Beim Entwurf einer kryogenen Dichtung besteht der erste Schritt darin, den Betriebstemperaturbereich der Dichtung zu bestimmen.

Normalerweise arbeiten kryogene Dichtungen bei Temperaturen unter -65 Grad Fahrenheit.

Bei der Entwicklung von Dichtungen dieser Größenordnung (die Höchsttemperaturen liegen bei etwa 300 Grad Fahrenheit) muss man wissen, welcher Grad an Leckagekontrolle am Niedertemperaturende erforderlich ist.

Es kann jedoch eine zulässige Leckagerate geben, die einen geringeren Widerstand ermöglicht. Wenn keine Leckage erforderlich ist, wird der Widerstand im System häufig erhöht, um einen gewissen Elastomerkontakt mit einer dynamischen Oberfläche zu ermöglichen. Bei statischen Dichtungen decken Elastomere diesen Bereich ab, obwohl ein erhöhter Druck erforderlich sein kann.

JST entwickelt normalerweise innerhalb des oben genannten Bereichs.

Obwohl -65 °F extrem kalt ist, gilt dies nicht als kryogen. Flüssiger Stickstoff bei -320 °F (-195 °C) erfordert spezielle Hardware und Überlegungen zu Dichtungsmaterialien.

Erstens werden bei vielen Projekten und Anwendungen in dynamischen Anwendungen keine Schmiermittel verwendet. Um die Dichtfähigkeit zu verbessern, ist eine überdurchschnittliche Oberflächenbeschaffenheit erforderlich.

Oberflächenbeläge sind oft schmierig. Aber auch ohne diese Eigenschaften reduziert eine glatte Oberfläche die Reibung, verbessert die Lebensdauer, verringert den Luftwiderstand und verbessert die Dichtfähigkeit.

Statische Dichtungen müssen häufig eine Leckagerate von nahezu Null aufweisen. Dies bedeutet, dass Hardwareüberlegungen und Oberflächen noch wichtiger sein können. Dies kann das Polieren von Rillen bedeuten, was bei einigen Anwendungen eine große Herausforderung darstellen kann.

Kryogene Dichtungsmaterialien

Elastomere Materialien verlieren bei diesen extremen Temperaturen ihre Flexibilität. Bei Temperaturen unter -195 °C (-180 °F) können modifizierte Fluorpolymere wie PCTFE verwendet werden, das nachweislich bei Temperaturen von bis zu -460 °F funktioniert.

Das Ziel besteht darin, Füllstoffe so gering wie möglich oder gar nicht zu verwenden. (Füllstoffe verlängern die Lebensdauer dieser Polymere). Diese Materialien benötigen eine Art Federkraft, um sie zu aktivieren, da sie ein sehr schlechtes Gedächtnis haben. Sie benötigen außerdem einen Aktivator, um sie in Kontakt mit den Gegenflächen zu bringen.

Arten kryogener Dichtungen

JST entwirft mit einer Vielzahl von Federtypen wie Cantilever, Canted Coil und Spiralfedern. Es gibt auch eine Vielzahl von Materialien wie verschiedene Edelstahlsorten, Hastelloy, Elgiloy und Inconel.

Diese Materialien und Federtypen ermöglichen ein hohes Maß an Flexibilität bei der Anpassung an die Hardwareanforderungen des Kunden.

Material für kryogene Dichtungsmäntel

Eine letzte Überlegung betrifft die bearbeitete Oberflächenbeschaffenheit des Dichtungsmantelmaterials.

Viele dieser kryogenen Anwendungen weisen normalerweise keine große dynamische Bewegung auf, sodass ein Einfahren möglicherweise nicht möglich ist. Durch die Super-Oberflächenbehandlung sind die Dichtungen sofort nach dem Auspacken optimal abdichtbar.

Einige typische Anwendungen in kryogenen Anwendungen sind Ventile für flüssigen Sauerstoff oder Stickstoff. Wenn ein Durchflussmesser erforderlich ist, werden die Auswirkungen der Reibung zu einem sehr relevanten Faktor, da Kunden oft nur begrenzten Platz und nur begrenzte Kraft zum Öffnen und Schließen der Ventile haben.

JST ist in der Lage, Reibungskräfte abzuschätzen, da es die Federraten und den Reibungskoeffizienten der Materialien kennt, mit denen wir abdichten. Wenn alle diese Teile vorhanden sind, ist sichergestellt, dass die Dichtungen auch unter extremen Bedingungen gut funktionieren.

Normalerweise muss eine Abdichtung von 70 °F bis hinunter zu diesen kryogenen Temperaturen erfolgen, manchmal muss diese Abdichtung jedoch auf Bereiche von mehreren Hundert Grad Fahrenheit ausgedehnt werden. Es muss besonders darauf geachtet werden, wie viel Federkraft angewendet werden kann, da eine zu hohe Federkraft zu einem Kaltfluss des Polymers führen kann, wodurch die Dichtung bei der Rückkehr zu kalten Temperaturen funktionsunfähig wird.

Das Abdichten kryogener Systeme ist ein Balanceakt, bei dem viele Faktoren wie Federkraft, Oberflächenbeschaffenheit, Reibung und zulässige Leckage eine Rolle spielen.