JOINT BI-MATIÈRE SUR L'ARBRE ROTATIF

Scénario

Les fabricants de compresseurs de gaz (par exemple d’oxygène) doivent de plus en plus travailler à des vitesses élevées, une exigence qui s’ajoute à la nécessité d’empêcher la fuite de gaz à structure atomique plus simple, qui sont difficiles à contenir en raison de leur facilité à se faufiler à travers les joints et les aspérités.

Défi

L’un de nos clients, un fabricant italien de compresseurs de gaz qui fournit des produits dans le monde entier, nous a demandé de développer un joint rotatif capable de fonctionner à des vitesses élevées et à des températures et pressions de fonctionnement considérables.

Solution

Dans un premier temps, l’équipe technique de l’ATP a analysé les conditions de fonctionnement. La seule contrainte présente était la nécessité de respecter le diamètre de l’arbre (23 mm) sur lequel des vitesses proches de 2m/s pouvaient être développées.

DONNÉES OPÉRATIONNELLES

Produit de contact: oxygène

Température de fonctionnement: ont été estimées à 100/110°c

Manipulation: rotatif (position horizontale).

Guide: roulements

Pression: 10 bar

Lubrification: des graisses spécifiques.

Matériau de l’arbre: acier trempé 53-55 HRC avec une rugosité de 0,2 RA.

Grâce à l’analyse FEM, un outil couramment utilisé par le département R&D et technique d’ATP, il a été possible de réaliser des études préliminaires comparant les résultats théoriques obtenus sur différents profils et de définir le joint à développer afin d’obtenir le meilleur rendement et la meilleure efficacité d’étanchéité sur le système.

Le système du client était situé à l’horizontale et comportait deux joints sur les bords, entre lesquels se trouvaient les roulements et le gaz à comprimer. Le joint pouvait alors être installé dans une rainure ouverte en serrant le joint à partir d’un système de bride et de contre-bride. Après une étude approfondie, il a été décidé d’opter pour un joint bi-matière capable de résister simultanément aux charges et aux vitesses présentes. La partie 1 est réalisée en Sintek FPM, un élastomère capable de s’activer proportionnellement à la pression exercée, tandis que l’élément de support/glissant (partie 2) est réalisé en Sintek FC, un PTFE spécial rempli de fibres de carbone spéciales qui non seulement soutient la lèvre du joint en réduisant l’effet de la pression sur l’usure, mais aussi réduit considérablement le coefficient de frottement, rendant le système d’étanchéité efficace même à des vitesses élevées. Les deux matériaux sont très résistants aux températures élevées facilement générées à grande vitesse.

Témoignage

Grâce à la géométrie conçue et à l’utilisation de deux matériaux aussi performants, nous avons pu retenir même des gaz très fins malgré des conditions de fonctionnement impliquant des températures de glissement très élevées. – Client technique