水下卡箍连接器金属密封圈的结构对密封性能影响很大。为得到最优的密封圈结构尺寸,通过有限元静力学分析及优化模块,分析金属密封圈所受的接触应力与结构参数之间的关系。结构优化以法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度为设计变量,最大接触应力和最小法兰轴向力为目标函数,密封圈最大等效应力为约束变量,建立水下卡箍连接器的多目标优化模型,并使用响应面方法对其进行优化,得到多目标优化下密封圈最佳的尺寸组合。结果表明:在法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度4个参数中,法兰锥面倾角对密封圈所需轴向力影响最大,角度越小,密封圈所需要的轴向力越小;优化后的密封圈在同样接触应力时,最大等效应力降低7.7%,法兰轴向力降低37.3%。可见在密封相同压力下,优化后密封圈需要的轴向力更小,因而使用寿命更长。

胶筒的密封性能对于封隔器等水下设备来说极为重要,而胶筒的截面形状是影响胶筒密封性能的重要因素之一。一般来说,胶筒的上端与下端受到的约束条件并不相同,并且在密封性能方面,胶筒上端接触压力更大,且胶筒的各个结构参数相互影响。因此建立综合考虑胶筒上端厚度与倒角角度的二维数值模型,以外筒内侧受到的应力为优化目标,引入防肩突变量作为防止肩突发生的约束条件,利用响应面优化方法结合多目标遗传算法,对胶筒的端面厚度和角度进行优化。结果表明:在有限元仿真中,防肩突变量可有效地反映出胶筒在挤压过程中是否出现的肩突情况;在优化过程中加入防肩突变量进行约束,可避免得到产生肩突的胶筒结构参数值。优化得到了胶筒上端厚度比下端厚度大的胶筒截面结构,其密封性能比传统的胶筒截面结构更有优势。提出的不对称胶筒截面形

一种可以实现水下连接角度补偿的球形法兰连接器采用O形圈作为主要的密封元件,位于球面上的密封槽通过影响O形圈的伸长率和压缩率来实现密封效果。槽宽b与槽深h是密封沟槽的主要尺寸,在满足球面沟槽设计准则的前提下,对O形圈球面密封沟槽的尺寸进行了设计计算。基于标准沟槽与球面沟槽体积大小一致的原则,确定了球面密封槽的具体尺寸。密封圈沟槽的尺寸设计主要改变了O形圈的压缩率大小。通过研究压缩率对O形圈密封效果的影响可以确定,17.6%左右的压缩率能够使密封圈的密封效果达到最佳。