Dans le domaine des technologies d'étanchéité, les joints à brosse et joints labyrinthes Il s'agit de deux solutions distinctes utilisées pour contrôler les fuites de fluides et maintenir les différences de pression dans les machines tournantes. Bien que toutes deux assurent l'étanchéité, leurs conceptions, matériaux et performances diffèrent sensiblement.
Cet article se penchera sur les subtilités du pinceau joints et joints à labyrinthe, en comparant leurs structures, leurs applications et leur efficacité dans divers contextes industriels.
Qu'est-ce qu'un joint à brosse
Un joint à brosse est un type de garniture mécanique Ce joint à brosse utilise un faisceau dense de poils, généralement en acier inoxydable, pour créer un mécanisme d'étanchéité flexible entre les composants fixes et rotatifs des turbomachines. L'angle des poils dans le sens de rotation permet une interface d'étanchéité souple, capable de s'adapter aux mouvements radiaux et aux excursions de l'arbre, tout en minimisant le jeu. Cette conception unique permet aux joints à brosse d'assurer une étanchéité efficace, même sous des différences de pression et des vitesses de rotation élevées.
Les joints à brosse offrent plusieurs avantages par rapport aux joints labyrinthes traditionnels. Le jeu de poils épouse la surface du rotor, minimisant ainsi les fuites et réduisant le débit de fuite. La souplesse des poils permet une meilleure adaptation à la dynamique du rotor, à la dilatation thermique et à d'autres facteurs opérationnels. De plus, les joints à brosse peuvent être utilisés en combinaison avec des joints labyrinthes ou d'autres technologies d'étanchéité pour améliorer encore les performances d'étanchéité.
L'utilisation des joints à brosse s'est répandue dans de nombreux secteurs, notamment les turbines à vapeur, les turbines à gaz et les moteurs aéronautiques. Dans les turbines à vapeur, les joints à brosse permettent de réduire considérablement les fuites de vapeur, améliorant ainsi le rendement global des machines et réduisant les pertes de vapeur coûteuses. Ils sont également utilisés dans les turbines à gaz industrielles et les moteurs à réaction pour minimiser les fuites d'air, ce qui améliore l'efficacité opérationnelle.
Qu'est-ce que le sceau du labyrinthe
Un joint labyrinthe est un type de joint sans contact qui utilise une série de passages complexes, semblables à un labyrinthe, pour créer un chemin tortueux pour l'écoulement du fluide. Le joint est constitué d'une série de dents ou d'ailettes labyrinthiques disposées selon un motif spécifique, chaque dent créant une légère perte de charge. Lorsque le fluide traverse le labyrinthe, il subit une série de dilatations et de contractions, entraînant une réduction significative de la pression à travers le joint.
Les joints labyrinthes reposent sur le principe de la création de pertes de charge multiples afin de minimiser les fuites. L'efficacité d'un joint labyrinthe dépend de facteurs tels que le nombre de dents, leur géométrie et le jeu entre les composants rotatifs et fixes. Ce jeu est conçu pour être aussi faible que possible tout en garantissant un fonctionnement sûr et en tenant compte de facteurs tels que la dilatation thermique et la dynamique du rotor.
L’un des principaux avantages des joints labyrinthes est leur nature sans contact, ce qui minimise l’usure de la surface du rotor et prolonge vie de phoqueLes joints labyrinthes sont de conception relativement simple et faciles à fabriquer et à entretenir. Cependant, ils sont sensibles aux variations de jeu et peuvent présenter des fuites accrues si ce jeu devient trop important en raison de l'usure ou des conditions d'utilisation.
Les joints labyrinthes sont utilisés dans diverses machines tournantes, telles que les turbines à vapeur, les turbines à gaz et les compresseurs. Ils sont souvent utilisés en combinaison avec d'autres technologies d'étanchéité, comme les joints à brosse ou les joints abradables, pour offrir une solution d'étanchéité complète.
Principales différences entre un joint à brosse et un joint à labyrinthe
Mécanisme d'étanchéité
Les joints à brosse sont constitués de poils denses, généralement en acier inoxydable, qui forment une interface d'étanchéité souple. Les poils fléchissent et s'adaptent aux mouvements du rotor, maintenant un jeu serré.
En revanche, les joints labyrinthes reposent sur une série de dents rigides ou de lames tranchantes qui créent un chemin tortueux pour l'écoulement du fluide. Contrairement aux joints à brosse, ils ne possèdent pas d'élément d'étanchéité souple.
Contact
Les joints à brosse sont des joints à contact, ce qui signifie que les poils entrent en contact léger avec la surface du rotor. Ce contact permet aux joints à brosse de s'adapter aux excursions et aux vibrations du rotor tout en maintenant une étanchéité optimale.
Les joints à labyrinthe, quant à eux, sont des joints sans contact. Ils maintiennent un faible jeu entre les dents du joint et le rotor, s'appuyant sur la chute de pression à travers le labyrinthe pour réduire les fuites.
Réduction des fuites
Les joints à brosse offrent une réduction des fuites supérieure à celle des joints à labyrinthe. Le jeu de poils souples épouse la forme du rotor, minimisant ainsi les fuites. Un seul joint à brosse peut réduire les fuites jusqu'à 90 % par rapport aux joints à labyrinthe classiques.
Les joints labyrinthes, bien qu'efficaces, présentent des fuites inhérentes dues au jeu entre les dents du joint et le rotor. Les fuites dans les joints labyrinthes augmentent avec le temps, car le jeu augmente sous l'effet de l'usure et de la dilatation thermique.
Durabilité
Les joints à labyrinthe offrent généralement une durabilité supérieure à celle des joints à brosse. Leur géométrie rigide les rend résistants à l'usure et à la détérioration.
Les joints à brosse, en raison de leur nature de contact, subissent une usure au fil du temps lorsque les poils frottent contre la surface du rotor.
Plage de température
Les joints à brosse et les joints à labyrinthe peuvent fonctionner sur une large plage de températures. Cependant, les joints à brosse présentent un léger avantage pour les applications à haute température. Leurs poils, généralement en superalliages à base de cobalt ou de nickel, peuvent supporter des températures allant jusqu'à 800 °C (1,472 650 °F). Les joints à labyrinthe, selon le matériau utilisé, peuvent fonctionner à des températures allant jusqu'à environ 1,200 °C (XNUMX XNUMX °F). Leur souplesse leur permet de mieux absorber la dilatation thermique que les joints à labyrinthe rigides.
Applications
Les joints à brosse et les joints à labyrinthe sont utilisés dans diverses turbomachines, notamment les turbines à vapeur, les turbines à gaz, les compresseurs et les pompes. Ils sont particulièrement efficaces dans les applications à fortes pressions différentielles, comme les turbines à vapeur. étanchéité de la presse-étoupe et l'étanchéité des paliers de turbine à gaz. Ils sont également utilisés en combinaison avec des joints labyrinthes pour améliorer les performances d'étanchéité globales.
Les joints labyrinthes sont largement utilisés dans les applications à faibles différentiels de pression et où une étanchéité sans contact est privilégiée. On les retrouve couramment dans l'étanchéité des turbocompresseurs, l'étanchéité des yeux des compresseurs et comme joints inter-étages dans les turbines et les compresseurs.
