密封机制设计的密封系统的密封机制如2，3所示。在低压时，A区密封环05装配时因环04、06的预紧力而向外突出，工作时容器2与密封本体端面基本贴合，初始轴向压紧力使密封环05再次产生弹性变形并紧密贴合在容器2上，从而在低压时起到密封作用；B区密封环02、03在装配时有一定预紧力，从而产生弹性变形并贴紧间隙形成密封。随着压力的迅速升高，在气体的作用下，间隙尺寸变大，当压力达到一定程度时（3），A区环06产生径向膨胀，同时密封环05也有相应形变，推动钢环04径向膨胀并产生轴向位移，使环04类似于三角环向缝隙处进行自紧式楔入，压力越大，楔入越紧，密封效果越好。此时主要受力如4所示，环04刚开始时承受的压力主要由环05传递，在环04与环05之间有一定空间（空间1和空间2），但由于没有气体流入所以压力不大。压力继续升高时，各环之间以及各环与其它构件间由于压力引起变形从而产生一些微小缝隙，这使密封系统形成迷宫式密封，从而产生较强的压力降。因此，当气体流至空间1时，压力降已很大，难以形成泄漏，此时环04的受的压力一方面由环05继续传递，另一方面空间1、2有气体流入从而给环04一定压力。同理，环05、06之间也将有相应的压力升高。当压力达到*高并下降时，迷宫的机制仍起作用，使空间1、2的压力下降滞后于容器内压力，因此，环04会一直紧密贴合，从而在整个工作期间持续有效密封。

　　对于B区，首先B区与容器2的轴向距离较长，气体通过缝隙时已有一定压力损失，在气体压力的作用下，密封环03推动环02轴向运动并使钢环01进行自紧式轴向楔入。这类结构技术较成熟，本文不再详述。

　　材料及关键尺寸的选取材料及关键尺寸的选取要保证密封系统工作时达到上述状态并有足够可靠性，因此在选取材料及尺寸前必须进行受力分析和强度分析。由于结构上的限制，显然A区各环的径向变形较大，B区的结构较成熟，各环以轴向运动为主，变形量较小，所以本文主要分析A区。

　　受力分析受力分析主要由钢环04承封径向高压气体，所以主要分析环04的径向受力。当达到一定压力时各环开始克服摩擦力和自身的变形抗力产生弹性变形，密封环06、05推动钢环04产生径向变形，同时环04由于结构上的限制向容器2方向做轴向运动。假设环04为很短的薄壁圆环，其受力如4所示，在钢环与容器2端面未贴合且环05未产生变形并形成缝隙时，环04沿径向单位面积上的受力关系为：F1=f1cosα+F4sinα+F′（1）式中：F1为气体通过环05、06克服其变形抗力和摩擦力后作用在环04上的压力；F4为斜面对环04的反作用力；f1为斜面对环04的摩擦力；α为楔角；F′为环04的变形抗力，且有F′=2dEA1/D2e（2）式中：d为径向变形量，E为环04沿圆周方向的弹性模量，A1为环04的示形状截面积，D为环04的内径，e为环04的轴向厚度。

　　当压力继续升高，环04与容器2贴合后，容器内压力大于两容器缝隙的初始轴向压紧力时，环05产生变形，空间1、2有气体流入，此时气体对环04的径向压力应为通过环05的作用力F1和空间1、2气体的作用力F2、F3之和，大小可由压力差和面积求出。径向受力关系为F1+F2+F3=f1cosα+F4sinα+F′+f2（3）式中：f2为贴合后容器2表面对环04的摩擦力。

　　密封环的选取系统要求密封环05、06的弹性较大，在容器内压力较高时变形并产生缝隙，形成迷宫，内外压力差有限，不承受太高压力，但由于要产生变形并位移，所以要有一定润滑性能。本文通过对各种常见密封材料的分析比较，选用聚四氟乙烯材料，该材料具有足够强度和弹性且具有自润滑性能，并有标准规格，可以直接购买，且价格不高。本文工况下选用直径为<4～<5mm的聚四氟乙烯材料。如果工况要求耐油性能好，也可以采用丁腈橡胶代替。

　　钢环的选取钢环04的选取相对困难，其*大的矛盾在于：钢环要产生弹性变形才能起到良好的密封效果，应选取弹性模量较低的材料，这也有利于降低冲击应力，但这类材料往往许用应力也较低；如果一味增加钢环的厚度以满足强度要求，将难以保证钢环在特定压力下的合理弹性变形，从而起不到密封作用；而厚度不够会引起钢环破裂或发生变性不能复原，无法重复使用。所以选取钢环时应保证其*大总变形量和承受的*大剪切力在弹性范围内。

　　钢环材料的选取选取范围为常用密封材料和弹性较好的钢材。经过比较筛选，使用两种材料：一是优质合金钢PCrNi2MoVA；二是钢结硬质合金R5，其强度很高且弹性满足要求，润滑性能、加工性能和经济性能等都比较好。在本文高压条件下，使用PCrNiMoVA可靠性更强。为保证润滑性能，钢环与密封本体的接触面应尽量光滑。

　　闭气性分析如果设计能满足上述合理变形的条件，即环04和容器2贴合时，容器内压力不高于容器2作用在环05上的初始轴向压紧力，环05不会产生轴向变形，因此密封系统应为零泄漏，无需进行气体泄漏量计算。但是，由于环05材料为聚四氟乙烯，弹性较大，而且由于尺寸公差及其它或然因素，使每次工作时的初始轴向压紧力和间隙尺寸也存在或然性，因此在压紧力较小而间隙尺寸较大的条件下，环05可能在环04与容器2贴合前产生轴向变形并形成缝隙，此时会在极短时间内产生少量气体泄漏，一般情况下可以忽略。如确需进行泄漏量计算时可采用迷宫式密封的有关理论方法。

　　实验验证首次试验采用该结构的密封系统在容器内压力为180～190MPa的条件下，钢环已产生塑性变形，能有效进行气体密封但无法重复使用。稍加改进后，共进行了5次试验，累计工作32次，容器内*大压力40513MPa，平均压力29911MPa，从未发生任何故障，密封本体与两容器的各接触间隙处均未发现气体泄漏，证明这种组合自紧式密封系统有效可靠，成功地解决了此类特殊工况的密封问题。