Qu'est-ce qu'un système de refroidissement à double joint mécanique

Un système de refroidissement à double joint mécanique est un élément essentiel des machines industrielles qui empêche la défaillance des joints et prolonge la durée de vie de l'équipement. Il fonctionne en faisant circuler un liquide de refroidissement entre deux joints mécaniques, éliminant ainsi la chaleur et assurant la lubrification.

Conséquences d'un refroidissement inadéquat

Distorsion thermique

La déformation thermique des joints mécaniques doubles se produit lorsque les systèmes de refroidissement ne parviennent pas à maintenir les températures adéquates. Un refroidissement inadéquat provoque la déformation des faces des joints en raison d'une répartition inégale de la chaleur. Cette déformation modifie l'espace entre les faces des joints, compromettant leur capacité à maintenir une étanchéité parfaite.

Les faces déformées entraînent des taux de fuite accrus et une défaillance potentielle complète des joints. Une déformation importante entraîne des temps d'arrêt coûteux et des pertes de produits. La déformation crée une friction supplémentaire, accélérant l'usure des faces des joints et réduisant leur durée de vie.

Dégradation des matériaux

Un refroidissement inadéquat dans les systèmes à double garniture mécanique entraîne une dégradation des matériaux. Une chaleur excessive accélère l'usure des faces et des composants des joints, réduisant ainsi leur durée de vie et leur efficacité. Les températures élevées provoquent la dégradation des élastomères, qui perdent leur élasticité et leurs propriétés d'étanchéité, ce qui entraîne des fuites et des défaillances potentielles du système.

Des fissures et une oxydation thermiques peuvent se produire dans les matériaux des faces d'étanchéité comme le carbone ou le carbure de silicium sous une chaleur extrême, compromettant l'intégrité et les performances de l'étanchéité. Les composants métalliques subissent des propriétés métallurgiques altérées en cas d'exposition prolongée à la chaleur, ce qui peut entraîner une déformation ou un affaiblissement. Les lubrifiants se décomposent plus rapidement à haute température, perdant leurs qualités protectrices et augmentant la friction entre les pièces mobiles.

Fuite

Un refroidissement inadéquat dans les systèmes à double garniture mécanique provoque des fuites, compromettant l'intégrité et la sécurité de l'équipement. Un refroidissement insuffisant entraîne une surchauffe de la face de la garniture, ce qui entraîne une déformation thermique et une usure accrue. Cette usure crée des espaces entre les faces de la garniture, ce qui permet au fluide de traitement de s'échapper.

Avantages d'un refroidissement adéquat des joints

Le rinçage élimine la chaleur, lubrifie les visages et prévient la contamination

Un rinçage efficace dans les systèmes de refroidissement à double garniture mécanique élimine la chaleur générée par la friction entre les faces de la garniture. La rotation constante pendant le fonctionnement de l'équipement crée de la chaleur qui peut endommager les garnitures et réduire leur durée de vie si elle n'est pas contrôlée. La circulation du fluide froid dans la chambre de la garniture dissipe activement cette chaleur, maintenant ainsi des températures de fonctionnement idéales.

Le rinçage lubrifie les faces des joints, réduisant ainsi les frottements et l'usure. Cette lubrification prolonge la durée de vie des joints et garantit un fonctionnement fluide. Le fluide crée un film mince entre les faces des joints, leur permettant de glisser les unes contre les autres sans contact direct.

Le rinçage continu empêche la contamination de la chambre d'étanchéité. Des débris et des fluides de traitement peuvent s'accumuler dans la zone d'étanchéité pendant le fonctionnement de l'équipement. Le rinçage élimine ces contaminants, gardant les faces d'étanchéité propres et exemptes de particules abrasives qui pourraient provoquer une usure prématurée ou une défaillance. Le maintien d'un environnement propre autour des joints préserve leur intégrité et assure des performances constantes au fil du temps.

Permet l'utilisation de matériaux de surface d'étanchéité moins coûteux

Un refroidissement efficace des joints dans les systèmes à double garniture mécanique permet de réaliser des économies dans le choix des matériaux. Un refroidissement adéquat des joints permet d'utiliser des matériaux de surface moins coûteux sans compromettre les performances ou la fiabilité.

Les matériaux haut de gamme comme le carbure de silicium ou le carbure de tungstène sont généralement utilisés pour les faces d'étanchéité en raison de leur résistance à l'usure et de leurs propriétés thermiques. Ces matériaux peuvent être coûteux. Un système de refroidissement efficace permet d'utiliser des options plus économiques comme le graphite de carbone ou les matériaux céramiques pour l'une ou les deux faces d'étanchéité.

Les environnements de fonctionnement plus froids réduisent les contraintes thermiques et l'usure des faces d'étanchéité, ce qui permet aux matériaux moins robustes de fonctionner correctement. Cette approche maintient de bonnes performances d'étanchéité tout en réduisant l'investissement initial et les coûts de remplacement. Certains matériaux moins coûteux peuvent offrir de meilleures propriétés autolubrifiantes ou une compatibilité chimique accrue dans certaines applications.

Permet un fonctionnement à sec temporaire sans dommage

Un refroidissement efficace dans les garnitures mécaniques doubles protège contre le fonctionnement à sec en maintenant un film de fluide mince entre les faces des garnitures. Ce film agit comme une barrière lorsque le fluide de traitement est faible, empêchant le contact direct et réduisant la friction. Le système de refroidissement permet un fonctionnement bref sans fluide de traitement, évitant ainsi les dommages immédiats. Le fluide barrière refroidi continue de lubrifier et de refroidir les faces des garnitures, ce qui laisse le temps de résoudre les problèmes.

Les industries sujettes à un fonctionnement à sec inattendu bénéficient de cette fonctionnalité. L'efficacité du système de refroidissement dissipe la chaleur générée pendant le fonctionnement à sec. Des températures plus basses réduisent la déformation thermique et la dégradation du matériau des faces d'étanchéité. Le contrôle de la température prolonge la durée de vie des joints et minimise le risque de défaillance catastrophique pendant les courtes périodes de fonctionnement à sec.

Types de systèmes de refroidissement à double joint

Lorsque vous envisagez des systèmes de refroidissement à double joint, vous rencontrerez deux types principaux : API Plan 52 et API Plan 53a. L'API Plan 52 utilise un fluide tampon non pressurisé, qui circule entre les joints pour assurer le refroidissement et la lubrification. En revanche, l'API Plan 53a utilise un fluide barrière sous pression, offrant une protection renforcée contre les fuites et la contamination des fluides de traitement.

Plan API 52 (fluide tampon non pressurisé)

Le système API Plan 52 assure le refroidissement des garnitures mécaniques doubles à l'aide d'un fluide tampon non pressurisé. Ce système fait circuler le fluide entre les garnitures pour évacuer la chaleur et lubrifier les faces des garnitures, idéal pour les applications où la contamination du fluide de traitement n'est pas un problème.

Le dispositif comprend un réservoir rempli de liquide tampon, placé au-dessus de la chambre d'étanchéité. La circulation du liquide se fait par effet thermosiphon ou par un anneau de pompage. Lorsque le joint intérieur génère de la chaleur, il réchauffe le liquide tampon, ce qui le fait monter dans le réservoir. Le liquide se refroidit ensuite et retourne dans la chambre d'étanchéité, créant ainsi un cycle continu.
L'API Plan 52 offre une rentabilité et une maintenance facile, mais ne convient pas aux applications à haute pression ou lorsqu'une prévention complète des fuites de processus est nécessaire.

Pour les applications à haute pression ou les situations nécessitant une prévention absolue des fuites de processus, des alternatives sous pression telles que API Plan 53 ou Plan 54 peuvent être plus appropriées. Ces plans offrent des capacités d'étanchéité améliorées et sont conçus pour gérer des conditions opérationnelles plus exigeantes.

Plan API 53a (Fluide de barrière sous pression)

Le Plan 53A utilise un système de fluide de barrage sous pression pour empêcher les fuites de fluide de traitement. Ce système maintient une pression plus élevée dans le fluide de barrage que dans la chambre d'étanchéité, ce qui permet de contenir efficacement les fluides dangereux ou toxiques et de protéger l'atmosphère.

Un réservoir externe contient le fluide barrière, pressurisé par un gaz inerte, généralement de l'azote. La différence de pression entraîne la circulation du fluide barrière entre le réservoir et la chambre d'étanchéité, facilitée par l'action de pompage des faces d'étanchéité.

La simplicité et la fiabilité du Plan 53A sont ses principaux atouts. Le système fonctionne sans composants de circulation complexes ni pompes externes. Il nécessite cependant un approvisionnement constant en gaz de pressurisation et des contrôles réguliers de la qualité et du niveau du fluide de barrage.

Ce plan s'avère particulièrement efficace pour les applications impliquant des matières dangereuses, où il est primordial d'empêcher toute fuite de fluide de traitement. Le fluide barrière sous pression agit comme une protection, assurant le confinement et minimisant les risques environnementaux et de sécurité.

Principales différences entre les systèmes en boucle fermée et en boucle ouverte

Les configurations en boucle fermée et en boucle ouverte représentent des approches distinctes dans les systèmes de refroidissement à double joint mécanique. Les systèmes en boucle fermée font recirculer un volume fixe de fluide barrière, tandis que les systèmes en boucle ouverte fournissent en continu du fluide frais.

Les systèmes en boucle fermée offrent un contrôle supérieur de la qualité et de la température du fluide. Ils offrent une efficacité accrue en termes de consommation de fluide et maintiennent une pression constante.

Les systèmes en boucle ouverte fournissent un approvisionnement constant en fluide propre et frais. Leur mise en œuvre est plus simple et nécessite moins de maintenance. Cependant, ils consomment plus de fluide et peuvent ne pas égaler les capacités de contrôle de pression des systèmes en boucle fermée.

Les systèmes en boucle fermée sont parfaits pour les processus exigeant un contrôle précis et une consommation minimale de fluides. Les systèmes en boucle ouverte conviennent aux applications privilégiant la qualité des fluides ou disposant d'un approvisionnement en fluide de refroidissement facilement disponible.

Les systèmes en boucle fermée sont adaptés aux applications nécessitant un contrôle strict de la température, une pression constante et une consommation de fluide réduite. Ils sont particulièrement adaptés aux fluides à haute valeur ajoutée ou aux processus sensibles à la contamination.

Considérations pour la sélection et la mise en œuvre d'un système de refroidissement

Compatibilité du liquide de rinçage avec le fluide de traitement et les matériaux d'étanchéité

Les propriétés chimiques du liquide de rinçage doivent être conformes à celles du fluide de traitement pour éviter toute contamination et réactions indésirables. Les fluides incompatibles peuvent provoquer un gonflement, un rétrécissement ou une détérioration des composants du joint.

La viscosité, les propriétés thermiques et le pouvoir lubrifiant du liquide de rinçage influent sur l'efficacité du transfert de chaleur et la lubrification de la face d'étanchéité. La stabilité du liquide de rinçage dans les conditions de fonctionnement, y compris les plages de température et de pression, doit être évaluée.

Tenez compte de la composition chimique, des propriétés physiques et de la stabilité opérationnelle du liquide de rinçage. Évaluez son interaction avec les fluides de traitement et les matériaux d'étanchéité. Vérifiez ses capacités de transfert de chaleur et ses propriétés lubrifiantes. Assurez-vous qu'il est conforme aux réglementations et normes spécifiques à l'industrie.

Pression, température, débit et volume du réservoir requis

Les systèmes de refroidissement à double garniture mécanique nécessitent des paramètres de fonctionnement spécifiques pour des performances optimales. La pression dans le système de refroidissement doit dépasser la pression du fluide de traitement de 1 à 2 bars pour éviter toute contamination. Le contrôle de la température dans la plage recommandée par le fabricant, généralement entre 20 et 50 °C, évite les chocs thermiques et assure une lubrification adéquate.

Le débit affecte l'efficacité d'évacuation de la chaleur et la lubrification de la face du joint. Calculez le débit requis en fonction de la charge thermique et de la taille du joint, généralement entre 1 et 5 L/min. Le volume du réservoir a un impact sur la stabilité du système et la capacité de dissipation de la chaleur. Dimensionnez le réservoir pour s'adapter à la dilatation thermique et fournir une capacité de refroidissement suffisante, généralement de 20 à 50 litres pour la plupart des applications.

Pression et température de la chambre d'étanchéité

Maintenez la pression de la chambre d'étanchéité à une valeur supérieure à la pression du fluide de traitement pour éviter toute fuite. Maintenez-la à une valeur de 1 à 2 bars supérieure à la pression du procédé. Cette pression différentielle positive maintient le film de fluide entre les faces du joint et empêche le fluide de traitement de pénétrer dans la chambre d'étanchéité.

Maintenez la température de la chambre d'étanchéité dans les limites de fonctionnement de la garniture pour éviter d'endommager les faces d'étanchéité et les joints secondaires. Le système de refroidissement doit évacuer efficacement la chaleur générée par le frottement des faces d'étanchéité et le fluide de traitement. Maintenez une température de 10 à 20 °C inférieure à la température de fonctionnement maximale de la garniture.

Disposition et orientation des joints

La disposition et l'orientation des joints influencent le choix du système de refroidissement pour les garnitures mécaniques doubles. Les configurations en tandem positionnent les deux joints dans la même direction avec un fluide barrière entre eux. Cette configuration nécessite une capacité de refroidissement moindre mais une pression plus élevée pour une lubrification adéquate de la face du joint. Les configurations dos à dos orientent les joints dans des directions opposées, créant une distribution de pression équilibrée. Elles exigent un refroidissement robuste mais offrent une protection renforcée contre les fuites de fluide de traitement.

L'orientation des joints influe sur la conception du système de refroidissement. Les orientations verticales nécessitent des considérations spéciales pour la circulation et la ventilation du fluide. Les orientations horizontales nécessitent des mesures pour assurer une distribution uniforme du fluide de refroidissement.

Instrumentation de surveillance et de contrôle

Les manomètres surveillent les pressions de la chambre d'étanchéité et du fluide de barrage, détectant les écarts par rapport aux conditions de fonctionnement normales. Les capteurs de température surveillent la température du fluide de barrage pour éviter toute surchauffe.

Les débitmètres mesurent le taux de circulation du fluide de barrage, garantissant un refroidissement et une lubrification adéquats. Les indicateurs de niveau dans le réservoir surveillent les niveaux de fluide de barrage et détectent les fuites potentielles.

Disponibilité et coût de l'approvisionnement en liquide de chasse d'eau

L'analyse des coûts doit inclure l'achat initial, l'approvisionnement continu et les dépenses de traitement. Tenez compte du volume requis pour votre application afin de prévoir avec précision les coûts à long terme. Le recyclage ou la recirculation du liquide de rinçage peut réduire la consommation et les dépenses, en particulier pour les fluides spécialisés coûteux. Cependant, évaluez les économies potentielles par rapport aux coûts supplémentaires d'équipement et de maintenance des systèmes de recirculation.

La qualité de l'eau affecte les performances et la longévité des joints. Évaluez la dureté de l'eau locale, les niveaux de pH et la teneur en contaminants. Mettez en œuvre des méthodes de filtration ou de traitement appropriées pour répondre aux spécifications du fabricant des joints. Tenez compte de ces coûts dans votre budget global.

Tenez compte des réglementations environnementales et des exigences d'élimination du liquide de rinçage choisi. Certains liquides peuvent nécessiter une manipulation ou un traitement spécial avant leur élimination, ce qui a un impact sur les coûts et les procédures d'exploitation. Renseignez-vous sur les réglementations locales pour garantir la conformité et éviter d'éventuelles amendes.

FAQ

À quelle fréquence le système de refroidissement doit-il être entretenu ou inspecté ?

L'entretien du système de refroidissement doit être effectué tous les trimestres. Les tâches comprennent le nettoyage des filtres, la vérification des niveaux de liquide et la détection des fuites. Ajustez la fréquence en fonction de l'intensité d'utilisation du système.

Les systèmes de refroidissement à double joint mécanique peuvent-ils être adaptés aux équipements existants ?

Les systèmes de refroidissement à double garniture mécanique peuvent souvent être installés ultérieurement sur des équipements existants, en fonction de la conception de la machine et de l'espace disponible.

Quelles sont les températures de fonctionnement typiques des systèmes de refroidissement à double joint mécanique ?

Les systèmes de refroidissement à double garniture mécanique fonctionnent généralement entre 38 et 65 °C (100 et 150 °F). Ces températures sont maintenues en dessous des limites de chaleur de la face de la garniture pour garantir des performances et une longévité optimales des joints de l'équipement.

Existe-t-il des liquides de refroidissement respectueux de l’environnement disponibles pour ces systèmes ?

Des liquides de refroidissement écologiques sont disponibles pour ces systèmes. Les options comprennent des solutions à base d'eau, des fluides biodégradables, des mélanges de propylène glycol et des liquides de refroidissement de qualité alimentaire.

Comment les fluctuations de pression affectent-elles les performances du refroidissement à double joint mécanique ?

Les fluctuations de pression ont un impact négatif sur les performances de refroidissement des garnitures mécaniques doubles. Elles provoquent une instabilité de la face d'étanchéité, ce qui entraîne une usure accrue et des fuites potentielles.