Quelle est la différence entre les joints mécaniques simples et doubles

Le choix d'une garniture mécanique appropriée est crucial pour garantir un fonctionnement fiable et sûr des équipements de pompage. Un mauvais choix peut entraîner des fuites, des dommages matériels et des situations dangereuses. Ce document propose une comparaison approfondie des garnitures mécaniques simples et doubles, examinant leur conception, leurs principes de fonctionnement et leurs applications afin de faciliter la prise de décision éclairée dans divers scénarios industriels.

Garnitures mécaniques simples

La caractéristique d'une garniture mécanique simple réside dans sa conception relativement simple, composée de deux éléments principaux : une bague rotative fixée sur l'arbre de rotation de l'équipement et une bague fixe fixée solidement sur le carter de l'équipement. Ces bagues présentent des surfaces très planes et rectifiées avec précision, qui forment l'interface d'étanchéité principale.

Pour maintenir un contact constant entre ces faces, un mécanisme à ressort (ou soufflet dans certains modèles) applique une force pour presser les bagues rotatives et fixes l'une contre l'autre. Le ressort est généralement situé du côté atmosphérique du joint, à l'abri du fluide de procédé. Des éléments d'étanchéité secondaires, tels que des joints toriques ou des joints d'étanchéité, assurent l'étanchéité entre les pièces fixes et le boîtier du joint.

Comment fonctionnent les joints mécaniques simples

Le principe de fonctionnement d'une garniture mécanique simple repose sur la formation d'un film extrêmement fin de fluide de procédé entre les faces d'étanchéité rectifiées avec précision, généralement de quelques microns d'épaisseur seulement. Lorsque l'équipement fonctionne, la bague rotative tourne avec l'arbre, tandis que la bague fixe reste fixée au carter.

L'étanchéité résulte d'un équilibre entre la force de fermeture fournie par le ressort et le système hydraulique, et la force d'ouverture produite par la pression du film fluide lui-même. La force du ressort comprime les faces l'une contre l'autre tandis que la pression du fluide dans le film mince tente de les écarter. L'équilibre est atteint lorsqu'un film fluide stable est établi.

Lorsque le fluide migre du côté haute pression vers le côté basse pression atmosphérique, une fuite de vapeur minime se produit généralement au niveau des surfaces d'étanchéité. Cette faible fuite est normale et nécessaire à la lubrification et au refroidissement des surfaces. Une défaillance du joint peut survenir si les surfaces chauffent et sèchent trop, ou si le film se rompt en raison d'une contamination ou d'une perte des propriétés du fluide.

Applications des garnitures mécaniques simples

Célibataire garnitures mécaniques Ils sont principalement utilisés lorsque le fluide pompé présente un risque minimal pour l'environnement ou le personnel utilisant l'équipement. Ils sont parfaitement adaptés aux applications industrielles générales impliquant des fluides compatibles avec les matériaux d'étanchéité, relativement propres et non considérés comme présentant un risque grave.

Certaines applications typiques des garnitures mécaniques simples comprennent :

• Pompes à eau et à eaux usées
• Transformation des aliments (lait, boissons, graisses animales)
• Pompes CVC et tour de refroidissement
• Transfert chimique général avec des fluides bénins
• Services d'hydrocarbures à basse pression

Dans les industries de transformation chimique, pétrolière et pétrochimique, les garnitures mécaniques simples sont fréquemment utilisées pour un large éventail d'applications utilitaires où les fluides traités sont moins critiques en termes de risques potentiels ou d'impact environnemental. Pour les applications plus exigeantes impliquant des fluides dangereux, inflammables ou sensibles à l'environnement, garnitures mécaniques doubles sont souvent spécifiés pour fournir une couche supplémentaire de protection et de redondance.

Garnitures mécaniques doubles

Les garnitures mécaniques doubles constituent une solution d'étanchéité plus avancée et plus robuste que les garnitures simples. Elles sont constituées de deux garnitures mécaniques simples disposées en série, offrant une protection supplémentaire contre les fuites et les défaillances.

Les deux principaux composants d'une double garniture sont le joint intérieur (primaire) et le joint extérieur (secondaire). Le joint intérieur est positionné au plus près du fluide de procédé à étanchéifier, tandis que le joint extérieur est situé côté atmosphère de l'assemblage. Entre ces deux joints se trouve une cavité remplie soit d'un fluide tampon ou un fluide barrière.

La présence de cette cavité remplie de fluide est une caractéristique essentielle des garnitures mécaniques doubles. Elle remplit plusieurs fonctions importantes, telles que la lubrification des faces d'étanchéité, la dissipation de la chaleur et la prévention de la pénétration de contaminants. La circulation et l'entretien du fluide sont généralement assurés par un système de support externe, qui peut comprendre un réservoir, des pompes, des échangeurs de chaleur et des dispositifs de surveillance.

Comment fonctionnent les doubles joints mécaniques

Le fonctionnement des garnitures mécaniques doubles repose sur un mécanisme d'étanchéité à deux étages. Le rôle principal du joint interne est de contenir le fluide de procédé à l'intérieur du carter de la pompe ou de l'équipement, empêchant ainsi toute fuite. Il constitue la première ligne de défense contre les fuites et est conçu pour résister à la pression et à la température maximales du fluide de procédé.

Le joint extérieur, quant à lui, a deux fonctions principales. Premièrement, il sert à contenir le fluide tampon ou barrière dans la cavité entre les joints. Deuxièmement, il agit comme un joint de secours, capturant toute fuite mineure pouvant survenir au-delà du joint intérieur et l'empêchant de s'échapper dans l'atmosphère.

La pression du fluide dans la cavité joue un rôle crucial dans l'étanchéité des doubles joints. Lorsqu'un fluide tampon est utilisé, sa pression est généralement maintenue à un niveau inférieur à celui du fluide de procédé. Dans cette configuration, le fluide tampon capte et retient toute fuite du joint interne, l'empêchant ainsi d'atteindre le joint externe ou l'environnement.

Par ailleurs, lorsqu'on utilise un fluide de barrage, sa pression est généralement maintenue supérieure à celle du fluide de procédé. Cela crée une barrière physique complète entre le fluide de procédé et l'atmosphère. Toute fuite par le joint interne est renvoyée dans le fluide de procédé au lieu de s'échapper vers l'extérieur.

Types de dispositifs à double garniture mécanique

Arrangement dos à dos

Dans une configuration dos à dos, les faces rotatives des deux joints sont orientées à l'opposé l'une de l'autre. Cela crée une cavité entre les joints où circule un fluide barrière, pressurisé à une pression supérieure à celle de la chambre d'étanchéité pression, peut circuler.

Le fluide barrière lubrifie les faces d'étanchéité et absorbe les fuites éventuelles. Ce dispositif est particulièrement adapté aux applications impliquant des fluides de procédé volatils, dangereux ou coûteux, car il limite efficacement les fuites dans le système de fluide barrière.

Les joints dos à dos offrent d'excellentes performances d'étanchéité et une capacité de maintien de pression maximale dans un espace axial relativement compact. Cependant, ils peuvent être plus coûteux que les joints simples ou tandem et nécessitent un espace axial plus important dans certaines installations.

Il est important de noter que si une perte de fluide barrière maintient les deux joints fermés, une défaillance du joint interne peut entraîner une contamination du fluide de procédé par le fluide barrière. De plus, les faces extérieures des joints, dans une configuration dos à dos, ont généralement une pression nominale inférieure à celle des faces intérieures.

Arrangement en tandem (face à face)

Un agencement en tandem, également appelé agencement face à face, comporte deux joints orientés dans le même sens et installés en série. Le joint intérieur (primaire) gère la pression totale du fluide de traitement, tandis que le joint extérieur (secondaire) sert de réserve.

Dans cette configuration, un fluide tampon, maintenu à une pression inférieure à celle du fluide de procédé, circule entre les deux joints. Les joints tandem sont privilégiés pour l'étanchéité des fluides et gaz toxiques et dangereux, ainsi que pour la manipulation de solides et de milieux contaminés. Ils offrent également une meilleure tolérance au désalignement de l'arbre que les autres configurations.

Cependant, les joints tandem nécessitent généralement plus d'espace axial et augmentent la complexité et le coût global du système. En cas de défaillance du joint interne, le joint externe devient la seule barrière empêchant les fuites, et ses performances d'étanchéité peuvent être inférieures à celles d'un montage dos à dos.

Arrangement en face à face

La disposition face à face positionne les faces rotatives des deux joints l'une vers l'autre, formant ainsi une chambre étanche. Cette conception peut utiliser un fluide tampon ou un fluide barrière et utilise souvent un composant fixe commun aux deux joints.

Les joints face-à-face sont particulièrement utiles dans les équipements à espace restreint et permettent de traiter efficacement les solides et les fluides contaminés. Ils supportent également les contre-pressions. Leur conception compacte et simple permet un déplacement axial plus important et, dans certains cas, le fluide de barrage peut servir de liquide de refroidissement.

Un inconvénient majeur des joints face à face est que le joint extérieur ne peut pas assurer une pression de secours complète. De plus, la dépendance à un composant fixe commun signifie que la défaillance de ce composant peut entraîner la défaillance des deux joints.

Les différences entre les garnitures mécaniques simples et doubles