往复式弹簧蓄能密封圈的密封特性分析
金属弹簧和塑料外壳组合而成的弹簧蓄能密封圈结合了金属弹簧受压缩时良好的回弹性能以及聚四氟乙烯外壳的耐腐蚀性好、稳定性强等性能，因其耐低温高压能力强、泄漏量小、动摩擦力小等优良性能而被广泛应用于各类阀门密封中。本文采取有限元分析与试验验证相结合的方法，对两种典型的往复式弹簧蓄能密封圈展开全面综合的密封性能分析。 针对两种典型往复式弹簧蓄能密封建立U型弹簧和O型弹簧的ANSYS三维有限元模型。分析了Mises应力、应变以及唇口支撑力，得到了关键结构参数对弹簧蓄能性能的影响，总结弹簧结构参数在不同压缩量下的变化规律，得到了不同弹簧蓄能结构的敏感参数。U型弹簧结构参数对密封性能的影响从大到小排序为弹簧的厚度、弹簧的宽度、根部圆角、悬臂梁长度、开口尺寸。O型弹簧结构参数对密封性能的影响按照从大到小的排序为弹簧的厚度、弹簧的截面直径、弹簧的宽度。 针对U型及两种型号的O型往复式弹簧蓄能密封圈有限元数值分析模型，得到了聚四氟乙烯外壳的Mises应力、接触面宽度、摩擦力等密封性能参数。研究了工作压力和压缩量对密封特性的影响和密封效果的变化，基于泄漏模型提出了该类密封圈的设计方法。研究发现，适当增大工作压力和压缩量，有利于往复式弹簧蓄能密封圈的密封性能的增强。对比分析了两种密封圈结构在相同工况下的接触应力、往复摩擦力、泄漏量等密封性能。结果表明，与U型密封圈相比，O型密封圈更适合对密封要求较高的场合。 研制出调控型动摩擦试验系统和泄漏试验装置。试验测量和分析了密封圈在往复速度、密封腔工作压力变化下的往复摩擦力和泄漏量。试验结果表明，往复速度的改变对密封圈的摩擦力和泄漏量几乎没有影响，密封圈的摩擦力随着工作压力的增大而增大，泄漏量随着工作压力的增大而减小。 本文通过数值模拟和试验验证，得到了往复式弹簧蓄能密封结构弹簧蓄能特性、密封圈密封特性的变化规律，基于泄漏模型提出了新的密封圈设计思路，可以为该类密封圈的设计及应用提供参考。
弹簧蓄能密封圈;结构参数;工作压力;压缩量;密封性能
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
李双喜
2021
中文
TH136
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）