Pompe centrifuge de base : garniture mécanique à rinçage interne et à rinçage externe

Evolution de la garniture d'étanchéité à la garniture mécanique

 

La roue de la pompe est montée sur un arbre de pompe qui traverse le corps de pompe ou la volute. Sans joint de pompe, la partie creuse « humide » de l’arbre dans la volute peut être une source de fuite persistante.

 

Il y a plus de cent ans, la plupart des pompes reposaient sur une garniture pour éviter les fuites tout en permettant à l'arbre de tourner librement. Ce type de garniture ou de joint d'étanchéité forme initialement une zone à l'intérieur de la pompe, appelée presse-étoupe, dans laquelle la garniture est poussée ou remplie. Ces pompes de technologie ancienne sont appelées « structures à presse-étoupe ». Il y a cinquante ans, la technologie a été améliorée et le joint d'étanchéité était constitué de plusieurs boucles de fil tressé et de graphite qui entouraient l'arbre et se trouvaient dans l'ancienne « boîte à garniture ». Ces charges sont fermement pressées par le presse-étoupe pour empêcher l'eau du système de s'écouler hors du corps de pompe.

 

Étant donné que la friction entre la garniture et l'arbre génère beaucoup de chaleur, le joint de la garniture nécessite beaucoup de lubrification. Cette lubrification est effectuée par l'eau du système, qui s'écoule du côté sortie de la pompe, traverse la garniture, puis s'écoule hors de la pompe. Il en résulte un système « ouvert », c'est-à-dire un système utilisé régulièrement et qui laisse échapper de l'eau de chasse. Une « fuite » d’eau est nécessaire et s’écoule de la pompe à raison d’environ une goutte par seconde. Bien entendu, cette eau doit être remplacée par de l’eau supplémentaire, ce qui implique d’introduire davantage d’air dans le système, augmentant ainsi la corrosion.

 

 

De plus, le joint d'étanchéité doit être ajusté régulièrement en serrant manuellement le presse-étoupe pour maintenir la bonne quantité de lubrification, ce qui provoque une usure excessive des pièces. Ce type de joint était standard sur la plupart des pompes industrielles il y a plusieurs décennies et est encore utilisé aujourd'hui dans certaines applications industrielles.

 

Les garnitures mécaniques sont désormais la norme sur les pompes CVC. La garniture mécanique ne présente aucun type de fuite, mais un ressort intégré exerce une pression contre deux surfaces d'étanchéité hautement polies pour sceller la pompe. Même les pompes concurrentes de B&G, dont les anciennes conceptions de volutes de pompe étaient dotées de presse-étoupes externes, ont été modifiées pour comporter des garnitures mécaniques. C'est pourquoi, dans les systèmes CVC d'aujourd'hui, il existe deux types de garnitures mécaniques de pompe : l'une conçue pour les pompes plus anciennes avec une conduite de rinçage externe, et l'autre pour les joints de rinçage internes calqués sur la conception de B&G.

 

Garnitures mécaniques pour rinçage externe et pourquoi elles doivent être évitées

 

Le joint de rinçage externe fonctionne de manière similaire aux autres joints mécaniques, mais est conçu pour être installé dans l'espace sec du corps de pompe/volute, tout comme l'ancien joint d'étanchéité. En conséquence, ils nécessitent une lubrification externe pour éviter la surchauffe due au frottement entre l’arbre et les composants du joint rotatif et fixe. Cette lubrification est assurée par un tube de type capillaire qui transporte l'eau de la sortie de la pompe jusqu'à la garniture mécanique, faisant ainsi du système un système fermé par rapport à une garniture d'étanchéité lubrifiée extérieurement. Cette conception présente trois inconvénients.

 

La première chose à considérer est la taille du tuyau de chasse d’eau. Ces tuyaux sont généralement des tuyaux en cuivre de 1/4 de pouce ou de 3/8 de pouce. Si l'eau commence à accumuler des sédiments dans la conduite ou si la conduite est endommagée sur le terrain, cela peut limiter le débit de chasse. La réduction du débit réduira la durée de vie du joint par rapport au débit prévu par le fabricant.

 

Le deuxième problème est également lié à la qualité de l’eau. La surface d'étanchéité est une surface hautement polie. Tout gravier (particules solides) entre la surface d'étanchéité corrodera la surface d'étanchéité, ce qui peut entraîner une défaillance prématurée ou une fuite du joint.

 

Le troisième problème est la quantité d’eau nécessaire pour rincer le joint afin de réduire l’accumulation de chaleur causée par la friction. Le débit dépend de la différence de pression entre l'entrée et la sortie et de la perte par frottement du tuyau. Le fabricant a conçu la taille du tuyau et le débit pour qu'ils correspondent à ceux requis par la pompe. Que se passe-t-il lorsque nous installons un variateur de vitesse sur la pompe ? La pression d'aspiration dans un système fermé reste assez constante, mais la pression de refoulement chute. Le débit varie avec la racine carrée de la différence de pression et le débit de rinçage diminue également. Cela n’est peut-être pas grave dans un système à eau glacée, mais cela peut réduire la durée de vie des joints dans un système de chauffage.

 

Le profil ci-dessous montre ces tuyaux de chaque côté d'une garniture mécanique externe typique (une pompe à double aspiration ouverte au milieu). A noter qu'ils vont directement dans le presse-étoupe muni d'un joint.

 

Garniture mécanique à rinçage interne et ses avantages

Comme la garniture mécanique de rinçage externe, la garniture mécanique de rinçage interne empêche l'eau de s'écouler hors du corps de pompe tout en permettant à l'arbre de la pompe de tourner librement. Cependant, la conception de la garniture mécanique à affleurement interne est plus complexe et plus fiable.

La garniture mécanique interne est située plus près de la roue de la pompe et se remplira d'eau au démarrage. En conséquence, ils sont essentiellement immergés dans l’eau du système, exposés à environ 25 % du fluide de la pompe. Ceci est précieux car : 1) il n’y a pas besoin de lubrification ni de tuyauterie externes ; 2) Le débit d'eau autour du joint est plus élevé, ce qui peut fournir un meilleur effet de rinçage, prolongeant ainsi la durée de vie du joint.

Dans un joint de rinçage externe, le tuyau envoie tout le liquide de rinçage requis directement sur le joint à un débit très élevé. Le joint de chasse d'eau interne est essentiellement immergé dans une baignoire remplie d'eau. Pourquoi cela prolonge-t-il la durée de vie du joint ? Imaginez que vous nettoyez l'un des beaux morceaux de porcelaine de votre grand-mère dans l'évier et que la qualité de l'eau utilisée pour le nettoyer est très mauvaise : il y a beaucoup de sable dans l'eau. Utilisez-vous un pulvérisateur à grande vitesse pour le nettoyer, ou le trempez-vous dans l'évier et faites-le doucement tourner avec une serviette ? Tout comme la porcelaine, les garnitures mécaniques centrifuges sont coûteuses à remplacer et sont souvent exposées à de l’eau contenant beaucoup de particules.

 

Bien que des pompes avec un joint d'étanchéité externe soient encore disponibles aujourd'hui, nous vous recommandons de spécifier et d'exiger une pompe avec un joint mécanique de rinçage interne pour votre système hydraulique CVC, que la pompe soit nouvellement installée ou qu'elle remplace une pompe à joint externe existante. Le joint de chasse d'eau interne nécessite moins d'entretien et contribue à prolonger la durée de vie de la pompe.