Mechanical seals

Qu'est ce qu'une garniture mécanique ?

Une garniture mécanique est un dispositif d'étanchéité dynamique, composé généralement de deux surfaces planes (un élément fixe et un élément tournant) qui sont pressées l'une contre l'autre, avec un fluide ou un film lubrifiant très fin entre elles pour limiter l'usure et assurer l'étanchéité.

Comparaison entre une tresse et une garniture mécanique (GM)

Contrairement à la tresse qui assure l'étanchéité dans le sens axial, la GM effectue une étanchéité radiale.
La fuite nécessaire au bon fonctionnement des tresses est remplacée par la consommation invisible de la GM.

Constitution
La GM simple est constituée de 2 sous-ensembles :
- La partie tournante dont le(s) ressort(s) assure(nt) une pression permanente des faces de frottement.
- La partie fixe, logée dans le couvercle.

Faces
- Assemblage fretté de grains en carbone ou carbure dans un support métallique, obtenu par la dilatation thermique de ce dernier. Permet de combiner résistance mécanique du métal et capacité de frottement des grains.
- Un seul matériau les compose. Utilisées pour des raisons d'encombrement, de résistance chimique, ou aussi lors de variations importantes de la température du produit à étancher.
- La face est montée libre dans un support. Elle n'est ainsi soumise à aucune contrainte résiduelle d'ordre thermique ou mécanique.

Principes de base
La force hydraulique augmente avec la pression du liquide.

Pour diminuer son effet sur les faces de frottement, il faut faire varier le diamètre hydraulique dh.
En comparant les 2 surfaces SH (hydraulique) et SF (de frottement), apparaît le coefficient de compensationappelé k, tel que
k ~= SH/SF.

Pour une pression inférieure à 1 MPa (10 bar), la GM non compensée, dont le k est> 1, satisfait parfaitement.

Garniture mécanique compensée vs non compensée

Le terme "compensée" signifie que la garniture est conçue de manière à compenser les variations de pression du fluide, et ce grâce à la manière dont la force d'appui est générée et répartie.

Une garniture mécanique compensée est un type de garniture d'étanchéité utilisé principalement dans les machines tournantes comme les pompes, compresseurs ou agitateurs, pour empêcher les fuites de fluide entre l'arbre tournant et le corps fixe de la machine.

Caractéristiques d'une garniture compensée :

- La pression du fluide agit sur une surface réduite de la garniture.
- La force de fermeture (pression entre les faces d'étanchéité) est donc moins influencée par la pression du fluide.
- Cela permet une meilleure stabilité et longévité de la garniture dans les systèmes à forte pression.

À l'inverse, une garniture non compensée :

- Subit directement la pression du fluide sur la surface d'étanchéité.
- La pression augmente la force de contact entre les faces, ce qui peut entraîner une usure prématurée ou un échauffement.
- On préconise donc une garniture non compensée si la pression est inférieure à 10 bar (1 Mpa).

Avantages d'une garniture compensée

- Meilleure tenue à la pression
- Moins de frottement entre les faces
- Moins de couple de démarrage
- Moins de sensibilité aux variations de pression
- Amélioration de la durée de vie

Exemple d'application

- La garniture mécanique compensée est souvent utilisée dans les environnements exigeants :

- Pompes haute pression.
- Fluides corrosifs ou abrasifs.
- Applications industrielles (pétrochimie, nucléaire, agroalimentaire, etc.).

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