石墨环与静环座之间为过盈装配，这一设计可以有效保证二者之间的密封，但装配应力会引起石墨环变形，可能导致石墨环与动环之间的接触面减小或接触压力分布不均，影响密封的可靠性。

为研究过盈量变化对静环组件应力分布、接触压力及上端面轴向变形影响，采用加工公差范围内不同的过盈量，对静环组件装配后状态进行静力学分析，其中过盈量分别设置为0.085 mm，0.107 5 mm及0.13 mm，计算得到的部分结果如图3和图4所示。

对于不同过盈量，静环组件的应力最大值均出现在静环座上沿的环状区域中、石墨环的最大轴向位移均出现在其内表面上端附近的环状区域，并且均随着过盈量的增大而增大。石墨环上端面与静环座外沿上端面变形内环均高于外环；在0.13 mm最大过盈量下，石墨环上端面高度差为7.2 μm。

图3 不同过盈量下的结构等效应力/MPa
Fig.3 Von Mises stress distribution at different fit tolerances

图4 不同过盈量下的结构轴向变形/mm
Fig.4 Axial strain at different fit tolerances

静环座底部沿周向均匀设置8个支撑弹簧，用于使动静环接触并预紧：一方面，离散布置的8个弹簧支撑力沿静环座和石墨环达到密封端面，可能使密封压力分布均匀性较差；另一方面，弹簧支撑刚度偏差会使动静环之间初始密封比压分布偏斜，进而影响密封性能。根据弹簧设计要求，其刚度偏差允许有±9%范围内的波动，因此计算模拟的最恶劣工况为密封面的一二象限弹簧刚度正偏差9%，三四象限弹簧刚度负偏差9%。弹簧刚度均匀的情况下，动静环密封端面的压力分布较为均匀，最大压差0.036 MPa，如图5(a)所示。由于8根弹簧沿周向均匀支持静环座外沿下端面，所以接触压力的极值点也是沿1/8周长均匀分布。而弹簧刚度偏差极限情况下，接触压力分布均匀均匀性较差，石墨环上端面最大接触压力差值0.098 MPa，已经超过了最小压力值的50%，如图5(b)所示。因此可以认为，支撑弹簧刚度分布不均是影响密封组件密封性能的故障模式之一。

图5 弹簧刚度偏差对密封比压的影响/MPa
Fig.5 Influence of spring stiffness on sealing pressure distribution/MPa

在密封组件泄漏率检查的过程中，气检压力作用会使整个结构的变形和应力分布发生变化，进而对密封副的密封性能产生一定影响。计算的边界条件为对受密封压力的面施加对应的压力，如图6所示，密封端面上的密封比压分布计算结果如图7所示。

图6 施加气检压力位置
Fig.6 Schematic diagram of checking pressure position

图7 气检压力对密封比压的影响/MPa
Fig.7 Influence of checking pressure on sealing pressure distribution/MPa

对比无气检压力与0.5 MPa气检压力下端面密封计算结果发现，无气检压力时，端面密封压力分布近似呈“马鞍形”，这主要是由于动环轴套与动环之间的传力是通过对称分布的2个支耳，装配压力传递过程引起动环变形造成；通入0.5 MPa气检压力后，密封端面接触压力增大，使得刚度小的石墨环变形量增大进而使得端面密封压力分布特性得到了改善，另外静环座肩部由于受到不平衡的轴向力发生变形，使得静环组件上翘，造成外高内地的环形压力分布。

同时考虑石墨环装配过盈量与气检压力条件下的密封比压分布计算结果如图8所示。由图8可知：无气检压力下，端面密封压力分布变成了“双月牙形”，压力分布均匀性差，存在大比例的低压力区；通入0.5 MPa的气检压力后，压力分布有一定改善、且同样呈圆环形分布。可以看出，对于静环组件过盈装配0.13 mm后，气检过程中，有效密封的面积比较低。

图8 同时考虑气检压力与石墨环装配过盈量（0.13 mm）对密封比压的影响/MPa
Fig.8 Influence of checking pressure and fit tolerance of graphite ring on sealing pressure distribution/MPa