Les différentes méthodes d'étanchéité d'arbre pour les pompes à vide à anneau liquide

Le joint d'arbre est l'un des composants essentiels d'une pompe à vide à anneau liquide. Il assure une étanchéité efficace entre l'arbre rotatif à grande vitesse et le corps de pompe fixe. Ses principales fonctions sont d'empêcher le liquide de travail (généralement de l'eau) de s'échapper de la pompe vers l'extérieur et d'empêcher l'aspiration d'air extérieur (élément crucial pour maintenir le vide). Le choix du joint d'arbre influence directement la fiabilité opérationnelle de la pompe, ses coûts de maintenance et son adéquation à des procédés spécifiques.

Voici les principaux types de joints d'arbre utilisés dans les pompes à vide à anneau liquide et leurs caractéristiques détaillées :

1. Joint d'étanchéité (garniture de presse-étoupe)

Il s’agit d’une méthode d’étanchéité traditionnelle et mécaniquement simple.

Principe de fonctionnement : Un matériau d'étanchéité souple, en forme de corde ou d'anneau (appelé garniture ", tel que du graphite, du PTFE ou de la fibre d'aramide), est placé à la sortie de l'arbre de la pompe. Un fouloir de presse-étoupe réglable exerce une pression radiale depuis l'extérieur, forçant la garniture à adhérer fermement à la surface de l'arbre ou d'un manchon, créant ainsi une étanchéité par frottement.

Caractéristiques principales :

Permet une fuite mineure contrôlée : Les garnitures d'étanchéité ne sont pas conçues pour une fuite nulle. Une petite quantité de liquide de travail doit s'écouler (généralement quelques gouttes par minute) pour lubrifier et refroidir l'interface de frottement entre la garniture et l'arbre. C'est à la fois une caractéristique et un inconvénient.

Nécessite un entretien régulier : la garniture s'use avec le temps, augmentant les fuites. Les opérateurs doivent régulièrement et soigneusement resserrer le fouloir. En cas d'usure importante, la garniture doit être remplacée lors d'un arrêt.

Causes de l'usure du manchon : Le frottement solide direct entre la garniture et le manchon de l'arbre entraîne une usure, nécessitant le remplacement périodique du manchon.

Scénarios applicables :

Applications où l'environnement de travail n'est pas critique et où une fuite mineure de liquide visible est acceptable.

Pompage de gaz non toxiques, non dangereux et non inflammables.

Utilisateurs disposant de budgets d’investissement initiaux limités et de la capacité d’une maintenance régulière.

2. Garniture mécanique

Il s'agit actuellement de la méthode d'étanchéité la plus courante et la plus performante pour les pompes à anneau liquide, ce qui représente un bond en avant par rapport à l'étanchéité de type "face".

Principe de fonctionnement : Le cœur d'une garniture mécanique est constitué d'une ou plusieurs paires de bagues rodées avec précision (appelées face rotative et face fixe). La face rotative tourne avec l'arbre de la pompe, tandis que la face fixe est fixée au carter. Sous l'action combinée de la pression du fluide et de la force du ressort, les faces restent en contact étroit avec un jeu minimal, créant ainsi une étanchéité lors de la rotation. Un film fluide extrêmement fin entre ces faces est essentiel à la lubrification, au refroidissement et à l'étanchéité.

Caractéristiques principales :

Excellentes performances d'étanchéité : ne produit pratiquement aucune fuite visible (à l'échelle des micro-fuites), répondant aux exigences industrielles modernes en matière de protection de l'environnement et de sécurité.

Longue durée de vie : L'usure se produisant sur les faces planes, elle est régulière et lente. En conditions normales de fonctionnement, la durée de vie peut atteindre des milliers, voire des dizaines de milliers d'heures, dépassant largement celle des garnitures d'étanchéité.

Faible consommation d'énergie de fonctionnement : la résistance au frottement est bien inférieure à celle des joints d'étanchéité, ce qui permet un fonctionnement plus économe en énergie.

Aucune usure de l'arbre/manchon : l'usure est confinée aux faces d'étanchéité elles-mêmes, protégeant ainsi l'arbre ou le manchon de la pompe.

Exigences de fonctionnement plus élevées : Le film fluide entre les faces est crucial. Par conséquent, les garnitures mécaniques sont très sensibles aux particules solides présentes dans le fluide, qui peuvent rayer les surfaces d'étanchéité polies et provoquer une défaillance rapide. Elles nécessitent souvent un système de rinçage fluide propre.

Types et options avancées :

Avantage principal : Offre une double sécurité et un confinement absolu. En cas de défaillance du joint intérieur, le fluide de barrage s'infiltre dans la pompe, et non le gaz de procédé dans l'atmosphère. À l'inverse, en cas de défaillance du joint extérieur, l'air s'infiltre dans le fluide de barrage, et non le gaz de procédé.

Scénarios applicables : Conditions extrêmement exigeantes impliquant des milieux toxiques, dangereux, inflammables, explosifs, hautement corrosifs, coûteux ou sensibles à l'oxygène.