基于主动压力补偿的高压大尺寸主驱动密封与零泄漏特性研究

摘要

竖井全断面掘进机在掘进作业时可能会穿越富水岩层，其主驱动系统将面临突发涌水导致的高围压载荷冲击，对系统密封可靠性提出了严苛要求.本文提出基于主动压力补偿的新型主驱动密封方法，结合逾渗理论和统计学接触模型提出零泄漏密封评价方式，建立了微观与宏观尺度密封结构模型，开展了不同补偿压力和外部载荷作用下的水介质密封特性试验研究，揭示了外腔压力与补偿压力共同作用下的密封性能演变机制.结果表明，考虑接触表面微观形貌对密封的影响，实现零泄漏密封需接触面间发生有效接触，接触应力突破逾渗阈值后开始产生密封效果，且密封能力随接触应力的增加而提高；在较高围压下，新型主驱动密封结构表现出较好密封能力，在补偿压力为7 MPa时密封压力最高可达1.95 MPa；同时，分析显示接触面滑移与基体下沉作用对密封效果影响显著，实践中预先进行压力补偿可以有效提高密封性能.

关键词

压力补偿 / 组合密封 / 密封试验 / 逾渗理论 / 数值仿真

基金资助

国家重点研发计划资助项目（2021YFB3401500）