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EnglishRÉSUMÉ
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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Lire l’articleAuteur(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).
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2. Lubrification mixte isotherme
2.1 Situation tribologique (et hypothèses)
Le film s’établissant entre les faces d’une garniture n’a pas toujours une épaisseur suffisante pour complètement séparer les surfaces, notamment pour les faibles vitesses de rotation. Les faces de la garniture sont alors partiellement en contact, au niveau du sommet de leurs aspérités. On est en régime de lubrification mixte (voir définition dans l’article [TRI 1 500]). Dans cette situation, l’épaisseur moyenne de film h est de l’ordre de la hauteur des rugosités des surfaces, Sq. Dans le cas des garnitures mécaniques, on a h ≈ 2 à 4 Sq (figure 15).
L’étude de ce régime de lubrification nécessite de prendre en compte deux aspects : la lubrification entre surfaces rugueuses et le contact des rugosités. Pour simplifier l’analyse, nous nous placerons dans une configuration simplifiée. Les faces de la garniture sont supposées nominalement planes et parallèles. D’autre part, nous considérerons qu’une seule des surfaces est rugueuse de manière à obtenir un problème stationnaire.
Cette hypothèse est valide dans le cas du contact élastique des surfaces et dans certaines situations d’écoulement. Toutefois, nous la retiendrons car elle conduit à une bonne approximation du problème.
HAUT DE PAGE2.2 Micro-géométrie des surfaces
Afin d’étudier le régime de lubrification mixte, il est essentiel de définir la micro-géométrie des surfaces ...
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Lubrification mixte 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).
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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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