Dans le secteur industriel, les joints d'étanchéité sont des composants essentiels pour prévenir les fuites de fluides (huile, eau, produits chimiques ou gaz). Parmi les différents types de joints, on trouve les bagues d'étanchéité haute performance dont le cœur renferme un ressort. Ce dernier garantit une étanchéité stable et durable, même dans des conditions d'utilisation difficiles. Cet article présente les principaux types de ressorts utilisés dans les bagues d'étanchéité et leurs rôles spécifiques.
I. Pourquoi un ressort est-il nécessaire ? – La fonction principale du ressort
Dans les applications d'étanchéité dynamique (par exemple, arbres rotatifs, tiges de piston alternatives), la lèvre d'étanchéité peut progressivement perdre un contact étroit avec la surface d'appui en raison de l'usure, de la dilatation/contraction du matériau due aux variations de température et du désalignement de l'arbre, ce qui entraîne des fuites. La fonction principale du ressort intégré est de…assurer une force de compensation radiale continue et stableà :
- Compenser l'usure: Comble automatiquement le jeu généré par l'usure à long terme.
- Tenir compte des tolérances: Compenser les tolérances dimensionnelles et géométriques de l'arbre ou du logement.
- Gérer la dilatation/contraction thermique: Maintenir une pression de contact d'étanchéité suffisante lors de fluctuations de température importantes.
- Assurer une étanchéité constanteGarantir que la force d'étanchéité ne diminue pas significativement tout au long de sa durée de vie.
Les joints munis de tels ressorts sont généralement appelésjoints à ressort, l'exemple le plus courant étant le joint à ressort.
II. Types de ressorts principaux, leurs caractéristiques et leurs applications
Le type de ressort détermine directement les performances et l'application de la bague d'étanchéité. Voici quelques types de ressorts courants :
1. Ressort en V (Ressort en V)
- StructureFabriqué à partir d'une bande d'acier inoxydable estampée avec précision, formant une structure continue en forme de V ; la section transversale ressemble à une série de « V ».
- Fonction et avantages:
- Force radiale uniforme: Fournit une charge radiale très régulière et uniforme, conduisant à une usure uniforme des lèvres et à une étanchéité stable.
- Faible friction: Frottement relativement faible lors du mouvement grâce à la petite surface de contact avec la paroi intérieure du joint.
- Résistance au pliageSa structure en ruban continu la rend résistante à la torsion ou au pliage lors de l'installation, ce qui la rend particulièrement adaptée aux grands diamètres.
- Applications typiquesLe type le plus polyvalent et le plus courant, adapté à la plupart des applications rotatives, alternatives et statiques ; le premier choix pour de nombreux joints à ressort standard.
2. Ressort hélicoïdal (Ressort hélicoïdal)
- StructureFabriqué à partir d'un fil de section ronde ou rectangulaire enroulé en spirale continue.
- Fonction et avantages:
- Force de ressort élevée: Fournit une force de ressort par unité de surface supérieure à celle des ressorts en V, ce qui se traduit par une pression d'étanchéité plus forte.
- Excellente résistance à la compressionLes ressorts en spirale, notamment ceux fabriqués à partir de fil rectangulaire (ressorts à spires inclinées), excellent dans la résistance à la compression axiale et aux charges latérales, et sont moins susceptibles de s'affaisser sous haute pression.
- Résistance aux basses températures: Taux de décroissance de la force du ressort plus faible à très basses températures comparé aux ressorts en V.
- Applications typiques:
- Conditions de haute pression: Souvent utilisé pour l'étanchéité statique et dynamique sous très haute pression.
- Conditions de basses températures: Par exemple, les fluides cryogéniques comme le GNL, l'azote liquide, l'oxygène liquide.
- Demandes de dédouanement importantes: Permet de mieux compenser les jeux radiaux et l'excentricité plus importants.
3. Ressort en U (Ressort en U)
- StructureDe structure similaire au ressort en V, mais avec une section transversale en forme de « U ».
- Fonction et avantages:
- Force de ressort moyenneSes caractéristiques de force de ressort se situent entre celles des ressorts en V et des ressorts hélicoïdaux.
- Rentable: Coût de fabrication généralement plus faible.
- Applications typiquesOn les trouve dans certaines applications à faible ou moyenne pression, sensibles aux coûts et où les conditions ne sont pas extrêmes ; moins courants que les ressorts en V et hélicoïdaux.
4. Ressort ondulé (Ressort ondulé)
- StructureUn anneau métallique plat présentant de multiples crêtes et vallées continues.
- Fonction et avantages:
- Espace compact: Nécessite un espace d'installation axial minimal, idéal pour les conceptions compactes à parois minces.
- Force contrôlée: Capable de fournir une force de précharge précisément conçue.
- Applications typiques: Principalement utilisé pourétanchéité statique, agissant comme élément de compensation de précharge pour les joints toriques ou autres joints élastomères, et non pour la compensation des lèvres dans les joints dynamiques.
III. Comment choisir le bon type de ressort ?
Le choix du type de ressort nécessite une prise en compte approfondie des facteurs suivants :
- Pression de serviceLe ressort hélicoïdal est préféré pour les hautes pressions ; le ressort en V est un bon choix pour les pressions faibles/moyennes.
- Type de mouvementLes ressorts en V assurant une force uniforme sont privilégiés pour l'étanchéité rotative ; les deux peuvent être utilisés pour un mouvement alternatif.
- Plage de températureLes ressorts hélicoïdaux (en particulier à fil rectangulaire) sont plus fiables à très basse température.
- Compatibilité des médias: Le matériau du ressort (généralement de l'acier inoxydable 304 ou 316) doit être compatible avec le milieu ; les environnements hautement corrosifs peuvent nécessiter des matériaux spéciaux comme l'Hastelloy.
- Contraintes d'espaceLes ressorts ondulés peuvent être envisagés pour l'étanchéité statique lorsque l'espace axial est limité.
- Budget des coûtsLes ressorts en V offrent un excellent rapport qualité-prix ; les ressorts hélicoïdaux offrent d’excellentes performances, mais à un coût relativement plus élevé.
Conclusion
Bien que de petite taille, le ressort est l'élément essentiel d'un joint à ressort. Du ressort en V assurant une pression uniforme au ressort hélicoïdal garantissant une résistance à très haute pression, chaque type est conçu pour répondre à des problématiques d'ingénierie spécifiques. Comprendre leurs fonctions uniques et leurs applications est une étape cruciale pour choisir la solution d'étanchéité la plus adaptée et la plus fiable pour un équipement, permettant ainsi d'améliorer sa fiabilité, son efficacité et sa durée de vie, tout en éliminant les risques de fuite.
Date de publication : 22 septembre 2025