عند تصميم ختم التبريد ، الخطوة الأولى هي تحديد نطاق درجة حرارة تشغيل الختم.

عادةً، تعمل الأختام المبردة تحت درجة حرارة -65 درجة فهرنهايت.

عند تصميم الأختام بهذا المستوى (درجات الحرارة العالية تصل إلى حوالي 300 درجة فهرنهايت)، من الضروري فهم درجة التحكم في التسرب المطلوبة في نهاية درجة الحرارة المنخفضة.

ومع ذلك، قد يكون هناك معدل تسرب مسموح به يسمح بتقليل السحب. عند الحاجة إلى عدم وجود تسرب، غالبًا ما يزداد السحب في النظام لدعم بعض التلامس المطاطي مع السطح الديناميكي. في حالة الأختام الثابتة ، تمتد الإيلاستومرات إلى هذا النطاق على الرغم من أن زيادة الضغط قد تكون ضرورية.

اليابان عادةً ما تكون التصاميم ضمن النطاق المذكور أعلاه.

رغم أن درجة حرارة -65 درجة فهرنهايت شديدة البرودة، إلا أنها لا تُعتبر مُبرِّدة. يتطلب النيتروجين السائل عند -320 درجة فهرنهايت (-195 درجة مئوية) استخدام معدات خاصة ومواد مانعة للتسرب.

أولاً، لا تستخدم العديد من المشاريع والتطبيقات مواد التشحيم في التطبيقات الديناميكية. لتحسين قدرة الختم، يلزم تشطيب سطحي أفضل من المتوسط.

غالبًا ما يحافظ تشطيب السطح على قابلية التزليق. ولكن بدون ذلك، يُقلل التشطيب الناعم الاحتكاك، ويُطيل العمر الافتراضي، ويُقلل السحب، ويُحسّن قابلية الغلق.

غالبًا ما تحتاج الأختام الثابتة إلى معدل تسرب قريب من الصفر؛ وهذا يعني أن اعتبارات الأجهزة والأسطح قد تكون أكثر أهمية. قد يتطلب هذا تلميع الأخاديد، وهو أمر قد يكون صعبًا للغاية في بعض التطبيقات.

مواد الختم المبردة

تفقد المواد المرنة مرونتها عند هذه درجات الحرارة القصوى، وعندما نواجه درجات حرارة أقل من -180 درجة فهرنهايت (-195 درجة مئوية)، يمكن استخدام الفلوروبوليمرات المعدلة، مثل PCTFE، والتي من المعروف أنها تعمل في درجات حرارة منخفضة تصل إلى -460 درجة فهرنهايت.

الهدف هو الحفاظ على قلة الحشوات أو انعدامها تمامًا. (تطيل الحشوات عمر هذه البوليمرات). تتطلب هذه المواد قوة زنبركية لتنشيطها، نظرًا لضعف ذاكرتها. كما تتطلب مُنشِّطًا لإجبارها على ملامسة الأسطح المتزاوجة.

أنواع الأختام المبردة

تصمم JST أنواعًا متنوعة من النوابض، مثل الكابولي، واللولبي المائل، واللولبي. كما تتوفر مواد متنوعة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ بدرجاته المختلفة، وهاستيلوي، وإيلجيلوي، وإنكونيل.

تسمح هذه المواد وأنواع الزنبركات بقدر كبير من المرونة في التوافق مع غلاف الأجهزة الخاص بالعميل.

مادة غلاف الختم المبرد

والاعتبار الأخير هو التشطيب السطحي الآلي لمادة غلاف الختم.

عادةً ما لا تتمتع العديد من تطبيقات التبريد العميق هذه بقدر كبير من الحركة الديناميكية، لذا قد لا يكون من الممكن تعريضها للتلف. يُتيح التشطيب الفائق للأختام أفضل فرصة للإغلاق فور إخراجها من العلبة.

تشمل بعض التطبيقات الشائعة في تطبيقات التبريد العميق صمامات الأكسجين السائل أو النيتروجين. عند الحاجة إلى قياس تدفق السائل، تُصبح آثار الاحتكاك عاملاً بالغ الأهمية، إذ غالبًا ما تكون المساحة المتاحة للعملاء محدودة والقوة اللازمة لفتح الصمامات وإغلاقها محدودة.

تتمتع شركة JST بالقدرة على تقدير قوى الاحتكاك بمعرفة معدلات النابض ومعامل احتكاك المواد المستخدمة في عملية الختم. يضمن وجود هذه العناصر في مكانها أداءً ممتازًا للختم في الظروف القاسية.

عادةً، يلزم إحكام الغلق من 21 درجة مئوية إلى درجات حرارة منخفضة جدًا، ولكن في بعض الأحيان، قد يتطلب ذلك درجات حرارة تصل إلى مئات الدرجات المئوية. يجب مراعاة قوة الزنبرك المُطبقة، إذ قد يُسبب الإفراط في استخدامها تدفقًا باردًا للبوليمر، مما يُعطل الختم عند عودته إلى درجات الحرارة المنخفضة.

يعد ختم التبريد العميق عملية موازنة للعديد من العوامل مثل قوة الزنبرك واللمسة النهائية للسطح والاحتكاك والتسرب المسموح به.