为了更合理地提高密封件的安装和压紧的准确性,研究了橡胶变形与载荷之间的关系,建立橡胶与载荷的理论模型,并利用ANSYS建立某球型密封中V型橡胶圈的有限元模型,对接触表面施加不同的载荷,分析橡胶圈在不同面上的变形情况。结果表明,Mooney-Rivlin模型中材料常数C1,C2对变形的影响较小。载荷的变化对胶圈侧表面上的位移变化影响较大,对胶圈上表面的位移变化影响较小,在这种小位移变形下,载荷与位移的关系可以看成线性关系,通过最小二乘法拟合出载荷与位移的关系式,能够更加直观地反应载荷对胶圈在径向方向上的影响,为该密封件的安装和压紧提供理论依据,同时通过仿真分析结果验证了该理论模型的正确性。

连续管旋转接头可实现高压动密封功能,该结构的密封元件由多个V型橡胶圈构成。连续管旋转接头密封性能不稳定、V型圈寿命低等问题制约了连续管正常作业,易出现重大安全隐患。采用有限元法,研究了V型橡胶圈材料性能、摩擦因数、工作介质压力等参数对密封性能的影响。研究结果表明:V型圈在介质压力作用下能够形成稳定可靠的密封;V型圈密封副的摩擦因数以及材料硬度对密封性能和摩擦磨损性能有显著影响,聚氨酯和丁腈橡胶材料硬度相同,均为85 HA或90 HA。适当降低密封副的摩擦因数,可提高V型橡胶圈的密封性能和摩擦磨损性能;V型橡胶圈在10 MPa以上介质压力作用下变形达到稳定,轴向压缩量在0.9~1.0 mm。研究成果可为连续管旋转接头方案设计提供一定的指导意义。