Les garnitures mécaniques d’une pompe sont des éléments dont le but est de séparer deux milieux entre lesquels il ne doit pas y avoir de communication fluidique.
Le terme de garniture mécanique désigne précisément un système de confinement des fluides à l’intérieur d’un réservoir dans lequel un arbre rotatif traverse un boîtier fixe ou dans lequel le réservoir tourne autour de l’arbre.
La technologie des garnitures mécaniques est une combinaison d’ingénierie mécanique et de propriétés physiques. En particulier, le cœur de la technologie des garnitures mécaniques est la tribologie : la science qui étudie le frottement, la lubrification et l’usure, c’est-à-dire tous les problèmes qui peuvent survenir dans le mouvement relatif entre des surfaces en interaction sous charge.
Dans le cas des pompes, il existe différents types de garnitures mécaniques. Dans cet article, nous allons analyser ceux qui sont les plus couramment utilisés dans l’industrie.
L’utilisation des joints toriques comme garnitures mécaniques
Le terme joint torique (o-ring) définit un anneau de section circulaire utilisé comme joint. Les joints toriques sont conçus pour être insérés dans des logements spéciaux et comprimés lors de l’assemblage de deux ou plusieurs pièces. L’assemblage des pièces entre lesquelles le joint torique est placé peut être de deux types :
- Statique : les deux éléments ne bougent pas l’un par rapport à l’autre.
- Dynamique : les deux éléments sont en mouvement l’un par rapport à l’autre.
Les joints toriques doivent recevoir une lubrification adéquate pour les protéger contre le frottement et la chaleur produite. Ils peuvent être fabriqués dans une large gamme de matériaux en fonction du fluide avec lequel ils seront en contact.
Lors de la conception des surfaces de roulement, il est nécessaire de créer des rainures finement usinées pour le logement des joints (O-rings), c’est-à-dire sans ondulations ni bavures, et dimensionnées conformément aux manuels détaillés disponibles.
Joints principaux pour pompes centrifuges
Dans cette section, nous analyserons les principaux types de garniture mécanique utilisés dans la conception et le montage des pompes centrifuges.
Garnitures mécaniques à soufflet
Les garnitures mécaniques à soufflet sont un type de garniture mécanique dans lequel l’élément élastique est un soufflet. Cela élimine le besoin d’un joint dynamique secondaire, tel que les joints toriques. Le but de cet élément mécanique est de séparer la chambre d’admission du fluide des éléments mécaniques tels que le moteur, l’arbre, etc.
Généralement, ce type de garniture mécanique est utilisé dans l’assemblage de pompes centrifuges. Une garniture mécanique à soufflet est surtout utilisée lorsque la pompe déplace des fluides avec des particules solides en suspension, ce qui permet de minimiser leur pourcentage. Celle-ci, dans le cas de ce type de pompe, doit être contenue.
La photo montre une pompe centrifuge avec un joint à soufflet fabriqué par Debem. La garniture mécanique à soufflet, visible à l’intérieur de la boîte rouge, est composée comme suit :
- Anneau en silicone (gris) ou autre matériau sur demande, complet avec o-ring (élément fixe)
- Anneau en céramique (blanc) ou autre matériau sur demande, complet avec joint torique, fixé sur le soufflet.
- Soufflet flexible en PTFE
- Ressort en acier inoxydable AISI 316, qui garantit l’extension du soufflet et donc une pression entre les deux joints toriques.
Le soufflet, le ressort et la bague en céramique forment un ensemble unique qui tourne de manière solidaire avec l’arbre de la pompe, sur lequel est fixée la roue. La lubrification des deux anneaux est produite directement par le fluide, ce qui crée un microfilm qui réduit la friction de roulement. Le principal avantage de l’utilisation d’une garniture mécanique à soufflet est qu’elle minimise le risque de grippage de la garniture ou d’usure de l’arbre.
Joints à lèvres
Les joints à lèvre servent à protéger les pièces mobiles en maintenant le fluide à l’intérieur du boîtier et en empêchant toute contamination par des saletés ou d’autres liquides. Le terme joint à lèvre est généralement utilisé pour désigner les joints d’arbre rotatifs ou radiaux. Ce type de joint est également souvent utilisé dans la production de pompes centrifuges.
Le but de cet élément mécanique est de séparer la chambre d’admission du fluide des éléments mécaniques tels que le moteur, l’arbre, etc.
La photo montre une pompe centrifuge avec un joint à lèvre fabriqué par Debem. Le joint à lèvres est mis en évidence par la flèche rouge.
Les joints à lèvre sont principalement utilisés dans des applications moins sévères que le type à soufflet. Les joints à lèvres peuvent être en Viton ou en EPDM, selon les exigences du fabricant.
