透鏡式密封圈是一種常見的金屬密封形式，然而在其設(shè)計方面美洲和歐洲標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異。在進行水下密封研究的過程中發(fā)現(xiàn)，大于6吋規(guī)格的透鏡墊產(chǎn)品幾乎不存在。在研究金屬密封原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合德國標(biāo)準(zhǔn)給出的設(shè)計方法，設(shè)計出了一種18吋的大直徑透鏡式金屬密封圈。通過有限元方法對其密封性能進行分析，結(jié)果驗證了該透鏡式密封圈的設(shè)計合理，且能安全使用。最后，給出了兩種實用的復(fù)合透鏡式密封圈使用的形式，能夠在滿足工作內(nèi)壓的基礎(chǔ)上兼顧水下環(huán)境的外壓要求。關(guān)鍵詞：金屬密封；透鏡密封圈；有限元分析；復(fù)合式密封圈�！続bstract】Metal lens-typed gasket is a frequently-used seal, but its design methods are different inASME and EN.There is no lens-typed gasket greater than 6" specifications when subsea seal is studied.Accordingto present design procedures in DIN2696 standard，the structure feature and parameters of a largediameter lens-typed metal gasket-18 are given on the basis of principle studied for metallic seal.The sealing property has been analyzed by means of finite element method, whose results illustrate that the design is reasonable and secure for common usage.Also，two kinds of multiple lens-typed gasket forms have been presented，which can seal the inner and outer pressure synchronously. Key Words：Metal Seal；Lens-Typed Gaskets；Finite Element Analysis；Multiple Gaskets。

  2 透鏡式密封圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計透鏡墊的側(cè)面呈圓弧狀，部分屬于工作密封表面。工作過程中，與密封圈相配合的上下法蘭受到軸向預(yù)緊力約束，密封圈被壓緊而發(fā)生彈性變形，通過變形產(chǎn)生的回彈力在兩接觸面之間產(chǎn)生接觸壓力，從而形成密封。密封性能取決于接觸壓力的大小，與預(yù)緊力、材料性能、密封面粗糙度等因素均有關(guān)。規(guī)范DIN2696 中給出了透鏡墊尺寸的設(shè)計方法，根據(jù)d2、d5、x 三個初始參數(shù)確定透鏡墊以及相配合法蘭的剖面尺寸[2]。規(guī)范中列出了6 吋以下各規(guī)格透鏡墊的具體參數(shù)，但對于其中的設(shè)計方法并未限制適用的尺寸范圍。結(jié)合18 吋法蘭內(nèi)徑di（已知）確定出透鏡墊設(shè)計所需要的三個初始參數(shù)，再按照規(guī)范中的設(shè)計方法計算得到其他尺寸。隨后，將通過有限元分析對這種大尺寸透鏡墊的設(shè)計效果進行驗證。18 吋法蘭的內(nèi)徑di定為387mm，然后按比例放大確定d2、d5、x 三個參數(shù)的值，設(shè)計模型如圖1 所示，計算過程和結(jié)果，如表1 所示。各參數(shù)含義，如表2 所示。表1 18 吋透鏡墊設(shè)計過程和結(jié)果。

  設(shè)計步驟計算公式和結(jié)果：

（1）確定法蘭結(jié)構(gòu)初始參數(shù)

di=387mm

d2=596 mm

d5=571 mm

x=48 mm

（2）計算半徑r

d′

D= di+d5 ! "

2 =479mm

r′= d′

D

2×cos70° =700.25mm

r 取與r′最接近的整數(shù)，有r=700mm

（3）計算dD dD=2×r×cos70°=478.83mm

（4）計算hD hD=x+ d5-dD

tan70° =81.55mm

（5）確定d1 d1 取di 最接近的整數(shù)，有d1=387mm

（6）計算h1 和h2

h1=hD+2×hb-2×ha=111.43mm

h2=hD+2×hb-2×hc=32.78mm

其中，ha=r- 1

2 × 4×r2-d2

姨 1 =27.53mm

hb=r- 1

2 × 4×r2-d2

姨 D =42.47mm

hc=r- 1

2 × 4×r2-d2

姨 2 =66.85mm