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Joints d’étanchéité en milieu de production, optimiser les performances

Par Richard Borowski, responsable, Ingénieur en étanchéité, The Timken Company

Publication: 22 février

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Une performance optimale des équipements dans le secteur de la production industrielle repose sur une utilisation de joints d’étanchéité appropriés...
 

Constituant une barrière efficace contre l’eau, la corrosion, les débris et d’autres contaminants, tout en retenant le lubrifiant, les joints ont un impact direct sur la disponibilité des équipements, et sur la longévité des composants et donc, potentiellement, sur les coûts de production.

Utilisés sur les arbres en rotation pour former une barrière, les joints ont deux fonctions de base : retenir le lubrifiant et exclure les contaminants. Dans des applications industrielles typiques, un joint d’étanchéité avec une lubrification à l’huile ou à la graisse, également appelé joint pour arbre rotatif, se trouve généralement contre le roulement sur la plupart des équipements. Pour retenir le lubrifiant et empêcher une fuite, les joints pour lubrification à l’huile sont conçus afin d’étanchéifier les espaces entre les composants mécaniques immobiles et mobiles, comme le logement et l’arbre, qui se trouvent dans pratiquement chaque type de machines en fonctionnement.

Avaries de matériel et pertes de production

Il suffit de peu pour ralentir la production dans une usine. Un joint de roulement abimé et c’est toute la production qui peut être remise en cause, le joint ayant été conçu pour protéger le roulement. Ce constat partagé avec de nombreuses usines peut amener à des baisses de productivité et entrainer des pertes financières. Pourtant, la plupart des causes susceptibles d’endommager des roulements sont souvent visibles. Un travail de détection permet d’assurer un usage optimal des équipements et une durée de vie des machines plus importante.

Cela peut être notamment le cas sur des générateurs possédant des logements très étanches. Il n’est pas rare dans ce cas d’usage de voir les roulements s’abimer prématurément en raison de problèmes de corrosion et de lubrification. Les manchons sont soumis à rude épreuve, fonctionnant 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, avec des roulements devant être idéalement changés pendant le temps de production. En moyenne, il a été constaté que les roulements peuvent être amenées à être changées 18 fois par mois, engageant un coût en perte mensuel allant jusqu’à 43.000 euros. Annuellement, certaines usines peuvent déplorer des pertes annuelles en production allant jusqu’à 510.000 euros, en raison de ces problèmes de lubrification.

Sélectionner le joint adéquat pour une fiabilité éprouvée

Pour que les joints d’étanchéité fonctionnent de manière adéquate et empêchent la pénétration d’abrasifs, d’humidité corrosive et d’autres contaminants nocifs dans les équipements sensibles, la sélection d’un composé élastomère pour les joints est primordial. Les paramètres d’application et l’environnement externe d’un joint doivent être étudiés attentivement avant de choisir un composé. Pour les environnements d’industrie générale, l’élastomère le plus couramment utilisé est le nitrile en raison de ses excellentes propriétés de résistance à l’abrasion. Le second élastomère le plus courant est le fluoroélastomère, préféré pour ses capacités de résistance aux produits chimiques et à la chaleur.

Bien que deux des paramètres d’applications les plus importants soient la température et le type de lubrifiant, il est également important de déterminer si des contaminants environnementaux auront un effet chimique nocif sur le composé d’élastomère du joint. Il est ainsi recommandé de consulter les tableaux de compatibilité chimique ou de consulter un ingénieur en étanchéité pour une analyse approfondie de la compatibilité des élastomères.

D’autres paramètres de l’application doivent être pris en compte, comme le faux rond de l’arbre, le défaut d’alignement entre l’arbre et l’alésage, la vitesse de l’arbre et la pression. Il ne faut pas oublier que ces paramètres peuvent fortement varier d’une application industrielle à l’autre. Pendant le fonctionnement, un seul paramètre poussé à l’extrême peut avoir un faible effet sur les performances d’un joint, mais plusieurs paramètres poussés à l’extrême dans un système peuvent avoir un impact beaucoup plus conséquent.

Préparer le système d’étanchéité

Une fois que le composé élastomère du joint approprié a été sélectionné, il est primordial de déterminer si les composants de l’équipement sont correctement spécifiés afin d’assurer une bonne étanchéité. En effet, le joint n’est qu’une partie d’un système d’étanchéité et ses performances dépendent donc des spécifications correctes pour l’arbre et l’alésage pour un fonctionnement adapté.

Plusieurs spécifications pour l’arbre doivent être prises en compte lors de l’étape de conception des équipements d’origine ou pendant les opérations de rénovation. Parmi ces points, les plus importants sont la finition de l’arbre, le type de rectification et la dureté. La finition de l’arbre est un facteur majeur dans le fonctionnement correct d’un joint et doit répondre à la spécification de 0,20 - 0,60 micromètre Ra avec une rectification en contre plongée. Quant aux matériaux de l’arbre, les joints fonctionnent de manière satisfaisante sur des arbres en acier doux, en fonte ou en fonte malléable. Dans des conditions normales de fonctionnement, la section de l’arbre en contact avec la lèvre du joint doit avoir une dureté minimum de 30 Rockwell C. Dans des applications définies où l’arbre peut être entaillé ou endommagé lors de la manipulation ou de l’assemblage, ou dans le cas où les arbres travaillent dans des environnements abrasifs, un minimum de 45 Rockwell C est alors recommandé.

Dans des situations où l’arbre ne répond pas aux exigences d’un fonctionnement optimum du joint, des manchons d’usure sont généralement disponibles pour fournir la surface nécessaire à de bonnes performances d’étanchéité. Non seulement un manchon d’usure apporte la surface requise, mais permet aussi une réduction des coûts par rapport à l’alternative de remise en état de l’arbre pour assurer une bonne surface de contact de la lèvre du joint.

Le maintien des spécifications correctes d’alésage est également important pour l’intégrité du système d’étanchéité. Pour garantir le bon ajustement du joint sélectionné, les recommandations des fabricants pour la tolérance de l’alésage et les ajustements serrés doivent être scrupuleusement suivies.

Une installation correcte pour des performances optimales

Lors de l’assemblage, la fiabilité de l’ensemble d’étanchéité repose toujours fortement sur la réussite de l’installation, c’est pourquoi les techniciens de maintenance doivent impérativement tenir compte des conditions auxquelles ils seront confrontés. Une température élevée, des cadences accélérées, ou encore d’importantes vibrations augmentent les contraintes sur les roulements et affectent l’environnement de la pièce et ses performances d’étanchéité.

Les étapes d’une installation correcte comprennent :

1. L’inspection de l’alésage du logement pour s’assurer qu’il est exempt de bavures qui peuvent déformer le joint ou rayer le diamètre extérieur, entraînant des fuites.

2. Le contrôle de l’arbre pour rechercher de bavures d’usinage ou des saletés qui peuvent endommager la zone de la lèvre du joint et créer une voie de fuite.

3. La vérification de l’extrémité de l’arbre et élimination de toutes les bavures ou arêtes vives. L’extrémité doit également être chanfreinée pour assurer que la lèvre du joint n’est pas endommagée lors de l’installation.

4. L’examen des cannelures et des rainures de clavettes à la recherche d’arêtes vives ; si tel est le cas, elles doivent être recouvertes pour protéger la lèvre du joint.

5. L’étude du joint lui-même pour identifier des dommages pouvant être survenus pendant le transport et la manutention (entailles, rayures ou déformations)

6. L’installation du joint dans le bon sens, la lèvre du joint faisant généralement face au lubrifiant à retenir.

7. La lubrification préalable des lèvres des joints avant l’installation pour permettre l’étanchéité du lubrifiant.

8. La sélection d’un outil d’installation approprié pour l’application. Le meilleur outil aura un diamètre légèrement inférieur à celui de l’alésage du logement et appliquera uniquement une force sur la structure métallique du joint.

9. L’installation du joint doit pouvoir se faire sans jamais marteler directement le joint, ni utiliser de tournevis, de broches d’assemblage ou de poinçons.

Les joints d’étanchéités sont particulièrement présents dans les équipements de production et utiles dans les applications techniques. C’est pourquoi, les responsables de production doivent régulièrement les contrôler pour détecter le moindre dégât qui pourrait nuire aux autres composants. Pour éviter la panne, voire l’arrêt total d’une machine, un bon usage des joints d’étanchéité est impératif, permettant de garder une cadence de production optimale et d’exclure des pertes financières inutiles.

http://www.timken.com

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