Etanchéité dynamique : des dispositifs variés

GUIDE D’ACHATPage 22 Le Monde de l’industrie

La fonction principale d’un dispositif d’étanchéitéconsiste à empêcher le fluide de « s’échapper » deson contenant. Dans de nombreuses applicationsaujourd’hui, nous sommes en présence de systè-mes en mouvement. Les problèmes d’étanchéitésont d’autant plus complexes. Par exemple, unarbre en rotation est chargé de transmettre de lapuissance à une hélice, à une roue… en traversantune paroi destinée à séparer deux fluides l’un del’autre. En général, l’un des fluides est l’at-mosphère, l’autre est le produit à étancher ; lespressions et/ou les températures de chaque fluidesont différentes. Entre cet arbre et les parties sta-tiques de la machine, nous devons alors disposerd’éléments spécifiques : le système d’étanchéitédynamique.Une garniture mécanique d’étanchéité est compo-sée de deux sous-ensembles : l’un statique, l’au-tre tournant. Les composants entrant dans leurtechnologie sont des éléments faisant appel à lamécanique de haute précision et au savoir-faire dufabricant. Les dispositifs d’étanchéité sont trèsdivers pour répondre au mieux à la grande variétédes besoins : bagues de laminage, étanchéité par

labyrinthe, bagues segmentées, bagues à lèvres,presse étoupe à tresse, raccords tournants, garni-tures mécaniques. L’évolution permanente des exi-gences techniques et économiques du mondeindustriel conduit à une utilisation de plus en plusgénéralisée des étanchéités dynamiques par gar-nitures mécaniques. En effet, la technologie sanscesse améliorée des garnitures mécaniques permetd’assurer avec un maximum de fiabilité l’étan-chéité de produits les plus divers dans des condi-tions d’exploitation de plus en plus sévères. Lesfabricants de ces équipements sont implantésmondialement. Ceci leur permet de servir leursclients partout dans le monde et garantit aux uti-lisateurs une fourniture et un service de proximitéoù qu’ils se trouvent. En France, 8 fabricantsemploient directement plus de 500 personnes etréalisent un chiffre d’affai-res de 100 millions d’Euros.Leur savoir-faire leur per-met de proposer une offrelarge et adaptée, associantproduits et services dansdes solutions complètes.

Des applications multiples

Les systèmes d’étanchéité répondent aux besoinsde tous les secteurs d’activité, tels que chimie,automobile, pétrochimie, industrie pétrolière,papeterie, industries de transformation, industriesalimentaires, agroalimentaires, textiles, pharma-ceutiques etc. Elles sont utilisées dans de nom-breuses applications industrielles, scientifiques oudomestiques où l’on doit assurer l’étanchéité deséléments tournants. Les produits les plus diverssont étanchés : produits clairs ou chargés, mélan-ges, sirops, bitumes, pâte à papier, ciments, pou-dres, gaz liquéfiés ou non … on y trouve aussibien de l’eau, du vin, de l’acide phosphorique, deshydrocarbures, du liquide de refroidissement auto-mobile ou de l’hélium, que des produits abrasifs.

Des performances adaptées à des conditionsd’exploitation de plus en plus sévères

Deux technologies ont été développées qui assurentune étanchéité quasi-absolue tant en statique qu’endynamique : les garnitures mécaniques avec contactet les garnitures mécaniques sans contact (dites« garnitures gaz »). Dans le premier cas, on assurel’étanchéité entre deux faces en mouvement relatif(rotation), lubrifiées par un film liquide. Ce dernierprovient soit du fluide véhiculé par la machine, soitd’un fluide auxiliaire. Toutefois, onutilise parfois des garnitures dites« sèches » où le contact entre lesfaces est réel. Dans le cas desgarnitures sans contact, l’é-tanchéité est assurée par unfilm gazeux qui provientsoit du fluide véhiculé parla machine ou d’un gazauxiliaire. Les fabricantsont ainsi créé les piècesles plus adaptées aux pro-blématiques spécifiques deleurs secteurs clients.

La grande variété de fluides et les exigencesspécifiques des utilisateurs ont conduit les fabri-cants à développer des composants utilisant desmatériaux extrêmement variés. Ils mettent ainsi en?uvre du graphite, du carbone, de l’aluminium, del’acier inox, de la céramique, mais également ducarbure de tungstène, des alliages acier inox-nickelchrome-molybdène, du carbure de siliciumporeux, divers types d’élastomères ainsi que, parexemple, des matériaux résistant aux radiations.Les applications nécessitent, on le voit, unecompétence particulièrement élevée dans desdisciplines très diverses : métallographie, chimie,physique, tribologie, lubrification etc.La technologie sans cesse améliorée des garni-tures mécaniques permet d’assurer, avec un maxi-mum de fiabilité, l’étanchéité de produits les plusdivers dans des conditions d’exploitation de plusen plus sévères. Les pressions s’élèvent au-delà de450 bars, les températures dépassent les 400°C,les vitesses s’accélèrent jusqu’à plus de10 000 tours/mn et les diamètres peuvent atteindreplus de 500 mm. Les durées de vies attendues peu-vent atteindre plusieurs milliers d’heures.

De vastes programmes de R&D permettent auxfabricants de suivre l’extension des applications,dans des situations toujours plus complexes et deproposer aux utilisateurs des solutions plus per-formantes, plus sûres et plus fiables. Dans certai-nes applications en effet (gaz liquéfiés, très hautepression), l’étanchéité dynamique est un élémentcritique. Parallèlement, des études sont menéespour optimiser les aspects économiques des solu-tions proposées. L’effort de R&D est extrêmementimportant, atteignant couramment 5% du chiffred’affaires, parfois même 6 à 7 %. Les études por-tent sur les matériaux, les propriétés mécaniquesou chimiques, la tribologie, ainsi que sur le déve-loppement des produits eux-mêmes pour répondreaux nouvelles demandes. Les fabricants collabo-

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GUIDE D’ACHATjuin-juillet 2007 Page 23

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Presse étoupe avec tresse • • • • • •Bague segmentée • • • • •Bague à lèvres • • •Bague de laminage • • •Etanchéité par labyrinthe • • • • •Raccords tournants • • • • •Garniture mécanique simple liquide • • • • • •Garniture mécanique simple sans contact • • • • •Garniture mécanique simple sèche • • • • • •Garniture mécanique tandem liquide • • • • • •Garniture mécanique double liquide • • • • • • •Garniture mécanique double sans contact • • • • •Garniture mécanique double sèche • • • • • •Garniture mécanique spéciale • • • • • •

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Essais d’étanchéité dynamiques

La société Endu-rance Test réalisedes prestationsd’essais de fiabi-lité en hydrau-lique, mécaniqueet électromé-canique. Pourcela, elle a déve-loppé un banc

d’essai associé à un microdébitmètre spécialpour liquide. Actuellement, les performancesatteintes et pratiquées sont : débit de liquidemesuré de 0,005 mm3/s à 10 mm3/s sous unepression de 0 bar à 120 bar et à une températurede - 90° C à + 240° C, avec de l’eau ou del’alcool éthylique ou de l’huile de silicone. Endébut d’année 2006, Endurance Test a mis aupoint une procédure d’essai et réalisé un essaid’étanchéité à l’eau, avec mesure du débit defuite, d’une pompe centrifuge en rotation à 1460et 1730 tr/mn, sous une pression statiquede 10 bar et à la température de + 62° C.Aujourd’hui ce développement permet à cettesociété de proposer des prestations d’essaisd’étanchéité aux liquides sur des étanchéités« dynamiques » (arbre de pompe en rotation, etc)avec mesure du débit de fuite de liquide de 0,005à 10 mm3/s sous une pression de 0 bar à 120 baret à une température de - 90° C à + 240° C.

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rent largement avec des universités (en France, enAllemagne, en Grande Bretagne ou aux Etats-Unis), des laboratoires industriels ou scientifiques(comme le CEA à Pierrelatte) et le CETIM(Centre d’Etudes Techniques des IndustriesMécaniques).

Montage et sécurité

On remarque prin-cipalement unedizaine de mon-tages différents quiaident à s’adapteraux contraintes ren-contrées, dues auxpropriétés des flui-des transportés :nature, tempéra-ture, pression, dan-

gerosité, explosibilité, toxicité etc. Leur combi-naison avec la grande variété de garnitures,permet de résoudre tous les cas de figure et d’ap-porter toujours la solution la plus cohérente. Cespratiques sont également destinées à assurer lasécurité des équipements. La nature des produitstransportés, les pressions et les températuresnécessitent une très grande vigilance, notammentdans les points de rupture potentielle. Dans cetesprit, un certain nombre de normes internationa-les régissent la nature et l’utilisation des systèmesd’étanchéité dynamique. Parfois, certaines dispo-sitions particulières ont été adoptées, concernant

surtout des applications présentant des caractéris-tiques spécifiques.

Critères de choix

On le voit, le choix du système qui convient lemieux à telle ou telle application est une matièrecomplexe. La spécificité des applications et lavariété des garnitures développées par les fabricantspermettent un choix précis du produit le plus adaptéà la situation particulière. Ainsi, un cahier des char-ges détaillé permettra d’effectuer le meilleur choix.Ce choix porte sur deux points : le choix du typede garniture et le choix du type de montage.Les critères à retenir pour le choix de la garnituresont principalement : la pression à étancher, lavitesse de rotation, la température, le type de fluideà étancher (propriétés chimiques, abrasion, volati-lité) et la combinaison éventuelle de plusieurs para-mètres principaux. Pour choisir le type de montage,on retiendra : la toxicité, la nocivité ou l’explosibi-lité du fluide, la volatilité du liquide à étancher, lacristallisation ou la déposition du fluide. Parailleurs, les normes élaborées pour ces systèmesdéfinissent les règles minimales à respecter pour laconception et l’installation des garnitures méca-niques. Des règles spécifiques peuvent être appli-quées en fonction du secteur utilisateur (agroali-mentaire, biotechnologies, nucléaire…).

Attention à la contrefaçon

Dans ce domaine comme dans d’autres, ilconvient de se méfier des contrefaçons. Lameilleure manière de se garantir contre les risquesque font courir les produits contrefaits à leurs uti-lisateurs est de s’approvisionner auprès de pro-fessionnels reconnus (fabricants ou distributeurs)en produits de marque.

Des services indispensables

Les fabricants ontdéveloppé de nomb-reux services à l’in-tention des utilisa-teurs. L’aide à laconception apporteune assistance pourdéfinir le meilleurchoix en fonctiondes critères particu-liers de la machine ou de l’installation. Le caséchéant, elle peut aboutir à un développement par-ticulier pour servir au mieux la réalité de l’appli-cation. La formation assure la meilleure mise enoeuvre et la gestion optimale de l’étanchéité et deses composants. Elle touche tant les utilisateursfinaux que les distributeurs. Ces derniers bénéfi-cient en outre de programmes leur permettant derester en permanence à la pointe des développe-ments technologiques et des solutions. La mainte-nance permet de veiller à la sûreté de fonctionne-ment et à la disponibilité des équipements, évitantainsi tout arrêt intempestif. Elle assure aussi la sécu-rité des personnes par une veille régulière sur l’étatdes installations. Les fabricants mettent égalementà la disposition des distributeurs et des utilisateursdes outils de choix et d’assistance au format papierou sous versions électroniques (CD Rom, Internet).

Thierry Du Parc Association Française de la Mécanique

de Haute Précision (MHP)

Endurance TestTél. 04 75 81 05 12 INFO N3980

Des vérifications dimensionnelles deprécision grâce à la vision

L’ indus t r i emétallurgiqueutilise encoreassez peu lessystèmes devision pourdes raisons desouplesse desoutils ou demanque de

performance. Les solutions proposées par VisionComponents éliminent ces problèmes, pourpreuve, la dernière machine de test automatique deWente/Thiedig.Spécialiste allemand des systèmes de métrologie2D ou 3D, Wente/Thiedig GmbH compte parmises clients de nombreuses sociétés dans ledomaine de la métallurgie, ainsi que des grandscomptes automobiles comme Volkswagen ouBMW. Cette société vient de mettre au point unemachine de mesure haute performance pour appli-cation automobile utilisant 3 caméras VC2068 deVision Components qui examinent des pièces de5mm réalisées par cintrage. Les caractéristiquesobservées sont la concentricité, le voile de lafraise, le diamètre intérieur, la présence de striesou de fissures. Les pièces sont mises en rotation,permettant à une première caméra d’examiner laconcentricité. Les deux autres caméras sont encharge de l’analyse des autres paramètres de qua-lité. Les trois caméras sont connectées simplementsur un réseau Ethernet. Les entrées/sorties de lacaméra transmettent alors le résultat de chaqueinspection sur un automate. Les bonnes piècespeuvent ainsi être séparées des mauvaises.D’une résolution 1280 x 1024 pixels, les camé-ras VC2068 ont une puissance de calcul de1200 MIPS. Elles communiquent via Ethernetpar TCP/IP. Leur temps de traitement est de72 ms, ce qui les rend compatibles avec lescadences industrielles. La résolution est aussicompatible avec les précisions recherchées dansla métallurgie : 1µm sur les mesures des dia-mètres intérieurs et de concentricité. Grâce à leur intelligence intégrée, les camérasVision Components peuvent remplacer lessystèmes de PC. Elles exécutent en effet toutes lesroutines de traitement d’image, rendant inutiles lesstations conventionnelles à base de PC. Toutes lesfonctions des caméras intelligentes sont comman-dées par un système d’exploitation temps réel detype Linux : VCRT. La programmation se faitlibrement en C et C++ dans un environnement dedéveloppement sur PC.

A propos de Vision ComponentsEn 1995, Michael Engel est le premier à avoir conçuune caméra de vision industrielle intelligente. Ilfonde Vision Components en 1996 pour industria-liser son invention. La société produit aujourd’hui7000 caméras par an. Les clients de VisionComponents proviennent de domaines très divers,comme l’imprimerie, l’industrie pharmaceutique,l’industrie automobile, l’ingénierie mécanique et lafabrication d’équipements électroniques.

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