4 façons de réduire les dommages causés par le fonctionnement à sec dans les joints mécaniques
Le fonctionnement à sec est l'un des moyens les plus rapides d'endommager un joint mécanique.
Lorsque le film lubrifiant entre les faces d'étanchéité rotatives et fixes devient instable ou disparaît, ces faces supportent une charge plus importante par contact direct. Le frottement augmente. La chaleur s'accumule. Les faces peuvent se déformer, se rayer, se fissurer, se vitrifier ou s'user de manière irrégulière. Les joints toriques et autres joints secondaires peuvent également être endommagés par la chaleur.
Pour les acheteurs debagues d'étanchéité en carbure de tungstèneIl est tentant de penser qu'un matériau de surface plus dur résoudra le problème.
Ce n'est que partiellement vrai.
carbure de tungstène Le carbure de silicium peut améliorer la résistance à l'usure, mais aucun de ces matériaux ne dispense de la lubrification et de la régulation thermique. Dans une garniture mécanique classique lubrifiée par liquide, les faces d'étanchéité nécessitent toujours un film lubrifiant stable à l'interface.
Chez Langsun Carbide, nous considérons la prévention du fonctionnement à sec comme un problème systémique :
Le meilleur moyen de réduire les dommages causés par le fonctionnement à sec ne consiste pas seulement à choisir une face plus dure. Il s'agit de maintenir le liquide au niveau des faces, d'éliminer la chaleur, de sélectionner un couple de matériaux tolérant et d'éviter les démarrages à sec répétés avant qu'ils ne deviennent un fonctionnement normal.
Cet article explique quatre méthodes pratiques pour réduire les dommages causés par le fonctionnement à sec des garnitures mécaniques.
Pourquoi les joints mécaniques s'assèchent-ils ?
Une garniture mécanique peut fonctionner à sec même si la pompe n'est pas complètement vide. Ce fonctionnement à sec peut être dû à toute condition empêchant une quantité suffisante de liquide d'atteindre et de lubrifier les faces d'appui.
Les causes courantes comprennent :
● La pompe a démarré avant l'amorçage complet.
● Chambre d'étanchéité mal ventilée
● Air emprisonné au niveau des faces d'étanchéité
● Niveau de réservoir bas ou aspiration insuffisante
● Conduite de chasse d'eau obstruée
● Entraînement de gaz ou forte teneur en gaz dans le fluide
● Vaporisation ou projection du produit au niveau des visages
● Cavitation près de la chambre d'étanchéité
● Perte de fluide barrière ou tampon
● Séquence de démarrage ou d'arrêt incorrecte
● Cristallisation, polymérisation ou dépôts bloquant la circulation
● Fonctionnement automatique fréquent avec arrêts et redémarrages sans temps de remplissage suffisant
C’est pourquoi le diagnostic de fonctionnement à sec ne doit pas se limiter à l’inspection des faces défectueuses. Il est également indispensable d’examiner les conditions de procédé, la tuyauterie, le système de support d’étanchéité, la procédure de démarrage et les commandes.
Comment le fonctionnement à sec endommage les faces d'étanchéité
Les dommages causés par le fonctionnement à sec suivent généralement une chaîne prévisible :
1. Le film liquide devient trop mince, instable, rempli de vapeur ou absent.
2. Les faces entrent en frottement mixte ou en contact direct.
3. La chaleur de frottement monte rapidement.
4. Les faces rotatives et fixes chauffent de manière inégale.
5. La planéité change en raison de la distorsion thermique.
6. Les points hauts supportent une charge plus importante et génèrent encore plus de chaleur.
7. Des rayures, des fissures, un glaçage, une usure du carbone ou des craquelures de surface apparaissent.
8. La fuite commence ou augmente après l’opération à sec.
Un bref fonctionnement à sec ne détériore pas forcément tous les joints immédiatement. Cependant, il peut engendrer des dommages cachés qui se manifestent ultérieurement par des fuites, des vibrations, de la poussière de carbone, un durcissement des joints toriques ou des défaillances répétées de la surface d'étanchéité.
1. Maintenir un film de fluide stable au niveau des faces d'étanchéité
Le moyen le plus direct de réduire les dommages causés par le fonctionnement à sec est d'empêcher ce fonctionnement de se produire.
Les faces d'un joint mécanique nécessitent généralement un mince film de liquide entre les surfaces rotative et fixe. Ce film lubrifie les faces, dissipe la chaleur et permet au joint de fonctionner avec une fuite contrôlée.
Si le film disparaît, même un visage dur commecarbure de tungstèneou le carbure de silicium peut surchauffer ou se déformer.
2. Contrôle de la production et de l'évacuation de la chaleur
Le fonctionnement à sec endommage les joints principalement parce que la chaleur de friction augmente plus vite que le joint ne peut l'évacuer.
La réduction des dommages causés par le fonctionnement à sec nécessite donc deux actions :
● Générer moins de chaleur au niveau des visages
● Éliminer la chaleur plus efficacement de la zone de scellage
3. Choisir des associations de matériaux tolérant de brèves perturbations de la lubrification
Le choix des matériaux ne peut garantir la résistance d'un joint liquide standard à un fonctionnement à sec illimité. Il peut toutefois améliorer la tolérance du joint lors de brèves interruptions accidentelles de lubrification.
Le point le plus important est que la résistance au fonctionnement à sec dépend deappariement, pas seulement sur une seule bague.
4. Utiliser la surveillance, les dispositifs de verrouillage et les procédures d'exploitation
Le programme de prévention du fonctionnement à sec le plus fiable ne repose pas sur la capacité des opérateurs à remarquer un problème une fois que le joint a déjà surchauffé.
Il utilise des dispositifs de contrôle qui détectent le risque de fonctionnement à sec avant que les faces d'étanchéité ne soient endommagées.
Quelle méthode privilégier ?
| Problème observé | Première action la plus importante | Action de soutien |
| Le joint d'étanchéité lâche immédiatement après le démarrage. | Vérifier l'amorçage, la ventilation et les dispositifs de verrouillage au démarrage | Vérifier le matériau de la face et les dommages causés par la chaleur |
| La fuite commence après la baisse du niveau du réservoir. | Installer ou améliorer la protection contre le fonctionnement à sec | Examiner les alarmes de bas niveau et la logique d'arrêt automatique |
| Les faces sont fissurées ou craquelées à chaud. | Examiner la génération de chaleur, le refroidissement, le flashage et la charge frontale | Vérifier la planéité et l'association des matériaux |
| Le cadran en carbone s'use rapidement | Vérifier le fonctionnement à sec, la teneur en solides, la pression frontale et le degré de carbone | Vérifier la qualité du revêtement dur et du affleurement |
| Les surfaces dures en contact direct marquent ou surchauffent | Améliorer le film liquide, le rinçage ou le soutien de la barrière | Envisagez une technologie de revêtement en carbone/dureté ou un revêtement composite. |
| Les événements de fonctionnement à blanc se répètent pendant le cycle automatique | Vérifier le chronométrage de la séquence et l'approvisionnement en liquide avant le redémarrage | Envisagez un système de support ou une conception de joint tolérante au fonctionnement à sec. |
| La chambre d'étanchéité contient du gaz ou de la vapeur. | Améliorer la ventilation, les conditions d'aspiration et le contrôle de la marge de vapeur | Examiner la géométrie de la chambre d'étanchéité et le plan de rinçage |
Comment inspecter un joint après une suspicion de fonctionnement à sec
Ne supprimez pas les preuves trop rapidement. Les traces de doigts, les décolorations, les dépôts et la poussière de carbone peuvent aider à identifier la cause première.
1. Photographiez le joint avant de le nettoyer.Consigner l'état de la surface, des joints toriques, des dépôts et du chemin de fuite.
2. Examinez les deux faces.Une face dure endommagée peut détruire une nouvelle face en carbone, et une face en carbone usée peut masquer une bague d'accouplement endommagée.
3. Vérifier la planéité et la qualité du rodage.Le fonctionnement à sec peut déformer une surface qui était initialement conforme aux tolérances.
4. Recherchez les signes de chaleur.Décoloration, fissures, vitrification, poussière de carbone et élastomères durcis sont des indices importants.
5. Inspectez les joints secondaires.Les joints toriques, les soufflets, les cales et les joints d'étanchéité peuvent être endommagés même si la surface en carbure semble réutilisable.
6. Vérifier le fonctionnement du système de support.Vérifier les circuits de rinçage, de trempe, de fluide barrière, de refroidissement et de ventilation.
7. Examiner l'historique d'exploitation.Soyez attentif aux démarrages à sec, aux niveaux de réservoir bas, à l'instabilité de l'aspiration, aux coupures de courant, aux conduites obstruées et aux cycles répétés.
Sept erreurs courantes qui permettent aux dommages causés par le fonctionnement à sec de réapparaître
1. Remplacement des faces d'étanchéité sans correction de la cause du fonctionnement à sec.Les nouveaux venus pourraient bien connaître le même sort.
2. En supposant que le carbure de tungstène élimine le besoin de lubrification.Le carbure résiste à l'usure, mais il nécessite tout de même un contrôle de la chaleur et une interface stable.
3. Utilisation de surfaces dures sur dures sans système de rinçage ou de barrière fiable.La résistance à l'abrasion peut s'améliorer, mais le risque de surchauffe en cas de fonctionnement à sec peut augmenter.
4. Négliger les gaz et les vapeurs aux faces.Le joint peut se dessécher même lorsque le corps de pompe contient du liquide.
5. Ne pas installer de protection contre la marche à sec sur les systèmes automatiques.Des démarrages répétés sans surveillance peuvent détruire les joints d'étanchéité avant même que les opérateurs ne remarquent le problème.
6. Réutilisation des joints toriques ou des supports endommagés par la chaleur.Des fuites peuvent persister même après le remplacement des façades.
7. Approuver une « période de fonctionnement à blanc » sans conditions d’essai.La durée n'a que peu de sens sans tenir compte de la pression, de la vitesse, du diamètre de la face, de l'association des matériaux et de la conception du joint.
Je comprends pourquoi les acheteurs demandent une surface d'étanchéité plus dure après une défaillance lors d'un fonctionnement à sec. Une surface défectueuse laisse penser à un problème de matériau.
Mais le fonctionnement à sec est généralement avant tout un problème de lubrification et de chaleur.
Si la chambre d'étanchéité est pleine d'air, un carbure plus dur ne permettra pas la formation d'un film lubrifiant. Si la conduite d'écoulement est obstruée, une surface plus dure ne permettra pas une bonne dissipation de la chaleur. Si la pompe démarre automatiquement en l'absence de liquide, une surface plus dure risque d'entraîner une panne plus coûteuse.
C’est pourquoi Langsun Carbide traite la prévention du fonctionnement à sec dans cet ordre :
1. Vérifier que le liquide atteint bien les visages.
2. Vérifier que la chaleur peut s'évacuer des visages.
3. Choisissez un duo de visages qui résiste aux bouleversements probables.
4. Ajouter des systèmes de surveillance ou de verrouillage pour empêcher les fonctionnements à vide répétés.
Le choix des matériaux reste important. Le carbure de tungstène, le carbure de silicium et le graphite de carbone ont tous leur utilité. Mais leur fonctionnement est optimal lorsque le système d'étanchéité est conçu pour les maintenir dans leur plage de fonctionnement prévue.
Une défaillance due au fonctionnement à sec ne doit pas se limiter au remplacement du joint d'étanchéité. Elle doit permettre un meilleur contrôle de l'environnement d'étanchéité.
FAQ
Quoi Le fonctionnement à sec d'une garniture mécanique est-il possible ?
Le fonctionnement à sec se produit lorsque les faces d'étanchéité ne sont pas suffisamment lubrifiées et que le film liquide est insuffisant pour évacuer la chaleur. Cela peut être dû à un manque de remplissage de la pompe, à la présence de gaz emprisonné, à un blocage du circuit de rinçage, à la vaporisation du liquide ou à une défaillance du système de support du joint.
Pourquoi le fonctionnement à sec endommage-t-il si rapidement les joints mécaniques ?
En l'absence d'un film lubrifiant stable, les surfaces sont en contact direct. Le frottement et l'élévation de température entraînent des rayures, des déformations, des fissures, l'usure du carbone, l'endommagement de l'élastomère et des fuites.
Peut Joint en carbure de tungstène Les visages s'assèchent ?
Le carbure de tungstène peut tolérer une brève exposition à sec avec un montage adapté, notamment contre une face en carbone appropriée. Un joint lubrifié liquide standard ne doit pas être considéré comme sûr pour un fonctionnement continu à sec sans l'approbation du fabricant d'origine.
Références
1. AESSEAL, « Qu'est-ce qu'un joint mécanique ? » La source explique que les faces d'un joint mécanique nécessitent un film de fluide mince pour la lubrification et qu'un contact total ou un fonctionnement à sec entraîne une défaillance rapide du joint.
2. KSB, « Joint d'arbre ». La source explique que le fonctionnement à sec peut se produire lorsqu'une pompe fonctionne sans remplissage de liquide, avec une entrée de gaz, une teneur élevée en gaz ou une évaporation du fluide manipulé, et que l'air dans l'espace d'étanchéité empêche la dissipation de la chaleur et peut provoquer des fissures dues aux contraintes thermiques.
3. John Crane, « Solutions technologiques pour les faces d'étanchéité ». La source décrit les technologies de faces d'étanchéité pour une lubrification limitée, un fonctionnement à sec intermittent, une génération de chaleur élevée, l'abrasion et la contamination.
4. John Crane, « Technologie Diamond Seal Face ». La source décrit des substrats en carbure de silicium traités au diamant et en carbure de tungstène sélectionnés pour les particules abrasives, la faible lubrification, le fonctionnement à sec intermittent et la génération de chaleur élevée.
5. Grundfos, « Protection contre le fonctionnement à sec ». La source identifie la protection contre le fonctionnement à sec comme une fonction de surveillance importante car les roulements de pompe et les joints d'arbre peuvent être endommagés si les pompes fonctionnent à sec, et énumère les méthodes de détection de la pression et du niveau.
6. Flowserve, « Joint de mélangeur VRA ». La page produit décrit un joint de mélangeur à fonctionnement à sec spécialement conçu à cet effet, utilisant du carbone autolubrifiant ou du PTFE chargé avec des options de face stationnaire dure, y compris le carbure de tungstène.
7. Flowserve, « Système de support de joint SLD ». La source décrit un système de support de lubrification destiné aux joints soumis à des périodes de fonctionnement à sec ou à la cavitation lorsque le liquide du produit ne fournit pas un film adéquat entre les faces du joint.
8. EagleBurgmann, « SeccoMix R ». La source décrit un joint à fonctionnement à sec pour mélangeurs et réacteurs utilisant une face de joint en carbone-graphite et un siège en carbure de silicium dans une enveloppe de fonctionnement définie.
Auteur | Allen
Allen est directeur du marketing international chez NINGBO LANGSUN TUNGSTEN CARBIDE CO., LTD. Il possède plus de 5 ans d'expérience dans le domaine des pièces d'usure industrielles et Applications du carbure de tungstèneIl travaille avec des clients dans les secteurs du pétrole et du gaz, des vannes et du contrôle des débits, de la métallurgie, du traitement chimique, des pompes, du traitement de surface, des mines et du traitement des minéraux.
Il se concentre sur l'aide aux équipementiers, aux fabricants d'équipements, aux sociétés d'ingénierie et aux équipes d'approvisionnement pour choisir des pièces d'usure en carbure de tungstène fiables en fonction des conditions de travail réelles, des performances des matériaux, de la faisabilité de la fabrication et des exigences de contrôle de la qualité.
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