IV.3.1.d. Coefficient de frottement/puissance
absorbée
La puissance absorbée Pa par une garniture
mécanique en fonctionnement est [3]:
Pa = Pt + Pf
Avec :
Pt puissance dissipée en turbulence, en
général négligeable ; elle n'est à
considérer que dans les cas de vitesse périphérique
importante (> 20 m/s), Pf puissance de frottement dissipée en
chaleur, calculée par :
DNfFRF
Où f est le coefficient de frottement et N la vitesse de
rotation.
En régime établi et stable, le coefficient f
dépend du film (nature, viscosité et température), de la
pression à étancher, des matériaux utilisés et de
leur état de surface.
Les expériences et essais effectués en
laboratoire ou sur banc tribologique ont confirmé une valeur moyenne f =
0,08.
La puissance absorbée Pa doit être
comparée à la puissance disponible pour la fonction
étanchéité prévue pour la machine. Elle est
généralement négligeable par rapport à la puissance
de la machine à étancher. Lorsque ce n'est pas le cas, il faut
veiller à en tenir compte pour la machine motrice. Lors des
démarrages, cette puissance et peut être doublée,
triplée, etc., par manque de lubrification et collage des faces.
IV.3.2.Garniture mécanique sans contact 'dry gas
seal'
IV.3.2.a. Description
Dite `sèche' Contrairement aux garnitures
mécaniques avec contact lubrifiées par un liquide[3], les
garnitures sèches fonctionnent avec un contact réel (on pourrait
dire avec un film solide pour se rapprocher de la classification liquide et
gaz).
Il en résulte, par conséquent, une usure et un
échauffement plus importants.
Pour minimiser ces phénomènes, des
matériaux particuliers sont utilisés afin de combiner leurs
propriétés tribologiques (frottement), leur résistance
mécanique et leur résistance chimique.
Généralement, on utilise des faces carbones
contre des sièges céramiques (oxyde d'alumine) ou carbure de
silicium.
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Chapitre IV : Technologies des systèmes
d'étanchéité des machines tournantes
Le principe de base consiste à assurer
l'étanchéité entre deux faces en mouvement relatif
(rotation) par un film gazeux[3]
Elément mobile (Dynamique) à rénures
spiralés.
Figure IV.15 : Garniture mécanique
sèche.
Les garnitures mécaniques à gaz se trouvent
principalement dans les compresseurs ou machines similaires. D'où 80%
des compresseurs sont maintenant équipés de ce type de
garnitures.
le gaz est pomp"
vers le centre
Sens de rotation
r Le gaz est comprimé, la
preséion
diamètre augmente jusqu'au décollage
des
faces
d'étanchéité
Figure IV.16 : Rainure spiralés sur la
bague de matage d'une garniture mécanique sèche.
Le principe de fonctionnement de la garniture à gaz
à rainures spiralées est basé sur un équilibre des
forces aérostatiques et des forces aérodynamiques qui fournit un
jeu interfaces minimum et stable.
Chapitre IV : Technologies des systèmes
d'étanchéité des machines tournantes
Element mobile Element free
(Dvnamgiue) (Semi-dynamgiue)
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Carter
Element élastique (Resort)
Chemise
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Rainures spirales Faces de frottement
Figure IV.17 : Schémas des faces de
frottement d'une garniture mécanique sèche.
Les forces aérodynamiques sont produites seulement en
rotation. Pendant la rotation, les rainures spiralées jouent un
rôle primordial en générant une force d'ouverture qui
permet d'obtenir un jeu interfaces acceptable.
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