Lors de la conception d'un joint cryogénique , la première étape consiste à déterminer la plage de température de fonctionnement du joint.

En règle générale, les joints cryogéniques fonctionnent à des températures inférieures à -65 degrés Fahrenheit.

Lors de la conception de joints de ce niveau (les températures élevées sont d'environ 300 degrés Fahrenheit), il est nécessaire de comprendre quel degré de contrôle des fuites est requis à l'extrémité basse température.

Cependant, il peut exister un taux de fuite admissible permettant de réduire la traînée. Lorsqu'une fuite nulle est requise, la traînée du système est souvent augmentée pour permettre un contact élastomère avec une surface dynamique. Dans le cas de joints statiques , les élastomères couvrent cette gamme, bien qu'une compression accrue puisse être nécessaire.

JST généralement des modèles dans la gamme ci-dessus.

Bien que -65 °F soit extrêmement froid, ce n'est pas considéré comme cryogénique. L'azote liquide à -320 °F (-195 °C) nécessite des précautions particulières concernant le matériel et les matériaux d'étanchéité.

Premièrement, de nombreux projets et applications n'utilisent pas de lubrifiant dans les applications dynamiques. Pour améliorer l'étanchéité, une finition de surface supérieure à la moyenne est nécessaire.

La finition de surface conserve souvent le pouvoir lubrifiant. Mais sans cela, une finition lisse réduit les frottements, améliore la durée de vie, diminue la traînée et améliore l'étanchéité.

Les joints statiques doivent souvent présenter un taux de fuite quasi nul ; les aspects matériels et les surfaces peuvent donc être encore plus importants. Cela peut impliquer le polissage des rainures, ce qui peut s'avérer très complexe dans certaines applications.

Matériaux d'étanchéité cryogéniques

Les matériaux élastomères perdent leur flexibilité à ces températures extrêmes, et lorsque nous rencontrons des températures inférieures à -180 °F (-195 °C), des fluoropolymères modifiés peuvent être utilisés, tels que le PCTFE, qui est connu pour fonctionner à des températures aussi basses que -460 °F.

L'objectif est de minimiser, voire d'éliminer, les charges (elles prolongent la durée de vie de ces polymères). Ces matériaux nécessitent une force de rappel pour être activés, car ils ont une mémoire de forme très faible. Ils nécessitent également un énergisant pour les forcer à entrer en contact avec les surfaces de contact.

Types de joints cryogéniques

JST propose une variété de ressorts, tels que cantilever, hélicoïdaux et à spires inclinées. Il existe également une variété de matériaux, tels que différentes nuances d'acier inoxydable, d'Hastelloy, d'Elgiloy et d'Inconel.

Ces matériaux et types de ressorts permettent une grande flexibilité pour s'adapter à l'enveloppe matérielle du client.

Matériau de la gaine d'étanchéité cryogénique

Une dernière considération est la finition de la surface usinée du matériau de la gaine d’étanchéité.

Beaucoup de ces applications cryogéniques ne présentent généralement pas de mouvements dynamiques importants, ce qui rend le rodage difficile. Une finition de qualité supérieure optimise l'étanchéité des joints dès leur mise en service.

Parmi les applications cryogéniques courantes, on trouve les vannes d'oxygène liquide ou d'azote. Si un débitmètre est nécessaire, les effets de frottement deviennent un facteur crucial, car les clients disposent souvent d'un espace et d'une force limités pour ouvrir et fermer les vannes.

JST est capable d'estimer les forces de frottement en connaissant la raideur des ressorts et le coefficient de frottement des matériaux utilisés pour l'étanchéité. La mise en place de tous ces éléments garantit la performance optimale des joints dans des conditions extrêmes.

Normalement, l'étanchéité est requise entre 21 °C et ces températures cryogéniques, mais il faut parfois étendre cette étanchéité à des températures allant jusqu'à des centaines de degrés Celsius. Il faut prêter une attention particulière à la force du ressort pouvant être appliquée, car une force excessive peut provoquer un fluage à froid du polymère, rendant le joint inopérant une fois revenu à basse température.

L'étanchéité cryogénique est un exercice d'équilibre entre de nombreux facteurs tels que la force du ressort, la finition de surface, la friction et les fuites admissibles.