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Caractérisation mécanique des tresses de valves à haute température

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Legault, Xavier (2019). Caractérisation mécanique des tresses de valves à haute température. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les presse-étoupes sont des dispositifs d'étanchéité utilisés dans les valves, les compresseurs et les pompes. La garniture est l'élément le plus critique de cet assemblage. Les garnitures sont comprimées axialement pour produire une pression de contact latérale suffisamment importante pour confiner le fluide dans les cuves et les segments de conduite. Les presse-étoupes logent des garnitures de compression sous le poussoir pour éviter les fuites de fluide entre les pièces coulissantes et/ou rotatives. Bien que populaire, cette ancienne méthode d’étanchéité a connu un développement analytique très limité. Il n’existe aucune procedure de conception standard à suivre par les ingénieurs et les tests de qualification standard sont limités aux normes API622 et 624 et ISO-15848 1 et 2, qui sont des normes de contrôle de qualité. En raison de cette absence de procédure de conception, l'intégrité de la structure et l'étanchéité sont rarement vérifiées, et 60% des émissions fugitives des équipements sous pression sont dues à ce type de dispositive d'étanchéité. Les propriétés mécaniques du matériau de la tresse de compression sont les principaux facteurs influant l’étanchéité des fluides à température ambiante et à haute température. Cependant, peu ou pas de données sont disponibles dans les catalogues des fabricants ou dans la littérature. Les recherches sur les tresses de valves sont rares et portent principalement sur la répartition de la pression de contact entre la tige et la garniture de tresse à température ambiante sans tenir compte des propriétés mécaniques de la tresse telles que la rigidité, la dilatation thermique et le fluage. Dans le cadre de ce projet, il est proposé de mesurer les propriétés mécaniques telles que le rapport de transmission de la pression, la déformation par fluage à court terme et le coefficient de dilatation thermique de deux matériaux de tresse de valves à haute température. Ce projet servira de base au lancement d’un programme d’essais en Amérique du Nord visant à élaborer des procédures d’essai de type ASTM pour les tresses de compression.

Les objectifs généraux pour réaliser ce projet de recherche sur la caractérisation des propriétés mécaniques des tresses de valves à haute température sont :
• Apportez des modifications mineures au banc d'essai existant et effectuez les calibrations et les compensations thermiques nécessaires pour affiner l’enregistrement des mesures.
• Développer une méthodologie et définir des procédures de test pour obtenir les propriétés mécaniques des tresses de valves à haute température (coefficient de pression latérale, coefficient de dilatation thermique et déformations de fluage).
• Tester deux matériaux de tresses de valves utilisés dans des applications à haute température et mesurer les propriétés mentionnées ci-dessus.

Titre traduit

Mechanical characterization of packing valves at high temperature

Résumé traduit

Packed stuffing boxes are sealing devices used in valves, compressors and pumps. The packing ring is the most critical element of this assembly. The packing rings are compressed axially to produce lateral contact pressures large enough to confine the processed fluid within the pressure vessels and piping segments. Packed stuffing boxes house a gland seal to prevent leakage of fluid between sliding and/or rotating parts. Although popular, this old method of sealing has seen very limited analytical development. There is no standard design procedure for engineers to follow, and the standard qualification tests are limited to API622, 624, ISO-15848 1 and 2, which are quality control standards. Due to this lack of design procedure, structural integrity and leak tightness are rarely verified, and as a result 60 % of fugitive emissions from pressurized equipment are due to this type of sealing device. The mechanical properties of the compression packing material are the main factors affecting fluid-tightness at room and high temperature and yet there is little or no data available either in manufacturer’s catalogues or in the literature. Packed stuffing box research is scant and focuses mostly on the distribution of the contact pressure between the stem and packing at room temperature without considering the mechanical properties such as rigidity, thermal expansion and creep. It is proposed, in this project, to measure the mechanical properties such as pressure transmission ratio, short-term creep deformation and thermal expansion coefficient of two packing materials at high temperature. This project initiative will serve as a basis to launch a North American testing program to develop ASTM-like testing procedures for compression packing.

The general objectives to achieve this research project about characterizing the mechanical properties of compression packing at high temperature are:
• Make minor modification to the existing test rig and make necessary calibrations and thermal compensations to fine tune the measurement.
• Develop a methodology and define test procedures to obtain the mechanical properties (lateral pressure coefficient, thermal expansion coefficient and creep strains).
• Test two packing materials use in high temperature application and produce the above mentioned cited properties.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 81-82).
Mots-clés libres: tresse de valve, haute température, caractérisation mécanique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Bouzid, Hakim
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 04 avr. 2019 19:39
Dernière modification: 04 avr. 2019 19:39
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2260

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