Dans les joints mécaniques, les faces d'étanchéité sont les principaux éléments d'étanchéité qui empêchent les fuites de fluide entre les composants rotatifs et fixes. Les matériaux, la géométrie et les caractéristiques de surface de ces faces ont un impact direct sur les performances et la longévité du joint.
Qu'est-ce que le Seal Face
Dans un ensemble de garniture mécanique, deux faces de garniture sont positionnées perpendiculairement à l'arbre, une face étant généralement stationnaire et l'autre tournant avec l'arbre.
Les faces d'étanchéité sont des composants fabriqués avec précision, avec des surfaces hautement polies qui créent une étanchéité parfaite lorsqu'elles sont pressées ensemble. Les faces sont usinées pour obtenir des finitions exceptionnellement plates et lisses, souvent avec quelques légères bandes de planéité.
Les faces d'étanchéité sont conçues pour maintenir un petit espace entre elles, généralement compris entre 0,1 et 1 micron. Cet espace est rempli par le fluide de traitement, créant un film fluide qui empêche le contact direct entre les faces. Le film fluide permet de minimiser l'usure, de réduire la friction et de dissiper la chaleur générée pendant le fonctionnement.
Types de faces d'étanchéité
Faces plates ou spécialement traitées
Les faces d'étanchéité plates sont le type le plus courant utilisé dans garnitures mécaniques. Ces faces sont usinées avec précision pour garantir une surface lisse et plane qui permet une performance d'étanchéité optimale. Les faces plates sont généralement utilisées dans les applications avec des exigences de pression et de température modérées à basses.
En revanche, les faces d'étanchéité spécialement traitées subissent des traitements de surface supplémentaires pour améliorer leurs performances et leur durabilité. Voici quelques traitements de surface courants :
- Rodage : Procédé abrasif fin qui améliore la finition et la planéité de la surface.
- Polissage : Procédé qui réduit la rugosité de la surface et augmente la réflectivité du visage.
- Revêtements : Application de revêtements spécialisés, tels que le carbone de type diamant (DLC) ou le carbure de tungstène, pour améliorer la résistance à l'usure et réduire la friction.
Les faces spécialement traitées sont souvent utilisées dans des applications exigeantes avec une pression, une température ou des milieux corrosifs élevés, car elles offrent des performances supérieures par rapport aux faces plates.
Faces rotatives et faces fixes
Dans une garniture mécanique, une face de garniture est généralement fixe, tandis que l'autre tourne avec l'arbre. La face fixe est généralement montée dans le presse-étoupe ou le boîtier de garniture, tandis que la face rotative est fixée à l'arbre ou au manchon d'arbre.
La face fixe reste fixe et est souvent constituée d'un matériau plus dur et plus résistant à l'usure, comme le carbure de silicium ou le carbure de tungstène. Cette face agit comme la surface d'étanchéité principale, en maintenant une étanchéité parfaite contre la face rotative.
La face rotative, en revanche, est généralement constituée d'un matériau légèrement plus mou, tel que le graphite de carbone ou le carbure de silicium. Cela permet à la face rotative de s'adapter à la face fixe, créant ainsi une étanchéité plus efficace. La face rotative est à ressort pour maintenir un contact constant avec la face fixe, même dans des conditions de fonctionnement variables.
Matériaux utilisés dans les surfaces d'étanchéité
| Matériel | Propriétés | Applications |
|---|---|---|
| Carbone-Graphite | – Autolubrifiant – Bonne conductivité thermique – Résistant aux chocs thermiques – Fragile | – Eau et autres solutions aqueuses – Fluides à faible viscosité – Applications à haute température |
| Carbure de silicium (SiC) | – Extrêmement dur – Résistant à l’usure – Chimiquement inerte – Conductivité thermique élevée | – Fluides abrasifs et corrosifs – Applications à haute pression – Industrie pétrolière et gazière |
| Carbure de tungstène (WC) | – Très dur – Résistant à l’usure – Conductivité thermique élevée – Bonne résistance à la corrosion | – Fluides abrasifs et corrosifs – Applications à haute pression – Industrie pétrolière et gazière |
| Céramique d'alumine (Al2O3) | – Dur et résistant à l’usure – Chimiquement inerte – Isolant électrique – Fragile | – Fluides corrosifs – Applications à haute température – Isolation électrique requise |
| Acier inoxydable | – Résistant à la corrosion – Résistant et ductile – Relativement doux par rapport aux autres matériaux de surface d’étanchéité | – Fluides non corrosifs – Applications à pression faible à modérée – Industries alimentaires et pharmaceutiques |
| Bronze | – Bon pouvoir lubrifiant – Résistance à l’usure modérée – Relativement doux par rapport aux autres matériaux de surface d’étanchéité | – Applications à basse pression – Fluides non corrosifs – Bagues de sauvegarde et bagues d'accélérateur |
Quel est l'écartement des faces d'un joint mécanique
L'espace entre les faces, également appelé épaisseur du film de fluide, est l'espace microscopique entre les faces rotatives et fixes d'un joint mécanique. Cet espace est généralement mesuré en microns (μm) et joue un rôle essentiel dans le bon fonctionnement du joint. L'espace entre les faces permet à un film mince du fluide scellé de pénétrer et de lubrifier les surfaces d'étanchéité, réduisant ainsi la friction et l'usure.
Dans un joint mécanique fonctionnant correctement, l'espace entre les faces reste stable et constant, maintenant une épaisseur optimale pour la lubrification sans permettre de fuite excessive.
Les faces d'étanchéité sont rodées jusqu'à un degré élevé de planéité, généralement dans les 2 à 3 bandes de lumière d'hélium (0,58 à 0,87 μm), pour assurer un écart uniforme. La force du ressort et la pression hydraulique agissant sur les faces d'étanchéité contribuent à maintenir l'écartement optimal des faces pendant le fonctionnement.
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