超低温弹簧蓄能密封圈动密封性能有限元分析与优化设计*

为进一步探究超低温工况下弹簧蓄能密封圈系统的动密封性能，建立弹簧蓄能密封圈系统的等效二维轴对称有限元模型；对密封圈轴向装配以及径向装配2种典型数值装配过程进行模拟、分析与比较，利用稳定装配后的构型计算在常温与超低温下密封圈在不同介质压力下的密封特性，并分析密封圈在不同工况下的动密封特性。基于数值模拟试验结果，对弹簧蓄能密封圈内唇表面结构、底座宽度以及弹簧刚度进行优化，并对3种优化策略进行评估验证。结果表明：在室温与超低温下，轴滑动的摩擦力都随介质压力的增大而增加；在超低温环境下夹套材料由于收缩而增大了对轴的压力，轴滑动时的摩擦力比常温下更大；随着介质压力增大，低温与室温下摩擦力差异减小。提出的3种优化方案都可在对密封性影响较小的前提下减小轴在工作过程中摩擦力，其中蓄能弹簧刚度的优化对于改善密封圈性能最为有效。