高壓星形密封圈的密封性能分析

王冰清，余三成，孟祥鎧，李 勇，李紀云

（1.浙江工業大學過程裝備及其再制造教育部工程研究中心，浙江杭州 310032；2.上海航天控制技術研究所，上海伺服系統工程技術研究中心，上海 201109）

1 前言

星形密封圈由O形密封圈演變而來，是一種具有四唇密封截面的密封元件，因形狀類似字母“X”又稱為X形密封圈。與O形圈相比，星形密封圈的摩擦系數低、抗扭轉效果好，密封唇間形成了潤滑容腔，適合應用于流體機械的動密封場合［1,2］。

在高壓（＞10 MPa）條件下，為避免星形密封圈因流體壓力作用被擠入溝槽間隙而引發密封失效的危險，可通過加矩形擋圈來緩和密封圈的應力集中。目前國內外學者對往復密封系統用星形圈的研究主要集中在無擋圈方面，而關于帶擋圈的星形密封圈的研究較少［3～11］。雖然在工程實際應用過程中通過施加擋圈提高了星形密封圈在高壓條件下的密封使用壽命，但由于缺乏對加擋圈密封結構的密封機理等方面的準確了解，在一些極端工況下密封圈依然存在著撕裂破壞和磨損失效的現象。

本文利用ANSYS軟件研究不同流體壓力、預壓縮率和摩擦系數下，帶聚四氟乙烯擋圈的丁腈橡膠星形密封圈的靜、動態密封性能及其演變規律。從而揭示加擋圈的星形密封圈的密封機理和密封性能，并判定其易發生失效的部位，以期為往復機器用密封系統的結構設計提供理論指導。

2 有限元模型

2.1 幾何模型

圖1所示為帶擋圈的星形密封圈的結構及其有限元二維軸對稱仿真模型，主要由擋圈、星形圈和活塞桿3部分組成；……