Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la réédition actualisée du chapitre étanchéité dynamique de l’article B5420 Étanchéité en mécanique, rédigé en 2004 par Jean MARTIN.
RÉSUMÉ
L’étanchéité dynamique est une fonction fondamentale en mécanique de commandes hydrauliques et pneumatiques, et dans les réseaux de fluides. En cas de fuite de gaz ou de liquide, le fonctionnement de l’installation, mais également la sécurité, sont alors mises à mal. Une étanchéité dynamique peut être, selon la nature du mouvement relative entre pièces, en translation ou en rotation. Cet article décrit les différents types d’étanchéité dynamique en translation, et expose les solutions à mettre en œuvre en fonction du degré d’étanchéité attendue (relative, par fuite contrôlée ou rigoureuse) et du type de liaison concernée (dynamique en translation ou dynamique en rotation).
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Dynamic sealing is defined as preventing any fluid leakage between two mechanical parts moving relative to each other. It can be divided into two categories, reciprocating motion and rotational motion. Its role is crucial in hydraulic and pneumatic systems because a simple fluid leak can affect the smooth running and safety of the systems. This paper describes the different types of reciprocating dynamic seals and specifies the criteria for their selection according to the expected dynamic sealing.
Auteur(s)
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Abdelghani MAOUI : Ingénieur d’étude et prestations - Affiliation Département de « Fluid and Sealing Technologies », Cetim, Nantes, France
INTRODUCTION
L’étanchéité en mécanique est dite dynamique lorsqu’elle est appliquée entre deux pièces en mouvement relatif, soit un mouvement de rotation et/ou de translation. Lorsqu’il n’y a pas mouvement entre les pièces, l’étanchéité est dite statique. Cette dernière est traitée dans l’article [BM 5 418].
L'étanchéité dynamique est considérablement plus impliquée que l'étanchéité statique. Non seulement un joint doit empêcher l'écoulement de certains fluides, comme dans le cas d'une étanchéité statique, mais il doit également être capable d'effectuer cette tâche en mouvement et avec des forces de frottement à prendre en compte.
Le confinement d’un gaz ou d’un liquide, de par sa nature, n’est pas aisé. Le taux de fuite admissible dépend de la nature du fluide à étancher ; les fuites des fluides coûteux, toxiques, corrosifs, explosifs ou inflammables doivent être réduites au minimum. La durée de vie et la fiabilité des joints sont également des préoccupations majeures des utilisateurs pour réduire les temps d’arrêt des équipements et de processus.
Une défaillance du joint peut avoir de multiples conséquences, tant sur le plan de la disponibilité du matériel que sur celui du fonctionnement et aussi de la sécurité. Des exemples courants montrent que des ensembles fort complexes, tels que les trains d’atterrissage, peuvent connaître des ennuis importants par suite d’une simple fuite. Une bonne fiabilité en matière d’étanchéité dynamique n’est pas souvent facile à obtenir.
En effet, l’étanchéité dynamique fait appel à de nombreuses notions de physique et de chimie pour lesquelles les propriétés des matériaux et des surfaces de contact dynamique tiennent une place importante. De plus, les problèmes à résoudre sont variés et doivent intégrer un nombre important de paramètres difficiles à optimiser simultanément. Les meilleures solutions en techniques d’étanchéité mécanique de manière générale, et d’étanchéité dynamique en particulier, ne sont presque toujours que le résultat de savants compromis.
Le présent article traite les étanchéités dynamiques dites en translation dans lesquelles le mouvement relatif entre les pièces d'étanchéité est linéaire. Il présente une introduction des différents types et degrés d'étanchéité, puis il décrit les différentes technologies d'étanchéité dynamique en translation selon chaque degré d'étanchéité, rigoureuse, contrôlée et relative. Les étanchéités dynamiques en rotation sont traitées dans l'article [BM 5 420].
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des notations utilisées.
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KEYWORDS
dynamic seals | linear seals | leakage | dynamic sealing
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Étanchéité par fuite contrôlée
En anglais
2. Étanchéité rigoureuse
2.1 Par déformation
Un organe souple, métallique, facilement déformable est soudé, ou brasé, sur chacune des surfaces mobile et fixe. Il s’ensuit un effort de déplacement qui est généralement proportionnel à la course.
Une première solution consiste à utiliser une membrane de faible épaisseur, de quelques centièmes à un ou deux dixièmes de millimètre, généralement ondulée pour lui donner une plus grande flexibilité (figure 2). La course est très réduite, de l’ordre du millimètre, ainsi que les pressions possibles, de l’ordre de quelques fractions de mégapascal. Une membrane seule est assez rarement utilisée.
La seconde solution met en œuvre les soufflets métalliques dont il existe deux types :
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soufflets à disques soudés (figure 3) : par empilement des membranes précédentes (figure 2), les courses s’ajoutent. Il est alors possible d’obtenir des déplacements de plusieurs millimètres, voire plusieurs centimètres. Les pressions d’utilisation restent faibles, du même ordre que les précédentes, le coût est élevé ;
-
soufflets onduleux : ils acceptent des pressions beaucoup plus élevées (jusqu’à 10 MPa pour les petits diamètres pouvant atteindre 10 mm environ). Leur raideur est nettement plus élevée que les précédents, ainsi que leur encombrement (rapport course sur longueur initiale de l’ordre de 0,2 contre 1, voire 4 pour les disques soudés).
Les soufflets à disques soudés sont principalement utilisés dans le vide et dans certains appareils de mesure. L’utilisation des soufflets onduleux est très courante dans de nombreux appareils de mesure ou de régulation, sur des robinets (figure 4), des tuyauteries, etc.
Les soufflets métalliques sont également utilisés comme solution d’étanchéité secondaire dans certains dispositifs d’étanchéité dynamique tels que les garnitures mécaniques. Ces garnitures peuvent être utilisées jusqu’à des températures de 400 à 500 °C.
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Étanchéité rigoureuse
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MARTIN (J.) - Manuel de l’étanchéité en mécanique. - P.P.I.-C.C.P. (1981).
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(2) - IDELC’IK - Mémento des pertes de charge. - Eyrolles (1969).
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(3) - RIOUT (J.) - Étude du fonctionnement des presse-garnitures. - Note Technique n° 14. Cetim (1976).
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(4) - Les joints d’étanchéité dans la construction mécanique. - Mécanique/Matériaux/Électricité n° 256.4 (1972).
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(5) - BUCHTER (H.H.) - Industrial Sealing Technology. - John WILEY & son (1979).
-
(6) - FLITNEY (R.) - Seals and Sealing Handbook. - Elsevier, fifth edition (2007).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Transmissions hydrauliques et pneumatiques – Joints toriques – Partie 1 : diamètres intérieurs, sections, tolérances et code d’identification dimensionnelle. - ISO 3601-1 - 2012
-
Transmissions hydrauliques – Vérins – Dimensions et tolérances des logements de joints d’étanchéité pour pistons et tiges de piston à simple effet dans les applications à mouvement alternatif. - ISO 5597 - 2018
-
Vérins hydrauliques – Dimensions et tolérances des logements pour joints en élastomère renforcé par des matières plastiques. Partie 2 : Logements de joints de tige. - ISO 7425-2 - 2021
-
Transmissions hydrauliques et composants – Ensemble de garnitures à lèvres multiples – Méthode de mesurage des hauteurs. - ISO 3939 - 1977
-
Transmissions hydrauliques – Vérins – Logements de piston d’étanchéité pour tiges de piston et pistons – Dimensions. - NF E48-040 -
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Transmissions hydrauliques – Vérins – Logements de joints pour tiges de piston à application bas frottement – Dimensions. - ...
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