Comment la planéité et la qualité du rodage de la surface d'étanchéité influencent l'étanchéité et la durée de vie

Lorsqu'un joint mécanique commence à fuir peu après son installation, on examine généralement en premier lieu les élastomères, le réglage du ressort, l'alignement de l'arbre ou le matériau de la face d'étanchéité.

Ce sont des vérifications judicieuses. Mais un petit détail est souvent sous-estimé : l’état des deux surfaces d’étanchéité chevauchées.

UNbague d'étanchéité en carbure de tungstèneUne pièce peut avoir la dureté, les dimensions et la qualité de matériau correctes et pourtant avoir de mauvaises performances si sa surface de travail n'est pas plane, uniformément rodée, propre et exempte de déformation.

Je trouve cela frustrant car le problème est rarement visible à l'œil nu. L'anneau peut paraître poli. Les dimensions du dessin peuvent être conformes. La surface peut même refléter la lumière comme un miroir. Pourtant, une fois la pompe en marche, une petite irrégularité ou une zone déformée peut concentrer la charge, générer de la chaleur et créer une fuite.

Chez Langsun Carbide, nous considérons donc la surface d'étanchéité comme une surface de travail conçue à cet effet, et non comme une simple surface brillante ajoutée en fin de production.

L'efficacité d'une surface d'étanchéité ne repose pas sur son apparence lisse, mais sur sa géométrie et sa texture qui assurent la stabilité du film de fluide dans des conditions réelles d'utilisation.

Pourquoi les garnitures mécaniques nécessitent des faces extrêmement contrôlées

Un joint mécanique typique comporte une face qui tourne avec l'arbre et une autre face qui reste fixe. Des ressorts et la pression hydraulique maintiennent les faces proches l'une de l'autre.

Les surfaces ne sont pas conçues pour être constamment pressées l'une contre l'autre. Un film liquide microscopique est normalement présent entre elles.

Ce film fluide remplit plusieurs fonctions :

● Lubrifier les visages

● Élimination de la chaleur de friction

● Réduire les contacts directs

● Permettant un mouvement contrôlé entre les anneaux rotatifs et fixes

● Limiter les fuites à un niveau acceptable

Si l'écart entre les surfaces est trop important, les fuites augmentent. Si le contact est trop fort, la chaleur et l'usure augmentent.

Le joint fonctionne donc dans une plage d'équilibre très étroite. C'est pourquoibagues de face d'étanchéité mécaniqueElles doivent être fabriquées et installées avec beaucoup plus de soin que les rondelles plates ou les plaques d'usure ordinaires.

La planéité, la rugosité, l'ondulation et le rodage ne sont pas synonymes.

Ces termes sont parfois utilisés indifféremment, mais ils décrivent des caractéristiques différentes.

Terme	Signification en langage clair	Pourquoi c'est important pour un phoque
Platitude	Dans quelle mesure la face complète suit un plan idéal	Contrôle si les surfaces de contact restent uniformément proches sur toute la piste d'étanchéité.
rugosité de surface	Les petites crêtes et vallées de la texture de surface	Influence la friction, la formation du film fluide, l'usure et les fuites.
Ondulation	Variations de surface plus importantes entre la rugosité et la forme générale	Peut créer des zones hautes et basses répétitives autour de la piste d'étanchéité
Parallélisme	Le degré de parallélisme de la face de travail avec la face de référence ou opposée	Influe sur la charge annulaire, la position d'installation et la stabilité axiale
Clapotis	Un procédé de finition abrasive contrôlé utilisé pour améliorer la planéité et la texture de surface	Crée la surface de travail de précision nécessaire au contrôle des fuites

Une surface peut présenter une faible rugosité tout en étant bombée ou conique. Elle peut également être très plane mais comporter des rayures, des particules incrustées ou une texture inadaptée.

C’est pourquoi un rapport de rugosité ne prouve pas à lui seul qu’une face d’étanchéité mécanique est prête à être utilisée.

Que fait concrètement le rodage des joints mécaniques ?

Le rodage enlève de très petites quantités de matière à l'aide de fines particules abrasives entre la bague d'étanchéité et une plaque de rodage contrôlée.

L'objectif n'est pas simplement de rendre la surface brillante. Un rodage approprié vise à produire :

● Planéité contrôlée

● Texture de surface reproductible

● Ondulation minimale

● géométrie fonctionnelle pointue mais protégée

● Aucune rayure profonde ni abrasif incrusté.

● Des résultats uniformes sur l'ensemble du visage

EagleBurgmann décrit le rodage des faces comme l'un des procédés de fabrication les plus importants pour les joints mécaniques, car il produit des faces de glissement et d'accouplement avec une géométrie plane extrêmement précise.

Comment une mauvaise planéité augmente les fuites

1. Des espaces locaux se forment entre les faces.

Une face d'étanchéité convexe, concave, conique ou ondulée ne s'approche pas uniformément de la bague d'accouplement.

Certaines zones sont soumises à un contact important, tandis que d'autres restent plus ouvertes. Ces zones ouvertes peuvent créer un passage plus large pour le fluide à travers le joint d'étanchéité.

2. Le contact se concentre au niveau du diamètre intérieur ou extérieur

Si la face est conique dans une direction, le contact risque de se concentrer près du diamètre extérieur. Si elle est conique dans la direction opposée, le contact risque de se concentrer près du diamètre intérieur.

John Crane associe ces schémas de contact à des faces rodées de manière irrégulière, à une distorsion thermique, à un écaillage des bords et à une fuite constante dans différentes conditions de fonctionnement.

3. Les points hauts empêchent un contact circonférentiel complet

Deux points hauts ou plus peuvent supporter la majeure partie de la charge frontale. La circonférence restante risque de ne pas assurer une étanchéité uniforme.

Les points hauts peuvent être dus à :

● chevauchement inégal

● Surfaces de montage déformées

● Cintrage de la plaque de presse-étoupe

● Concentration de la charge des boulons

● Débris sous le siège fixe

● Assemblage déséquilibré

4. Les rayures et les rainures deviennent des voies fluides

Une rayure profonde traversant le joint d'étanchéité peut agir comme un petit canal. Les rainures circonférentielles peuvent également retenir des particules, perturber la lubrification et accroître l'usure.

La question de savoir si une rayure provoque une fuite inacceptable dépend de sa profondeur, de sa direction, de son emplacement, du matériau de la surface de contact, de la pression de service et de l'état de la surface d'accouplement.

5. Les fuites peuvent varier entre l'arrêt et la rotation.

Un joint peut paraître sec à l'arrêt, mais fuir lorsque l'arbre tourne. Ceci indique souvent une déformation dynamique, un mouvement de l'arbre, un défaut d'alignement ou une instabilité du contact, plutôt qu'un simple défaut statique.

Comment la qualité du rodage influence la durée de vie des joints

Les fuites ne sont qu'une conséquence parmi d'autres d'une mauvaise conception. La durée de vie peut être réduite bien avant que les fuites ne deviennent évidentes.

Une charge inégale accélère l'usure locale

Lorsque seule une partie de la surface supporte la charge, la pression de contact augmente dans cette zone. Cette zone de forte charge peut se polir, se rainurer, se fissurer ou s'user beaucoup plus rapidement que le reste de la bague.

La chaleur de frottement se concentre

Le contact local génère une chaleur locale. Celle-ci peut déformer davantage le visage, créant ainsi un cercle vicieux :

1. Un point haut supporte une charge supplémentaire.

2. Le point haut génère plus de chaleur.

3. La différence de température modifie la forme du visage.

4. Le contact devient encore moins uniforme.

5. Augmentation des fuites et de l'usure.

La face d'accouplement peut également être endommagée.

Une surface de contact mal rodée peut rayer une surface de contact en carbone plus tendre. Une surface de contact contaminée peut rayer une autre surface de contact. Une fois les deux surfaces endommagées, le remplacement d'une seule surface peut ne pas suffire à rétablir les performances.

L'écaillage des bords devient plus probable

Un contact concentré près d'un bord intérieur ou extérieur augmente la contrainte locale. carbure de tungstène et le carbure de silicium sont très résistants à l'usure, mais une charge sur les bords peut tout de même provoquer des ébréchures.

Le joint devient moins tolérant aux perturbations du processus.

Une surface correctement finie résiste mieux aux petites variations de pression, de température, de lubrification et d'alignement. Une surface présentant déjà un contact irrégulier a une marge de sécurité réduite.

Plus lisse signifie-t-il toujours mieux ?

Non. C'est l'un des points les plus importants pour les acheteurs qui découvrent les joints mécaniques.

Un visage très rugueux peut :

● Créer des voies de fuite plus larges

● Augmenter le frottement

● Endommager la face d'accouplement

● Particules de piégeage

● Générer une usure instable

Cependant, un visage extrêmement lisse n'est pas forcément idéal pour toutes les applications.

La texture de surface influe sur la formation du film lubrifiant. Dans certaines conceptions de joints spécifiques, une texture mate contrôlée ou travaillée peut améliorer la stabilité du film lubrifiant et réduire la chaleur dans des conditions de lubrification difficiles.

Le guide de Polytec sur les surfaces d'étanchéité explique que la planéité et la rugosité sont des mesures différentes et que la texture appropriée dépend de la conception et de l'application du joint.

L’exigence correcte doit donc émaner du concepteur du joint ou du fabricant d’origine. Les acheteurs ne doivent pas substituer à une finition spécifiée une finition « aussi lisse que possible ».

Que vous apprennent les bandes lumineuses optiquement planes ?

On utilise généralement une surface optique plane et une source de lumière monochromatique pour inspecter les faces d'étanchéité fortement rodées.

Lorsqu'on place la lame optique sur la surface, des franges d'interférence, généralement appelées bandes lumineuses, apparaissent. Leur forme et leur espacement permettent à un inspecteur expérimenté d'évaluer si la surface est :

● Plat

● Convexe

● Concave

● Ondulé

● Irrégulier

AESSEAL décrit les faces d'étanchéité mécanique comme étant généralement super-rodées à environ deux à trois bandes de lumière d'hélium, équivalentes à environ 0,0008 mm dans son explication générale des joints mécaniques.

Cette valeur doit être considérée comme un exemple industriel et non comme une exigence universelle en matière de dessin. Certaines conceptions, matériaux, diamètres de face, vitesses, pressions et objectifs d'étanchéité peuvent nécessiter des limites différentes.

Limites de l'inspection par bande lumineuse

● La surface plane et la face optique doivent être extrêmement propres.

● L'expérience de l'opérateur influence l'interprétation

● Les bandes lumineuses ne remplacent pas une mesure de la rugosité de surface

● Il se peut qu'ils ne documentent pas entièrement les défauts locaux ou la texture

● Le résultat décrit la pièce lors de l'inspection, et pas nécessairement après installation.

Pour obtenir des données numériques traçables, certains fabricants utilisent également des interféromètres sans contact ou d'autres systèmes de mesure optique de surface.

Pourquoi l'installation peut modifier la planéité de la face d'étanchéité

L'anneau ne fonctionne pas seul. Son système de fixation peut le plier ou le déformer.

Boulonnage inégal des glandes

Une charge inégale sur les boulons peut déformer le presse-étoupe ou le support fixe. John Crane identifie les points de contact importants près des boulons comme une cause possible de fuites continues.

Ajustement par pression ou rétrécissement incorrect

Une interférence excessive peut soumettre une bague d'étanchéité fragile ou mince à des contraintes élevées. Elle peut également modifier la géométrie de la surface d'étanchéité.

Compression irrégulière du joint torique

Un joint torique tordu, pincé, surdimensionné ou gonflé chimiquement peut exercer une pression inégale sur l'anneau.

Débris derrière le siège

Une petite bavure, une particule ou un dépôt sec sous la bague fixe peut l'incliner. La face elle-même peut être plane, mais elle n'est plus perpendiculaire à l'ensemble rotatif.

Contraintes de tuyauterie et désalignement des équipements

Les charges sur les tuyaux, l'usure des roulements, la déformation de l'arbre et le désalignement de la pompe peuvent modifier le schéma de contact pendant le fonctionnement de la machine.

Pourbagues d'étanchéité en carbure de tungstène pour pompes, les spécifications de la bague et l'état mécanique de la pompe doivent donc être examinés conjointement.

Auparavant, je considérais la planéité de la surface d'étanchéité principalement comme un objectif de fabrication. Plus j'étudiais les défaillances, plus cette vision me paraissait incomplète.

Le service de rodage contrôle la surface de coupe à la sortie de production. Cependant, l'emballage, l'installation, la pression, la chaleur, les mouvements de l'arbre, la lubrification et le matériau d'accouplement déterminent la stabilité de cette surface en service.

C’est pourquoi Langsun Carbide ne voit pasplanéité et qualité de rodage de la surface d'étanchéitéen tant qu'éléments d'inspection isolés.

Nous les considérons comme faisant partie d'une chaîne :

1. Matériau approprié : carbure ou céramique

2. Géométrie d'anneau stable

3. Rectification et rodage contrôlés

4. Planéité et texture vérifiées

5. Emballage et manutention propres

6. Installation à faible distorsion

7. Lubrification et température stables en fonctionnement

Si un seul maillon lâche, le visage peut fuir même si les six autres étaient corrects.

C’est aussi pourquoi je reste prudent lorsqu’un problème de fuite est décrit uniquement comme un « mauvais rodage ». Un mauvais rodage est possible, mais une distorsion de fonctionnement, une erreur d’installation, une contamination abrasive et une perte de refroidissement peuvent créer des symptômes similaires.

Un diagnostic fiable doit comparer le rapport d'inspection avec le schéma de contact réel et l'historique de fonctionnement.

FAQ

Qu'est-ce que la planéité de la face d'étanchéité ?

La planéité de la surface d'étanchéité décrit la précision avec laquelle l'ensemble de la surface d'étanchéité suit un plan idéal. Elle diffère de la rugosité de surface, qui décrit les petites irrégularités de la texture.

Pourquoi les faces d'étanchéité des joints mécaniques sont-elles rodées ?

Le rodage améliore la planéité, la texture de surface et l'homogénéité du contact. Il permet aux faces rotatives et fixes de maintenir un film lubrifiant contrôlé tout en limitant les fuites.

Quelle doit être la planéité de la face d'un joint mécanique ?

La valeur requise dépend de la conception du joint, du diamètre de la face d'étanchéité, du matériau, de la pression, de la vitesse et du niveau d'étanchéité visé. AESSEAL indique deux à trois bandes lumineuses d'hélium comme niveau général typique, mais le schéma du fabricant du joint doit faire foi.

Conclusion

La planéité de la surface d'étanchéité et la qualité du rodage affectent directement les fuites, la génération de chaleur, la répartition de l'usure et la durée de vie du joint mécanique.

Un visage correctement fabriqué devrait présenter :

● Planéité contrôlée

● texture de surface adaptée à l'application

● Ondulation faible

● Aucune rayure, fissure, ébréchure ou contamination incrustée nuisible

● Géométrie stable après manipulation et installation

Un rodage de mauvaise qualité peut engendrer des fuites et des points de contact excessifs. Cependant, même une bague correctement rodée peut se rompre si les contraintes de montage, les déformations thermiques, la contamination abrasive ou une lubrification insuffisante modifient sa surface en cours de fonctionnement.

Pourbagues d'étanchéité en carbure de tungstène pour garnitures mécaniquesLangsun Carbide recommande de spécifier simultanément la planéité, la rugosité, la méthode d'inspection, l'emballage et les conditions de montage.

L'objectif final n'est pas simplement d'obtenir une surface aussi plane que possible. Il s'agit d'obtenir une surface qui reste suffisamment plane, propre et texturée tout au long du cycle de fonctionnement réel.

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 spécialise dans l'aide aux équipementiers, aux fabricants d'équipements, aux sociétés d'ingénierie et aux équipes d'approvisionnement pour choisir du tungstène fiable. Pièces d'usure en carbure 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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