Un joint de dilatation est un dispositif conçu pour compenser la dilatation thermique, les vibrations, les variations de pression et les déplacements. Il permet d'éviter, de stabiliser ou de minimiser les conséquences indésirables de ces facteurs. Il est utilisé dans les canalisations principales à diverses fins.
Les réseaux de chauffage urbain modernes sont très étendus et, sous notre climat, leur entretien en bon état de fonctionnement exige des efforts considérables. Améliorer leurs performances et leur fiabilité est donc une priorité.
Une solution à ce problème consiste à utiliser des joints de dilatation pour les canalisations de chauffage. Ces joints sont utilisés non seulement sur les canalisations principales et les réseaux de distribution, mais aussi au sein des systèmes de chauffage des bâtiments (et autres systèmes).
Types de compensateurs
Du point de vue structurel, ces appareils se présentent sous les formes suivantes :
- Joints de dilatation de presse-étoupeCes joints de dilatation pour canalisations permettent d'amortir la dilatation thermique des longues conduites d'eau et de chauffage. Bien qu'il s'agisse du type le plus ancien de raccords pour canalisations de chauffage, ils sont encore utilisés avec succès aujourd'hui.
Comparativement aux joints de dilatation à soufflet, ces types de composants de systèmes de chauffage et d'alimentation en eau présentent des inconvénients plus importants. Parmi ceux-ci, la nécessité d'une surveillance constante des fuites. Ils résistent également mal aux contraintes angulaires du système. Ces inconvénients sont aggravés par la difficulté de réparation et les coûts d'entretien élevés. Tout plombier inexpérimenté se demandera légitimement : pourquoi installer ces mécanismes dans les systèmes de chauffage et d'alimentation en eau s'ils présentent autant de défauts ? Une telle compensation est-elle nécessaire ? La réponse est que les joints de dilatation à presse-étoupe offrent une très grande capacité de compensation, ce qui constitue un critère primordial lors de leur choix. Ils sont construits en acier et se composent de deux enveloppes de volumes différents. L'une est insérée dans l'autre, et un joint spécial est installé entre elles. Sans ce joint, l'étanchéité du presse-étoupe et le mouvement relatif des deux parties sont impossibles. La pression dans une canalisation équipée d'un tel élément peut atteindre 2,5 MPa, et la température maximale peut atteindre +300 °C. Les joints de dilatation à presse-étoupe sont classés en deux catégories : à une extrémité et à deux extrémités. Le type à double extrémité se distingue par ses trois composants principaux (deux internes et un externe). Il a déjà été dit que ces appareils se caractérisent par une capacité de compensation élevée, et que celle-ci augmente proportionnellement à l'augmentation du volume du réseau.
Important! Bien que les vannes étanches résistent bien aux variations de température, elles ne sont pas approuvées pour une utilisation dans les systèmes exposés à des environnements chimiques agressifs. En effet, leur garniture d'étanchéité est peu résistante à ces agressions. Dans de tels environnements, l'utilisation de vannes à soufflet ou en caoutchouc est recommandée.
- joints de dilatation en caoutchoucCes inserts antivibratoires constituent un type de joint de dilatation protégeant les canalisations en polypropylène ou autres matériaux. Leur particularité réside dans la présence d'un élément mobile en caoutchouc aux propriétés physiques spécifiques. La durée de vie estimée de ces composants est de vingt ans, période durant laquelle aucun entretien ni réparation n'est nécessaire.
Dans ce cas précis, les avantages résident notamment dans le fait que le joint de dilatation en U d'un système de chauffage est moins sensible aux déplacements cycliques qu'à son installation initiale. Les modèles en caoutchouc résistent également mieux aux déformations axiales de courte durée (compression ou extension). Comparés aux dispositifs en U, les dispositifs en caoutchouc supportent mieux les interruptions soudaines de circulation et la formation d'un vide. Une fois le débit rétabli, ils reprennent leur fonctionnement. Ces mécanismes peuvent être installés dans des structures pompant des fluides chimiques agressifs. Ils conservent également leurs performances jusqu'à 200 °C. Contrairement aux joints de dilatation en U, ce type de dispositif est préférable pour une installation dans des systèmes basse pression où la formation d'un vide est possible. L'élément actif de ces mécanismes est situé entre des brides en acier, et la couche interne est une enveloppe en caoutchouc. Cet élément assure en effet une fonction de protection interne. La pression maximale admissible dans le système de chauffage par ces types d'éléments compensateurs est de 2,5 MPa. - compensateurs de tissuIl s'agit d'un type spécial de joint de dilatation qui peut être utilisé pour lisser la dilatation thermique dans les gazoducs fonctionnant à basse pression.
Lors de la fabrication de ces éléments, une attention particulière est portée à la robustesse du matériau de base. Ce matériau présente généralement une excellente résistance au gel et aux UV. Le revêtement isolant de ces éléments supporte les hautes températures et résiste aux dommages mécaniques subis par le réseau de chauffage. Ces composants sont complétés par un boîtier de protection thermique. Les mécanismes textiles se déclinent en plusieurs types : dispositifs pour environnements chimiques agressifs ; dispositifs pour canalisations haute température ; mécanismes pour fonctionnement à basse température ; et dispositifs multicouches avec isolation interne. - Dispositifs de type lentilleLes joints de dilatation à lentilles pour canalisations se distinguent par leur capacité à compenser efficacement les déplacements axiaux ou angulaires du réseau de chauffage dus aux variations de température. Ce mécanisme est composé de lentilles. Chaque lentille est une demi-lentille soudée sur une circonférence en acier embouti. De par leur conception, ces dispositifs se dilatent et se contractent, lissant ainsi la dilatation. Comparé aux dispositifs à soufflets, ce type de joint présente l'avantage d'offrir une meilleure résistance aux hautes températures et une rigidité accrue pour les conduites de chauffage ou d'alimentation en eau. Cependant, leur fonctionnement est limité pour les conduites de chauffage à très haute température. Ce type de mécanisme est largement utilisé dans l'industrie. Les mécanismes à lentilles conformes à la norme GOST se déclinent en plusieurs types : axial KLO, angulaire, rectangulaire PGVU et rond PGVU. On trouve des joints de dilatation à lentilles dans les chaufferies, sur les petits tronçons de conduites en polyéthylène et sur d'autres canalisations ne nécessitant pas une compensation thermique importante. Ils sont également présents sur les conduites de purge et à proximité des équipements de pompage.
- Options à brideCes compensateurs, comme leur nom l'indique, sont raccordés à la ligne principale par des brides. Leur principal avantage réside dans leur installation relativement simple. Le serrage des boulons s'effectue à l'aide de brides pivotantes.
Toutefois, il est important de se rappeler que ces mécanismes ne sont pas réparables. En cas de panne (ou de défaillance de l'étanchéité), ils doivent être remplacés. Ces dispositifs nécessitent également une inspection régulière et un resserrage des boulons. Il est déconseillé de peindre ce type de mécanismes de compensation en raison du risque d'endommagement de la surface. - Options radiales pour la compensation thermique des pipelinesCes types de joints de dilatation pour réseaux de chauffage sont efficaces sur les conduites d'eau et de chauffage installées en zigzag, en serpentin ou présentant des sections de compensation légèrement courbes. Dans la plupart des cas, ils sont considérés comme les plus appropriés car ils permettent d'intégrer facilement des dispositifs de nettoyage (tels que des pistons). Ce type de joint de dilatation présente l'avantage de pouvoir être installé sur les conduites d'eau et de chauffage quelle que soit leur configuration. Cependant, les experts recommandent de ne l'installer qu'après l'échec des méthodes de compensation naturelles.
- En forme de UIls peuvent être horizontaux, verticaux ou inclinés. Leur principal objectif est de compenser la dilatation thermique et d'amortir les vibrations dans le système de tuyauterie.
L'installation de systèmes de compensation est fortement recommandée sur les canalisations des systèmes de chauffage et les systèmes de distribution d'eau chaude des réseaux de chauffage intérieurs d'une maison privée.
L'installation de joints de dilatation est obligatoire quel que soit le matériau de la canalisation ;
- Dispositifs à soufflet – une structure sous la forme d'un tube ondulé à double couche et à paroi mince, la partie intérieure étant en tôle d'acier 12x18N10T et la partie extérieure en acier de qualité similaire St.20. Cette solution composite confère au produit une résistance suffisante tout en maintenant les propriétés de sécurité spécifiées.
Ces inserts compensent de manière quasi parfaite la dilatation ou la contraction du tuyau sous l'effet de la température, réduisant ainsi considérablement les vibrations. Ils peuvent être utilisés avec une précontrainte pour augmenter l'amplitude des vibrations. L'avantage de ces mécanismes réside dans leur capacité à supporter des charges accrues et dans leur format compact, ce qui réduit significativement les travaux d'excavation nécessaires. - fusion de glande Il s'agit d'un joint de dilatation composé de deux tuyaux de diamètres différents, assemblés par un presse-étoupe et un guide-presse. La partie intérieure peut se déplacer librement à l'intérieur de la partie extérieure, et les fuites sont assurées par un joint d'étanchéité. De conception simple, ce type de joint de dilatation est parfaitement adapté aux systèmes de chauffage et remplit sa fonction avec une grande fiabilité.
Lors de l'utilisation de tels dispositifs, il est nécessaire de surveiller constamment leur fonctionnement avec un resserrage périodique de la bague, qui est effectué lors des inspections préventives. Il est donc nécessaire d'installer des puits d'inspection., ainsi que des locaux dans la conduite principale de chauffage pour l'entretien ; - compensateurs d'objectif – sont installés sur les canalisations d'eau chaude (notamment) pour compenser la dilatation thermique linéaire
Ces produits sont constitués de demi-lentilles embouties en tôle d'acier et soudées le long de la bride. Ils sont disponibles en configurations à une, deux, trois et quatre lentilles. Leur fixation à la tuyauterie s'effectue par soudage ou par brides. Les diamètres des joints de dilatation varient de 100 à 2020 mm. Ils sont installés sur les sections fixes des conduites de chauffage. Des versions angulaires et droites sont disponibles. Des compensateurs carrés et rectangulaires sont également utilisés pour les conduits d'air haute température. - structures de sécurité en caoutchouc – sont utilisés comme inserts amortisseurs de vibrations dans diverses canalisations pour atténuer les vibrations des équipements de pompage lors du pompage de divers fluides, ainsi que de solutions légèrement agressives à des températures allant de -10OJusqu'à +110 à une pression de 1,0 – 1,6 MPa.
En plus de sa fonction principale d'amortissement des vibrations, il fonctionne efficacement avec les déformations thermiques des tuyaux de chauffage, ainsi qu'en cas de déplacements radiaux et de déformations angulaires.
Ce type de compensateur est le plus couramment utilisé dans les systèmes d'approvisionnement en eau, car, malgré sa fiabilité et sa simplicité, il est le moins coûteux.
Pourquoi ces appareils sont-ils nécessaires ?
Les joints de dilatation des conduites de chauffage sont des éléments essentiels. Or, les contraintes auxquelles sont soumises ces conduites ne sont pas toujours bien comprises. Leur fonctionnement est constamment influencé par la température et la pression.
Les fortes contraintes dues à la pression, aux coups de bélier et aux variations de température entraînent la compression et l'allongement des matériaux du réseau. Tous ces facteurs provoquent des déformations et des dommages au système. Si l'on ne tient pas compte de ces éléments et si aucune protection n'est mise en place, le système tombera rapidement en panne.
Il est préférable de choisir un mécanisme spécifique dès la conception du système, après avoir calculé la surcharge potentielle du réseau de chauffage ou d'alimentation en eau. Une structure flexible capable de compenser cette surcharge peut ensuite être installée.
L'utilisation de composants de lissage de charge est recommandée sur toutes les conduites principales. Il est important de comprendre que le bon fonctionnement et la fiabilité des conduites de chauffage, qu'elles soient en acier ou en plastique, dépendent directement d'une solution de compensation adaptée.
Les mécanismes de compensation sont, quant à eux, fabriqués à partir de matériaux variés. Par conséquent, le choix du dispositif adapté à une situation donnée exige une réflexion approfondie, car c'est le seul moyen de prolonger la durée de vie d'un système de chauffage ou de production d'eau chaude sanitaire et, ainsi, d'éviter des réparations coûteuses.
Joints de dilatation sur les canalisations en polypropylène
Les matériaux composites et les plastiques sont de plus en plus utilisés dans les pipelines. Bien que le coefficient de dilatation thermique linéaire des plastiques soit nettement inférieur à celui des métaux, la compensation des déformations thermiques n'en demeure pas moins importante. Les charges vibratoires sont également très indésirables pour les pipelines fabriqués à partir de ces matériaux.
Dispositif de sécurité, La boucle en polypropylène semble être une conception extrêmement simpleCes produits permettent une installation aisée dans le réseau de chauffage et sont largement utilisés pour tous types de canalisations.
L'utilisation de tels fusibles élimine les effets néfastes des coups de bélier et des brusques variations de température (dans le système de chauffage). Ils peuvent donc être considérés comme des dispositifs de sécurité garantissant l'intégrité du système de chauffage ou d'alimentation en eau chaude.
Rôle des joints de dilatation pour le chauffage
Les appareils de ce type remplissent des fonctions spécifiques mais extrêmement importantes :
- L'amortissement des vibrations des canalisations générées par les pompes est essentiel pour un réseau de distribution performant. Même si ce phénomène n'est pas perceptible visuellement ou tactilement, il est toujours présent. Le danger est particulièrement grand lorsque la fréquence de vibration de la pompe correspond à la fréquence naturelle de la canalisation. Cela peut provoquer une résonance, amplifiant considérablement les vibrations et endommageant rapidement le réseau.
- Compensation de la dilatation thermique linéaire des réseaux due aux variations de température du fluide de refroidissement. La dilatation ou la contraction des tuyaux qui en résulte engendre des contraintes supplémentaires sur les joints soudés ou emboîtés, réduisant leur durée de vie et pouvant entraîner leur rupture.
L'utilisation de tels fusibles sur les canalisations des systèmes de chauffage augmente considérablement leur durée de vie et allonge l'intervalle entre les réparations du réseau de chauffage principal.
L'installation de joints de dilatation est actuellement une mesure obligatoire lors de la construction des réseaux de chauffage.
Installation de joints de dilatation sur les canalisations des systèmes de chauffage
Les joints de dilatation installés dans les systèmes de chauffage et d'alimentation en eau d'un bâtiment résidentiel doivent être conformes aux plans. Ils sont fixés par soudage des raccords à la canalisation.
Les joints de dilatation sont installés en l'absence de pression ou de produits pompés dans la canalisation. Il est nécessaire de vérifier l'alignement de la canalisation avec le corps du joint de dilatation afin d'éviter les contraintes radiales sur le système en fonctionnement. De telles contraintes peuvent provoquer un blocage et la défaillance des pièces mobiles du dispositif.
L'installation de ces dispositifs sur les canalisations des systèmes de chauffage doit commencer une fois la section fixée aux supports et uniquement sur les sections droites. Sur les sections verticales, il convient d'éviter de faire reposer le poids du système sur le compensateur.
En plus des supports fixes, des supports coulissants doivent être installés sur la canalisation pour éviter sa déformation sous charge due à la dilatation thermique.
Le frottement à ces nœuds est pris en compte lors du calcul de la longueur maximale du joint de dilatation. Si des dispositifs à soufflets sont installés, les supports de suspension ne peuvent être utilisés dans cette section.
Lors de la conception de supports fixes, les éléments suivants doivent être pris en compte :
- La force créée par le compensateur « en poussée ».
- Force de rigidité du dispositif.
- Force de frottement dans les supports coulissants.
Les compensateurs ne sont pas entretenus et doivent être remplacés par des neufs en cas de dysfonctionnement.
Fabricants
Le marché de ces produits est généralement dominé par les fabricants nationaux. Leurs produits se caractérisent par une qualité acceptable et un fonctionnement fiable. Armartek fabrique avec succès des inserts anti-vibrations en caoutchouc ; ses produits, de conception exclusive, sont compacts et faciles à installer.
La production de joints de dilatation à soufflets est en plein essor, et elle est représentée par les sociétés « Metalkomp » et « Kompenz » avec une qualité tout à fait correcte.
Conclusion
Différents modèles de compensateurs de chauffage augmentent considérablement la durée de vie des systèmes de chauffage dans leur ensemble, en éliminant les charges supplémentaires.
Le coût d'achat et d'installation est largement compensé par la longue durée de vie du système de chauffage. Bonne chance !
