celle-ci ne s'use pas non plus. Alors, cette nouvelle garniture était-elle un gaspillage d'argent ?
Pas vraiment. Vous faites ici quelque chose qui paraît logique : vous essayez de résoudre le problème de joint en achetant un autre joint, mais c'est comme essayer de bien peindre une voiture en achetant une bonne marque de peinture.
Si vous souhaitez obtenir une bonne peinture sur une automobile, vous devez faire quatre choses : préparer la carrosserie (réparation du métal, élimination de la rouille, ponçage, masquage, etc.) ; acheter une bonne marque de peinture (toutes les peintures ne sont pas identiques) ; appliquer la peinture correctement (avec exactement la bonne quantité de pression d'air, sans gouttes ni coulures et un ponçage fréquent entre les couches d'apprêt et de finition) ; et prendre soin de la peinture après son application (la garder lavée, cirée et rangée dans un garage).
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Si vous avez appliqué ces quatre règles correctement, combien de temps la peinture d'une voiture peut-elle durer ? Des années, bien sûr. Sortez et regardez les voitures défiler : vous constaterez que certaines personnes ne respectent pas ces quatre règles. En fait, c'est tellement rare que lorsqu'on voit une vieille voiture en bon état, on la fixe du regard.
Pour garantir une bonne durée de vie du joint, il faut également quatre étapes. Elles semblent évidentes, mais examinons-les tout de même.
Préparez la pompe pour le joint – c'est le travail du corps
Achetez un bon joint – la bonne peinture
Installer correctement le joint – appliquer correctement la peinture
Appliquez le contrôle environnemental approprié si nécessaire (et c'est probablement le cas) – lavez et cirez également
Nous examinerons chacun de ces sujets en détail et espérons ainsi augmenter la durée de vie de nos garnitures mécaniques jusqu'à leur usure. Ces informations concernent les pompes centrifuges, mais peuvent également s'appliquer à presque tous les types d'équipements rotatifs, y compris les mélangeurs et les agitateurs.
Préparer la pompe pour le joint
Pour vous préparer, vous devez effectuer un alignement entre la pompe et le moteur à l'aide d'un aligneur laser. Un adaptateur de cadre en « C » ou en « D » est encore plus judicieux.
Ensuite, vous équilibrez dynamiquement l'ensemble rotatif, ce qui peut être réalisé avec la plupart des équipements d'analyse vibratoire. Si vous ne disposez pas de ce programme, veuillez consulter votre fournisseur. Assurez-vous que l'arbre n'est pas plié et qu'il tourne entre les centres.
C'est une bonne idée d'éviter les manchons d'arbre, car un arbre solide est moins susceptible de se déformer et est bien meilleur pour un joint mécanique, et d'essayer de réduire la contrainte du tuyau dans la mesure du possible.
Utilisez une pompe à ligne centrale si la température du produit est supérieure à 100 °C, ce qui réduira certains problèmes de contrainte sur les tuyaux de la pompe. Privilégiez également les pompes présentant un faible rapport longueur/diamètre de l'arbre. Ceci est essentiel pour les pompes à service intermittent.
Utilisez un presse-étoupe surdimensionné, évitez les modèles coniques et laissez suffisamment d'espace au joint. Essayez d'aligner la face du presse-étoupe avec l'arbre autant que possible, ce qui peut être réalisé à l'aide d'outils de surfaçage, et réduisez les vibrations en utilisant les techniques que vous connaissez.
Il est essentiel d'éviter toute cavitation de la pompe, car les surfaces d'étanchéité risqueraient de s'ouvrir et d'être endommagées. Un coup de bélier peut également se produire en cas de coupure de courant pendant le fonctionnement de la pompe ; il est donc important de prendre des mesures préventives pour éviter ces problèmes.
Il y a quelques éléments à vérifier lors de la préparation de la pompe pour le joint, notamment : que la masse du socle de la pompe/du moteur est au moins cinq fois supérieure à la masse du matériel qui repose dessus ; qu'il y a dix diamètres de tuyau entre l'aspiration de la pompe et le premier coude ; et que la plaque de base est de niveau et scellée en place.
Maintenez la turbine ouverte réglée pour réduire les vibrations et les problèmes de recirculation interne. Assurez-vous que les roulements sont correctement lubrifiés et qu'aucune eau ni aucun solide ne pénètre dans leur cavité. Il est également conseillé de remplacer les joints à graisse ou à lèvre par des joints labyrinthes ou des joints frontaux.
Assurez-vous d'éviter les conduites de recirculation de refoulement raccordées au presse-étoupe ; dans la plupart des cas, la recirculation d'aspiration sera préférable. Si la pompe est équipée de bagues d'usure, vérifiez également leur jeu.
Les dernières choses à faire lors de la préparation de la pompe sont de s'assurer que les pièces mouillées de la pompe sont fabriquées à partir de matériaux résistants à la corrosion, car les nettoyants et les solvants présents dans les conduites provoquent parfois des problèmes que le concepteur n'a jamais anticipés.
Ensuite, bouchez toute fuite d'air dans le côté aspiration de la pompe et retirez tout ce qui pourrait être emprisonné dans la volute.
Achetez un bon joint
Utilisez des conceptions à équilibrage hydraulique assurant l'étanchéité à la pression et au vide. Si vous utilisez un joint en élastomère, privilégiez un joint torique. Ce type de joint est idéal pour de nombreuses raisons, mais ne laissez personne forcer le joint torique, car il ne fléchira pas ou ne roulera pas correctement.
Vous devez également utiliser des conceptions de joints sans frottement, car le frottement de l'arbre est une cause majeure de défaillance prématurée des joints.
Les joints fixes (où les ressorts ne tournent pas avec l'arbre) sont plus efficaces que les joints rotatifs (où les ressorts tournent) pour l'étanchéité des émissions fugitives et de tout autre fluide. Si le joint est équipé de petits ressorts, tenez-les hors du fluide, car ils risquent de s'obstruer facilement. De nombreux modèles de joints offrent cette caractéristique anti-colmatage.
Une face dure large est excellente pour le mouvement radial que nous voyons dans les applications de mélangeur et les joints qui sont physiquement positionnés loin des roulements.
Vous aurez également besoin d'une sorte d'amortissement des vibrations pour les joints à soufflet en métal à haute température, car ils ne contiennent pas l'élastomère qui remplit normalement cette fonction.
Privilégiez des conceptions qui maintiennent le fluide d'étanchéité au niveau du diamètre extérieur du joint, sinon la force centrifuge projettera des solides sur les faces rodées et limitera leur mouvement lorsque le carbone s'usera. Il est également conseillé d'utiliser des carbones non chargés pour les faces du joint, car ils sont les plus performants et leur coût est raisonnable.
Assurez-vous également de pouvoir identifier tous les matériaux d’étanchéité, car il est impossible de dépanner un « matériau mystérieux ».
Ne laissez pas le fournisseur vous dire que son matériel est exclusif, et si c'est son attitude, trouvez un autre fournisseur ou fabricant, sinon vous méritez tous les problèmes que vous allez avoir.
Évitez tout contact des élastomères avec la surface du joint. L'élastomère est la partie du joint la plus sensible à la chaleur, et c'est sur ces surfaces que la température est la plus élevée.
Tout produit dangereux ou coûteux doit également être scellé avec des joints doubles. Assurez-vous que l'équilibre hydraulique est bidirectionnel, sinon vous risquez de voir l'une des faces s'ouvrir en cas d'inversion de pression ou de surpression.
Enfin, si la conception comporte un carbone pressé dans un support métallique, assurez-vous que le carbone a été pressé et non « rétréci ». Le carbone pressé se cisaillera pour épouser les irrégularités du support métallique, contribuant ainsi à maintenir les faces rodées planes.
Installer correctement le joint
Les joints à cartouche sont la seule conception qui a du sens si vous souhaitez effectuer des réglages de la turbine, et ils sont beaucoup plus faciles à installer car vous n'avez pas besoin d'une impression ou de prendre des mesures pour obtenir la charge frontale correcte.
Les joints doubles des cartouches doivent avoir une bague de pompage intégrée et vous devez utiliser un liquide tampon (pression plus faible) entre les joints chaque fois que possible pour éviter les problèmes de dilution du produit.
Évitez tout type d’huile comme fluide tampon en raison de la faible chaleur spécifique et de la mauvaise conductivité de l’huile.
Lors de l'installation, maintenez le joint aussi près que possible des roulements. Il est généralement possible de sortir le joint du presse-étoupe et d'utiliser la zone du presse-étoupe comme bague de support pour stabiliser l'arbre en rotation.
En fonction de l'application, vous devrez décider si cette bague de support doit être maintenue axialement.
Les joints fendus sont également judicieux dans presque toutes les applications qui ne nécessitent pas de joints doubles ou d'étanchéité aux émissions fugitives (fuite mesurée en parties par million).
Les joints fendus sont la seule conception que vous devez utiliser sur les pompes à double extrémité, sinon vous devrez remplacer les deux joints lorsqu'un seul joint est défectueux.
Ils permettent également de changer les joints sans avoir à effectuer un réalignement avec le pilote de la pompe.
Ne lubrifiez pas les faces des joints lors de l'installation et évitez tout contact avec les surfaces de contact. Si les faces des joints sont recouvertes d'un revêtement protecteur, veillez à le retirer avant l'installation.
S'il s'agit d'un joint à soufflet en caoutchouc, il nécessite un lubrifiant spécial qui assure l'adhérence du soufflet à l'arbre. Il s'agit généralement d'un fluide à base de pétrole, mais vous pouvez vous renseigner auprès de votre fournisseur. Les joints à soufflet en caoutchouc nécessitent également une finition de l'arbre ne dépassant pas 40 RMS, sinon le caoutchouc aura du mal à adhérer à l'arbre.
Enfin, lors d'une installation verticale, veillez à ventiler le presse-étoupe au niveau des faces d'étanchéité. Cet évent peut être nécessaire si le fabricant de la pompe ne l'a pas fourni.
De nombreux joints de cartouche sont dotés d'un évent intégré que vous pouvez connecter à l'aspiration de la pompe ou à un autre point basse pression du système.
Prendre soin du joint
La dernière étape pour garantir une bonne durée de vie des joints est de les entretenir régulièrement. Les joints préfèrent un liquide lubrifiant frais et propre. Bien que nous en ayons rarement un à assurer, vous pouvez appliquer un contrôle environnemental au niveau du presse-étoupe pour transformer votre produit en un liquide lubrifiant.
Si vous utilisez un presse-étoupe à chemise, assurez-vous que celle-ci est propre. La condensation et la vapeur sont les fluides les plus adaptés à la circulation dans la chemise.
Essayez d'installer une bague en carbone à l'extrémité du presse-étoupe pour agir comme une barrière thermique qui aidera à stabiliser la température du presse-étoupe.
Le rinçage est le meilleur moyen de contrôler l'environnement, car il dilue le produit. Cependant, si vous utilisez le joint approprié, vous n'aurez pas besoin de beaucoup rincer. Quatre ou cinq gallons par heure (j'ai bien dit heure et non minute) devraient suffire pour ce type de joint.
Il est également important de maintenir le fluide en mouvement dans le presse-étoupe pour éviter l'accumulation de chaleur. La recirculation par aspiration éliminera les solides plus lourds que le produit à sceller.
Comme il s'agit de la situation la plus courante en matière de boues, utilisez la recirculation par aspiration comme norme. Sachez également où l'éviter.
La recirculation de refoulement permet d'augmenter la pression dans le presse-étoupe afin d'empêcher la vaporisation du fluide entre les faces rodées. Évitez de diriger la ligne de recirculation vers les faces rodées, car cela pourrait les endommager. Si vous utilisez un soufflet métallique, la ligne de recirculation peut agir comme une sableuse et couper les fines plaques du soufflet.
Si le produit est trop chaud, refroidissez la zone du presse-étoupe. Il est important de rappeler que ces contrôles environnementaux sont souvent plus importants lorsque la pompe est à l'arrêt, car les températures de maintien et le refroidissement à l'arrêt peuvent modifier considérablement la température du presse-étoupe, entraînant un changement d'état du produit.
Les produits dangereux nécessiteront un presse-étoupe de type API si vous choisissez de ne pas utiliser de joints doubles. La bague de protection intégrée à la configuration API protégera le joint contre les dommages physiques en cas de perte d'un roulement pendant le fonctionnement de la pompe.
Assurez-vous que les connexions API sont correctement établies. Il est facile d'intervertir les quatre ports et d'insérer la conduite de rinçage ou de recirculation dans le port de trempe.
Évitez de faire passer trop de vapeur ou d'eau par le raccord de trempe, car cela pourrait pénétrer dans le carter de palier. Une fuite au niveau du raccord de vidange est souvent perçue par les opérateurs comme une défaillance du joint. Assurez-vous qu'ils connaissent la différence.
Mise en œuvre de ces conseils d'étanchéité
Est-ce que quelqu'un fait ces quatre choses à la fois ? Malheureusement non. Si nous le faisions, 85 à 90 % de nos joints seraient usés, au lieu des 10 à 15 % qui le sont. Le joint prématurément endommagé avec une importante couche de carbone restante reste la règle.
L'excuse la plus courante pour justifier la faible durée de vie de nos joints est qu'on n'a jamais le temps de faire les choses correctement, suivi du cliché : « Mais il est toujours temps de les réparer. » La plupart d'entre nous appliquons une ou deux des étapes nécessaires et constatons une augmentation de la durée de vie de nos joints. Il n'y a rien de mal à prolonger la durée de vie de nos joints, mais cela ne suffit pas à les user.
Réfléchissez-y un instant. Si le joint dure un an, quelle peut être l'ampleur du problème ? La température ne doit pas être trop élevée ni la pression trop forte. Si c'était le cas, il ne faudrait pas un an pour que le joint se détériore. Le produit ne doit pas être trop sale pour la même raison.
Nous constatons souvent que le problème est simplement dû à une conception du joint qui frotte sur l'arbre, provoquant une fuite à travers le manchon ou l'arbre endommagé. D'autres fois, le problème est dû au rinçage annuel des conduites, et personne ne change les matériaux du joint pour compenser cette menace.
Date de publication : 25 août 2023