Entretien avec le fondateur

Découvrir les secrets d'une durée de vie prolongée des joints mécaniques

Dans le système de fonctionnement des équipements industriels, les joints mécaniques jouent le rôle d'acteurs discrets — protégeant silencieusement les extrémités d'arbre des équipements de transport de fluides. Ils doivent empêcher toute fuite de milieu afin d'assurer la sécurité de la production, tout en réduisant les pertes par friction pour améliorer l'efficacité énergétique. Ce composant apparemment mineur est directement lié au bon fonctionnement de secteurs industriels clés tels que la pétrochimie, l'énergie et le traitement de l'eau. Son niveau technologique est même considéré comme un indicateur clé de la précision et du raffinement de la fabrication des équipements.

M. Tong Hanquan, fondateur de Jiangsu Golden Eagle Fluid Machinery Co., Ltd., est dévoué à ce domaine depuis 1976, soit pendant 50 ans. Grâce à des décennies de persévérance, il a été témoin de l'évolution complète des joints mécaniques nationaux, passant de l'imitation à l'innovation autonome. Aujourd'hui, nous avons invité le président Tong pour explorer l'efficacité des joints mécaniques — des principes fondamentaux à l'expérience pratique — révélant les « secrets de longévité » de cette composante essentielle.

Rapporteur : Monsieur le Président Tong, avec cinq décennies d'expérience dans l'industrie des joints mécaniques, vous avez assisté à son développement et à ses transformations. En commençant par les bases, quel est le facteur le plus critique pour prolonger la durée de service des joints mécaniques lorsqu'ils fonctionnent dans un milieu liquide ?

Président Tong : En définitive, tout repose sur le maintien du film liquide. Entre les surfaces de friction des bagues dynamique et stationnaire d'un joint mécanique, un film liquide formé par le milieu assure une lubrification essentielle. Ce film agit comme une couche protectrice — en son absence ou s'il devient instable, le joint échoue rapidement. Chez Golden Eagle, nous accordons une priorité élevée à la stabilité du film liquide, que nous considérons comme un indicateur fondamental tout au long de nos processus de conception et de production.

Rapporteur : Quels sont les différents états de lubrification entre ces surfaces de friction, et comment influencent-ils la durée de vie du joint ?

Président Tong : D'après notre pratique et nos recherches, il existe quatre états principaux :

Friction sèche : Le pire scénario, où aucun liquide n'atteint la surface de friction — seules la poussière et les couches oxydées subsistent. Cela provoque immédiatement un échauffement, une usure et une fuite rapide. Au début de ma carrière, j'ai rencontré de nombreux cas où une installation incorrecte a conduit à une friction sèche, entraînant des pertes importantes.

Lubrification limite : En théorie, les surfaces d'étanchéité ne sont jamais parfaitement lisses. Ce qui semble plat présente tout de même des pics et des creux microscopiques. Lorsque le fluide ou le milieu à sceller pénètre sous pression dans l'espace, il remplit les creux mais pas les pics. Les creux bénéficient ainsi de la lubrification, tandis que les pics subissent un contact direct et une friction, entraînant une usure modérée et un dégagement de chaleur.

 

Lubrification semi-fluide : C'est l'état idéal. En créant des « macro-creux » sur les faces d'extrémité par rainurage, un film liquide mince mais stable est maintenu. Cela réduit le coefficient de friction et assure une étanchéité efficace.

 

Lubrification complète en régime fluide : Bien qu'il puisse sembler idéal en l'absence de friction, l'écart excessivement grand provoque des fuites, ce qui le rend contre-productif.

Rapporteur : Il semblerait donc que la lubrification semi-fluide soit l'état idéal à rechercher. Quels facteurs doivent être pris en compte pour y parvenir ?

Président Tong : Une approche complète est essentielle. Les propriétés du fluide sont fondamentales — par exemple, les fluides à haute viscosité forment plus facilement un film liquide que ceux à faible viscosité. La pression, la température et la vitesse de glissement sont également critiques : une pression excessive peut rompre le film liquide, des températures élevées peuvent vaporiser le fluide, et des vitesses élevées peuvent intensifier la chaleur due au frottement.

Chez Golden Eagle, nous effectuons des calculs détaillés de ces paramètres lors des processus de sélection par le client. En outre, des facteurs tels que le réglage de la pression sur la surface d'étanchéité, la conception de la structure de lubrification et la précision d'usinage des surfaces de friction doivent être optimisés. Par exemple, alors qu'une rugosité de surface de Ra0,8 était autrefois acceptable, notre rectification de précision atteint désormais Ra0,02, améliorant considérablement la rétention du film liquide.

Rapporteur : Vous avez mentionné les structures de lubrification — nous avons entendu dire que Golden Eagle possédait une expertise technique importante dans l'amélioration de celles-ci. Pourriez-vous développer ?

Président Tong : Absolument. La conception structurale est l'une de nos compétences clés.

Faces d'extrémité excentriques : En décalant légèrement le centre de l'anneau mobile ou fixe par rapport à l'axe, le lubrifiant est « entraîné » vers la surface de friction lors de la rotation. Toutefois, le degré d'excentricité doit être précis : un décalage excessif provoque une usure inégale sous haute pression, et des vitesses élevées nécessitent une conception soigneuse afin d'éviter les vibrations dues aux forces centrifuges. Nous avons appris cela à nos dépens avec les joints de pompes chimiques au début, puis résolu ultérieurement grâce à l'analyse par éléments finis.

Rainurage des faces d'extrémité : Dans des conditions de haute pression et de grande vitesse, le rainurage atténue efficacement la rupture du film liquide causée par la chaleur de friction. Le positionnement des rainures est crucial : pour les joints à pression externe, les rainures doivent être situées sur l'anneau fixe afin d'empêcher l'entrée de contaminants ; pour les joints à pression interne, l'anneau mobile est préférable, car la force centrifuge expulse les contaminants. La forme, le nombre et la profondeur des rainures ont également une importance — un excès ou une profondeur trop importante augmente les fuites. Nos rainures en forme de coin ont amélioré l'efficacité de lubrification de 30 % par rapport aux anciennes conceptions rectangulaires.

 

Lubrification hydrostatique : Cela consiste à utiliser une source de fluide indépendante (par exemple, une pompe hydraulique) pour acheminer un lubrifiant sous pression directement vers la surface de friction, assurant ainsi la lubrification et une résistance à la pression du milieu. Ce type de conception est couramment utilisé dans les cuves réactionnelles à haute pression.

Rapporteur : Les défis liés à la lubrification sont-ils plus complexes pour les joints mécaniques utilisés dans des milieux gazeux ?

Président Tong : En effet, ils sont plus difficiles. De telles conditions impliquent souvent une lubrification insuffisante, des problèmes de dissipation thermique et une sensibilité aux fuites, nécessitant des conceptions spécialisées pour assurer un fonctionnement stable. Nous utilisons généralement des joints à gaz secs, qui exploitent des motifs de rainures au niveau micron (par exemple, en spirale ou en T) afin de générer des effets hydrodynamiques, comprimant le gaz en un film ultra-fin (environ 3 à 5 μm) permettant un fonctionnement sans contact. Dans le cadre d'un projet de rétrofit pour un fabricant de compresseurs de gaz, cette approche a permis de prolonger la durée de vie du joint de 3 à 18 mois.

Rapporteur : Derrière ces innovations, y a-t-il eu de nombreuses expériences par essais et erreurs ?

Président Tong absolument. Dans les années 1980, alors que nous travaillions sur des joints d'étanchéité pour des pompes de raffinerie, nous avons expérimenté l'usinage de rainures sur la face terminale. Initialement, un trop grand nombre de rainures provoquait des fuites excessives ; trop peu entraînait une friction sèche. Il a fallu plus de 20 essais pour trouver les paramètres optimaux. Aujourd'hui, les jeunes ingénieurs bénéficient des simulations informatiques, ce qui réduit considérablement le tâtonnement. Cependant, j'insiste toujours sur le fait que l'écart entre les données de laboratoire et les conditions sur le terrain doit être comblé par l'expérience pratique. C'est pourquoi Golden Eagle reste un acteur incontournable dans l'industrie — nous accordons de la valeur à la fois à la théorie et à la pratique.

La discussion d'aujourd'hui avec le président Tong, des principes de lubrification par film liquide aux conceptions structurelles améliorant la lubrification, a révélé la logique sous-jacente à la longévité des joints mécaniques. Lors du prochain entretien, le président Tong approfondira les applications pratiques, en explorant les stratégies de sélection et les mesures de prévention des défaillances des joints mécaniques dans divers secteurs industriels, notamment la transformation chimique, l'industrie pharmaceutique, le raffinage pétrolier et les nouveaux matériaux. Restez à l'écoute !