[发明专利]浮封应力松弛漏油寿命预测方法及长效密封浮封装置

摘要

本发明公布一种浮封粘弹性漏油寿命预测方法及长效密封浮封装置。浮动油封结构主要由浮封座、浮封环和O型圈组成，长期使用时受橡胶O型圈应力松弛和摩擦损伤影响会产生漏油现象。为解决该问题，本发明提出一种浮动油封应力松弛漏油寿命预测方法，并针对该问题在浮封环与O型圈及浮封座与O型圈之间分别垫衬内外聚四氟乙烯（PTFE）衬圈，并在外PTFE衬圈与浮封座制件加装若干个压力补偿恒压弹簧，进而解决由O型圈摩擦损伤和橡胶应力松弛引起的漏油现象。

主权项

1.一种浮封应力松弛漏油寿命预测方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)、确定所用浮动油封结构在实际工况条件下对O型密封圈所要求的有效密封载荷值F_x；(2)、根据三单元广义Maxwell模型，在保持应变ε₀不变的条件下，应力应变关系表达为式中，τ_i为Maxwell单元中粘壶对应的松弛时间，G_i为广义Maxwell模型中每个弹簧所对应的弹性模量，取i＝1，2，3；得出在O型圈在松弛过程中，因保持浮封座间距离不变，故设定O型圈与浮封座的接触面积A保持不变，即应变保持恒定，其中ΔΦ＝Φε₀为O型圈的径向压缩量，Φ为O型圈直径；同时设O型圈周向应力σ(t)均匀，对上述公式两边同时乘以AΦ可得即令Aσ(t)＝F，上式变为即式中是与O型圈几何形态相关常数，F为载荷变量，x为时间变量，t_i(t₁,t₂,t₃)为松弛时间；(3)、将浮封结构置于万能试验机上进行应力松弛实验，即保证上下浮封座间的距离不变，则测得压力随时间的变化关系曲线；用该公式在Origin软件中做参数拟合，得该浮封结构的O型圈的相关参数C_i(C₁,C₂,C₃)和t_i(t₁,t₂,t₃)；(4)、根据拟合求解值，即C_i(C₁,C₂,C₃)和t_i(t₁,t₂,t₃)，将其带入公式(6)，即通过带入任意时刻t_i，计算得到任意时间载荷的变化情况；若在某一时刻，载荷F≤F_x，则认为密封压力过低，进而预测确定该时间为O型圈因应力松弛而发生漏油的寿命；(5)、通过预测，对浮动油封在达到最低漏油寿命之前提前对油封结构进行改进；(6)、若有效密封载荷值为F_x，选用恒压弹簧，为保证O型圈周向受力的均匀性，选用弹簧数目n不少于6个，保证每个恒压弹簧压力要求为(F_x+Δ)/n，其中Δ为常数；(7)、在上、下浮封座(2、3)分别与上、下O型圈(4、5)接触部位，沿周向根据恒压弹簧数量n加工相应凹陷孔，用以安装上、下压力补偿恒压弹簧(12、13)，同时在上、下浮封座(2、3)分别与上、下O型圈(4、5)接触部位沿周向加工环形凹槽，安装上、下PTFE外衬圈(8、9)；(8)、在上、下浮封环(6、7)分别与上、下O型圈(4、5)接触部位沿周向加工环形凹槽，安装上、下PTFE内垫圈(10、11)。