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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 par fuite contrôlée
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2. Étanchéité rigoureuse
2.1 Par déformation
Des cinématiques permettent de transmettre un mouvement de rotation en continu en utilisant la déformation d’un organe souple, principalement un soufflet métallique, avec une étanchéité rigoureuse (figure 2). Les plus utilisées sont fondées sur la rotation d’un arbre oblique, le point milieu étant rotulant (figure 2 a ), ou d’un arbre coudé ou excentré (figure 2 b ).
Ces dispositifs sont néanmoins assez compliqués et coûteux. Ils permettent des vitesses de rotation de plusieurs centaines de tours par minute et des pressions de 0 à 1 MPa environ. Peu utilisés, ils existent dans certains appareils qui mettent en œuvre des fluides très dangereux, radioactifs, ou pour l’ultra-vide.
HAUT DE PAGE2.2 Par transmission magnétique
Une partie magnétique solidaire de l’arbre menant entraîne une autre partie magnétique solidaire de l’arbre mené, une cloison métallique a magnétique et relativement mince étant placée dans l’entrefer du champ (figure 3).
Le champ magnétique est le plus souvent produit par des aimants permanents. La cloison est cylindrique, ce qui lui permet, même avec une assez faible épaisseur, de résister à de fortes pressions (10 MPa et plus).
La vitesse peut être très élevée, mais il n’y a pas synchronisme rigoureux entre les deux arbres (il peut même se produire un décrochage).
Ce type de transmission se répand beaucoup, surtout dans les pompes pour l’industrie chimique, par suite des progrès sur les aimants qui permettent de transmettre des couples déjà importants (10 à 100 N.m), sous des volumes assez réduits.
Un cas particulier est celui des moteurs dits à rotor noyé (figure 4) dans lequel le champ magnétique transmis à travers la paroi (chemise d’entrefer) est le champ tournant produit par le stator. Il est assez utilisé, par exemple, dans les accélérateurs de chauffage central.
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Une étanchéité...
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Étanchéité rigoureuse
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).
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(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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Garnitures mécaniques d’étanchéité – Lubrification hydrostatique.
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Garnitures mécaniques d’étanchéité – Dimensions principales, désignation et codes matériaux. - NF EN 12756 - Avril 2001
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Bagues d’étanchéité à lèvres pour arbres tournants incorporant des éléments d'étanchéité en élastomère. Partie 1 : dimensions nominales et tolérances. - ISO 6194-1 - 2007
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Bagues d’étanchéité à lèvres pour arbres tournants incorporant des éléments d’étanchéité en élastomère – Partie 2 : vocabulaire. - NF ISO 6194-2 - 2009
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Spécification géométrique des produits (GPS) – État de surface : méthode du profil – Partie 2 : termes, définitions et paramètres d'état de surface. - NF EN ISO 21920-2 - 2022
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Série aérospatiale – Alliage résistant à chaud FE-PA2601. - DIN EN 3761 - 2020
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Dessins techniques – Joints d’étanchéité pour application dynamique – Partie 1 : représentation simplifiée...
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