Déterminer l'effort à appliquer pour étanchéité

[Sidel]

Bonjour,

J'aurais souhaité connaitre les différents paramètres afin de déterminer l'effort à appliquer sur un joint torique pour garantir son étanchéité.

J'ai un système où j'ai un élément (solide 2) soumis à un gaz qui rentre dans une "chambre" (solide 1). Il est nécessaire de garantir l'étanchéité pour que le gaz ne s'échappe pas au niveau de la zone à étanchéifier (celle des joints).

Il me faut donc connaitre l'effort minimal de pression à exercer verticalement sur le solide 1 pour comprimer les joints.



Quels sont les calculs à effectuer pour déterminer cet effort minimal ?

En vous remerciant.
-----

[XK150]

Bonjour ,

Il suffit de respecter la compression idéale du joint dans gorge .
Voir les recommandations des fabricants , comme ici : https://www.parker.com/literature/Pr...PTD5705-FR.pdf

Vous êtes en statique , figure 3 - 4 page 21 .

[Naalphi]

Bonjour

L'effort doit être supérieur à la poussée générée par la pression.
Cette poussée (mettons en N) est égale à la pression (en N/mm² par exemple) multipliée par la surface (donc en mm²) équivalente orthogonale au déplacement à contraindre.

Exemple :
capot de diamètre 10 mm et pression relative de 1Mpa (=1 N/mm² = 10 bar) => 1 *3/4 *10² ~= 75 N
capot de diamètre 100 mm et pression relative de 0.1Mpa (= 1 bar) => 0.1 *3/4 *100² ~= 750 N

[Sidel]

Merci pour vos réponses.



Avec une pression interne de 2 bar.

Pi (100² - 75²) = 13737.5 mm² (surface à contraindre)

F = 0,2 * 13737.5 = 2747.5 N

C'est bien ça ?

Maintenant si j'envisage un Ø de tore de joint de 2,62mm en 70 shore, il faut assurer une compression comprise entre 0,26 et 0,64 mm.

Quelle est la méthode pour retrouver l'effort pour atteindre ce niveau de compression ?
J'imagine que ça peut être négligeable avec l'effort mini que je dois appliquer pour le bridage.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Naalphi]

Bonjour
Non, la pression dans le capot va exercer une poussée qui tend à le décoller de sa surface de contact avec le solide 2 de F = 0.2 *3/4 *150² ~= 3375 N.
J'ai bien sûr fait l'hypothèse qu'un simple contact entre surfaces parfaites suffit à créer une étanchéité, et que pour la briser, il suffit de les décoller : la force nécessaire à garder ce contact peut donc n'être que très légèrement supérieure .

Maintenant, les surfaces réelles parfaites n'existant pas, on insert en effet des un joints qui par déformations vont épouser les surfaces et obstruer les interstices de fuites.
Il faudrait donc en effet des efforts supplémentaires pour rattrapper les défauts de formes et autres états de surfaces.
Combien ?.. je pense qu'il faille se tourner vers les infos constructeurs..
https://fr.wikibooks.org/wiki/Techno...%C3%A9it%C3%A9

Pourquoi un joint torique ? (on pourrait imaginer un joint plat genre joint de culasse)
Nous expliqueriez-vous les fonctions de votre installation ?

[Sidel]

Bonjour,
Oui, bien sûr... merci pour la rectification !

En fait je n'ai pas tout dessiné, mais il faut imaginer que sur la partie inférieur du système (en dessous du solid 2) il va y avoir une seconde chambre (comme celle du haut), dans laquelle on va venir mesurer la quantité de gaz qui va traverser le solid 2. Afin de déterminer sa perméabilité.

Donc en effet, la géométrie du joint sera un point à voir aussi. J'ai toujours travaillé avec des joints toriques, mais pour des systèmes différents. Quels sont les avantages du joint plat ? Plus large pression de contact permettant de palier plus aisément aux défauts de forme et états de surface du solid 2 ?

[Naalphi]

De ce que connais des joints toriques, leur principale caractéristique entraine un besoin de précision géométrique dans la réalisation de leur logement (les valeurs -plus ou moins acceptablement grandes- de défauts de rugosités des surfaces ou de leur formes macros semblant être commune à tout les types de joints).

La réalisation d'une gorge précise associée à un joint torique de base permettrait, apparemment pour votre appli, plus de liberté dans la précision d'exécutions d'assemblages à caractères répétitifs (maîtrise d'un couple de serrage pour convenablement écraser ni trop ni pas assez le joint par exemple).

.../...

[Black Jack 2]

Bonjour,

Il faut aussi prendre garde dans les calculs de savoir si la pression interne mentionnée est une pression absolue ou une pression relative.

[Naalphi]

Nota
Pour assurer le bon écrasement du joint il faudra maitriser l'écrasement contre le solide 2 (quelle matière?) n'est-ce-pas ?

[le_STI]

Salut,

je confirme (s'il en était besoin ) : le solide 2 étant coincé entre deux chambres, il suffirait qu'il y ait des gorges correctement exécutées en périphérie des deux chambres et que le solide 2 ne soit pas trop déformable.

On a tout intérêt à ce que la fonction "écrasement du joint" soit indépendante de l'effort de serrage.
Ainsi la géométrie de la gorge assure un écrasement optimal du joint, indépendamment de l'effort de serrage (à condition bien sûr d'assurer le contact entre les chambres et le solide 2).
L'effort de serrage pourra donc être largement supérieur à la force nécessaire à la déformation des joints, cela afin de garantir le pincement du solide 2.

[Sidel]

Quel est le risque de pousser sur le joint avec l'effort de serrage ? Une dégradation ? Je vois vraiment pas comment je peux decorreler les deux, sans concevoir une machine à gaz...

[XK150]

Si la gorge est aux normes , le couvercle est butée sur le corps de la marmite et vous pouvez serrer autant qur vous voulez ...
Le joint s'en fout du serrage : il est dans sa gorge adaptée .
Ce n'est pas une usine à gaz , juste le montage classique et normal et habituel et CORRECT d'un joint torique ..

[Black Jack 2]

Quel est le risque de pousser sur le joint avec l'effort de serrage ? Une dégradation ? Je vois vraiment pas comment je peux decorreler les deux, sans concevoir une machine à gaz...

Bonjour,

Pour les joints toriques :

Voir par exemple sur ce lien :
https://metals-industry.com/montage-joints-toriques/

Si la gorge faite pour recevoir le joint est conforme à ce qui est prévu (voir lien), le joint ne risque pas d'être dégradé par le serrage.

[Sidel]

Oui je suis d'accord.
Je compte rester sur du joint plat car je ne trouve pas de joint torique avec un shore 30-40 (à part en sur mesure mais ça devient cher).
Du coup j'essaie de chercher des logements de gorges de joint plat, mais je ne trouve rien de bien explicite. Je pense que je vais positionner ces joints plats sur la surface plane de la bride...

[XK150]

Il n'y a pas de gorge spécifique pour les joints plats .
Par contre , il faut les positionner , souvent par les vis de serrage ou des guidages en légère surépaisseur . Et là , les couples de serrage et l'ordre de serrage , la rigidité des pièces reprennent de l'importance .
" La " surface plane ? Non , DEUX surfaces planes ....

[le_STI]

.... joint torique avec un shore 30-40 ....

Pourquoi te limiter cette dureté en particulier ?

[le_STI]

Quel est le risque de pousser sur le joint avec l'effort de serrage ? Une dégradation ?

Je n'avais pas répondu à ta question.

Effectivement, tu risquerais de détruire le joint mais, plus important encore, la gorge participe à l'étanchéité apportée par un joint torique.

Sans gorge, la pression intérieure risquerait de déplacer le joint (il y aura une force radiale appliquée sur toute la surface intérieure du joint).
De plus cette force participe à l'étanchéité lorsqu'il y a une gorge bien dimensionnée : la force de pression dirigée vers l'extérieur vient pousser le joint contre les parois de la gorge, assurant une meilleure adaptation du joint aux légers défauts de forme qui peuvent subsister dans la gorge.

[Sidel]

Il n'y a pas de gorge spécifique pour les joints plats .
Par contre , il faut les positionner , souvent par les vis de serrage ou des guidages en légère surépaisseur . Et là , les couples de serrage et l'ordre de serrage , la rigidité des pièces reprennent de l'importance .
" La " surface plane ? Non , DEUX surfaces planes ....

Oui en effet, deux surfaces.
Par contre je n'ai pas trop saisi pour le positionnement. Je pensais uniquement les poser (pour le joint supérieur le coller sur ma bride sup). Il n'y a que 2 bar. Pensez vous qu'il est nécessaire de les fixer d'une autre manière ?

Pourquoi te limiter cette dureté en particulier ?

Le matériau que je vais étancher est un composite qui a un état de surface plus ou moins correct. Aujourd'hui on utilise une certaine référence, ça fonctionne.
Ce serait en effet plus simple d'utiliser du torique mais j'ai peur que le 70 shore n'épouse pas suffisamment les défauts d'état de surface de mon échantillon...

[le_STI]

Et qu'utilisez-vous précisément aujourd'hui ?

[Sidel]

Du silicone en 30 shore

[Naalphi]

Du silicone en 30 shore

Bonjour

Quel était le problème ?
(le fait d'un joint pâte à appliquer/nettoyer à chaque manip, de la dureté shore insuffisante, d'une détérioration de l'échantillon au serrage , ...?)

[le_STI]

Re-salut,

j'en déduis donc que vous n'utilisez pas de joint torique.

Tu peux peut-être chercher d'autres types de joints qui se montent dans des rainures (type quad-ring ou autre) suivant tes contraintes.

[KennyOuest]

Bonjour,

J'ai une question sur le même sujet et je préfère déterrer ce topic plutôt que d'en créer un autre (à moins que l'on me conseille le contraire).

Pour mon cas, on se base sur le schema du tout début du topic, mais sans l'entrée de gaz (boîtier fermée donc) et immergé dans l'eau à disons 200m de profondeur.
J'ai bien saisi que physiquement il fallait que je dimensionne la compression du joint pour que l'effort de pression soit superieur à celle exterieur, exercée par l'eau à 200m de profondeur.
Par contre en suivant le guide Parker US, j'ai calculé la pression de compression, mais c'est à pression atmospherique.
Si ensuite la boite est immergée, la pression du joint sera forcement accrue. Dois-je en conclure que je dois rajouter à la compression calculée la pression relative rho*g*h?

Dans ce cas là, cela reviendrait à dire que tant que l'on a une compression du joint superieure à la pression atmospherique, il n'y aurait pas de soucis une fois immergée..
..sauf si le joint est trop déformé par la pression à x mètres de profondeur d'immersion (extrusion).
Cependant, j'ai cru comprendre que pour une étanchéité statique de face (Face seal glands dans le guide US Parker) il n'y avait pas à se soucier du risque d'extrusion. Ou je me trompe (peut-être existant mais bien moindre)?

J'aimerais éviter de me taper une simulation par éléments finis X)

Merci d'avance

[le_STI]

salut

J'ai bien saisi que physiquement il fallait que je dimensionne la compression du joint pour que l'effort de pression soit superieur à celle exterieur, exercée par l'eau à 200m de profondeur.

Pas du tout, on a écrit qu'il fallait dimensionner la gorge du joint comme préconisé par le fabricant

Ma réponse #17 explique de façon basique ce qu'il se passera lorsque la pression augmentera.

en ce qui concerne le risque d'extrusion, ça dépend du jeu entre les pièces à étancher et du matériau du joint (un matériau plus mou et/ou un jeu plus grand augmenteront le risque d'extrusion)

[sh42]

Bonjour,

Ayant travaillé dans l'hydraulique-huile, avec bride CETOP ou SAE, lorsque j'avais de l'étanchéité à faire, je faisais en sorte que la surface du tore de la gorge soit égale ou légèrement inférieure à celle du tore du joint torique. Pour le serrage des vis, c'était " à mort ". La pression intérieure des canalisations, c'était 400 bar avec pointe à 500.
Les pièces d'adaptation que je faisais faire étaient toujours prises dans de l'acier rond. Un collègue en a fais faire dans de la tôle et les brides se sont déformées et cela a fuit. Il en a fait refaire dans du rond et elles n'ont pas fuient. Je n'ai jamais trop compris pourquoi.

[KennyOuest]

Bonjour,

Merci pour les retours!

@le_STI oui je suis d'accord, quand je parlais de compression j'incluais implicitement la gorge/rainure d'après le guide US Parker. J'ai bien suivi le guide pour les dimensions (tableau 4-3 pour avoir G et L, diamètre intérieur de rainure au plus proche voir légèrement inferieur au diamètre interieur du joint torique dans mon cas).
De bonnes dimensions de rainure feront que le joint comprimé sera déformé convenablement pour épouser les parois de son logement et boucher le passage possible pour le fluide entre les deux solides en contact. Le joint exercera alors une pression de contact car il voudra toujours revenir à sa forme initiale torique et garantira une étanchéité.
Donc de ce que j'ai lu dans la reponse #17, la pression du fluide avec l'immersion fera pousser davantage le joint donc si mauvaise gorge dimensionnée, le joint se deplacera (tout à fait d'accord)

Mais d'après cette vidéo (https://youtu.be/aweDWuNkPw0?si=NJBKnrOcIK8DSYxr&t=20 où l'on parle un peu après de l'effet self-energize), et je suis bien d'accord physiquement, la pression exercée par l'eau qui augmentera avec la profondeur fera aussi augmenter celle du joint dans son logement, ce qui peut provoquer une déformation supplémentaire et causer de l'extrusion si gorge et compression inadaptés. Si gorge male dimensionnée, le joint sera déplacé par la pression de l'eau (transformée en force); mais si gorge bien dimensionnée le joint sera davantage appuyé sur les parois du logement.
Donc au final j'hésite entre dimensionner mon joint pour qu'il exerce à pression atmosphérique la même pression que celle exercée par l'eau à X mètres de profondeurs ou bien si je tiens compte de l'augmentation de la pression du joint avec l'immersion (ce que j'ai fais en additionnant la pression relative à ma pression de contact du joint).

@sh42 Pourquoi pas pour cette méthode. Par contre j'ai lu sur cette page qu'il ne faudrait pas que la surface de section du joint soit inferieur à 15% par rapport à la surface de section de la gorge/rainure sinon risque de déterioration: https://eriks.com/en/know-how-hub/bl...-applications/
Après je ne retrouve cette règle nulle part ailleurs donc bon...
Pour l'histoire de la tôle, surement le procédé de fabrication est la cause: une tôle étant des feuilles de métaux comprimées comparé à une barre d'acier où la matière est homogène?

[KennyOuest]

Je me suis trompé, c'est le perimètre de la section du joint qui devrait ne pas être inférieur à 15% du perimètre de section de la rainure d'après le site..

[le_STI]

En fait il te suffit de suivre les préconisations du fabricant de joint.

Dans les catalogues que j'ai pu consulter, ils donnent les dimensions des gorges et le jeu autorisé en fonction de la matière du joint et de la pression max.

[sh42]

Bonjour,

15% du perimètre

Nous n'allions pas jusqu'à 15 %, mais jusqu'à 5 %. Mais c'était du dépannage.

L'autre solution que nous utilisions, en cas exceptionnel, c'était du joint torique au kilomètre, On avait un petit appareil pour le couper bien perpendiculaire à l'axe du tore, la coupe était faire avec une lame de rasoire puis les 2 bouts du joint était collés à la " cyanolite ".

[le_STI]

Et puis dans le cas d'une étanchéité statique avec un jeu supposé nul, tu n'as même pas à te soucier de la pression max (a priori) puisque le joint ne pourra pas être extrudé.
Il se déformera simplement comme prévu pour épouser la forme de la rainure.