Guide des joints rotatifs

DACPOL propose une large gamme de joints rotatifs, utilisés dans les secteurs de la défense, de l’aéronautique, de l’industrie et du commerce. Pour atteindre des performances optimales d’un joint rotatif, il est nécessaire de le sélectionner correctement, de l’installer correctement et d’assurer un entretien régulier. Ce guide a pour but d’aborder les bases, la terminologie clé, les problèmes de désalignement et de comparer les principaux types de conception.

Bases des joints rotatifs

Qu’est-ce qu’un joint rotatif ?

Un joint rotatif est un dispositif mécanique qui sert d’interface permettant le transfert d’un fluide – air, vapeur ou liquide – entre un élément en rotation et un élément statique.

Composants principaux d’un joint rotatif :

• Corps / Enveloppe : Partie statique qui contient le fluide et peut faciliter le raccordement du tuyau. Elle agit également comme limiteur de couple.
• Rotor / Niple : Partie rotative qui connecte le joint à l’élément mobile de la machine. Des raccords filetés (coniques, droits) et à bride sont disponibles.
• Guide / Douilles de guidage : Section qui transfère la force de rotation, assurant la coaxialité correcte du joint rotatif.
• Joint d’étanchéité : C’est la première pièce à s’user. La durée de vie du joint dépend des paramètres de fonctionnement tels que la vitesse de la machine, la température et le type de fluide.
• Plaque de montage : Élément inséré entre la tête du joint et le corps, destiné à protéger les composants internes lors du démontage de la tête.

Terminologie technique

Renforcez vos connaissances sur les joints rotatifs en vous familiarisant avec les termes clés suivants :

• Tiges anti-rotation (Anti-Rotation Rods) : Tiges rigides et lisses qui relient le corps du joint à une surface extérieure fixe, empêchant la rotation du joint.
• Joint équilibré (Balanced Seal) : Technique d’étanchéité, utilisée principalement pour l’eau et les liquides de refroidissement (mais également possible pour la vapeur et les gaz), qui repose sur la pression externe du ressort pour assurer une étanchéité positive à l’intérieur du joint.
• Barres de turbulence (Dryer Bars) : Barres axiales en acier inoxydable installées à l’intérieur des cylindres pour créer des turbulences, augmentant l’uniformité de la température de surface et l’efficacité des échanges thermiques.
• Double flux (Dual Flow) : Le fluide circule vers et depuis le joint rotatif via un siphon ou un tube de distribution interne.
• Joints rotatifs supportés extérieurement (Externally Supported Rotary Joints) : Conceptions qui s’appuient sur un cadre fixe externe de la machine pour soutenir le corps du joint.
• Tuyau métallique flexible (Flexible Metal Hose) : Tuyau qui maintient la pression du fluide et assure la flexibilité nécessaire pour le mouvement correct du joint rotatif.
• Guide (Guide) : Type de douille en carbone montée autour du niple, utilisée pour soutenir le joint rotatif.
• Fluide : Liquides (eau, gaz, vapeur) transportés à travers les joints rotatifs.
• Unions multipassage (Multi-Passage Unions) : Joints nécessaires lorsque plusieurs fluides sont utilisés simultanément, nécessitant plusieurs joints entre les connexions fixes et l’équipement rotatif.
• Joint sous pression (Pressure Joint) : Type de joint dans lequel l’anneau d’étanchéité interne supporte toute la force générée par la pression interne du fluide.
• Rotor : Partie rotative du joint rotatif qui se connecte à l’équipement rotatif (peut être filetée ou à bride).
• Anneaux d’étanchéité (Seal Rings) : Principal élément consommable. Pendant le fonctionnement, les anneaux subissent les forces dues à la pression du fluide et au frottement.
• Indicateurs de flux visuel (Sight Flow Indicators) : Dispositifs permettant d’observer visuellement le flux de liquide et de gaz dans la conduite.
• Flux simple (Single-Flow) : Le fluide ne circule que dans une direction à travers le joint, également connu sous le nom de flux unidirectionnel.
• Siphon (Syphon) : Système de tuyaux à l’intérieur du cylindre rotatif permettant d’évacuer le fluide via le joint.
• Plaque d’usure (Wear Plate) : Plaque métallique d’étanchéité remplaçable, fixée sur le corps du joint, conçue pour être changée après avoir atteint sa limite de durée de vie.

Non-coaxialité du joint rotatif

La principale cause de défaillance prématurée de l’anneau d’étanchéité en carbone est la non-coaxialité du joint rotatif. La non-coaxialité survient lorsque l’élément rotatif vibre pendant le fonctionnement. En conséquence, l’anneau d’étanchéité en carbone est contraint par rapport au diamètre interne du corps, ce qui peut entraîner une usure irrégulière.

Prévention de la non-coaxialité :

Le joint rotatif doit être installé avec des tuyaux métalliques flexibles. Au fur et à mesure que l’anneau d’étanchéité s’use, le joint non compensé se déplacera légèrement depuis l’extrémité de l’arbre – les tuyaux flexibles doivent permettre ce mouvement. Les tuyaux doivent avoir une longueur adéquate pour assurer cette flexibilité. Tous les boulons connectés doivent être bien serrés sur chaque section, et le serrage doit être effectué progressivement et en croix (par exemple, à 180 degrés).

Atteindre des performances optimales

Après une installation correcte, la principale pièce d’usure reste l’anneau d’étanchéité. Il doit être remplacé lorsqu’il atteint son usure maximale. Si ce n’est pas fait, les surfaces métalliques peuvent entrer en contact et provoquer des dommages irréversibles au joint rotatif.

Facteurs critiques pour l’usure :

La vitesse de la machine, la pression et la température sont critiques pour les caractéristiques d’usure des joints mécaniques. La charge réelle appliquée sur l’anneau d’étanchéité est directement liée à la pression de fonctionnement. À mesure que la pression augmente, la charge sur le joint augmente également. Une augmentation de cette charge, combinée à la vitesse de la machine, augmente la puissance perdue par frottement et génère des températures plus élevées. En général, la vitesse d’usure du joint augmente à la fois avec la vitesse de fonctionnement et la pression.

Le choix du matériau du joint est un facteur clé, en tenant compte de tous les coûts liés à la défaillance du joint.

Guides en carbone vs roulements à billes

Le choix entre un joint supporté par des guides en carbone et un joint à roulements à billes dépend de plusieurs facteurs :

Les joints rotatifs supportés par des guides en carbone sont les mieux adaptés aux vitesses faibles et aux températures élevées. Le carbone a un faible coefficient de dilatation thermique, ce qui lui permet de tolérer des différences de température importantes. Le niple du joint chauffe et se dilate rapidement, tandis que le corps chauffe plus lentement. Dans ce type de joints, un jeu supplémentaire sur le diamètre intérieur (ID) du guide suffit pour compenser la dilatation thermique. En revanche, dans les joints à roulements, la dilatation thermique doit être absorbée par le jeu interne du roulement, ce qui fait que le choix du roulement dépend de la température. Les guides en carbone ne nécessitent pas de lubrification ou d’entretien, à l’exception du remplacement du joint usé. Ils ont également des avantages pour les grandes tailles, car ils sont plus faciles à commander que les grands roulements à billes.

Les joints supportés par des roulements à billes sont généralement utilisés dans des applications à haute vitesse et là où le battement axial est critique. Les joints à grande vitesse utilisent souvent des joints d’étanchéité frontaux équilibrés, nécessitant un alignement précis des surfaces d’étanchéité. Les roulements à billes sont également préférés dans les applications nécessitant un faible couple de rotation. Certaines applications à roulements nécessitent de suivre un programme de lubrification pour une durée de vie optimale.

Résumé

Nous avons abordé les aspects importants des joints rotatifs : des composants de base à la terminologie détaillée, jusqu’aux facteurs affectant leurs performances, tels que la non-coaxialité, la vitesse, la pression et le choix du type de support (guides en carbone vs roulements à billes).

Un choix correct, une installation avec des tuyaux flexibles et le remplacement en temps voulu des anneaux d’étanchéité usés sont les bases d’un fonctionnement durable et sans panne de chaque joint. N’oubliez pas que la performance optimale et la durée de vie dépendent d’un ajustement précis des paramètres du joint aux conditions de votre machine.

Si vous avez besoin d’assistance technique pour le choix des joints rotatifs, en tenant compte des spécificités de votre application, contactez les spécialistes DACPOL. Nous serons ravis de vous aider à trouver la solution idéale.