Qu’est-ce qu’un joint mécanique ?
Les joints mécaniques réduisent les fuites de liquides sur les arbres en rotation. Plus précisément, elles sont utilisées sur les arbres rotatifs des machines dotées de mécanismes rotatifs, telles que les pompes et les compresseurs, pour empêcher les liquides tels que l’eau et l’huile de s’échapper de l’arbre rotatif.
Utilisations des joints mécaniques
Les joints mécaniques utilisent des liquides et sont largement utilisés dans les machines industrielles telles que les automobiles et les installations industrielles avec des mécanismes rotatifs, ainsi que dans les installations résidentielles.
Chaque liquide ayant des caractéristiques différentes, il est important de sélectionner le matériau et le mécanisme utilisés dans les joints mécaniques en fonction du liquide. Une sélection appropriée permet d’éviter les fuites de liquides dangereux et de résoudre les problèmes environnementaux, tandis qu’une rotation efficace peut contribuer aux économies d’énergie et à l’amélioration de la sécurité des équipements.
Principe des joints mécaniques
La structure de base d’une garniture mécanique se compose d’un anneau rotatif qui tourne dans le sens de l’axe de rotation de la partie tournante de la machine et d’un anneau fixe qui ne tourne pas. Le “joint” en forme d’anneau de la bague rotative est pressé contre le “siège flottant” de la bague fixe et glisse. Cela forme un espace entre ces surfaces de glissement jusqu’à ce qu’aucun liquide ne s’échappe, empêchant ainsi les fuites.
Grâce à cette structure et à ce principe, certains types de joints mécaniques peuvent empêcher la fuite de liquides dangereux sous des révolutions et des pressions élevées.
Types de joints mécaniques
Il existe différents types de joints mécaniques. Les caractéristiques dépendent des caractéristiques d’étanchéité de la bague rotative, de la position de montage et de la méthode d’installation. Les types les plus courants sont les types déséquilibrés, équilibrés, rotatifs, stationnaires, intérieurs et extérieurs.
1. Types déséquilibrés et équilibrés
En fonction des caractéristiques d’étanchéité de la bague rotative, celle-ci peut être divisée en deux types : déséquilibrée et équilibrée. La pression reçue par le liquide est déterminée par la zone sensible à la pression (A1) du côté liquide de l’étanchéité de la bague rotative.
Si la relation entre la zone sensible à la pression (A1) et la zone de glissement (A2) est A1 > A2, la pression du liquide affecte directement la pression de la surface de glissement. En revanche, si A1 < A2, la pression du liquide est réduite.
Le rapport entre A1 et A2, A1/A2, est appelé rapport d’équilibre (B.V.), où B.V.>1 est fortement affecté par la pression du liquide et B.V.≤1 est un type équilibré.
2. Types rotatifs et stationnaires
Le type rotatif est un mécanisme dans lequel le joint tourne en synchronisation avec l’arbre, tandis que le type stationnaire est un mécanisme dans lequel le joint est fixe et ne tourne pas. Le type rotatif peut être plus petit que le type stationnaire, mais à des vitesses de rotation élevées, le joint peut facilement être déformé, ce qui entraîne des défauts.
3. Types intérieur et extérieur
Un mécanisme dans lequel le liquide fuyant se déplace de l’extérieur vers l’intérieur est appelé type intérieur, tandis qu’un mécanisme dans lequel le liquide se déplace de l’intérieur vers l’extérieur est appelé type extérieur. Le type intérieur se caractérise par une meilleure étanchéité car le liquide est affecté par les forces centrifuges.
Le type extérieur, quant à lui, présente l’avantage d’être moins sensible à la corrosion : le liquide peut être structuré de manière à ce qu’il y ait moins de pièces en contact avec la garniture mécanique.
Autres informations sur les joints mécaniques
1. Comparaison entre les joints mécaniques et les presse-étoupe
Outre les joints mécaniques, les garnitures de presse-étoupe sont également utiles pour empêcher les fuites de liquide des pièces rotatives des machines tournantes. Cette section décrit les caractéristiques, les avantages et les inconvénients des joints mécaniques et des presse-étoupe.
Joints mécaniques
- Volume de fuite : très faible
- Construction : complexe
- Coût : initial (à l’installation) = élevé ; Fonctionnement = faible
- Durée de vie : relativement longue
Presse-étoupe
- Fuites : certaines fuites sont nécessaires pour l’utilisation
- Construction : simple
- Coût : initial = faible fonctionnement = important (remplacement périodique nécessaire, temps de resserrage pris en compte)
- Durée de vie : relativement courte
Selon le fluide utilisé, l’on utilise des garnitures mécaniques et des presse-étoupe mais ces derniers sont généralement utilisés lorsqu’il n’y a pas de risque de fuite, par exemple d’eau. Inversement, les joints mécaniques sont généralement utilisés lorsqu’il n’y a pas de risque de fuite, par exemple avec des substances dangereuses.
Les presse-étoupes sont souvent utilisés dans les équipements où l’on utilise des poudres en plus des fluides. Il convient de réfléchir à l’utilisation de joints mécaniques dans les équipements où des substances étrangères sont mélangées au fluide, comme les eaux usées, ou lorsque des liquides visqueux sont utilisés, comme les boues liquides.
Si ces fluides se mélangent ou adhèrent aux surfaces de glissement, celles-ci risquent davantage d’être rayées et de fuir. De plus, s’ils pénètrent et adhèrent aux ressorts utilisés pour presser les joints et les joints mécaniques, la capacité de suivi des ressorts peut être altérée. Cela entraîne des fuites dans certains cas.
2. Durée de vie des joints mécaniques
La durée de vie des joints mécaniques dépend en grande partie des spécifications de la machine. Le fluide utilisé, les heures de fonctionnement de la machine, le nombre d’opérations et la température du fluide sont les principaux facteurs déterminants de la durée de vie. En principe, la durée de vie approximative est déterminée provisoirement sur la base d’installations antérieures et fixée comme un remplacement cyclique, ce qui signifie généralement un remplacement tous les deux ans.
En fonction de l’importance de l’équipement, si aucun cycle de remplacement n’a été fixé, le moment du remplacement est celui où l’importance de la fuite visuelle augmente. Les joints mécaniques assurent une étanchéité sans contact.
Ils ne nécessitent donc pas d’entretien tant que les ressorts qui maintiennent les surfaces de glissement égales et les garnitures qui empêchent la pénétration du fluide ne s’usent pas. Cependant, les consommables doivent être remplacés régulièrement pour éviter les fuites, car ils se détériorent avec le temps.