弹簧蓄能密封圈密封性能分析

　　近年来，随着我国工业的快速发展，汽车工业、航空航天、船舶和石油能源等高技术领域对工业设备的密封要求越来越高。密封泄漏会降低设备的效率，损坏设备本身，污染环境。储能弹簧密封结合了聚四氟乙烯聚四氟乙烯材料优异的摩擦和耐腐蚀性，以及金属弹簧的高回弹性，使得密封过程能够在很大的压力范围内完成，因此，有必要分析密封环的密封特性。本文的主要工作如下: (1)以单点系泊系统滑环为例，阐述了 v 形弹簧密封环的工作原理，给出了表征静密封性能的物理参数峰值接触压力和线接触应力，建立了 v 形弹簧密封的二维轴对称数值模型，验证了金属弹簧对密封接触的补充作用。分析了过盈量、密封夹套材料弹性模量和密封圈直径对峰值接触压力和接触宽度的影响。结果表明，随着内径和夹套弹性模量的增大，密封唇的接触宽度减小，干涉量增大，接触宽度也增大，峰值接触压力先随压缩量的增大而减小，随着夹套弹性模量的增大而增大，随密封圈直径的增大而减小。采用极差分析法对正交试验结果进行分析，满足了密封条件下影响密封环峰值接触应力的参数顺序: 唇厚、唇径、唇长和压力环厚度，线接触应力顺序为唇长、唇径、唇厚和环厚。最后得到了各因素对唇厚、唇径、唇长和环厚的影响顺序。在此条件下，密封圈的设计应充分考虑干涉量、导管架材料性能和结构参数对密封性能的影响，通过提高导管架材料的干涉量和弹性模量以及改变导管架的厚度，可以降低摩擦磨损概率,在保证密封的同时可以通过减小过盈量和优先改变密封圈的唇长尺寸来实现(2)以液压缸的密封环境为例，对 v 形储能弹簧密封圈的往复式动密封模型进行了有限元分析分析，得到了密封圈在0ー20mpa 流体压力作用下的应力应变分布，得到了支撑部、弹簧支撑部附近与弹簧接触的后部和腰部、储能弹簧根部和弹簧上方腰部的最大应力应变区迅速扩展，特别是当密封压力增加到15mpa 时，密封圈外冲程的应力值较大，更容易失效。推导了描述密封间隙内流体流动特性的简化一维 reno 方程，建立了以密封唇接触压力分布为边界条件，采用逆解法求解动密封内外行程油膜厚度的动密封数值模型。结果表明，储能弹簧密封环在低压下也具有良好的密封性能，随着转速的增加，在密封环不同压力下，活塞杆上的流体摩擦力随抽油量的增加而增大。弹性模量越大，接触宽度越小，接触压力峰值越大，内外冲程摩擦力越小，接触压力越小。