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密封件的技术发展趋势

时间:2020年6月22日 点击量:186

        在飞机设计中,尽管雷火电竞登录密封件是一个“小部件”,但它却发挥着非常重要的作用。从未来的发展趋势来看, 密封件的发展必须要跟得上飞机或发动机对于温度、压力、转速等环境条件的设计要求,具备在翼寿命 更长、密封性能更好等特性。无论是超大型商务喷气机还是单发活塞型飞机,各类液体都是飞机的血液,包括从高纯度燃油到润滑脂、润滑油, 由于液体存在一定的泄漏风险。所以密封件就显得非常必要。对于航空密封件制造商而言,密封件产品面临着两大挑 战——既要密封性好,又要在翼寿命长。幸运的是,新技术一直以来都在推动密封件的发展。早在75年前,位于纽约的金属碳公司(Metcar)就研制了碳石墨材料,并以机械装配过程中 的密封端面的密封作为目标,为密封件原始制造商提供优质的原材料。而且 Metcar 还研发了一种将碳石墨注入一系列材料中的专利工艺,致力于提高 材料的耐高温性能等。因为在高温状态 下,油料会发生炭化或焦化,致使磨损增加,易导致密封失效。为了克服这种情况,Metcar 还开发了高温导热性好、低摩擦系数的材料。在降低摩擦系数的同时,通过最小化密封表面热累积量, 提升了材料的耐磨性。这项专利工艺也使 Metcar 研发出了防液体泄漏的耐压材料。

        Metcar 研发了一种将碳石墨注入一系列材料中的专利工艺,致力于提高材料的耐高温 性能等。图示为注入碳石墨材料的航空密封圈。Metcar 公司认为,应用最新的碳石墨技术和全新的密封设计,许多材料的耐久性都已得到了提升,密封件的维修间隔已从 5000 小时增至 20000 小时,老式的迷宫密封产品都已完成更新换代,新型密封件产品广泛应用于发动机、 变速箱、辅助动力装置(APU)和液压系统等多个系统,但未来的挑战仍是要设计寿命更长、耐高温性能更好、更适合高速旋转的密封面。

温度极限的要求
德国科德宝密封技术公司 (Freudenberg Sealing Technologies)一直致力于研发影响密封件高低温性能、 减阻性能和安全性能的技术,这主要是因为密封件有时会深受温度极限的要求。例如,短程支线飞机为了省油,巡航时是在高海拔飞行,但在严寒环境下或着陆时就需经历海拔快速降低的过程,这就会对部件造成很大的热冲击, 其中包括密封件部件。
在新一代飞机的设计时,燃油和液压系统也被要求承受越来越高的压力, 以保证飞机能够达到设计性能。所以巨大的热冲击和压力对密封件的弹性等性能提出了更高的要求,其中密封件的弹性取决于材料的选择和设计。
科德宝密封技术公司在 2019 年巴黎航展推出了多种耐高低温产品,包括新型高温防火材料、为民用飞机液压系统开发的低温三元乙丙橡胶(EPDM)材料、为发动机燃油和润滑系统开发的耐低温氟橡胶(FKM),如低温三元乙丙橡胶 LM426288 材料和耐低温氟橡胶 LM426776 材料。其中,LM426288材料是应用于低压静态密封,能够满足低至 -77℃的耐低温性能和(短期)高至 150℃的高温性能,如刹车系统等高温液压系统;耐低温氟橡胶适用于 O 形环和小的类似形状的橡胶低温静态密封件,能够承受低至-67℃的低温和(短期) 高至 270℃的高温。

延长寿命的挑战
瑞典密封件制造商 SKF 公司则是创新性地瞄准了密封件的在翼寿命这一 性能指标。他们认为,对于很多发动机制造商而言,20000 小时的密封件寿命是目前必须满足的最低要求,有的发动机项目对密封件的寿命要求更长。
就目前的技术发展趋势来说,已有一些技术手段能够有效延长密封件的 寿命。例如,“液压提升”(hydrodynamic liftoff)技术能够使密封件在薄气膜状态下工作,免去了在静部件和动部件之间的完全接触;再如密封件表面的坚固涂层,能够有效改善那些必须进行接触的密封件表面的摩擦力和磨损特征,以及承受由于发动机振动而造成的微动磨损。
以发动机设计为例,发动机转速日益加快、气油的温度越来越高、密封压力不断增大,这就使密封件的热累积和磨损不断加大。为此,SKF 公司利用专利性的“液压提升”增强技术密封圆形轴孔,同时使用硬化涂层密封二级轴表面,以降低接触面的热累积和磨损。测试表明,该项技术可以减少30% 的热量生产,降低密封表面温度10% ~15%, 耐磨损性能比传统密封装置提升了3 倍。
截至目前,SKF已经研究了一系列航空材料和涂层在不同碳排列下的配合特性和磨损特征,并评估了这些配合材料的滑动磨损和微动磨损的相关性能。SKF 公司表示,未来随着新材料的投入市场,这类评估工作还将继续深入。
此外,SKF 公司也在研究一些用于密封的自润滑技术,如通过碳排列提高自润滑性能。实验测试已经证明,该方法能够降低摩擦力和热累积。但至于摩擦力和热量的具体降低量、密封性能改善的幅度,SKF 公司称还有待大范围的测试予以说明。
SKF 公司认为,通过运用“液压提升”技术,密封件不再是发动机维修和大修过程中的寿命受限制的部件,它甚至可以在发动机拆卸或实施定检之间拆换或继续再利用。


替代材料的探索
瑞典特瑞堡密封系统解决方案公司认为,根据欧盟《化学品注册、评估、 许可和限制(REACH)》法规,以及随着高速氧燃料(HVOF)涂层的出现,液压系统中拒绝使用镀铬部件,航空密封领域也不再使用弹性接触密封件。
与此同时,聚四氟乙烯(PTFE)密封件替代材料变得非常重要;高速氧 燃料涂层因其更好的耐腐蚀性和耐磨性,可延长密封件和系统的整体寿命;多聚物密封材料在几百万转的条件下耐磨性、抗疲劳性能也更好,特别是在电传操纵系统上。
此外,密封件制造商也在应对飞控系统带来的挑战。因为在过去 25 年飞机液压系统的工作压力从 1500 psi 增加 到 5000 psi,液压缸密封系统的预期寿命从 1500 飞行小时增加到 10 万飞行小 时,而泄漏标准要求从 25 个循环 1 滴降至 0。所以对密封件替代材料的探索道路仍将继续。
总的来说,未来密封件的发展趋势就是要跟得上飞机和发动机的设计趋 势、满足飞机和发动机的运行环境特点。

 雷火电竞登录克赛斯科技有限公司(原雷火电竞登录卓锋科技有限公司树脂工厂)坐落于雷火电竞登录经济技术开发区,公司成立于2008年,2014年卓锋科技树脂工厂变更为“雷火电竞登录克赛斯科技有限公司”公司自成立以来专注于PTFE的制品生产,集研发、生产、经营为一体的高科技企业。产品广泛应用于液压油(气)缸、阀门、电力、半导体、汽车等行业。主营:PTFE加工、密封件、密封圈、非金属材料加工,公司坚定不移地立足科技创新,潜心产品技术研发,注重产品品质和诚信服务。
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