旋转尾管悬挂器轴承密封圈的有限元分析及结构优化*

张 满 李伟青 齐晓晨

(中国地质大学(北京)工程技术学院 北京 100083)

轴承是旋转尾管悬挂器的关键部件。在旋转尾管固井过程中，该轴承需要在高载荷、高温、高压、泥浆环境下进行旋转，属于在特重载荷和极端恶劣工况下工作的特种轴承。在如此恶劣的条件下工作，如果轴承密封不严，泥浆及其他杂物将进入轴承中，将加速轴承的磨损，并影响其性能和寿命，从而造成旋转尾管悬挂器不能顺利工作[1]。旋转尾管悬挂器轴承的密封结构属于接触型密封，接触型密封圈包括O形和唇形密封圈。其中，Y形密封圈因为其密封性好，磨损能力强且工作稳定，更适合用于旋转尾管悬挂器轴承的密封。通过设计Y形密封圈的最优尺寸参数，增强密封圈的密封效果，这对轴承的密封具有积极意义。

本文作者根据该类轴承的结构特点和工况，设计了一种Y形密封圈，并对密封圈的尺寸参数进行优化设计，这对轴承的密封具有积极意义。

通常密封圈的尺寸参数是利用经验设计得来的，而这很难使密封圈的各个尺寸参数达到最优值。而通过实验方法对密封圈进行优化，成本是非常高的。目前对于密封圈的优化大多采用基于有限元的方法，通过正交试验获得各个参数对密封性能的影响，进而对密封圈进行优化[2-5]，而这种方法的试验次数少，需要设计安排试验。而使用有限元方法进行密封研究，充分利用了计算机技术，能够使效率更高，结果更精确。BELFORTE等[6]利用有限元技术，对气动执行机构活塞的弹性体密封截面进行了优化；……