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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la réédition actualisée du chapitre portant sur l'étanchéité dynamique de l’article [B5420] "Étanchéité en mécanique" rédigé par Jean MARTIN en 2004.
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 rotation, et expose les solutions à mettre en œuvre en fonction du degré d’étanchéité attendue (relative, par fuite contrôlée ou rigoureuse).
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Abdelghani MAOUI : Ingénieur d’étude et prestations - Département de « Fluid and Sealing Technologies », Cetim, Nantes, France - Note de l'éditeur : Cet article est la réédition actualisée du chapitre portant sur l'étanchéité dynamique de l'article [B 5 420] « Étanchéité en mécanique » rédigé par Jean MARTIN en 2004.
INTRODUCTION
L’étanchéité en mécanique est dite dynamique lorsqu’elle est appliquée entre deux pièces en mouvement relatif, qui peut être 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. Un joint dynamique doit étancher au repos, comme un joint statique. Il doit également être capable d'effectuer cette tâche en mouvement, en tenant compte des forces de frottement et de l'échauffement des surfaces dynamiques.
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, où 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.
Cet article est consacré aux étanchéités dynamiques en rotation. Il décrit les différentes technologies de joints dynamiques pour arbre tournant selon les différents degrés d'étanchéité : rigoureuse, maîtrisée et relative. Il complète l'article [BM 5 419] qui traite des scellés dynamiques en translation.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des notations utilisées.
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Étanchéité relative
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3. Étanchéité par fuite contrôlée
Le mouvement de rotation permet de réaliser des étanchéités particulières qui ne sont efficaces que lorsqu’il y a déplacement. De tels systèmes dynamiques doivent être doublés d’un joint d’étanchéité statique.
3.1 Joint annulaire lisse (à bague fixe)
Les joints annulaires à bague fixe (figure 5) fonctionnent sur le principe de l'action d'étranglement fournie par un long espace annulaire avec un jeu relativement petit de l’ordre de quelques dizaines à quelques centaines de micron. Étant donné que leur efficacité est directement liée à la viscosité du fluide, ce type de joint convient aux liquides, et en particulier aux applications où certaines fuites peuvent être tolérées.
Ces joints sont simples et peu coûteux, faciles à installer et ne nécessitent aucun entretien. Toutefois, la bague produisant l’espace annulaire, fixée au logement, doit être suffisamment longue pour maintenir les fuites dans des limites raisonnables tout en conservant un jeu radial acceptable. Cela peut accentuer les problèmes d’alignement et d’excentricité du système d’arbre tournant.
La conception de ce joint permet normalement d'utiliser du métal pour la bague fixe, du carbone ou encore des matériaux plastiques (PTFE…). Des bagues en régules sont couramment utilisées pour les applications à basse température et des alliages d'aluminium, bronze ou carbone à haute température.
Théoriquement, le débit volumique de fuite axial d’un liquide dans le cas d'un axe centré, Q v, est donné pour un régime d’écoulement laminaire par :
avec :
- D :
- diamètre moyen d’orifice (m),
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Étanchéité par fuite contrôlée
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MARTIN (J.) - Manuel de l’étanchéité en mécanique. - P.P.I.-C.C.P. (1981).
-
(2) - MAYER (E.) - Garnitures mécaniques d’étanchéité. - Dunod (1978).
-
(3) - IDELC’IK - Mémento des pertes de charge. - Eyrolles (1969).
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(4) - RIOUT (J.) - Étude du fonctionnement des presse-garnitures. - Note Technique n° 14. Cetim (1976).
-
(5) - Les joints d’étanchéité dans la construction mécanique. - Mécanique/Matériaux/Électricité n° 256.4 (1972).
-
(6) - BUCHTER (H.H.) - Industrial Sealing Technology. - John WILEY & son (1979).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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