Types de dispositifs à double garniture mécanique

Les agencements de garnitures mécaniques doubles sont de trois types principaux : dos à dos, en tandem et face à face.

Arrangement dos à dos

Principe de fonctionnement de la disposition dos à dos

Les agencements de joints mécaniques dos à dos positionnent deux joints face à face, avec les surfaces d'étanchéité principales sur les côtés extérieurs. Cette configuration crée une chambre de fluide barrière entre les joints, sous pression plus élevée que le fluide de traitement. Le fluide barrière lubrifie les faces des joints, évacue la chaleur et empêche les fuites de fluide de traitement dans l'atmosphère.

La pression plus élevée dans la chambre du fluide de barrage force les deux joints contre leurs sièges fixes. Cette différence de pression assure une fuite du fluide de barrage vers l'intérieur et non vers l'extérieur.

Avantages de la disposition dos à dos

Protection et conception supérieures

Les joints mécaniques disposés dos à dos offrent une protection supérieure contre les défaillances des joints et les fuites de produit. La conception équilibrée garantit des conditions de fonctionnement optimales pour les deux joints, réduisant ainsi l'usure et prolongeant la durée de vie des joints.

Amélioration de la distribution de la pression et de la dissipation de la chaleur

Cette configuration offre une meilleure répartition de la pression. Le fluide barrière entre les joints est pressurisé à une pression supérieure à celle du fluide de traitement, ce qui évite toute contamination en cas de défaillance du joint interne. Elle permet également une meilleure dissipation de la chaleur, ce qui permet de garder les joints plus frais et plus efficaces.

Installation et maintenance simplifiées

L'installation et la maintenance des joints dos à dos sont simplifiées. La conception de la cartouche facilite le remplacement, réduisant ainsi les temps d'arrêt et les coûts de main-d'œuvre. La surveillance de la pression du fluide de barrage permet de détecter rapidement l'usure ou la défaillance des joints, évitant ainsi les arrêts inattendus.

Excellence dans la gestion des fluides difficiles

Les configurations dos à dos sont idéales pour la manipulation de fluides volatils, dangereux ou coûteux. Elles offrent une couche de protection supplémentaire contre les fuites, garantissant un fonctionnement plus sûr et minimisant les pertes de produit. Cette configuration s'adapte bien aux applications avec des conditions de pression variables, s'adaptant aux fluctuations plus efficacement que les autres types de joints.

Inconvénients de la disposition dos à dos

Défis de maintenance et d'installation

Les agencements de joints mécaniques dos à dos nécessitent une maintenance plus importante en raison de leur complexité. Les problèmes d'installation et d'alignement peuvent augmenter les temps d'arrêt pendant les réparations ou les remplacements. Des dommages à la face du joint peuvent se produire si la pression du fluide de barrière chute en dessous de la pression du fluide de traitement, ce qui entraîne une contamination et une défaillance du joint.

Considérations relatives aux coûts

Ces configurations sont plus coûteuses que les joints simples ou les agencements en tandem en raison de la conception complexe et des composants supplémentaires. Les coûts des pièces de rechange et de maintenance s'accumulent au fil du temps. Les joints dos à dos occupent plus d'espace axial, ce qui limite leur utilisation dans certains types de pompes ou dans des environnements restreints.

Sensibilité à l'alignement des arbres

La sensibilité à la déflexion et au désalignement de l'arbre est un problème pour les joints dos à dos. Un support et un alignement corrects de l'arbre sont essentiels pour éviter l'usure prématurée et la défaillance des faces d'étanchéité. La conception complexe et les composants supplémentaires contribuent à des coûts initiaux plus élevés et à des dépenses de maintenance continues.

Gestion des systèmes de fluides de barrière

Les fluctuations de pression ou une alimentation en fluide inadéquate peuvent compromettre l’intégrité du joint et entraîner des défaillances du système.

Applications de la disposition dos à dos

Applications dans les industries chimiques et pharmaceutiques

Les joints mécaniques dos à dos sont excellents dans les applications nécessitant un confinement rigoureux des fluides de traitement. Ces joints sont courants dans les industries manipulant des fluides dangereux, toxiques ou coûteux. Les usines de traitement chimique les utilisent pour les réacteurs et les mélangeurs traitant des substances corrosives. Les fabricants de produits pharmaceutiques utilisent des joints dos à dos pour protéger les composés médicamenteux sensibles de la contamination pendant la production.

Utilisation dans les industries du pétrole, du gaz, de l'alimentation et du papier

Les raffineries de pétrole et de gaz mettent en œuvre ces dispositifs dans les pompes qui traitent les hydrocarbures volatils, améliorant ainsi la sécurité et évitant les pertes de produits. Les installations de production d'aliments et de boissons utilisent des joints dos à dos pour maintenir les normes d'hygiène et éviter la contamination des produits. Les usines de pâtes et papiers comptent sur ces joints pour gérer les boues abrasives tout en minimisant les fuites.

Applications dans la production d'énergie, le traitement de l'eau et l'aérospatiale

Le secteur de la production d'énergie utilise des joints dos à dos dans les pompes d'alimentation des chaudières et les turbines, où les pressions et les températures élevées sont courantes. Les installations de traitement des eaux utilisent ces dispositifs pour assurer l'étanchéité des pompes qui traitent divers produits chimiques et eaux usées. L'industrie aérospatiale utilise des joints dos à dos dans les pompes à carburant et les systèmes hydrauliques, garantissant des performances fiables dans des conditions extrêmes.

Arrangement en tandem (face à dos)

Principe de fonctionnement de la disposition en tandem (face à dos)

Les agencements en tandem (face à dos) utilisent deux joints pour une meilleure protection contre les fuites. Le joint primaire est en contact avec le fluide de traitement, tandis que le joint secondaire est orienté vers l'atmosphère. Un fluide tampon occupe l'espace entre ces joints, maintenu à une pression légèrement inférieure à celle du fluide de traitement.

L'arbre rotatif active le joint primaire, qui retient le fluide de traitement et empêche son entrée dans la chambre tampon. Toute fuite mineure est absorbée par le fluide tampon. Le joint secondaire empêche ensuite le fluide tampon de se libérer dans l'atmosphère. Cette configuration crée un environnement contrôlé, minimisant la contamination du fluide de traitement et réduisant les émissions.

Le fluide tampon remplit plusieurs fonctions dans ce dispositif. Il lubrifie et refroidit les deux joints, prolongeant ainsi leur durée de vie opérationnelle. Il agit également comme une barrière protectrice, protégeant le joint secondaire du contact direct avec des fluides de traitement potentiellement dangereux. En cas de défaillance du joint primaire, la pression plus faible du fluide tampon permet une fuite contrôlée dans la chambre tampon. Cela déclenche des alarmes et permet d'effectuer la maintenance avant qu'une défaillance catastrophique ne se produise.

Avantages de la disposition en tandem (face à dos)

Résistance à la pression et durabilité

Les dispositifs en tandem supportent des pressions plus élevées que les joints simples, ce qui les rend adaptés aux applications exigeantes. Ils tolèrent mieux le désalignement de l'arbre et les vibrations, réduisant ainsi l'usure et prolongeant la durée de vie du joint. La conception permet une maintenance plus facile, car le joint primaire peut être remplacé sans perturber le joint secondaire ou retirer l'ensemble complet.

Dissipation de la chaleur et flexibilité des matériaux

Le fluide tampon entre les joints dans une configuration en tandem améliore la dissipation de chaleur, refroidit le joint primaire et évite la surchauffe. Cela prolonge la durée de vie du joint. La configuration offre également une certaine flexibilité dans le choix du matériau du joint, permettant d'utiliser différents matériaux pour chaque joint afin d'optimiser les performances en fonction des conditions de processus spécifiques.

Polyvalence et robustesse

Les agencements en tandem (face à dos) offrent des solutions d'étanchéité robustes et polyvalentes pour diverses applications industrielles. Leur capacité à supporter des pressions élevées améliore la fiabilité et facilite la maintenance.

Inconvénients de la disposition en tandem (face à dos)

Défis d'espace et de conception

Les configurations en tandem (face à dos) nécessitent plus d'espace axial, ce qui pose des problèmes dans les conceptions de machines compactes. La longueur accrue peut entraîner des problèmes de déflexion de l'arbre, ce qui peut compromettre les performances et la longévité des joints. Ces configurations impliquent deux ensembles de joints distincts, ce qui augmente la complexité du système et entraîne des coûts d'installation et de maintenance plus élevés par rapport aux joints simples ou à d'autres configurations de joints doubles.

Capacités de confinement et de pression limitées

Les configurations en tandem sont moins efficaces pour contenir les fluides de traitement que les autres configurations à double joint. En cas de défaillance du joint interne, le joint externe devient la seule barrière contre les fuites, offrant ainsi moins de confinement qu'une configuration dos à dos. Ces systèmes ont des capacités de pression limitées, gérant généralement des pressions différentielles inférieures à celles des configurations dos à dos. Cette restriction peut limiter leur utilisation dans les applications à haute pression.

Limites de la gestion thermique

La dissipation thermique est moins efficace dans les configurations en tandem, ce qui affecte les performances des joints dans les processus sensibles à la température. Les limites inhérentes à la conception en matière de gestion thermique peuvent avoir un impact sur la fiabilité et l'efficacité globales du système.

Applications de la disposition en tandem (face à dos)

Applications dans les hydrocarbures légers et les COV

Les dispositifs en tandem sont excellents dans les processus de manipulation d'hydrocarbures légers, de composés organiques volatils (COV) et de fluides à faible viscosité et densité. Ces joints minimisent la contamination du produit en empêchant le fluide tampon du joint extérieur de se mélanger au fluide de traitement.

Conditions de pression variables

Les joints tandem fonctionnent bien dans des conditions de pression variables. Le joint extérieur s'adapte aux fluctuations de pression sans compromettre les performances du joint intérieur. Ils sont donc adaptés aux équipements avec des démarrages et des arrêts fréquents ou un fonctionnement intermittent.

Applications à grande vitesse

Les applications à grande vitesse bénéficient des capacités efficaces de dissipation de chaleur des agencements en tandem. Dans les environnements où des fuites occasionnelles sont acceptables mais où le confinement est nécessaire, ces joints offrent une solution efficace.

Transformation pharmaceutique et alimentaire

Les dispositifs en tandem sont utilisés dans les industries pharmaceutiques et agroalimentaires. Leur capacité à maintenir la pureté des produits et à prévenir la contamination répond aux exigences strictes en matière d'hygiène dans ces secteurs.

Arrangement en face à face

Principe de fonctionnement de la relation face à face

Les dispositifs de garniture mécanique double face à face comportent deux joints positionnés avec des faces opposées, créant ainsi une chambre étanche entre eux. Cette chambre contient un fluide barrière, essentiel au fonctionnement du joint.

Lors de la rotation de l'arbre, les deux joints collaborent pour empêcher les fuites. Le joint intérieur entre en contact avec le fluide de traitement, tandis que le joint extérieur est en contact avec l'atmosphère ou le système de confinement secondaire. Le fluide barrière lubrifie les faces des joints, dissipe la chaleur et maintient une pression plus élevée que celle du fluide de traitement. Ce différentiel de pression assure une fuite vers l'intérieur, protégeant ainsi contre la perte de produit et la contamination de l'environnement.

Les agencements face à face offrent une protection contre le fonctionnement à sec. En cas de chute de pression du fluide de barrage, les deux joints peuvent fonctionner indépendamment, offrant ainsi un mécanisme de sécurité intégrée. Cette conception facilite l'installation et la maintenance, permettant le remplacement du joint sans perturber l'autre.

Le principe de fonctionnement de ce dispositif repose sur l'interaction entre les faces d'étanchéité, le fluide de barrage et les différences de pression. Lorsque l'arbre tourne, les faces d'étanchéité créent un film fluide mince, minimisant ainsi les frottements et l'usure. La pression plus élevée du fluide de barrage le force à pénétrer dans l'espace entre les faces d'étanchéité, formant ainsi un joint liquide stable. Ce joint liquide empêche le fluide de traitement de s'échapper et les contaminants externes de pénétrer.

Avantages de la rencontre en face à face

Protection contre la déflexion de l'arbre

Les garnitures mécaniques doubles face à face protègent contre la déflexion de l'arbre. La proximité des faces des garnitures maintient l'alignement dans des conditions de fonctionnement difficiles. Cette configuration simplifie l'installation et la maintenance, réduit les temps d'arrêt et facilite l'entretien des garnitures sans perturber l'alignement de l'équipement.

Dissipation thermique améliorée

La dissipation de chaleur est améliorée grâce à des agencements face à face. Le fluide barrière entre les joints élimine la chaleur générée par le frottement de la face du joint, prolongeant ainsi sa durée de vie et améliorant ses performances. Cette configuration tolère les scénarios de pression inverse, ce qui la rend adaptée aux applications avec des fluctuations de pression fréquentes.

Conception compacte

Les joints face à face présentent une conception compacte, nécessitant moins d'espace axial que d'autres agencements. Cette caractéristique les rend idéaux pour les équipements dont l'espace d'installation est limité. Le poids global réduit du joint est avantageux pour certaines applications où la minimisation de la masse est cruciale.

Longévité et fiabilité accrues

L'efficacité de cette configuration en termes de gestion de la chaleur et de la pression contribue à accroître la longévité et la fiabilité des joints. Cela se traduit par une réduction de la fréquence de maintenance et des coûts d'exploitation pour les processus industriels utilisant des joints mécaniques doubles face à face.

Inconvénients des rencontres en face à face

Distorsion thermique et limitations de pression

La sensibilité à la déformation thermique augmente, ce qui entraîne des dommages au niveau de la face d'étanchéité et une augmentation des fuites. La capacité de pression inférieure par rapport aux configurations dos à dos limite l'utilisation dans les applications à haute pression.

Défis d'installation et de maintenance

Les difficultés d'installation et de maintenance sont dues à l'accessibilité réduite des faces d'étanchéité internes. Cela complique l'inspection et le remplacement, augmentant potentiellement les temps d'arrêt et les coûts de maintenance. Le fluide emprisonné entre les faces d'étanchéité peut provoquer un blocage hydraulique, empêchant l'ouverture du joint et risquant d'endommager la face lors du démarrage.

Sensibilité à la déflexion et au désalignement de l'arbre

La sensibilité à la déflexion et au désalignement de l'arbre affecte les performances et la durée de vie des joints dans les configurations face à face. L'espace axial requis peut restreindre l'utilisation dans les conceptions d'équipements compacts, limitant ainsi l'application dans les environnements à espace restreint.

Applications de l'arrangement en face à face

Avantages de la basse pression et de la dilatation thermique

Les applications à basse pression différentielle bénéficient d'agencements face à face. Ils gèrent efficacement la dilatation thermique en s'adaptant au mouvement axial de l'arbre. Les applications avec des fluides corrosifs ou abrasifs privilégient cet agencement, car il protège le joint extérieur vulnérable de l'exposition directe aux fluides de traitement agressifs.

Pompes verticales et hydrocarbures légers

Les pompes verticales manipulant des hydrocarbures légers ou des composés organiques volatils utilisent souvent des joints face à face. Ces joints maintiennent la lubrification de la face même lorsque la pompe est au repos, empêchant ainsi le fonctionnement à sec et prolongeant la durée de vie du joint. Les équipements soumis à des cycles fréquents bénéficient de dispositions face à face, car elles minimisent l'usure de la face du joint pendant les procédures de démarrage et d'arrêt.

Sélection de la disposition optimale du double joint

Propriétés du fluide

Les propriétés du fluide influencent considérablement le choix de la disposition des joints mécaniques doubles. La viscosité affecte la capacité du joint à maintenir un film fluide stable. Les fluides à viscosité plus élevée nécessitent des faces de joint plus larges et des rainures plus profondes pour une lubrification adéquate.

La température a un impact sur les performances du matériau d'étanchéité et sur la viscosité du fluide. Les matériaux d'étanchéité doivent résister à la plage de températures de fonctionnement sans dégradation ni dilatation thermique excessive.

La corrosivité des fluides détermine le choix de la face d'étanchéité et du matériau élastomère. Les matériaux résistants aux attaques chimiques empêchent la défaillance prématurée des joints.

Les tendances à la cristallisation ou à la polymérisation des fluides peuvent affecter les performances des joints. Des conceptions de joints spéciales ou des systèmes de fluides barrières peuvent être nécessaires pour éviter l'accumulation sur les faces des joints.

Les fluides abrasifs peuvent nécessiter des matériaux de face d'étanchéité plus durs ou des conceptions de joint spéciales pour minimiser l'usure et prolonger la durée de vie du joint.

Pression

La pression du procédé et la pression du fluide de barrage influencent le choix des agencements de garnitures mécaniques doubles. Les applications haute pression nécessitent des joints en tandem, qui résistent mieux aux contraintes accrues que les configurations face à face. Les pressions extrêmement élevées nécessitent des agencements dos à dos pour une résistance optimale à la pression.

Les scénarios à faible pression offrent plus de flexibilité. Les arrangements en face à face s'avèrent rentables et plus faciles à maintenir, ce qui les rend adaptés à divers secteurs d'activité.

Température

Les températures du fluide de traitement et de la chambre d'étanchéité influencent le choix. Les températures élevées ont un impact sur les matériaux d'étanchéité, les lubrifiants et les performances globales.

Les agencements en tandem avec fluide tampon plus froid conviennent aux applications à haute température. Cette configuration dissipe la chaleur et protège le joint extérieur des contraintes thermiques. Les agencements dos à dos avec fluide barrière sous pression excellent dans des conditions de température extrêmes, offrant un refroidissement et une lubrification améliorés pour les deux faces du joint.

Les fluctuations de température doivent être prises en compte. Des changements rapides provoquent des chocs thermiques, susceptibles d'endommager les composants du joint. Les configurations face-à-dos avec montage flexible s'adaptent efficacement aux cycles thermiques.

Vitesse

Les applications à grande vitesse supérieures à 3 600 tr/min nécessitent des conceptions de joints équilibrées pour atténuer les forces centrifuges et maintenir la stabilité. Ces conceptions minimisent la génération de chaleur et l'usure.

Les opérations à basse vitesse inférieures à 1 000 tr/min permettent des agencements de joints plus simples en raison de forces dynamiques réduites. Une lubrification et un refroidissement adéquats sont essentiels, car des vitesses plus lentes peuvent limiter la circulation du fluide dans la chambre d'étanchéité.

Les applications à vitesse moyenne entre 1 000 et 3 600 tr/min offrent davantage de flexibilité dans le choix de la disposition des joints. Tenez compte de la pression, de la température et des propriétés du fluide ainsi que de la vitesse lors de la sélection.

Adaptez les matériaux de la face d'étanchéité et les charges des ressorts à la vitesse de fonctionnement. Des vitesses plus élevées peuvent nécessiter des matériaux de face plus durs et une tension de ressort ajustée pour maintenir un contact d'étanchéité correct sans usure excessive.

Contraintes d'espace

Les configurations face à face occupent moins d'espace axial, ce qui convient aux machines compactes mais nécessite plus d'espace radial pour les composants d'étanchéité. Les configurations dos à dos nécessitent plus d'espace axial mais offrent des avantages en termes d'espace radial, ce qui les rend adaptées aux scénarios d'espace radial limité. Les configurations en tandem nécessitent le plus d'espace axial, ce qui ne convient pas aux équipements soumis à des contraintes axiales strictes.

Prévoyez suffisamment d'espace pour les systèmes auxiliaires, notamment les canalisations et les réservoirs de circulation de fluides de barrage. Certaines configurations nécessitent des systèmes de support importants, ce qui affecte les besoins globaux en espace. Prévoyez suffisamment d'espace pour les tâches de remplacement et de maintenance des joints.

Coût

L'investissement initial doit être équilibré par rapport aux dépenses opérationnelles à long terme. Les configurations face à face ont souvent des coûts initiaux inférieurs mais nécessitent une maintenance plus fréquente. Les configurations dos à dos peuvent avoir des coûts initiaux plus élevés mais offrent de meilleures performances et une meilleure longévité, réduisant potentiellement les coûts globaux au fil du temps.

FAQ

À quelle fréquence les joints mécaniques doubles doivent-ils être inspectés et entretenus ?

Les garnitures mécaniques doubles doivent être inspectées tous les 3 à 6 mois et entretenues une fois par an. Cependant, les recommandations des fabricants doivent être respectées, car la fréquence d'inspection peut varier en fonction de l'utilisation et des conditions de fonctionnement.

Quels sont les coûts typiques associés à l’installation de joints mécaniques doubles ?

Les coûts d'installation d'un joint mécanique double varient généralement entre 1 000 et 10 000 T. Les prix varient en fonction de la taille du joint, des matériaux, de la complexité et de la main-d'œuvre.

Les garnitures mécaniques doubles peuvent-elles être installées ultérieurement sur des équipements existants ?

Les garnitures mécaniques doubles peuvent être installées ultérieurement sur des équipements existants, sous réserve de facteurs de compatibilité tels que la taille de l'arbre, les dimensions du boîtier et l'espace disponible. Une évaluation professionnelle est recommandée pour déterminer la faisabilité pour des machines spécifiques.