Quando si progetta un sigillo criogenico , il primo passo è determinare l'intervallo di temperatura di esercizio della guarnizione.

In genere, le guarnizioni criogeniche funzionano a temperature inferiori a -65 gradi Fahrenheit.

Quando si progettano guarnizioni di questo livello (le alte temperature si aggirano intorno ai 300 gradi Fahrenheit), è necessario capire quale grado di controllo delle perdite è richiesto sul lato a bassa temperatura.

Tuttavia, potrebbe esserci un tasso di perdita ammissibile che consente una riduzione della resistenza. Quando non è richiesta alcuna perdita, la resistenza nel sistema viene spesso aumentata per supportare un certo contatto elastomerico con una superficie dinamica. Nel caso di guarnizioni statiche , gli elastomeri coprono questo intervallo, anche se potrebbe essere necessaria una maggiore compressione.

JST in genere i progetti rientrano nell'intervallo sopra indicato.

Sebbene -65 °F sia una temperatura estremamente fredda, non è considerata criogenica. L'azoto liquido a -320 °F (-195 °C) richiede particolari accorgimenti in termini di hardware e materiali di tenuta.

In primo luogo, molti progetti e applicazioni non utilizzano lubrificanti in applicazioni dinamiche. Per migliorare la tenuta, è necessaria una finitura superficiale superiore alla media.

La finitura superficiale spesso mantiene la sua lubrificazione. Ma senza di essa, una finitura liscia riduce l'attrito, aumenta la durata, riduce la resistenza e migliora la tenuta.

Le guarnizioni statiche spesso devono avere un tasso di perdite prossimo allo zero; questo significa che le considerazioni relative all'hardware e alle superfici possono essere ancora più importanti. Questo può comportare la lucidatura delle scanalature, che può essere molto impegnativa in alcune applicazioni.

Materiali di tenuta criogenica

A queste temperature estreme, i materiali elastomerici perdono la loro flessibilità e, quando si raggiungono temperature inferiori a -180 °F (-195 °C), è possibile utilizzare fluoropolimeri modificati, come il PCTFE, che è noto per funzionare a temperature fino a -460 °F.

L'obiettivo è ridurre al minimo la presenza di riempitivi (i riempitivi prolungano la durata di questi polimeri). Questi materiali richiedono una qualche forma di forza elastica per attivarsi, poiché hanno una memoria molto scarsa. Richiedono inoltre un energizzante per forzarli a contatto con le superfici di contatto.

Tipi di tenuta criogenica

JST progetta molle con una varietà di tipologie, come quelle a sbalzo, a spirale inclinata e a spirale elicoidale. Sono disponibili anche diversi materiali, come vari gradi di acciaio inossidabile, Hastelloy, Elgiloy e Inconel.

Questi materiali e tipi di molle consentono un'elevata flessibilità nell'adattarsi alle esigenze hardware del cliente.

Materiale della guaina di tenuta criogenica

Un'ultima considerazione riguarda la finitura superficiale lavorata del materiale della guaina di tenuta.

Molte di queste applicazioni criogeniche in genere non presentano un elevato grado di movimento dinamico, quindi il rodaggio potrebbe non essere possibile. La finitura Super garantisce alle guarnizioni le migliori possibilità di tenuta fin dal primo utilizzo.

Alcune applicazioni tipiche nelle applicazioni criogeniche includono le valvole per ossigeno liquido o azoto. Se è necessario un misuratore di portata, gli effetti dell'attrito diventano un fattore molto rilevante, poiché i clienti spesso hanno spazio limitato e una forza limitata per aprire e chiudere le valvole.

JST è in grado di stimare le forze di attrito conoscendo le caratteristiche delle molle e il coefficiente di attrito dei materiali con cui realizziamo le guarnizioni. La presenza di tutti questi elementi al loro posto garantisce che le guarnizioni funzionino bene anche in condizioni estreme.

Normalmente, è necessario sigillare da 21 °C fino a queste temperature criogeniche, ma a volte è necessario estendere la temperatura a intervalli di centinaia di gradi Fahrenheit. È necessario prestare particolare attenzione alla forza elastica che può essere applicata, poiché una forza eccessiva può causare lo scorrimento a freddo del polimero, rendendo la guarnizione inutilizzabile quando torna a temperature fredde.

La sigillatura criogenica è un gioco di equilibrio tra molti fattori, quali la forza della molla, la finitura superficiale, l'attrito e le perdite consentite.