Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Cet article est dédié à l’étude et à la modélisation du comportement des garnitures mécaniques d’étanchéité pour liquides, et plus particulièrement à la lubrification des faces d’une garniture mécanique lorsqu'elles sont en mouvement relatif. La lubrification hydrodynamique pour laquelle les faces sont lisses et complètement séparées par un film lubrifiant est d’abord présentée. Puis le problème de la lubrification mixte est ensuite développé pour les cas où les aspérités des surfaces entrent partiellement en contact.
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This article deals with the study and modeling of the behavior of mechanical face seals for liquids, and especially the lubrication of the seal faces when these are in relative motion. The hydrodynamic lubrication for which the seal faces are smooth and fully separated by a lubricating fluid film is first presented. The mixed lubrication problem is then addressed for cases where surface irregularities are partially in contact.
Auteur(s)
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Noël BRUNETIÈRE : Chargé de recherche au CNRS Institut P’, UPR CNRS 3346, Poitiers, France
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Bernard TOURNERIE : Professeur émérite, Université de Poitiers Institut P’, UPR CNRS 3346, Poitiers, France
INTRODUCTION
L’article [BM 5 421] rappelle la grande variété d’agencements et d’applications industrielles des garnitures (dont les aspects techniques sont développés dans les articles [[BM 5 425] et [BM 5 426]) et expose l’étude de l’écoulement du fluide entre les surfaces alignées séparées par une distance stationnaire (lubrification hydrostatique). Les forces fluide qui se développent dans l’interface d’étanchéité et le débit de fuite sont déterminés dans ce cas.
Cet article s’intéresse aux régimes de lubrification s’établissant entre les surfaces d’une garniture mécanique lorsque celles-ci sont en mouvement relatif, ce qui est le mode de fonctionnement normal d’une étanchéité dynamique. Le régime de lubrification hydrodynamique correspondant au cas où les surfaces sont complètement séparées par un film fluide est d’abord étudié. La seconde partie s’intéresse au cas où le film fluide n’est pas d’épaisseur suffisante pour éviter le contact des aspérités. C’est le régime de lubrification mixte.
Dans certains cas, des approximations permettent d’établir des modèles théoriques ayant des solutions analytiques ou semi-analytiques que l’ingénieur de bureau d’études pourra mettre en œuvre. Dans cet article, ces approches ont été privilégiées, certains mécanismes sont mis en évidence, de nombreux exemples sont traités.
Cet article montre en outre que dans d’autres cas, les approximations précédentes conduisent à des résultats imprécis ou erronés. Une approche théorique plus approfondie est alors nécessaire avec la mise en œuvre de codes de calcul dédiés plus complexes. Les principes de base de ces études sont brièvement expliqués et leurs références bibliographiques sont citées.
Un tableau des notations utilisées est disponible à la fin de l’article (§ 5).
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
lubrication | rotating sealing
DOI (Digital Object Identifier)
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1. Lubrification hydrodynamique isotherme
1.1 Modèle géométrique et cinématique à trois degrés de liberté
L’étude de la lubrification entre les surfaces d’une garniture mécanique nécessite de définir un modèle géométrique et cinématique. Ce modèle permet de déterminer la position et la vitesse de chaque point des surfaces. Ce point est abordé en détail dans un article précédent [BM 5 421]. Il est toutefois utile de rappeler quelques éléments.
HAUT DE PAGE1.1.1 Approximations du modèle géométrique et cinématique
Il a été montré [BM 5 421] que l’angle de mésalignement χi des faces est très petit (de l’ordre de 10–4 à 10–3 radian). On peut donc négliger certaines grandeurs petites devant les grandeurs caractéristiques de la garniture. En particulier, le déplacement radial de chaque surface de contact dû au mésalignement est négligeable devant les dimensions de la surface. De même, le déplacement du centre d’inertie de chaque anneau dans la direction radiale est négligeable. On admettra donc que chaque anneau possède au maximum trois degrés de liberté par rapport à son support (bâti ou arbre). En conséquence, le centre d’inertie de chaque anneau est aussi considéré comme son centre instantané de rotation situé sur l’axe de rotation de la garniture.
De même, la vitesse radiale de chaque surface de contact due à la vitesse angulaire de l’oscillation de mésalignement est négligeable devant...
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Lubrification hydrodynamique isotherme
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FRENE (J.), NICOLAS (D.), DEGUEURCE (B.) et al - Lubrification hydrodynamique – Paliers et butées. - Eyrolles, Collection de la Direction des Études et Recherches d’Électricité de France, ISSN 0399-4198 (1990).
-
(2) - BONNEAU (D.), FATU (A.), SOUCHET (D.) - Paliers hydrodynamiques 1 : équations, modèles numériques isothermes et lubrification mixte – Traité RTA, série Méthodes numériques en mécanique. - Hermes (2011).
-
(3) - ETSION (I.) - The accuracy of the narrow seal approximation in analyzing radial face seals. - ASLE Transactions, vol. 24, 2, p. 186-190, avr. 1980.
-
(4) - BHUSHAN (B.) - Modern tribology handbook. - Chapter 2, Surface roughness analysis and measurement techniques., CRC Press, p. 1-71 (2001).
-
(5) - MATHIEU (H.J.), BERGMANN (E.), GRAS (R.) - Analyse et technologie des surfaces. Couches minces et tribologie. - Presses polytechniques et universitaires romandes, ISBN 2-88074-454-7, 512 p. (2003).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Workshop EDF-PPRIME, Poitiers Futuroscope, organisé par le Département GMSC de l’Institut P’ (UPR 3346, CNRS-Université de Poitiers-ENSMA) et par EDF R&&&&D http://edf-pprime-2014.sciencesconf.org
STLE Annual Meeting and Exhibition http://www.stle.org/events/annual/default.aspx?
Fluid Sealing Conference, BHRGroup http://www.bhrgroup.com
International Sealing Conference (ISC), Stuttgart http://www.sealing-conference.com
HAUT DE PAGE2.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Association française de mécanique (AFM) http://www.afm.asso.fr/
ARTEMA, Syndicat des industries mécanique, membre de la FIM http://www.artema-france.org
ESA, European Sealing Association ...
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