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Article

1 - CONSTITUTION ET PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE GARNITURE MÉCANIQUE D’ÉTANCHÉITÉ

2 - ÉCOULEMENT DES FLUIDES COMPRESSIBLES

3 - ÉTANCHÉITÉ DES GAZ À BASSE PRESSION

4 - ÉTANCHÉITÉ DES GAZ À HAUTE PRESSION

5 - ÉTANCHÉITÉ D’UN FLUIDE DIPHASIQUE

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

8 - SYMBOLES

Article de référence | Réf : BM5429 v1

Glossaire
Garnitures mécaniques d’étanchéité - Cas des fluides compressibles et diphasiques

Auteur(s) : Noël BRUNETIÈRE

Date de publication : 10 sept. 2020

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RÉSUMÉ

Les garnitures mécaniques sont des systèmes d’étanchéité utilisés sur tout type de machines tournantes et avec des fluides très variés. Cet article traite du cas où les garnitures mécaniques fonctionnent avec des fluides compressibles, que ce soient des gaz à basse ou haute pression ou des liquides pouvant se vaporiser dans l’interface d’étanchéité. Les phénomènes physique propres à ces différents régimes de fonctionnement, leur classification et les conséquences sur le comportement de la garniture mécanique seront présentés. Le cas des garnitures mécaniques à rainures spirales utilisées pour les gaz sera aussi analysé.

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Auteur(s)

  • Noël BRUNETIÈRE : Directeur de recherche CNRS - Institut Pprime, CNRS – Univeristé de Poitiers - ISAE Ensma, SP2MI, - Chasseneuil du Poitou, France

INTRODUCTION

Les garnitures mécaniques d’étanchéité sont des systèmes d’étanchéité utilisés dans de nombreuses machines allant des plus simples telles que les pompes de lave-linge, à des systèmes sophistiqués parmi lesquels les pompes de circulation de centrale nucléaire ou les compresseurs pour gazoduc. Elles sont donc amenées à fonctionner avec des conditions de pression (du vide jusqu’à 50 MPa), de vitesse (jusqu’à 200 m/s) et de température très large (depuis des conditions cryogéniques jusque plusieurs centaines de degrés). Bien qu’elles soient majoritairement utilisées pour étancher des liquides, elles le sont également pour étancher des fluides compressibles tels que les gaz ou des liquides subissant une vaporisation partielle ou complète lors de la traversée de l’étanchéité. On parle dans ce dernier cas de fluide diphasique. Les exemples typiques sont les compresseurs centrifuges pour gaz et les pompes de circulation d’eau chaude. Les phénomènes physiques propres à ce type d’écoulement et de fluide doivent être pris en compte pour maîtriser le comportement des garnitures mécaniques fonctionnant avec des fluides compressibles et diphasiques. Cet article présente une classification des différents régimes d’écoulement (gaz basse pression et haute pression, écoulement diphasique) et des phénomènes physiques associés. Puis, le comportement et les spécificités des garnitures mécaniques utilisées dans ces conditions sont présentés et analysés, afin de fournir au lecteur les clés pour comprendre les principes de fonctionnement de ce composant mécanique.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm5429


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7. Glossaire

blocage sonique ; choked flow

Phénomène de limitation du débit apparaissant lorsque le fluide atteint la vitesse du son près de la sortie de l’écoulement.

coefficient d’équilibrage ; balance ratio

Rapport entre la surface sur laquelle est appliquée la haute pression (sur l’élément flottant de la garniture) et l’aire de l’interface d’étanchéité. Ce coefficient gouverne l’amplitude de la force de fermeture de la garniture mécanique.

courbe de saturation ; saturation curve

Courbe séparant les phases liquide et gaz dans un diagramme de phase pression température.

fluide compressible ; compressible fluid

Fluide dont il possible de faire varier le volume : gaz ou mélange de liquide et de gaz.

fluide diphasique ; two-phases fluid

Fluide constitué d’un mélange de deux phases distinctes : liquide et vapeur.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BRUNETIÈRE (N.), THOMAS (S.), TOURNERIE (B.) -   The Parameters Influencing High Pressure Mechanical Gas Face Seals Behavior in Static Operation.  -  In : Tribology Transactions 52.5, p. 643–654 (2009).

  • (2) - BRUNETIÈRE (N.) -   Modelling of Reverse Flows in a Mechanical Seal.  -  In : Tribology Online 11, p. 94-101. doi :10.2474/trol.11.94. url : https://www.jstage.jst.go.jp/article/trol/11/2/11_94/_pdf (2016).

  • (3) - BRUNETIÈRE (N.) -   A General Model for Liquid and Gas Lubrication, Including Cavitation.  -  In : Journal of Tribology 140, 021702-10 p. doi :10.1115/1.4037355 (2018).

  • (4) - THOMAS (S.) -   Modélisation Numérique du Comportement Thermo-Aéro-Dynamique des Garniture d’Étanchéité pour Gaz Réels à Hautes Pressions.  -  Thèse de doct. Laboratory of Solid Mechanics, UMR CNRS 6610, SP2MI, 86962 Futuroscope, France : University of Poitiers (2006).

  • (5) - LIEPMANN (H.W.), ROSHKO (A.) -   Éléments de la dynamique...

1 Événements

Tribo-pprime workshop, https://tribopprime2020.sciencesconf.org/

Fluid Sealing Conference, BHRGroup http://www.bhrgroup.com

International Sealing Conference (ISC), Stuttgart https://sealing-conference.com/

STLE annual meeting https://www.stle.org/annualmeeting

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2 Normes et standards

Se référer aux articles [BM 5 425] et [BM 5 426].

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3 Annuaire

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3.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

Artema, Syndicat des des industriels de la mécatronique :...

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