[发明专利]一种基于复合泄漏通道模型的密封表面泄漏率预测方法

说明书

本发明公开了一种基于复合泄漏通道模型的密封表面泄漏率预测方法。对密封表面划分区域并进行建模处理获取密封表面每个区域的粗糙峰统计参数；对密封表面的区域进行泄漏通道的建模，根据区域的粗糙峰统计参数将泄漏通道划分为三角形通道和梯形通道两种形式，再根据泄漏通道形式处理获得泄漏率；由各个区域的泄漏率综合处理获得密封表面的总泄漏率。本发明将O型圈与密封表面间的泄漏通道划分为三角形通道和梯形通道两种形式并融合处理，充分反映了密封表面形貌特征对通道形式及泄漏率的影响，提高了泄漏率预测的准确性。

技术领域

本发明属于O型圈静密封领域的一种泄漏预测方法，具体涉及一种基于复合泄漏通道模型的密封表面泄漏率预测方法。

背景技术

O型圈密封作为最常见的密封形式之一，其目的是防止液体或气体介质的泄漏和损失。因为O型圈安装简单、方便以及所需安装空间小，并且只要结构设计和材料选择合理，在许用工况下O型圈就可以在系统中起到长期密封的效果，因而O型圈密封被广泛应用于各类机械产品和装备的密封结构中。

O型圈密封结构采用O型弹性橡胶圈辅助密封，O型圈在压紧力的作用下可以一定程度上填充与粗糙密封表面间的间隙，进而提高密封可靠性。即使如此，在微观层面O型圈与密封表面间仍难以完全贴合，未发生接触的区域有可能形成一个贯穿系统的空隙，密封介质沿这个空隙流出则构成了泄漏，而这个构成泄漏的空隙可称为泄漏通道。为了实现O型圈密封结构的性能预测及高精度设计，进而提升产品和装备整体的安全性、可靠性和环境保护等方面的性能，对O型圈与密封表面间静密封泄漏率的定量计算是十分必要的。

目前对O型圈密封泄漏率的计算方法，大多集中于从微观层面对密封界面流体的泄漏通道进行建模描述，进而对通道泄漏率进行求解。经典的Roth密封泄漏模型以三角波的形式定义了密封表面间泄漏通道的剖面，并在此基础上发展出了基于正弦曲线的螺旋槽特征泄漏通道模型以及基于分形几何描述的余弦波泄漏通道模型等，结合不可压缩粘性流体层流流动理论，实现了对O型圈与密封表面间泄漏率的求解。此外，还有一些方法基于逾渗理论从多个尺度建立接触拓扑和泄漏率间的关系，这对静密封机理的揭示有重要贡献，然而对于泄漏率的工程计算缺乏一定的适用性。

综上所述，现有的O型圈静密封泄漏率预测方法主要采用单一几何体来近似描述泄漏通道，这虽然简化了泄漏率的计算过程，但难以全面反映密封表面特征对泄漏率的影响，难以在实际中有效指导工程应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于复合泄漏通道模型的密封表面泄漏率预测方法，该方法将O型圈与密封表面间的泄漏通道划分为三角形通道和梯形通道两种形式并复合融合处理，充分反映了密封表面形貌特征对通道形式及泄漏率的影响，提高了O型圈静密封泄漏率预测的准确性，可用于O型圈密封结构的性能预测及高精度设计，具有较好的工程实用价值。

本发明创造的具体技术方案如下:

S1、对密封表面划分区域并进行建模处理获取密封表面每个区域的粗糙峰统计参数；

所述的密封表面具体是针对金属粗糙表面和O型圈表面之间的密封面。通常的O型圈为橡胶材料。

S2、对密封表面的区域进行泄漏通道的建模，根据区域的粗糙峰统计参数将泄漏通道划分为三角形通道和梯形通道两种形式，从而使得整个密封表面形成三角形通道和梯形通道两种形式的复合泄漏通道模型，再根据泄漏通道形式处理获得泄漏率；

S3、由各个区域的泄漏率综合处理获得密封表面的总泄漏率。

所述步骤S1具体为：

S11、将密封表面划分为多个区域，根据预先测量获得的密封表面每个区域的均方根粗糙度σ和自相关长度β，采用基于自回归时间序列的数字滤波方法建立以高斯分布函数和指数自相关函数描述的每个区域的轮廓数值模型；