Разработка и изготовление арматуры высокого давления - сложный процесс. Высокая степень герметичности и продолжительная работоспособность – приоритетные задачи при разработке данного типа арматуры. Также необходимо стремиться достигать наименьших потерь давления при прохождении рабочей среды через проточную часть клапанов, а низкая температура криогенной рабочей среды значительно увеличивает сложность разработки и изготовления оборудования. Изменение геометрических размеров материалов различно, усугубляется процесс тем, что температура в различных областях проточной части клапана разная, соответственно размеры меняются так же по-разному. Достичь герметичности в таких условиях, например, в сальниковом уплотнении клапана непростая задача. Из-за низкой температуры необходимо учитывать возможное охрупчивание деталей, для его предотвращения необходимо правильно подобрать материалы и продумать конструкцию клапана. При изготовлении клапанов важно обеспечить высокий уровень качества поверхности деталей в уплотнительных узлах, что достигается точной механической обработкой и полировкой поверхностей. Малейшее нарушение технологии производства приведёт к плохой герметичности или преждевременному износу клапанов при эксплуатации. Правильный выбор конструкционных и уплотнительных материалов - важнейший критерий при конструировании криогенных клапанов высокого давления. Первичная задача - не допустить утечку рабочей среды в атмосферу, для чего основным барьером между рабочей средой и атмосферой в запорных клапанах служит сальниковое уплотнение. При уменьшении температуры рабочей среды свойства материалов и геометрические размеры деталей могут изменяться, что может стать причиной негерметичности соединения или полного разрушения изделия. Поэтому сальниковое уплотнение переносится в теплую зону, путём увеличения расстояния сальника от потока рабочей среды, с помощью удлинения штока. Температура рабочей среды по длине штока постепенно снижается, в результате изменяется её агрегатное состояние из жидкого в газообразное, что приводит к созданию «газовой подушки» между уплотнением и рабочей средой.
Ещё одной важной задачей при конструировании является обеспечение герметичности затвора. По причине нелинейности термодеформации стали, деформация корпуса будет большей в той области, на которую криогенный продукт воздействовал дольше. Так, детали, четко подогнанные друг к другу при комнатной температуре, могут не сопрягаться при криогенной температуре. Поэтому в криогенной арматуре используются уплотнительные материалы, менее всего подверженные термодеформации и обладающие достаточной эластичностью и упругостью при экстремальных параметрах работы. В конструкции криогенной арматуры MV&F уплотнения изготавливаются из Фторопласта-4, обладающего самой низкой предельной температурой –260 Cº. Также необходимо отметить, что фторопласты обладают довольно низким коэффициентом трения 0,02…0,04, что в первую очередь увеличивает срок службы арматуры. Корпусные детали запорных клапанов изготавливаются преимущественно из нержавеющей стали 12Х18Н10Т или ее аналогов. Если рабочей средой является кислород, то особо важную роль занимает безопасность работы оборудования. В соответствии с ГОСТ 5583-78, «Кислород газообразный технический и медицинский» нетоксичен, не горюч и не взрывоопасен, однако является сильным окислителем, резко увеличивая способность некоторых материалов к горению, поэтому смеси газообразного кислорода с горючими газами взрывоопасны. Смазочные материалы и жировые загрязнения поверхностей, контактирующие с кислородом, могут послужить причиной для возгораний. Выбор материалов для работы с кислородом осуществляется исходя из ГОСТ 12.2.052-81 «Система стандартов безопасности труда. Оборудование, работающее с газообразным кислородом. Общие требования безопасности». Уплотнительные материалы из фибры, капрона, резины, пластмассы, фланцевые и др. могут легко воспламеняться в среде кислорода высокого давления при появлении источника загорания (искры, ударной волны и т.п.). Из металлов интенсивно горят в кислороде титан, алюминий и его сплавы, углеродистые и нержавеющие стали. Медь и ее сплавы не горят в кислороде, но при воздействии источников большой энергии (при горении неметаллического материала), возможно оплавление медных, латунных и бронзовых деталей. Использование таких марок металлов как Л63, Л80, БркМЦЗ-1, БрОц4–5 позволит обезопасить оборудование от возможного возгорания. Герметичность затвора проверяется на экспериментальном стенде пузырьковым методом с захолаживанием до температуры рабочей среды при давлении на 15% больше рабочего. Вся линейка запорной арматуры для криогенных сред компании MV&F имеет «А» класс герметичности. В ассортименте MV&F имеется как ручная, так и приводная запорная криогенная арматура для криогенных сред со следующими типоразмерами: Dy1, Dy4, Dy6, Dy10, Dy11 и рабочим давлением до 420 бар. Рабочий диапазон температур составляет от -196°C до +75 °C. Рассмотрим подробнее особенности и примеры использования следующих типов криогенных клапанов высокого давления: запорные вентили и клапаны, предохранительные и обратные клапаны.
