深海高压环境下O形密封圈的密封性能研究

针对深海高压环境下的O形密封圈,建立了有限元模型,仿真分析了O形密封圈在不同硬度、不同工况下的密封性能,探讨了O形密封圈的材料硬度、径向压缩率和外界压力对密封接触压力的影响。研究表明,在径向压缩率为17%~26%的范围内,O形密封圈的材料硬度与截面压缩率相比,材料硬度的增加对初始接触压力的提高的影响更加显著;在静水压力的作用下,O形密封圈具有良好的自紧性能,并且接触压力始终大于外界静水压,其密封安全裕度的大小约为初始接触压力;经分析计算,邵氏硬度90 HA的聚氨酯O形密封圈,在22%的初始安装压缩率的条件下,密封安全裕度约为10 MPa,能满足6 km深海高压密封的要求。为进一步验证有限元分析的正确性,进行了O形密封圈的深海试验,试验结果表明密封可靠,与仿真结果相一致。     

过滤器滤芯密封性能的数值分析

为了保证过滤器滤芯O形圈密封的可靠性,通过ANSYS软件创建了密封圈的二维轴对称几何模型,仿真分析了O形圈在不同的介质压力和预压缩率作用下的受力及变形情况。计算表明：O形圈在滤芯支撑环和过滤器壳体间隙处应力集中最显著,表明此处易发生O形圈的密封失效;随着预压缩率的增加,密封圈的等效应力逐渐增大;随着预压缩率和介质压力的增加,O形密封圈的接触压力不断变大,介质压力始终小于接触压力,滤芯O形圈密封有效。     

矩形橡胶密封圈的有限元分析

利用ANSYS建立了矩形橡胶密封圈的有限元模型,分析了初始压缩率和液体压力对矩形圈变形和密封面处接触压力的影响,并与O形圈进行了对比。结果表明,矩形圈密封面处的接触压力随初始压缩率和液体压力的增加而增大;矩形圈较O形圈的接触压力均匀、密封面大、密封效果好且初始压缩率小、老化速度慢、尺寸稳定性好,但矩形密封圈的接触面积大,散热效果差,只能用于静密封。     

超高液压下O形橡胶密封圈的有限元分析

利用ABAQUS软件对O形橡胶密封圈在超高液压下的应力和接触压力进行了有限元分析,探讨了不同压力下O形橡胶密封圈的VonMises应力和接触压力的变化规律,分析了压缩率及密封间隙对最大VonMises应力与最大接触压力的影响。结果表明在超高液压下,O形圈VonMises应力主要集中在液压缸与活塞杆的密封间隙区域,且最大VonMises应力随着密封间隙的增加而显著上升;压缩率对初始应力和接触应力影响较大,适当提高压缩率能够提供密封的可靠性,O形圈最大接触应力随着油压的增加呈近似线性变化。     

O形橡胶密封圈配合挡圈密封的应力与接触压力有限元分析

利用有限元分析软件MSC.MARC对O形橡胶密封圈与挡圈密封在不同压力下的应力与接触压力进行了有限元分析,探讨了不同压力下O形橡胶密封圈和挡圈柯西应力分布、接触压力与接触宽度的关系、O形橡胶密封圈与挡圈相互接触的弧长与油压及接触压力的关系.结果表明O形橡胶密封圈在配合挡圈的情况下的柯西应力主要集中于挡圈的右上部分及左下部分;O形橡胶密封圈与挡圈的接触弧长开始随油压的增加而增长,最后保持一定值;O形橡胶密封圈与挡圈的接触宽度与接触压力近似呈二次曲线.     

O形密封圈密封性能非线性有限元数值模拟

利用ABAQUS软件建立海底采油设备用O形密封圈轴对称模型,对其在不同压缩率、不同油压时的Von Mi-ses应力及密封面接触压力分布规律进行探讨,确定O形密封圈材料易失效位置;分析压缩率和油压对O形密封圈最大Von Mises应力、最大接触压力及最大接触压与油压压差的影响。结果表明:O形密封圈最大Von Mises应力、密封面最大接触压力随压缩率和油压的增加而增加,且O形密封圈在中低高压下的密封能力高于超高下的密封能力,为海底采油设备用O形密封圈的结构设计及选型提供相关参考。     

基于正交试验的高压X形密封圈结构优化

基于正交试验法,利用ANSYS软件建立带挡圈X形密封圈的二维轴对称几何模型,分析沟槽结构、挡圈结构、安装状态和操作工况等参数对密封圈静密封性能和可靠性的影响;以最大Von Mises应力值最小为优化目标,对X形密封圈结构进行优化。结果表明:沟槽口和沟槽底的倒角尺寸过大或过小均会使密封圈产生应力集中;最大Von Mises应力随挡圈倒角尺寸和挡圈宽度的增大均先增大后减小,随着密封间隙的增大而快速增大;增大密封圈压缩率有利于提高主密封面上的接触压力,但会引起最大Von Mises应力增加;增大密封圈拉伸率有利于减小最大Von Mises应力,但X形圈安装变得困难;在高压(流体压力大于10 MPa)条件下,操作工况、安装状态参数和挡圈结构参数依次为影响密封圈密封性和可靠性的主要因素,是密封圈结构优化设计需重点研究的对象。     

双作用多级液压油缸密封装置的改进

针对双作用多级油缸密封装置在使用过程中存在的划伤、失效、变形等缺陷,在油缸密封装置的滑环两侧设置支撑环,避免了滑环唇边被挤入过油孔划伤破坏,采用双O形密封圈结构并在O形圈的密封槽内设置挡圈,避免了O形密封圈被间隙咬伤和中心活塞杆与相邻缸筒之间严重磨损,从而保证密封可靠,延长油缸在高压环境中的工作寿命。     

高压氢气环境下橡胶O形圈静密封结构有限元分析

利用ABAQUS软件建立了高压氢气环境下橡胶O形圈静密封结构的有限元分析模型,研究了高压氢气作用下由于橡胶材料的吸氢膨胀对O形圈变形及应力的影响,探讨了不同初始压缩率、氢气压力、沟槽间隙、有无挡圈等工况下O形圈最大Von Mises应力、最大剪切应力和最大接触应力的变化规律。结果表明:高压氢气环境下,吸氢膨胀会导致橡胶O形圈的截面高度和面积的增加,但对O形圈的应力基本无影响。增加O形圈压缩率会提高初始安装工况下的接触应力,有利于初始密封的形成,但当介质压力较大时,过高的压缩率会显著增加剪切应力,导致O形圈发生剪切破坏。相较于低压工况,高压下密封沟槽间隙对O形圈的Mises应力和剪切的影响非常显著,较大的沟槽间隙会使O形圈发生挤出和剪切破坏,而安装密封挡圈可明显改善O形圈的变形和应力情况,有效防止O形圈被挤入沟槽间隙,同时提高密封性能。     

基于数值模拟的矩形密封圈参数化分析

利用有限元分析软件ABAQUS建立二维轴对称模型,对静密封中矩形密封圈与O形密封圈的密封性能进行了对比,分析了矩形密封圈压缩率、材料硬度、截面长宽比和倒角尺寸对矩形密封圈的变形、接触压力和Mises应力的影响。结果表明:在静密封中,矩形密封圈的密封性能优于O形密封圈的密封性能;压缩率越大,密封性能越好;材料硬度是影响密封性能的重要因素;截面长宽比对密封性能影响最小;倒角尺寸越小对最大Mises应力和最大接触压力影响越明显;矩形密封圈的接触压力分布均匀,更适合静密封结构。     

深海环境中水下滑翔器密封结构数值分析

为检验水下密封结构的可靠性,利用Ansys Workbench集成平台对有无挡圈配合的O形密封圈的变形和受力情况进行比较分析,并对深水环境中有挡圈配合的O形圈的密封性能进行数值模拟分析。结果表明:在介质压力较大时,有挡圈配合的O形圈可有效防止挤入咬伤,在同样保证密封可靠的条件下最大Von Mises应力可减小20%以上;当介质压力为10 MPa左右时,有挡圈配合的O形圈的最大Von Mises应力有明显的拐点,介质压力大于10 MPa后,O形圈的应力变化趋于平缓,可避免O形圈被破坏导致的密封失效;有挡圈配合的O形圈结构中,起密封作用的是O形圈而非挡圈,挡圈的作用主要是改善O形圈的受力,提高整个密封结构的可靠性。模拟的结果可以说明O形圈配合挡圈提高密封可靠性的原理,为水下密封结构的可靠性检验和密封结构的优化提供了有效的方法。     

O形橡胶密封圈应力与接触压力的有限元分析

利用大型有限元软件ANSYS对O形橡胶密封圈在不同压缩率和油压下的变形与受力情况进行了分析研究,得出了相应情况下范.米塞斯(Von M ises)应力分布及接触压力与最大接触压力的变化关系。结果表明:随着油压的增加,范.米塞斯(Von M ises)应力相应增加,且应力峰区也相应改变,说明O形圈可能出现裂纹的位置是随着油压而变化的;O形橡胶密封圈与轴之间的最大接触压力随着压缩率、油压的增加而增加,在不同油压作用下,最大接触压力始终大于油压,满足O形圈的密封条件。     

O形橡胶密封圈密封性能的有限元分析

利用ANSYS建立了液压系统中液压缸用O形橡胶密封圈的二维轴对称模型,分析计算了O形密封圈缸筒和轴套的间隙、密封轴套槽口倒角半径、O形密封圈的截面尺寸、橡胶材料参数、初始压缩率对密封面最大接触压力和剪切应力的影响。结果表明:O形密封圈缸筒和轴套的间隙对剪切应力的影响很大;轴套沟槽宽度、O形密封圈的截面尺寸和橡胶材料参数对密封面最大接触压力的影响很大;初始压缩率对密封面最大接触压力和剪切应力的影响都很大;对于本文分析的结构,在其它条件不变的情况下密封轴套槽口倒角半径对密封面最大接触压力和剪切应力的影响都不大;分析结果验证了长期使用的经验设计。     

O形密封圈接触压力的有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS建立了O形橡胶密封圈的二维轴对称模型,分析了在空气介质中O形圈和接触表面之间产生的接触压力与O形圈的截面尺寸、内径、压缩率及硬度的关系,并用统计分析法得到了回归方程。该方程描述了不同参数对O形圈所受接触压力的影响,进而可计算理论摩擦力,并可用于O形密封圈相关结构的力学分析及重要场合下O形圈的正确选用。     

水下连接器球面密封沟槽对O形圈密封性能的影响分析

一种可以实现水下连接角度补偿的球形法兰连接器采用O形圈作为主要的密封元件,位于球面上的密封槽通过影响O形圈的伸长率和压缩率来实现密封效果。槽宽b与槽深h是密封沟槽的主要尺寸,在满足球面沟槽设计准则的前提下,对O形圈球面密封沟槽的尺寸进行了设计计算。基于标准沟槽与球面沟槽体积大小一致的原则,确定了球面密封槽的具体尺寸。密封圈沟槽的尺寸设计主要改变了O形圈的压缩率大小。通过研究压缩率对O形圈密封效果的影响可以确定,17.6%左右的压缩率能够使密封圈的密封效果达到最佳。     

滑套密封技术分析与性能评估

滑套作为石油天然气分层开采技术的重要工具,其密封性能直接影响着施工的效果。对用于滑套的不同密封方案进行总结分类,包括O形圈密封、唇形密封、特殊型密封及其不同的组合密封形式;从密封效果、抗剪切性、耐磨性、使用寿命、成本5项指标对各类密封进行性能评估。综合考虑5项指标,滑套密封可选用简单星形密封圈、星形密封圈加挡圈、U型密封圈、特康双三角密封圈等密封形式;而从经济实用方面来考虑,低压且速度不高时,可使用简单O形圈、O形密封圈加平挡圈;压力较高且速度变化较大时,可使用O形圈和梯形环的组合、V形夹织物橡胶组合密封圈、K型特康斯特密封圈、T型特康格来圈。     

齿形滑环密封圈力学性能分析及结构改进

建立齿形滑环密封系统的数值计算模型,采用有限元方法分析O形圈和滑环的接触压力和应力分布,并探讨初始压缩率、介质压力和滑环齿厚对齿形滑环密封圈密封性能的影响。结果表明:齿形滑环密封系统中O形圈的高应力区出现在靠近凹槽底部位置,而滑环的高应力主要集中在与轴筒和凹槽接触的2个尖角部位;增加初始压缩率可提高密封圈的密封性能,但密封圈的应力也逐渐增大;介质压力越大,密封圈的应力及密封面上的接触压力也随之增大;适当增加滑环齿厚可提高密封圈的密封性能及滑环抵御变形的能力。针对齿形滑环密封圈中滑环与凹槽接触的2个尖角处最易发生失效的问题,采用对其两尖角倒角的改进方案。结果表明:在相同工作条件下,改进后齿形滑环密封圈主密封面的最大接触压力提高,而且滑环和O形圈截面的最大Von Mises应力减小。因此,改进后的齿形滑环密封圈密封性能更好,使用寿命更长。     

海洋石油平台水下夹桩器密封性能研究

为了确保O形圈的水下夹桩器可靠密封,避免密封失效,提出了通过计算O形圈最大接触应力来判断密封可靠性的评价方法．建立了水下夹桩器O形圈与沟槽接触的非线性有限元分析模型,分析了O形罔在不同受力情况进行了分析研究,得出了相应情况下范·米塞斯（Von Mises）应力及最大接触压力的变化情况。结果表明：随着压缩率的变化,范·米塞斯（Von Mises）应力峰值和应力峰值区也相应改变．说明O形圈可能出现裂纹的位置是随着压缩率而变化的;O形圈与轴之间的最大接触压力随压缩率的增加而增加,最大接触压力始终大于油压,满足O形圈的密封条件．文中的方法和结果对相关密封结构的设计具有一定的指导意义。     

考虑安装过程的O形密封圈有限元分析模型

对于有密封要求的液压作动筒而言,O形密封圈在其中起到重要的作用。首先针对液压作动筒中的活塞密封结构,提出一类新的有限元分析模型,然后利用ANSYS软件研究O形圈密封结构在不同油压和压缩率作用下的应力分布及接触压力分布,并将有限元结果与以往的模型进行对比,总结每类模型的适用条件。新的有限元分析模型考虑了实际安装过程对密封圈的影响,对密封圈的安装具有指导意义,也为密封圈的动力响应分析提供了较好的模型。     

液压式配气系统O型密封圈动密封特性分析

利用ABAQUS软件建立活塞运动速度为4 m/s、介质压力为6 MPa、摩擦因数为0.3的液压式配气系统O型密封圈有限元分析模型,分析不同往复运动速度、预压缩率、介质压力对液压式配气系统O型密封圈动密封特性的影响。结果表明:O型密封圈密封面的接触压力随位移的变化而产生波动,接触压力随介质压力、预压缩率的增大呈线性增大,运动速度对接触压力影响不大,接触压力曲线波动幅度随运动速度、介质压力、预压缩率的增大而增大;O型密封圈与油缸之间接触面的动密封性能优于O型密封圈与活塞之间接触面;O型密封圈在推程时的动密封性能优于回程;预压缩率小于10%时,O型密封圈不能满足该液压式配气系统的动密封要求,要确保O型密封圈的密封性,需要选择合理的预压缩率。