现代机械碳材料用于各种应用,包括飞机齿轮箱,空气涡轮机启动器和用于飞机涡轮发动机和飞机辅助电源单元(APU)的主轴密封件。这些自润滑材料由细粒度的电形物质组成,浸渍有专有的无机化学物质,以改善其润滑性质和抗氧化性。这些现代化的碳基材料非常适用于飞机应用,因为它们的摩擦系数低,磨损率高,高导热性高,导热性高,高温空气中氧化耐氧化。

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。

空气电机启动器上的轴速度可以高达180,000 rpm,或者滑动速度约为1000英尺/秒,这几乎是声速。密封件由飞机密封制造商设计,具有楔形和气体流动通道,以产生空气动力学或流体动力学剥离。

图2.具有碳石墨初级环的面部密封环,以及碳石墨圆周密封环,用于飞机发动机主轴密封件,以控制发动机内的气流和燃烧气流。

面部密封环,用碳石墨初级环,以及碳石墨圆周密封环,用于飞机发动机主轴密封件,以控制发动机内的气流和燃烧气体(图2)。它们还将油润滑剂密封在主发动机轴承中,使压缩机轴和燃烧燃气轮机轴自由旋转。使用圆周和面型密封环。

对于圆周主轴密封环,使用碳石墨段,其拟合固定壳体中的槽中的近端间隙。使用“吊袜带”弹簧,碳 - 石墨段张紧在旋转轴上的陶瓷或硬金属涂层。提升楔形和机加工配置用于产生升力,使得这些密封件在空气动力学或流体动力学膜上运行。旋转速度可以高达26,000 rpm,密封环中的温度可以高达800°F。

辅助电源单元(APU)是小型燃气涡轮发动机,用于当主动发动机在栅极处关闭以节省燃料时,用于产生电力,空调或驾驶室热量。APU含有类似但小于主发动机密封的碳石墨密封件。

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。

本文是由Glenn H编写的金属化碳公司的菲尔普斯。有关更多信息,请单击这里


美国宇航局科技简报杂志

本文首先出现在2015年9月期刊上美国宇航局技术简报杂志。

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