Les accouplements à membrane sont l'un des principaux types d'accouplements non lubrifiés utilisés dans les turbomachines à hautes-performances. Ils transmettent le couple et corrigent le désalignement entre les arbres des équipements. Ces accouplements s'appuient sur la flexion des membranes métalliques pour accepter le désalignement angulaire et axial.
Dans les accouplements à membrane, le couple est transmis radialement depuis le diamètre extérieur d'une bride d'entraînement à travers une ou plusieurs plaques métalliques jusqu'à une fixation au niveau du diamètre intérieur. Les diaphragmes peuvent avoir une épaisseur constante ou conique et peuvent être plats, alambiqués ou à rayons. Le diamètre extérieur du diaphragme est généralement fixé par des boulons tandis que le diamètre intérieur peut être constitué de soudures par faisceau d'électrons, de cannelures ou de boulons. Dans le raccordement typique entre brides-à-brides d'un accouplement à membrane, le couple soumet les boulons principalement à des contraintes de cisaillement.
L'accouplement à membrane Ameriflex de Zurn Industries intègre des facteurs importants en matière de durée de vie et de sécurité. La membrane métallique de ce couplage est constituée de diaphragmes fins, multiples, alambiqués et séparés. Chacune de ces propriétés apporte un avantage à la conception globale du couplage. La durée de vie de la membrane ne dépend pas de l'angle de fonctionnement dans les limites de sa valeur nominale.
La zone flexible est séparée au niveau des diamètres intérieur et extérieur, puis fixée de manière rigide. Cette séparation empêche la corrosion par contact due au frottement des zones de flexion associées aux raccords à membranes multiples. Puisqu’il n’y a pas de fretting, le concepteur peut légitimement utiliser l’analyse classique de fatigue à durée de vie infinie pour la conception du diaphragme en utilisant les propriétés de la matière première. Aucune réduction de la limite d'endurance du matériau de la membrane ni diminution de la fiabilité n'est causée par la corrosion de contact ou l'usure de la zone de flexion. En fait, aucun crédit n'est accordé à l'avantage supplémentaire que représente le grenaillage individuel de chaque diaphragme.
En utilisant les contraintes appropriées confirmées par l'analyse par éléments finis et les tests de jauges de contrainte, Zurn peut calculer avec précision les facteurs de sécurité en utilisant n'importe laquelle des théories de rupture par fatigue telles que Goodman, Goodman modifié ou Constant Life. Le couplage Ameriflex est une véritable conception à durée de vie infinie, avec des packs de membranes fonctionnant pendant plus de vingt ans. En fonctionnement, cela se traduit par des intervalles prévisibles de maintenance et d'inspection de l'équipement, quels que soient le désalignement angulaire et axial dans les limites de conception de l'accouplement, les conditions environnementales et la durée de service.
Si un accouplement à membrane Ameriflex était soumis à un désalignement excessif susceptible de déclencher une rupture par fatigue, la fissure se propagerait progressivement en raison de la séparation des zones de flexion du diaphragme. Finalement, à mesure que chaque diaphragme tombe en panne, les diaphragmes restants se cisailleront au niveau de leur diamètre intérieur en raison d'un couple excessif.
Plus important encore, quelle que soit la cause de la défaillance, par fatigue ou par défaillance ultime due à une surcharge maximale, le diamètre intérieur du diaphragme se détachera de l'entretoise ou de la bobine, empêchant ainsi le transfert de puissance de l'équipement d'entraînement à l'équipement entraîné. La perte instantanée de charge entraînera un déclenchement de survitesse standard des turbomachines. Après une rupture par cisaillement, les protections anti--fléaux de l'accouplement Ameriflex contiennent la section centrale pour plus de sécurité et peuvent protéger l'équipement adjacent.
