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所示。机械密封圈用于密封泵和搅拌器等设备的转轴和固定壳体之间的间隙,使液体不能通过该间隙泄漏。这些密封机构通常称为“轴密封”或“泵密封”。

飞机齿轮箱用于将主机轴的转速从最高26000 rpm降至约3400 rpm,因此该轴可以驱动液压泵、发电机和空调压缩机等系统部件。为了密封齿轮箱内的润滑油,并在轴进入和退出齿轮箱时防止润滑油泄漏,大多数飞机齿轮箱使用面密封。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。实现动态端面密封的环都是扁平的,用弹簧或磁铁固定在一起,这样即使它们在高转速下相互旋转,液体也不能在环面之间流动(图1)。

两个相对运动的环,使动态密封密封到轴或齿轮箱外壳与静态密封环,如聚合o型圈。密封设计人员使用螺旋槽、直槽和楔形槽在两个滑动密封面之间引导或泵入一层薄薄的空气或油。这就产生了气动或水动力升力,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相同的碳-石墨与碳化硅或碳化钨动态端面密封材料用于变速箱密封,但滑动速度要高得多。这些空气涡轮马达起动机实际上是小型涡轮,利用辅助动力单元的废气来产生启动主引擎所需的动力。

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,使其成为商用和军用飞机密封应用的理想选择。材料是自润滑,自抛光,尺寸稳定,确保良好的密封配合。这种材料具有耐热性和高导热性,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,以严格的航空航天尺寸公差,他们可以提供研磨和抛光,以一个氦光带的平面规格。

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,请单击在这里


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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