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  透镜式密封圈是一种常见的金属密封形式，然而在其设计方面美洲和欧洲标准存在较大差异。在进行水下密封研究的过程中发现，大于6吋规格的透镜垫产品几乎不存在。在研究金属密封原理的基础上，结合德国标准给出的设计方法，设计出了一种18吋的大直径透镜式金属密封圈。通过有限元方法对其密封性能进行分析，结果验证了该透镜式密封圈的设计合理，且能安全使用。最后，给出了两种实用的复合透镜式密封圈使用的形式，能够在满足工作内压的基础上兼顾水下环境的外压要求。关键词：金属密封；透镜密封圈；有限元分析；复合式密封圈。【Abstract】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 透镜式密封圈的结构设计透镜垫的侧面呈圆弧状，部分属于工作密封表面。工作过程中，与密封圈相配合的上下法兰受到轴向预紧力约束，密封圈被压紧而发生弹性变形，通过变形产生的回弹力在两接触面之间产生接触压力，从而形成密封。密封性能取决于接触压力的大小，与预紧力、材料性能、密封面粗糙度等因素均有关。规范DIN2696 中给出了透镜垫尺寸的设计方法，根据d2、d5、x 三个初始参数确定透镜垫以及相配合法兰的剖面尺寸[2]。规范中列出了6 吋以下各规格透镜垫的具体参数，但对于其中的设计方法并未限制适用的尺寸范围。结合18 吋法兰内径di（已知）确定出透镜垫设计所需要的三个初始参数，再按照规范中的设计方法计算得到其他尺寸。随后，将通过有限元分析对这种大尺寸透镜垫的设计效果进行验证。18 吋法兰的内径di定为387mm，然后按比例放大确定d2、d5、x 三个参数的值，设计模型如图1 所示，计算过程和结果，如表1 所示。各参数含义，如表2 所示。表1 18 吋透镜垫设计过程和结果。

  设计步骤计算公式和结果：

（1）确定法兰结构初始参数

di=387mm

d2=596 mm

d5=571 mm

x=48 mm

（2）计算半径r

d′

D= di+d5 ! "

2 =479mm

r′= d′

D

2×cos70° =700.25mm

r 取与r′最接近的整数，有r=700mm

（3）计算dD dD=2×r×cos70°=478.83mm

（4）计算hD hD=x+ d5-dD

tan70° =81.55mm

（5）确定d1 d1 取di 最接近的整数，有d1=387mm

（6）计算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