现代机械碳材料被广泛应用于各种场合,包括飞机齿轮箱、空气涡轮马达起动机和飞机涡轮发动机和飞机辅助动力单元(apu)的主轴密封。这些自润滑材料由细粒电石墨物质组成,并浸渍了专有的无机化学物质,以提高其润滑性能和抗氧化性。这些现代碳基材料是飞机应用的理想材料,因为它们的摩擦系数低,在高滑动速度下低磨损率,高导热性,在高温空气中抗氧化。

图1.机械密封环用于密封旋转轴和固定壳体之间的间隙,例如泵和混合器,使得液体不能通过这种间隙泄漏。这些密封机构通常被称为“轴密封”或“泵密封”。

飞机齿轮箱用于将主发动机轴的转速从高达26,000 rpm降至约3,400转,因此轴可以驱动液压泵,发电机和空调压缩机等系统组件。密封齿轮箱内的油润滑剂,并在轴进入和离开齿轮箱的点处保护其泄漏,大多数飞机齿轮箱使用面部密封。面部密封件通常含有碳石墨固定环和碳化硅或碳化钨旋转环。使动态面密封件的环均由衬垫扁平并且与弹簧或磁体一起保持在一起,使得液体不能在环形面之间流动,即使它们在高RPM下彼此旋转(图1)。

使动态密封的相对运动中的两个环密封到轴或齿轮箱壳体,静态密封环如聚合物O形环。密封设计师使用螺旋槽,直槽和楔形到通道或泵送两个滑动密封面之间的空气或油薄膜。这产生了空气动力学或流体动力升降机,这极大地降低了密封面的摩擦和磨损。

风力涡轮机马达启动器通常使用相同的碳化碳石墨和碳化硅或碳化钨动态面密封材料,但齿轮箱密封件,但滑动速度要高得多。这些吹气电机启动器实际上是使用来自辅助动力单元的废气的小型涡轮机,以产生启动主发动机所需的电力。

空气马达启动器的轴转速可高达180,000转/分,或约1000英尺/秒的滑动速度,这几乎是声速。这种密封是由飞机密封制造商设计的,带有楔形和气流通道,以产生空气动力或流体动力起飞。

图2。采用碳石墨主环和碳石墨环的面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,采用碳-石墨基环,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。采用周向和端面式密封圈。

对于周向的主轴密封圈,在固定壳体的槽中使用与近端间隙相匹配的碳-石墨段。碳-石墨段被拉伸到一个陶瓷或硬金属涂层上的转轴上,使用一个“吊带”弹簧。提升楔子和机械配置用于创造提升,使这些密封运行在一个空气动力或水动力薄膜。转速可高达26000 rpm,密封圈的温度可高达800°F。

辅助动力单元(apu)是一种小型的燃气涡轮发动机,当主发动机在登机口关闭以节省燃料时,用于产生电力、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,使其成为商业和军用飞机密封应用中的适用性。材料是自润滑,自抛光和尺寸稳定的,其确保了良好的密封配合。材料具有耐热性并且具有高导热率,这有助于将摩擦热从滑动表面传导。此外,这些材料可以容易地加工到严格的航空航天尺寸公差,并且它们可以被提供搭叠并抛光到一个氦光带的平坦度规格。

本文由金属化碳公司的格伦·h·菲尔普斯撰写。有关详细信息,请单击这里


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本文首次发表于2015年9月号NASA技金宝搏官网术简介杂志。

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