Page 94 - 《摩擦学学报》2021年第4期

第 4 期 吴杰, 等: 干气密封推环用弹簧蓄能密封圈工作特性研究 537

峰值接触压力将逐渐增大，而外唇口一侧将有所减小.
Spring seat
无台结构C形圈的峰值接触压力：内唇口分别为
20.50、 20.70和 21.35 MPa， 外 唇 口 分 别 为 20.30、
19.66和19.03 MPa；有台结构C形圈的峰值接触压力：

Spring energized seal ring 内唇口分别为19.65、18.92和20.49 MPa，外唇口分别
为20.17、19.94和19.46 MPa. 两类密封圈在密封面上
的峰值接触压力均远大于介质压力，实现了对介质的
密封. 因为介质压力对C形圈产生了二次压缩，因此弹
Push ring
簧蓄能密封圈的压缩率不宜过大. 较大的预压缩率使
R 密封面的接触宽度增加，增大了密封圈对推环的摩擦

力，影响推环以及补偿环的浮动性.

0 3.2 介质压力对密封性能的影响
Z

Fig. 8 Simulation calculation model of spring energized seal 为了研究介质压力对密封性能的影响，预压缩率
in working conditions 保持在5%，改变介质压力，得到如图12所示的弹簧蓄
图 8 蓄能密封圈工况模拟模型 能密封圈的内外唇口密封点的峰值接触压力和接触

宽度的变化情况.
为中心向两侧逐渐增长. 预压缩率3%时，接触压力类 由图12可见，随着介质压力增大，两唇口的峰值
似抛物线分布，但随着预压缩率的增长，接触压力的 接触压力和接触宽度均有较大幅度的增长，介质压力
峰值逐渐向介质一侧靠近. 接触宽度随着预压缩率的 大于9 MPa后，接触宽度增长趋势逐渐减缓. 这表明两
增大而增加，有台结构C形圈在两唇口密封面的接触 种弹簧蓄能密封都具有自紧密封特性，即使介质压力

宽度大于无台结构. 增大，仍能保证密封作用. 对比两种弹簧蓄能密封圈
总体上，随预压缩率增大(ε=3%、5%、7%)，内唇口 在不同介质压力下峰值接触压力和接触宽度的变化，

0.955E+09 0.170E−03
0.849E+09 0.151E−03
0.742E+09 0.132E−03
0.636E+09 0.113E−03
0.530E+09 0.945E−04
0.424E+09 0.756E−04
0.318E+09 0.567E−04
0.212E+09 0.378E−04
0.106E+09 0.198E−04
164 8.34 0
(a) Von Mises stress/Pa (b) Displacement/m
0.512E−06
0.455E−06
0.398E−06
0.341E−06
0.284E−06
0.227E−06
0.171E−06
0.114E−06
0.569E−07
0
(c) Contact penetration/m

Fig. 9 The stress，displacement and contact penetration nephogram of the spring energized seal ring
without a boss (ε=5%，P=9 MPa)
图 9 无台弹簧蓄能密封圈的应力、位移和接触渗透分布图(ε=5%，P=9 MPa)