Nous savons qu'une garniture mécanique est censée fonctionner jusqu'à l'usure complète du carbone, mais notre expérience montre que cela n'arrive jamais avec la garniture d'origine installée sur la pompe. Nous achetons une garniture mécanique neuve et coûteuse, et celle-ci ne s'use pas non plus. Alors, cet achat était-il un gaspillage d'argent ?
Pas vraiment. Vous faites quelque chose qui semble logique, vous essayez de résoudre le problème d'étanchéité en achetant un joint différent, mais c'est comme essayer d'obtenir une belle peinture sur une automobile en achetant une bonne marque de peinture.
Pour obtenir une peinture de qualité sur une automobile, il faut procéder en quatre étapes : préparer la carrosserie (réparation de la tôle, élimination de la rouille, ponçage, masquage, etc.) ; acheter une peinture de bonne marque (toutes les peintures ne se valent pas) ; appliquer la peinture correctement (avec la pression d’air adéquate, sans coulures ni gouttes, et en ponçant fréquemment entre les couches d’apprêt et de finition) ; et entretenir la peinture après application (laver, cirer et garer le véhicule dans un garage).
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Si vous suivez correctement ces quatre étapes, combien de temps la peinture d'une automobile peut-elle durer ? Des années, évidemment. Il suffit de regarder les voitures passer pour constater que certains négligent ces quatre points. En fait, il est si rare de croiser une voiture ancienne en bon état qu'on ne peut s'empêcher de l'admirer.
Assurer une bonne durée de vie à un phoque implique également quatre étapes. Elles devraient être évidentes, mais examinons-les tout de même.
Préparer la pompe pour le joint – c'est le travail de carrosserie
Achetez un bon joint – une bonne peinture
Installez correctement le joint – appliquez la peinture correctement
Appliquer le contrôle environnemental approprié si nécessaire (et c'est probablement le cas) – laver et cirer également
Nous examinerons chacun de ces sujets en détail et espérons ainsi prolonger la durée de vie de nos garnitures mécaniques jusqu'à ce que la plupart d'entre elles s'usent prématurément. 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 préparer l'opération, il est conseillé d'aligner la pompe et le variateur à l'aide d'un aligneur laser. Un adaptateur de type « C » ou « D » est encore mieux adapté.
Ensuite, vous devez équilibrer dynamiquement l'ensemble rotatif. La plupart des appareils d'analyse vibratoire permettent de réaliser cette opération ; si vous ne disposez pas du logiciel, renseignez-vous auprès de votre fournisseur. Assurez-vous que l'arbre n'est pas tordu et effectuez la rotation entre ses centres.
Il est conseillé d'éviter les manchons d'arbre, car un arbre plein est moins susceptible de se déformer et est bien meilleur pour un joint mécanique, et d'essayer de réduire autant que possible les contraintes sur les tuyaux.
Utilisez une pompe à axe central si la température du produit dépasse 100 °C, afin de réduire les contraintes sur la tuyauterie au niveau de la pompe. Privilégiez également les pompes dont le rapport longueur d'arbre/diamètre est faible, notamment pour les pompes à service intermittent.
Utilisez un presse-étoupe surdimensionné, évitez les modèles coniques et prévoyez un espace suffisant pour le joint. Veillez à ce que la face du presse-étoupe soit aussi perpendiculaire que possible à l'arbre, par exemple à l'aide d'outils de dressage, et réduisez les vibrations en utilisant toutes les techniques appropriées.
Il est essentiel d'éviter la cavitation de la pompe, car les joints d'étanchéité risquent de s'ouvrir brusquement et de s'endommager. 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.
Plusieurs points doivent être vérifiés lors de la préparation de la pompe pour le joint, notamment : que la masse du socle de la pompe/du moteur soit au moins cinq fois supérieure à la masse des pièces qui y reposent ; qu’il y ait dix diamètres de tuyau entre l’aspiration de la pompe et le premier coude ; et que la plaque de base soit de niveau et scellée avec du coulis.
Réglez la turbine ouverte pour limiter les vibrations et les problèmes de recirculation interne, assurez-vous que les roulements sont correctement lubrifiés et que l'eau et les particules solides ne pénètrent pas dans la cavité des roulements. Remplacez également les joints à lèvres ou à graisse par des joints labyrinthes ou à faces planes.
Veillez à éviter de raccorder les conduites de recirculation de refoulement au presse-étoupe ; dans la plupart des cas, une recirculation à l’aspiration sera préférable. Si la pompe est équipée de bagues d’usure, vérifiez également leur jeu.
Les dernières étapes de la préparation de la pompe consistent à s'assurer que les pièces en contact avec le fluide sont fabriquées à partir de matériaux résistants à la corrosion, car les produits de nettoyage et les solvants présents dans les conduites peuvent parfois causer des problèmes que le concepteur n'avait jamais anticipés.
Ensuite, bouchez toute fuite d'air pouvant provenir du côté aspiration de la pompe et retirez toute trace d'air pouvant être piégée dans la volute.
Achetez un bon joint d'étanchéité
Utilisez des conceptions à équilibrage hydraulique assurant l'étanchéité à la pression et au vide. Si vous optez pour un élastomère, privilégiez un joint torique : sa forme est optimale pour de nombreuses raisons. Veillez cependant à ne pas le soumettre à une tension excessive, sous peine de voir son comportement altéré.
Il convient également d'utiliser des joints d'étanchéité non sujets au frottement, car le frottement de l'arbre est une cause majeure de défaillance prématurée des joints.
Les joints fixes (dont les ressorts ne tournent pas avec l'arbre) sont préférables aux joints rotatifs (dont les ressorts tournent) pour assurer l'étanchéité aux émissions fugitives et à tout autre fluide. Si le joint est équipé de petits ressorts, veillez à les maintenir hors du fluide afin d'éviter tout colmatage. De nombreux modèles de joints sont conçus pour éviter ce colmatage.
Une large surface de contact est excellente pour les mouvements radiaux que l'on observe dans les applications de mélangeurs et pour les joints d'étanchéité qui sont physiquement positionnés loin des roulements.
Vous aurez également besoin d'un système d'amortissement des vibrations pour les joints à soufflets métalliques haute température, car ils ne possèdent pas l'élastomère qui remplit normalement cette fonction.
Utilisez des conceptions qui maintiennent le fluide d'étanchéité au niveau du diamètre extérieur du joint, sinon la force centrifuge projettera des particules solides contre les faces rodées et entravera leur mouvement lorsque le carbone s'usera. Il est également recommandé d'utiliser des carbones non chargés pour les faces d'étanchéité, car ce sont les plus performants et leur coût reste raisonnable.
Assurez-vous également de pouvoir identifier tous les matériaux d'étanchéité, car il est impossible de diagnostiquer un « matériau mystère ».
Ne laissez pas le fournisseur vous dire que son matériel est exclusif ; si telle est son attitude, trouvez un autre fournisseur ou fabricant, sinon vous méritez tous les problèmes que vous allez rencontrer.
Évitez tout contact entre les élastomères et la surface d'étanchéité. L'élastomère est la partie du joint la plus sensible à la chaleur, et la température est maximale au niveau des surfaces d'étanchéité.
Tout produit dangereux ou coûteux doit être muni d'un double joint d'étanchéité. Assurez-vous que l'équilibre hydraulique est respecté dans les deux sens, faute de quoi vous risquez l'ouverture d'une des faces en cas d'inversion ou de surpression.
Enfin, si la pièce comporte une pièce en carbone pressée dans un support métallique, assurez-vous que le carbone a bien été pressé et non simplement rétracté. Le carbone pressé se déformera pour épouser les irrégularités du support métallique, contribuant ainsi à maintenir la planéité des faces rodées.
Installez correctement le joint.
Les joints à cartouche sont la seule conception qui ait du sens si vous souhaitez effectuer des réglages de turbine, et ils sont beaucoup plus faciles à installer car vous n'avez pas besoin de plan ni de prendre de mesures pour obtenir la charge frontale correcte.
Les cartouches à double joint doivent comporter une bague de pompage intégrée et il convient d'utiliser un fluide tampon (pression plus basse) entre les joints chaque fois que cela est possible afin d'éviter les problèmes de dilution du produit.
Évitez tout type d'huile comme fluide tampon en raison de sa faible chaleur spécifique et de sa mauvaise conductivité.
Lors de l'installation, maintenez le joint au plus près des roulements. Il est généralement possible de déplacer le joint hors de la boîte à garniture et d'utiliser ensuite cet espace pour une bague de support afin de stabiliser l'arbre rotatif.
Selon l'application, vous devrez décider si cette bague de support doit être conservée axialement.
Les joints fendus sont également judicieux dans pratiquement toutes les applications qui ne nécessitent pas de doubles joints ou d'étanchéité aux émissions fugitives (fuite mesurée en parties par million).
Les joints fendus sont le seul type de joint à utiliser sur les pompes à double extrémité ; sinon, vous devrez remplacer les deux joints alors qu'un seul aura cédé.
Ils permettent également de changer les joints sans avoir à procéder à un réalignement avec le moteur de la pompe.
Ne pas lubrifier les faces d'étanchéité lors de l'installation et éviter tout contact avec des particules solides. Si les faces d'étanchéité sont recouvertes d'un revêtement protecteur, veillez à l'enlever avant l'installation.
S'il s'agit d'un joint à soufflet en caoutchouc, un lubrifiant spécial est nécessaire pour assurer l'adhérence du soufflet à l'arbre. Il s'agit généralement d'un fluide à base de pétrole, mais vous pouvez vérifier auprès de votre fournisseur pour en être certain. Les joints à soufflet en caoutchouc requièrent également une finition d'arbre d'une rugosité minimale de 40 RMS, sans quoi l'adhérence du caoutchouc sera compromise.
Enfin, lors d'une installation verticale, veillez à purger le presse-étoupe au niveau des faces d'étanchéité. Il se peut que vous deviez installer cette purge si le fabricant de la pompe ne l'a pas prévue.
De nombreux joints à cartouche sont dotés d'un évent intégré que vous pouvez raccorder à l'aspiration de la pompe ou à un autre point de basse pression du système.
Prenez soin du sceau
La dernière étape pour garantir une bonne durée de vie aux joints est de les entretenir régulièrement. Les joints fonctionnent de préférence avec un liquide lubrifiant frais et propre. Bien que ce soit rarement le cas, il est possible d'appliquer un contrôle environnemental au niveau de la boîte à garniture pour que votre produit soit dans ces conditions.
Si vous utilisez une boîte à garniture à double enveloppe, assurez-vous que cette dernière est propre. La condensation ou la vapeur sont les fluides les plus adaptés à la circulation dans l'enveloppe.
Essayez d'installer une bague en carbone à l'extrémité de la boîte à garniture pour servir de barrière thermique et contribuer à stabiliser la température de la boîte à garniture.
Le rinçage est le contrôle environnemental ultime car il entraîne la dilution du produit, mais si vous utilisez le joint approprié, un rinçage important suffira. Quatre à cinq gallons par heure (notez que j'ai dit heure et non minute) devraient suffire pour ce type de joint.
Il est également important de maintenir la circulation du fluide dans la boîte à garniture afin d'éviter toute accumulation de chaleur. La recirculation par aspiration permettra d'éliminer les particules solides plus denses que le produit à sceller.
Comme il s'agit de la configuration la plus courante pour les boues, utilisez la recirculation par aspiration comme norme. Sachez également dans quels cas elle ne doit pas être utilisée.
La recirculation du fluide de refoulement permet d'augmenter la pression dans la boîte à garniture afin d'empêcher la vaporisation du fluide entre les faces rodées. Évitez de diriger le jet de recirculation vers les faces rodées, car cela pourrait les endommager. Si vous utilisez un soufflet métallique, le jet de recirculation peut agir comme un sableur et endommager les fines plaques du soufflet.
Si le produit est trop chaud, refroidissez la zone du presse-étoupe. Il est important de noter que ces mesures de contrôle environnemental sont souvent plus importantes lorsque la pompe est arrêtée, car les températures de maintien et le refroidissement à l'arrêt peuvent modifier considérablement la température du presse-étoupe et entraîner un changement d'état du produit.
Pour les produits dangereux, un presse-étoupe de type API est nécessaire si vous choisissez de ne pas utiliser de double garniture mécanique. La bague de sécurité intégrée à la configuration API protège la garniture mécanique des dommages physiques en cas de défaillance d'un roulement pendant le fonctionnement de la pompe.
Vérifiez que les connexions API sont correctement établies. Il est facile de confondre les quatre ports et de brancher la ligne de rinçage ou de recirculation sur le port de trempe.
Évitez d'injecter trop de vapeur ou d'eau dans le raccord de refroidissement, car cela pourrait s'infiltrer dans le carter de palier. Les fuites au niveau du raccord de vidange sont souvent interprétées à tort comme une défaillance d'étanchéité par les opérateurs. Veillez à ce qu'ils comprennent la différence.
Mise en œuvre de ces conseils d'étanchéité
Est-ce que quelqu'un fait réellement ces quatre choses à la fois ? Malheureusement non. Si c'était le cas, 85 à 90 % de nos joints seraient usés, au lieu des 10 à 15 % actuels. La défaillance prématurée des joints, malgré une importante couche de carbone encore présente, reste la norme.
L'excuse la plus courante pour expliquer le manque de temps pour bien faire les choses est qu'on n'a jamais le temps de s'y prendre correctement, suivie du cliché : « Mais on peut toujours y remédier. » La plupart d'entre nous suivent une ou deux étapes nécessaires et constatent une augmentation de la durée de vie de nos phoques. Il n'y a rien de mal à cela, mais c'est bien loin de les user prématurément.
Réfléchissez un instant. Si le joint tient un an, quelle peut être l'ampleur du problème ? La température ne peut être ni trop élevée ni la pression trop forte. Si c'était le cas, le joint ne lâcherait pas au bout d'un an. Le produit ne peut pas être trop sale pour la même raison.
Bien souvent, le problème se résume à un défaut de conception du joint qui use prématurément l'arbre, créant ainsi une fuite au niveau de la douille ou de l'arbre endommagé. Parfois, le rinçage annuel des conduites est en cause, et personne ne modifie les matériaux des joints pour pallier ce risque.
Date de publication : 25 août 2023