深海特殊大压力环境给传统密封零部件的应用带来前所未有的挑战,压力平衡密封技术作为一种重要的深海密封方案,为深海密封问题提供了新的解决思路。活塞压力平衡器将深海压力引入密封对象内部,可减小深海密封件内外压差,改善传统密封件工况条件。活塞压力平衡器要求活塞组件在深海大压力下密封可靠,对深海压力变化响应迅速,这对现有的活塞密封技术提出更高要求,本文对此从以下几个方面展开研究:(1)提出一种新型深海活塞密封结构,以星形密封圈搭配聚四氟乙烯滑环为主密封,以迷宫密封为前置辅助密封,并拟定相关设计参数;建立主密封接触应力模型,提出了密封判定条件,为后续主密封性能验证及活塞压力平衡器工作特性研究奠定基础。(2)根据主密封结构与实际工况条件建立有限元模型,通过仿真计算得出压缩率、内外压差、滑环厚度及星形圈直径对主密封接触应力及Von—Mises应力影响;提取接触线节点应力值,研究密封界面接触宽度变化规律;利用正交试验分析压缩率、聚四氟乙烯滑环厚度及星形状圈直径对密封性能的影响程度。(3)运用CFD(计算流体力学)对迷宫辅助密封结构在密封边界条件下进行仿真分析,研究密封间隙、梳齿厚度及密封腔深宽比对辅助密封性能的影响,得出迷宫密封参数对密封性能影响规律,为迷宫密封的设计提供参考依据。(4)基于主密封设计,建立两自由度质量—弹簧—阻尼系统,研究活塞爬行产生机理;建立活塞压力平衡器静态平衡方程,研究主密封各参数对启动压力的影响;建立了压力平衡器随海水深度变化的动态平衡方程,研究初始状态下活塞位移、速度、及平衡器内外压力的变化规律。