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由于井下工作环境非常恶劣,因此密封失效引起泄漏、密封圈提前失效等情况在石油钻井过程中时有发生,所以为了能够给后期密封圈优化打下良好基础,就需要先分析密封圈的密封特性。本文开始先将多工况、材料硬度、结构参数以及初始压缩量对滑环式组合密封圈密封特性的影响规律进行了分析,并总结了有关规律及结论;然后,通过实验对密封圈进行了磨损分析,并分析了磨损量对密封圈密封性能的影响;在密封特性分析的基础上,通过对滑环式组合密封圈的结构参数进行优化,以提高其密封性能。基于以上所述,本文主要在下列几方面对滑环式组合密封圈进行了研究:1、根据滑环式组合密封圈自身结构组成及各组成部分的结构特点,研究了其密封结构以及密封机理。2、利用软件ANSYS进行了有限元分析,计算得到滑环式组合密封圈主密封面的接触压力分布,并研究了密封圈初始压缩量、工况参数、材料参数以及部分结构参数单个因素对滑环式组合密封圈密封端面接触压力的影响规律。3、对滑环式组合密封圈进行试验研究,搭建密封圈磨损试验台架,通过实验观察滑环式组合密封圈的磨损实际情况,并分析了磨损量对滑环式组合密封圈的性能影响。4、基于响应曲面法对滑环式组合密封圈进行结构优化,将正交实验设计中确定的滑环厚度、下陷深度、滑环下圆角及润滑槽宽度作为设计变量,将主密封面接触压力与泄漏量作为优化目标,通过Box-Behnken实验设计方法建立了响应面模型,得到了参数间交互作用对其密封性能的影响,基于F检验、变异系数、复相关系数对模型进行评估从而验证了该模型的可行性。5、通过回归模型进行寻优处理,获得滑环式组合密封圈的优化结构参数组合,对优化前后滑环式组合密封圈的性能进行了对比分析,结果表明,密封性能得到有效改善。密封端面最大接触压力降低了 5.7092MPa;主密封面最大接触压力降低了 6.4059MPa,密封泄漏量降低了 29.5627x10-3mm3/s,接触压力分布更为均匀。