(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111511857.6 (22)申请日 2021.12.07 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 (72)发明人 马建伟　李腾龙　叶涛　曹兴坤　 刘巍　贾振元　余武江　 (74)专利代理 机构 大连理工大 学专利中心 21200 代理人 关慧贞 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种具有表面功能结构的接触式静密封泄 漏率预测方法 (57)摘要 本发明一种具有表面功能结构的接触式静 密封泄漏率预测方法属于机械密封安全技术领 域， 涉及一种具有表面功能结构的接触式静密封 泄漏率预测方法。 该方法在密封副表 面设计制备 微槽结构改变密封副之间接触宽度， 成为一种具 有圆柱形表 面功能结构的新型接触式静密封副。 提出了密封副圆柱形表面功能结构接触压力分 布模型， 实现了圆柱形凸起表 面各位置接触压力 的求解， 得到了基于表面功能结构接触压力分布 的泄漏率预测模 型， 该方法实现了在一定工况下 密封副泄漏率的预测， 预测准确、 全面可靠， 可应 用于法兰、 垫片等静密封结构 的设计中， 能有效 提升接触式静密封结构的服役性能。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 114219142 A 2022.03.22 CN 114219142 A 1.一种具有表面功能结构的接触式静密封泄漏率预测方法， 其特征在于， 该方法通过 在密封副表面设计制备微槽结构改变密封副之 间接触宽度， 成为一种具有圆柱形表面功能 结构的新型接触式静密封副； 合理地规划密封副的尺寸， 有效调控其接触压力， 提高接触式 静密封副的密封性能； 再通过密封副总宽度与圆柱形表面功能结构几何参数之 间的关联关 系， 推导得到圆柱形凸起的单位长度载荷与接触压力分布规律， 虑及逾渗理论、 接触力学 理 论求解达到逾渗阈值的临界放大倍数， 进而得到密封副界面平均间隙， 结合有效介质法与 流体流动性质， 给 出一定工况下具有圆柱形表面功能结构的密封泄漏率预测方法； 方法的具体步骤如下： 步骤1： 圆柱形表面功能结构参数设计及 密封副接触压力求 解； 设计了一种新型密封结构， 通过在密封副表面设计制备微槽结构改变密封副之间接触 宽度， 成为一种具有圆柱形表面功能结构的新型接触式静密封副； 合理地规划设计密封副 的尺寸， 从而有效调控其接触压力； 此类密封结构由具有圆柱形表面功能结构的金属密封 副和平面 非金属密封副组成， 其中具有圆柱形凸起的金属密封副简化为圆柱形凸起与凹槽 的相切连接； 假设密封副总宽度为W， 圆柱形凸起数量为N， 相同几何参数下圆柱形凸起的最 大数量为Nmax， 圆柱形凸起的截面半径为R， 对应凹槽部分截面半径为r， 凸起与凹槽截面圆 心的连线与Y轴方向的夹角为 则凸起数量 N与接触宽度W的关系表示 为： 定义凹槽与凸起的半径比为 则凸起数量 N为： 考虑到最大凸起数量 Nmax应为整数， 对Nmax进行取整处理： 其中， 表示对Nmax向下取整； 由总载荷F与凸起数量 N得到单个圆柱形凸起对应载荷FN为： 则单个圆柱形凸起单位长度载荷fN为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114219142 A 2其中， L为密封副接触长度； 圆柱形凸起与平面之间的接触 状态判定系数α 为： 其中， 为光滑表面渗透系数， 为密封副材料有效杨氏 模量， E1,E2分别为密 封副材料的杨氏模量， v1,v2分别为两种材料的泊松比， hrms为表面均方 根粗糙度； 则圆柱形凸起 ‑平面接触 状态由判定系数α 进行判断： 因此圆柱形凸起与平面之间的接触压力P的分布规 律为： 式中， x为密封副截面方向上相对位置， γ≈0.4 为常数； 步骤2： 具有圆柱形表面功能结构的密封副界面平均间隙求 解 由逾渗理论得到界面相对接触面积A( ζ )/A0＝1‑pc， 其中pc为渗透阈值， 此时密封界面 刚好出现逾渗； 对于四方晶格， pc≈0.6， 则通过A( ζ )/A0≈0.4确定临界放大倍数ζ ＝ζc； 由Persson接触理论中相对接触面积与接触压力、 表面质量 等的关系可知： 式中， erf(…)为误差函数， q为波矢， q0为下截止波矢， C(q)为表面 粗糙度功率谱： 其中， <…>代表整体平均水平， h(x)为 粗糙表面的高度轮廓；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114219142 A 3