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 en dessous de -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 du côté basse température.

Cependant, il peut y avoir un taux de fuite admissible qui permet de réduire la traînée. Lorsque l'on exige une fuite nulle, la traînée dans le système est souvent augmentée pour permettre un certain contact élastomère avec une surface dynamique. Dans le cas de joints statiques , les élastomères couvrent cette plage bien qu'une compression accrue puisse être nécessaire.

JST conçoit généralement dans la plage ci-dessus.

Bien que -65°F soit extrêmement froid, il n’est pas considéré comme cryogénique. L'azote liquide à -320°F (-195°C) nécessite des considérations spéciales en matière de matériel et de matériaux de joint.

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

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

Les joints statiques doivent souvent avoir un taux de fuite proche de zéro ; cela signifie que les considérations matérielles et les surfaces peuvent être encore plus importantes. Cela peut nécessiter le polissage de rainures, ce qui peut s'avérer très difficile dans certaines applications.

Matériaux de joint cryogénique

Les matériaux élastomères perdent leur flexibilité à ces températures extrêmes, et lorsque l'on rencontre des températures inférieures à -180°F (-195°C), des polymères fluorés modifiés peuvent être utilisés, comme le PCTFE, connu pour fonctionner à des températures aussi basses que -460°C. F.

L’objectif est de réduire les charges de très peu à aucune. (Les charges prolongent la durée de vie de ces polymères). Ces matériaux nécessitent une sorte de force de ressort pour être activés, car ils ont une très mauvaise mémoire. Ils nécessitent également un électrificateur pour les forcer à entrer en contact avec les surfaces de contact.

Types de joints cryogéniques

JST conçoit avec une variété de types de ressorts tels que cantilever, hélicoïdaux inclinés et hélicoïdaux. Il existe également une variété de matériaux tels que différentes qualités d'acier inoxydable, Hastelloy, Elgiloy et Inconel.

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

Matériau de la gaine du joint cryogénique

Une dernière considération concerne la finition de surface usinée du matériau de la chemise d'étanchéité.

Beaucoup de ces applications cryogéniques n'ont généralement pas de mouvement dynamique élevé, de sorte que le rodage peut ne pas être possible. La super finition permet aux joints d'avoir les meilleures chances de sceller dès la sortie de la boîte.

Certaines applications typiques dans les applications cryogéniques incluent la vanne d'oxygène liquide ou d'azote. Si le débit du compteur est nécessaire, les effets de friction deviennent un facteur très important, car les clients disposent souvent d'un espace limité et d'une force limitée pour ouvrir et fermer les vannes.

JST a la capacité d'estimer les forces de friction en connaissant la raideur des ressorts et le coefficient de friction des matériaux avec lesquels nous scellons. La mise en place de toutes ces pièces garantit le bon fonctionnement des joints dans des conditions extrêmes.

Normalement, il est nécessaire de sceller à partir de 70 °Fahrenheit jusqu'à ces températures cryogéniques, mais cela doit parfois être étendu à des plages de 100 degrés Fahrenheit. Une attention particulière doit être accordée à la force du ressort qui peut être appliquée, car une force excessive peut provoquer un écoulement à froid du polymère, rendant le joint inopérant lorsqu'il revient à des températures froides.

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