Causes courantes de défaillance des garnitures mécaniques

La défaillance des joints mécaniques est un problème frustrant et coûteux qui affecte de nombreuses opérations industrielles.

De l'installation incorrecte à la contamination en passant par les conditions de fonctionnement extrêmes, les causes potentielles sont nombreuses et souvent difficiles à diagnostiquer. Si elles ne sont pas traitées, les défaillances des joints peuvent entraîner des temps d'arrêt imprévus, des pertes de production et des réparations coûteuses.

Dans cet article, nous allons décomposer les causes les plus courantes de défaillance des joints mécaniques et fournir des conseils pratiques pour vous aider à identifier et à résoudre les problèmes avant qu'ils ne se transforment en problèmes majeurs.

Fonctionnement à sec

La défaillance d'un joint mécanique peut être due à plusieurs causes, la marche à sec étant l'une des plus courantes. La marche à sec se produit lorsque les faces du joint fonctionnent sans lubrification adéquate par le fluide pompé. Cela peut être dû à :

• Niveau de liquide insuffisant dans la pompe:Si le niveau de liquide descend en dessous du minimum requis pour que la pompe fonctionne correctement, cela peut entraîner un fonctionnement à sec du joint.
• Crépine d'aspiration obstruée:Un filtre obstrué peut restreindre le débit vers la pompe, ce qui entraîne une quantité insuffisante de liquide atteignant les faces d'étanchéité.
• Vanne de décharge fermée:Si la vanne de refoulement est fermée pendant que la pompe fonctionne, cela peut provoquer un échauffement et une vaporisation du fluide, entraînant un fonctionnement à sec du joint.
• Clapet anti-retour coincé:Un clapet anti-retour coincé peut empêcher le fluide d'atteindre les faces du joint, provoquant ainsi un fonctionnement à sec.

Mauvaise installation

Une installation incorrecte est une autre cause fréquente de défaillance des joints mécaniques. Voici quelques problèmes d'installation courants :

• Désalignement:Un mauvais alignement entre les arbres de la pompe et du moteur peut provoquer des vibrations excessives et une usure inégale des faces des joints, entraînant une défaillance prématurée.
• Taille de joint incorrecte:L'installation d'un joint de mauvaise taille peut entraîner une fuite ou une usure accélérée.
• Serrage excessif des fixations:L'application d'un couple trop élevé lors du serrage des fixations peut déformer les faces des joints, provoquant ainsi des fuites.
• Faces d'étanchéité endommagées:Les faces d'étanchéité rayées, ébréchées ou autrement endommagées lors de l'installation peuvent tomber en panne prématurément.
• Jeu d'arbre excessif:Un jeu axial ou radial trop important dans l'arbre peut provoquer un désalignement et une charge inégale sur les faces du joint.

Contamination

La contamination du liquide pompé ou du liquide de rinçage peut également entraîner une défaillance du joint mécanique. Les sources courantes de contamination comprennent :

• Solides dans le fluide:Des particules abrasives telles que du sable, de la rouille ou des débris d'usure peuvent se coincer entre les faces du joint, provoquant des rayures et une usure accélérée.
• Liquide de rinçage contaminé:Si le liquide de rinçage utilisé pour refroidir et lubrifier le joint est contaminé par des solides ou des produits chimiques incompatibles, il peut endommager les faces du joint et les élastomères.

Vibration

Des vibrations excessives peuvent provoquer garnitures mécaniques de tomber en panne prématurément. Les sources courantes de vibrations comprennent :

• Déséquilibre de la pompe:Une roue ou un rotor déséquilibré peut créer des vibrations qui sont transmises au joint.
• Désalignement:Un mauvais alignement entre la pompe et le moteur peut générer des vibrations qui endommagent le joint.
• Fonctionnement en dehors du point de meilleur rendement (BEP):Faire fonctionner la pompe trop loin de son BEP peut augmenter les niveaux de vibrations.
• Roulements usés:Les roulements usés ou endommagés peuvent permettre un mouvement et des vibrations excessifs de l'arbre.

Incompatibilité chimique

Les joints mécaniques sont fabriqués à partir de divers matériaux, notamment des métaux, des céramiques et des élastomères. Si ces matériaux ne sont pas compatibles avec le fluide pompé, une attaque chimique peut se produire, entraînant une défaillance du joint. Les problèmes de compatibilité courants incluent :

• Gonflement ou ramollissement des élastomères:L’exposition à certains produits chimiques peut provoquer le gonflement, le ramollissement ou la dégradation des composants d’étanchéité en élastomère (par exemple, les joints toriques), compromettant ainsi leur capacité d’étanchéité.
• Attaque chimique sur les faces des joints:Les produits chimiques corrosifs peuvent graver ou piquer les face d'étanchéité matériaux, provoquant une augmentation des fuites et réduisant la durée de vie des joints.

Conditions de fonctionnement extrêmes

Les joints mécaniques sont conçus pour fonctionner dans des plages de température et de pression spécifiques. Lorsqu'ils sont exposés à des conditions dépassant ces limites, la défaillance des joints devient beaucoup plus probable :

• Températures élevées:L’utilisation d’un joint mécanique à des températures supérieures à ses limites nominales dégradera les faces du joint, les élastomères et d’autres composants.
• Hautes pressions:L’exposition d’un joint à des pressions supérieures à ses spécifications exerce une contrainte excessive sur les faces du joint, les ressorts et les joints secondaires.
• Pics de pression:Des pics soudains de pression dans le système, même de courte durée, provoquent des charges de choc qui peuvent ébrécher, fissurer ou fracturer complètement les faces des joints.

Plan de rinçage des joints incorrect

Un plan de rinçage du joint inefficace ne refroidira pas et ne nettoiera pas correctement le joint mécanique, ce qui entraînera des dommages dus à la chaleur et une contamination de la face du joint. Les problèmes courants liés aux plans de rinçage comprennent :

• Refroidissement inadéquat:Si le liquide de rinçage ne parvient pas à éliminer suffisamment de chaleur du chambre d'étanchéité, le joint fonctionnera à des températures élevées, ce qui entraînera la dégradation des composants du joint et des fluides. La surchauffe entraîne la cokéfaction des fluides carbonés et la cristallisation de certains produits chimiques qui abrasent rapidement les surfaces du joint.
• Contamination:Un plan de rinçage doit empêcher le fluide de traitement et les contaminants environnementaux de pénétrer dans la chambre d'étanchéité. Les particules abrasives s'incrustent dans la face souple du joint et rayent la face dure. L'accumulation de solides sur les composants du joint limite les mouvements et provoque un blocage.
• Emprisonnement d'air:Les bulles d'air pénétrant dans l'orifice de rinçage migrent vers les faces du joint où elles provoquent des piqûres, des écaillages et des dommages thermiques. L'air dissous dans le liquide de rinçage sortira de la solution dans les régions à basse pression près du côté atmosphérique des faces du joint.

Mouvement et faux-rond de l'arbre

Les joints mécaniques reposent sur un alignement et une concentricité précis entre l'arbre et les faces du joint. Un mouvement excessif de l'arbre ou un faux-rond peut entraîner une défaillance du joint par plusieurs mécanismes :

• Roulements usés:Lorsque les roulements s'usent, l'augmentation du jeu permet à l'arbre de tourner en orbite dans l'enveloppe du roulement. Ce mouvement radial de l'arbre provoque un déplacement axial cyclique des composants du joint, ce qui entraîne des vibrations, de la fatigue et des dommages à la face du joint. Une usure importante du roulement peut permettre un contact arbre-joint.
• Arbre courbé:Une courbure de l'arbre entraîne un déplacement axial oscillant des composants du joint lorsque l'arbre tourne. Comme un roulement usé, cela empêche les faces du joint de maintenir un contact correct. Le désalignement dû à un arbre courbé concentre la charge sur un seul point de la face du joint, ce qui entraîne une usure prématurée.

Cavitation

La cavitation se produit lorsque la pression localisée du fluide chute en dessous de la pression de vapeur, formant des cavités de vapeur ou des bulles. Lorsque ces bulles s'effondrent près des faces du joint, elles peuvent causer des dommages importants :

• Érosion des faces d'étanchéité:L'implosion des bulles de cavitation génère des micro-jets à grande vitesse et des ondes de choc qui érodent progressivement le matériau de la face du joint. Les piqûres et les irrégularités de surface qui en résultent perturbent la planéité de la face du joint et le film de fluide, provoquant des fuites.
• Vibration:La cavitation dans la chambre d'étanchéité induit des vibrations intenses à haute fréquence. Ces vibrations peuvent provoquer une fatigue des composants d'étanchéité, des dommages secondaires au joint et une usure accrue en raison de la rupture des films lubrifiants entre les faces.