Page 66 - 《橡塑技术与装备》2022年8期

橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

闸阀用聚氨酯密封圈密封性能模拟研究

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王晓冬 1* , 孙奉阁 , 代志响 , 夏立强 , 张家舜 2
(1. 中港疏浚有限公司，上海 200000 ；
2. 山东科技大学机械电子工程学院，山东 青岛 266000)

摘要 ： 密封圈作为闸阀中防止泄漏和提高工作效率的重要元件，在闸阀技术的发展中，研究不同材料密封圈的密封性能具有
重要意义。本文通过 ANSYS Workbench 有限元软件模拟密封圈的工作过程，针对不同材料组合的密封圈和不同结构的密封圈的
密封性能进行分析。结果表明，当组合为 60A 和 85A 聚氨酯材料时，能够保证较小的摩擦应力以及较高的密封性能 ；而将倒角
优化成圆角，不仅可以降低接触应力的产生，还能稳定所产生的应力。
关键词 ： 密封性能 ；圆角 ；接触应力 ；有限元
中图分类号 ： TQ323.8 文章编号 ： 1009-797X(2022)08-0016-05
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2022.08.004

0 引言 本构模型所得到的曲线与拉伸曲线吻合度很高，可
密封件作为作为闸阀的核心部件，对系统正常工 以满足实际工程对密封圈的性能计算需要 [12] 。根据
作起着重要作用。密封技术的改进可以加强设备的可 Mooney 和 Rivlin 的研究，通常用应变能密度函数 W
靠性、增长使用寿命、降低能耗 [1] ，有效的密封可以 对弹性材料的应力 - 应变行为进行表征 [13~14] ：
防止介质泄漏，提高工作效率，减少故障失效。工作 W=W(I 1 ,E 2 ,E 3 )
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系统的寿命往往取决于密封件的使用寿命 [2] ，提高密 I 1 =λ 1 +λ 2 +λ 3
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封件使用寿命和改进密封结构已成为当前国内外闸阀 I 2 =λ 1 λ 2 +λ 2 λ 3 +λ 3 λ 1
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行业迫在眉睫的问题 [3~6] 。 I 2 =λ 1 λ 2 λ 3
针对上述问题，国内外学者对密封结构密封性能 式中 ： I i —— 各方向应变不变分量 ；
[7]
进行了大量研究与探索。Bertolet 、Galloway [8] 等对 λ i —— 各边的拉伸率 ；
密封的形式、材料、温度等领域做了专业性的研究 ； W—— 应变能密度函数。
Kim B [9] 等人通过有限元法采用 Mooney-Rivlin 模型， Rivlin 在 Mooney 的理论基础上，导出不可压缩
研究了密封圈的接触力大小与分布情况 ；北京航空航 材料的应变能函数 ：
天大学 Zhang Y [10] 等利用 ANSYS Workb-ench 研究 ∞
W = ∑ C mn I ( − ) 3 m I ( 2 − ) 3 n
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往复密封中所产生的工作应力分布以及密封圈失效机 m 0 == , n 0
理 ；王冰清 [11] 等利用 ANSYS 软件，分析了密封圈工 其中 C mn 为常数，且满足 C ∞ =0。取 C mn =0，则
W=C 10 (I 1 -3)+C 01 (I 2 -3)
作状态下的密封机理、密封性能，预测了其易发生失
式中 C 10 、C 01 —— 材料常数。本研究采用 Mooney-
效的具体部位。闸阀多用于疏浚工况，极易对密封圈
Rivlin 模型来描述聚氨酯密封材料的本构关系。
造成磨损进而影响使用寿命，而聚氨酯材料具有高耐
磨、寿命长等优点。因此，本文通过探究不同硬度聚
氨酯材质的密封圈对其密封性能的影响，再对比分析 2 有限元前处理
2.1 材料选用
不同结构密封圈的密封性能，从而对聚氨酯密封圈的
聚氨酯材料不仅具有非线性特征，而且应力松弛
推广应用提供理论依据。
1 有限元模型的建立 作者简介 ：王晓冬（1988-），男，本科，主要从事船舶疏
在 ANSYS 程序中，两个参数的 Mooney-Rivlin 浚设备的研究工作。
收稿日期 ：2021-12-27

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