Amélioration d’un banc d’essai de presse-étoupe et essais préliminaires de fluage à haute température des garnitures d’étanchéité en graphite expansé

Résumé

Le presse-étoupe est un dispositif qui est utilisé pour plusieurs applications. L’utilisation la plus courante est sur les pompes et sur les vannes industrielles. Son rôle principal est de prévenir les fuites d’un milieu vers un autre. C’est pourquoi, la conception de cet assemblage est très importante afin de maximiser l’étanchéité sans pour autant restreindre le mouvement aux parties amovibles des valves et des pompes. Toutes les pièces du presse-étoupe sont importantes, mais les garnitures et le poussoir sont intrinsèquement liées à l’étanchéité du presse-étoupe. Le poussoir est la pièce qui applique une pression sur l’ensemble des garnitures. Cette pression verticale est ensuite transmise dans les garnitures qui vont ensuite la transformer en une pression de contact latérale. Ce sont cette pression transmise et cette pression de contact latérale qui rendent le presse-étoupe étanche. Il y a environs 70 ans, l’utilisation de l’amiante dans la confection des tresses de valves était grandement répandue. Depuis les recherches en santé ont démontrées que l’amiante est cancérigène et son utilisation est dorénavant interdite. C’est pourquoi, la recherche sur les tresses mécaniques ainsi que les manufacturiers ont dû se pencher sur d’autres alternatives. À ce jour, bien que la recherche ait bien avancé, il existe peu de documentation afin d’assister les ingénieurs à l’étape de la conception des presse-étoupes. Afin d’assurer l’étanchéité des presseétoupes, il existe quelques normes. Toutefois, ces normes s’appliquent pour l’assemblage complet du presse-étoupe et n’aide pas tout à fait lors de la conception. Dans le but d’enrichir la documentation disponible, les recherches passées ont davantage porté sur l’étude des propriété mécaniques des tresses et puis sur le reste des pièces d’un presseétoupe. La grande majorité de ces études ne considéraient pas l’effet de la température bien que ce paramètre possède une influence majeure quant à l’étanchéité d’un système. L’inclusion de la température dans les recherches à venir est inévitable et nécessaire afin de représenter le comportement réel des tresses mécaniques. La première étape de ce projet est de modifier et ajuster les instruments de prise de mesure d’un banc d’essai reproduisant le comportement d’un presse-étoupe industriel. La mesure de l’écrasement vertical des tresses est la mesure la plus importante puisqu’elle permet d’observer le fluage. C’est pourquoi, ce capteur doit être le plus précis possible. Les précédents capteurs sont remplacés par deux nouveaux extensomètres et le dispositif d’attache a été modifié. Le deuxième paramètre d’importance dans ce projet est la température de chauffage. C’est pourquoi l’isolation du système de chauffage ainsi que tous les thermocouples sont testé voire remplacés afin de pouvoir contrôler le chauffage avec précision. De plus, la disposition du thermocouple de contrôle est modifiée afin de limiter les écarts de températures dans le four et assurer une répétabilité entre les tests. La deuxième étape est d’amasser des données de fluage à haute température avec des garnitures d’étanchéité en graphite expansé. Au total, 12 tests sont réalisés afin de récolter des données à quatre différentes températures, soit 75°F, 200°F, 400°F et 600°F. Ces tests permettent aussi de valider le bon fonctionnement du banc d’essai et des appareils de mesure à la suite des diverses modifications réalisées. Les données récoltées lors de ce projet sont utilisées à deux fins. D’abord, sur le logiciel MATLAB, un modèle analytique du fluage des tresses est obtenu. Ce modèle est intéressant puisque qu’il s’agit de la première étape avant de passer à l’utilisation de logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) pour étudier le comportement des tresses. L’autre utilité des données récoltées est de revenir sur des observations retenues à la suite de précédentes recherches. Le dégazage est le phénomène en question; où à haute température les garnitures d’étanchéité ne s’écraseraient plus, mais serait plutôt sujette à un gonflement. Toutefois, aucun gonflement n’a été observé lors de la phase expérimentale.

Date	5 déc. 2021
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Hakim A. Bouzid (Directeur(-trice))