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大直径透镜式金属密封圈有什么特点?-惠诺油封
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来源:   发布时间:2021-01-17 16:40
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大直径透镜式金属密封圈研究
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3.透镜垫密封圈有限元分析
 
通过有限元方法对18时透镜垫密封圈和相配合法兰的工作状态进行模拟,分析二者的应力分布情况。由于法兰-密封圈系统是严格的轴对称结构,同时又关于密封圈中面呈镜像对称,因此可以只针对1/2径向剖面进行有限元分析,如图2所示。在提高建模效率的同时也大大节约了机时。模型中规定网格尺寸采用映射分网方法,接触面附近进行网格加密。
金属密封的工作原理决定了密封圈的硬度应略低于法兰,因此透镜垫和法兰材质分别选用316不锈钢和12Cr2Mo1/4-5] 。316不锈钢的弹性模量为(2. 0x105) MPa; 12Cr2Mo1属于低合金热强钢,弹性模量取(2. 06x105) MPa; 二者的屈服强度均为310MPa。创建密封面接触对时,透镜垫上的接触面选用CONTA172单元,法兰上的目标面选用
TARGE169单元。

大直径透镜式金属密封圈有什么特点?-惠诺油封(图2) 

模型内压为34. 5MP, 这一压力作用于密封圈、法兰内表面以及二者接触点的内侧。在法兰斜肩上施加6210kN轴向集中载荷,这一工作预紧力是根据ASME相关规定计算得到的6]  。鉴于模型的镜像对称性,限制密封圈中线竖直方向的位移。模型加载和边界条件情况,如图3所示。
18时透镜垫的应力分布情况,如图4所示。最大等效应力值是241. 5MP, 现在接触点附近。接触压力的大小决定了最终的密封效果,理论上当接触压力大于需要密封的压力时,就可以形成安全的密封。法兰和密封圈之间的接触压力是383. 0MP, 如图5所示。

大直径透镜式金属密封圈有什么特点?-惠诺油封(图3) 
大直径透镜式金属密封圈有什么特点?-惠诺油封(图4) 
4.透镜垫密封圈的扩展应用
水下密封在考虑内压的同时还需考虑随水深加剧的外压,复合式透镜垫密封圈应运而生,其在主体部分的标准透镜垫上增加了用于抵抗外压的非金属密封圈,具体结构有如种形式。轴向复合密封圈,如图6所示。轴向是指引入O型圈轴向密封。
对于如图6所示的轴向复合密封圈,其外伸凸沿的上下端面加工有环形凹槽,内置O型非金属垫圈,在外侧的轴向上形成次要密封。这种复合密封圈对于密封预紧力的要求非常严格,因为密封性能主要由初始的预压缩量决定,而预压缩量又取决于轴向密封预紧力的大小。工作过程中要求金属透镜垫与非金属O型圈的压缩量同时达到密封要求,不能产生将O型圈压缩破坏的情形。
径向复合密封圈是指O型圈与配合端面之间形成次要的非金属径向密封,如图7所示。该密封圈将标准透镜垫的外径加大而不改变内径和球面尺寸。此种结构对于密封圈的装配要求甚为严格,因为装配完成后0型圈的压缩量便无法改变,从而密封能力也随之确定。
这两种复合密封圈的典型应用,如图8、图9所示。
大直径透镜式金属密封圈有什么特点?-惠诺油封(图5) 
大直径透镜式金属密封圈有什么特点?-惠诺油封(图6) 
 
5结论

针对深水管道高温高压的工作特点,设计了18时金属透镜式密封圈的参数尺寸,并对其进行有限元分析探究工作应力的分布规律,结果验证了结构设计的正确性。
通过将密封圈扩展应用得到复合式透镜密封圈,在具备同等条件下标准金属透镜垫密封能力的同时兼

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