现代机械碳材料正在广泛应用,包括飞机齿轮箱,空气涡轮发动机启动器,以及飞机涡轮发动机和飞机辅助动力单元(apu)的主轴密封。这些自润滑材料是由细粒度的电石墨物质组成,并浸渍了专有的无机化学品,以提高其润滑质量和抗氧化性。这些现代碳基材料由于其低摩擦系数,在高滑动速度下的低磨损率,高导热性,以及在高温空气中抗氧化,是飞机应用的理想材料。

图1所示。机械密封圈用于密封泵、搅拌器等设备中转轴和固定壳体之间的间隙,使液体不会通过这个间隙泄漏出去。这些密封机构通常被称为“轴封”或“泵封”。

飞机齿轮箱用于将主发动机轴的转速从26000转/分降低到大约3400转/分,这样轴就可以驱动液压泵、发电机和空调压缩机等系统部件。为了密封变速箱内的润滑油,并防止它在轴进入和离开变速箱的点泄漏,大多数飞机变速箱使用表面密封。表面密封通常包含一个碳石墨固定环和一个碳化硅或碳化钨旋转环。构成动态面密封的密封圈都是用弹簧或磁铁压平并固定在一起的,这样即使液体在密封圈表面以高转速相互旋转(图1),也不会在密封圈表面之间流动。

相对运动的两个环使动态密封密封在轴或齿轮箱外壳与静态密封环,如聚合物o形环。密封设计人员使用螺旋槽、直线槽和楔形槽在两个滑动密封面之间输送或泵送空气或油薄膜。这就产生了空气动力或流体动力升力,大大减少了密封表面的摩擦和磨损。

空气涡轮发动机启动器通常使用与变速箱密封相同的碳石墨与碳化硅或碳化钨动态面密封材料,但滑动速度要高得多。这些空气涡轮发动机启动器实际上是小型涡轮机,使用从辅助动力单元的废气创造必要的动力来启动主发动机。

空气马达启动器的轴速可高达180,000转/分,或滑动速度约为1000英尺/秒,接近音速。这种密封是由飞机密封制造商设计的,带有楔形和气体流动通道,以产生气动或流体动力升力。

图2。碳石墨主环面密封圈和碳石墨周向密封圈用于航空发动机主轴密封,以控制发动机内部的气流和燃烧气体流动。

表面密封圈,带有碳-石墨初级密封圈,和碳石墨圆周密封环用于航空发动机主轴密封控制引擎内的气流和燃烧气体流(图2)。他们还封主发动机轴承的润滑油,使压缩机轴和燃烧燃气轮机轴自由旋转。采用周向型和端面型密封环。

对于周向主轴密封环,碳-石墨节段与固定外壳槽的封闭端间隙相匹配。碳-石墨段是用“吊带”弹簧在转轴上的陶瓷或硬金属涂层张力。提升楔和机械结构用于产生升力,使这些密封在空气动力或流体动力薄膜上运行。旋转速度可高达26000 rpm,密封环温度可高达800°F。

辅助动力装置(apu)是小型燃气涡轮发动机,当主发动机在舱门关闭以节省燃料时,它被用来产生电力、空调或舱内热量。apu含有碳石墨密封,类似于主发动机密封,但比主发动机密封小。

无油、自润滑机械碳材料具有独特的特性组合,使其成为商用和军用飞机密封应用的理想材料。材料自润滑,自抛光,尺寸稳定,保证了良好的密封性。这种材料是耐热的,并且有很高的导热性,这有助于将摩擦热从滑动表面传导出去。此外,这些材料易于加工,以精确的航空空间尺寸公差,他们可以提供研磨和抛光到一个氦光带的平坦规格。

本文作者是Metallized Carbon公司的Glenn H. Phelps。有关更多信息,请单击在这里


NASA科yabovip16.com技简报杂志

本文首次发表于2015年9月号NASA技yabovip16.com术简介杂志。

阅读更多本期文章在这里

阅读更多的档案文章在这里