Caractérisation et modélisation du comportement mécanique d'éléments d'étanchéité par presse garniture

Characterization of the mechanical behaviour and modelling of sealing elements by stuffing-box

• Auteur / Autrice : Émilie Viéville
• Direction : Gérard Rio, Hervé Laurent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 02/02/2018
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL
• Jury : Président / Présidente : Denis Favier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Thuillier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hakim A. Bouziz, Christophe Fond

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Robinetterie (appareils)

Propriétés mécaniques

Joints d'étanchéité

Mots clés libres

Graphite Expansé Matricé (GEM)

Modélisation Hyperélasto-Hystérésis

Garniture d'étanchéité

Gaskets

Exfoliated graphite

Hyperelasto-Hysteresis modelling

Finite elements

Résumé

L'impact des émissions fugitives sur l'environnement est un enjeu capital pour les industries. Ainsi, de nombreuses réglementations et normes sont établies afin de prévenir des risques et limiter leurs impacts. L'une des sources majeures de ces émissions provient de la robinetterie industrielle. Dans ce domaine, l'un des systèmes les plus communs est le presse-garniture. Dans le secteur de l'Energie, l'étanchéité peut être garantie sur les éléments mobiles par un empilement de bagues en Graphite Expansé Matricé (GEM); matériau relativement souple, plébiscité pour ses caractéristiques et ayant une structure macroscopique particulière. Ces travaux de thèse s'intéressent à la compréhension du comportement mécanique complexe des solutions d'étanchéité de type GEM. L'objectif est de déterminer le comportement mécanique de ces garnitures afin de prédire leur étanchéité. Dans le but de caractériser ce comportement, diverses campagnes d'essais sont menées sur des joints en situation. Ainsi, sur la base d'un montage existant et d'un dispositif développé spécifiquement pour cette étude, la caractérisation de ce type de joints est effectuée via des essais de compression charge-décharge et cyclique. La base de données qui en résulte permet le développement d'un modèle numérique apte à décrire le comportement complexe de ces systèmes presse-garnitures. Ce modèle phénoménologique de type Hyperélasto-Hystérésis (HH) correspond à une loi additive en contrainte avec une contribution hyperélastique et une contribution hystérétique. La comparaison des réponses expérimentales et numériques du joint, dans le cadre de l'étude d'un seul joint mais également pour des empilements, est discutée.

The impact of fugitive emissions leakage rate on the environment is an essential issue for industries. Therefore, many regulations and standards are created to prevent risks and to limit their impacts. One of these major sources of fugitive emissions comes from industrial valves. In the Valve Industrie, the tightness of stem are often ensured by stuffing box seal. In the energy sector, the tightness could be ensure with compression packing which is manufactured in exfoliated graphite; which is a relatively flexible material, endorsed for its characteristics and having a particular macroscopic structure. The aim of this study is to improve the knowledge of the complex mechanical behaviour of compression packing in exfoliated graphite. The aim is to determinate the mechanical behaviour of these packings in order to predict their tightness. To characterize this behaviour, various test campaigns are conducted on seals in situation. Thus, based on an existing apparatus and a device developed specifically for this study, the characterization of this kind of packing is performed through loading-unloading and cyclic compression tests. A numerical model which is able to describe a complexe mechanical behaviour of compression packing, is performed thanks to resulting database. This Hyperelasto-Hysteresis phenomenological model corresponds to an additive decomposition in stress with an hyperelastic contribution and an hysteretic contribution. The comparison of the experimental and numerical responses of the seal, as part of the study a single seal but also of a packing, is discussed.