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Jul 07, 2023

항공기 씰 응용 분야용 기계적 탄소 소재

Metallized Carbon Corporation, Ossining, New York 현대 기계식 탄소 소재는 항공기 기어 박스, 공기 터빈 모터 스타터 및

Metallized Carbon Corporation, 뉴욕주 오시닝

최신 기계식 탄소 소재는 항공기 기어 박스, 공기 터빈 모터 스타터, 항공기 터빈 엔진 및 항공기 보조 동력 장치(APU)용 주축 씰 등 다양한 응용 분야에 사용되고 있습니다. 이러한 자기 윤활 소재는 윤활 품질과 내산화성을 향상시키기 위해 독자적인 무기 화학 물질을 함침시킨 미세한 전자 흑연 물질로 구성됩니다. 이러한 현대적인 탄소 기반 소재는 낮은 마찰 계수, 높은 슬라이딩 속도에서의 낮은 마모율, 높은 열 전도성 및 고온 공기에서의 산화 저항성으로 인해 항공기 응용 분야에 사용하기에 이상적입니다.

항공기 기어박스는 주 엔진 샤프트의 회전 속도를 최고 26,000rpm에서 약 3,400rpm으로 줄이는 데 사용됩니다. 따라서 샤프트는 유압 펌프, 발전기 및 에어컨 압축기와 같은 시스템 구성 요소를 구동할 수 있습니다. 기어박스 내부의 오일 윤활유를 밀봉하고 샤프트가 기어박스에 들어오고 나가는 지점에서 윤활유가 누출되는 것을 방지하기 위해 대부분의 항공기 기어박스는 페이스 씰을 사용합니다. 페이스 씰에는 일반적으로 탄소 흑연 고정 링과 탄화 규소 또는 탄화 텅스텐 회전 링이 포함되어 있습니다. 다이나믹 페이스 씰을 만드는 링은 둘 다 납작하게 겹쳐져 있고 스프링이나 자석으로 함께 고정되어 있어 높은 rpm에서 서로 반대 방향으로 회전하더라도 액체가 링 면 사이로 흐를 수 없습니다(그림 1).

동적 씰을 만드는 상대 운동의 두 링은 폴리머 O-링과 같은 정적 씰 링을 사용하여 샤프트 또는 기어 박스 하우징에 밀봉됩니다. 씰 설계자는 나선형 홈, 직선형 홈 및 웨지를 사용하여 두 개의 슬라이딩 씰링 면 사이에 얇은 공기 또는 오일 필름을 흐르게 하거나 펌핑합니다. 이는 공기 역학적 또는 유체 역학적 리프트를 생성하여 씰 표면의 마찰과 마모를 크게 줄입니다.

공기 터빈 모터 스타터는 일반적으로 기어박스 씰에 사용되는 실리콘 카바이드 또는 텅스텐 카바이드 동적 페이스 씰 재료와 동일한 탄소 흑연을 사용하지만 슬라이딩 속도는 훨씬 더 높습니다. 이러한 공기 터빈 모터 시동기는 실제로 보조 동력 장치의 배기 가스를 사용하여 주 엔진을 시동하는 데 필요한 동력을 생성하는 소형 터빈입니다.

공기 모터 스타터의 샤프트 속도는 최대 180,000rpm 또는 음속과 거의 같은 약 1000ft/s의 슬라이딩 속도일 수 있습니다. 씰은 공기 역학적 또는 유체 역학적 이륙을 생성하기 위해 웨지 및 가스 흐름 통로를 갖춘 항공기 씰 제조업체에 의해 설계되었습니다.

탄소-흑연 1차 링이 있는 전면 밀봉 링과 탄소-흑연 원주 밀봉 링은 항공기 엔진 주축 밀봉에 사용되어 엔진 내부의 공기 흐름과 연소 가스 흐름을 제어합니다(그림 2). 또한 압축기 샤프트와 연소 가스 터빈 샤프트가 자유롭게 회전할 수 있도록 하는 주 엔진 베어링의 오일 윤활유를 밀봉합니다. 원주형 및 면형 씰 링이 모두 사용됩니다.

원주형 메인 샤프트 씰 링의 경우 고정 하우징의 슬롯에 가까운 끝단 여유 공간에 맞는 탄소 흑연 세그먼트가 사용됩니다. 탄소-흑연 세그먼트는 "가터" 스프링을 사용하여 회전 샤프트의 세라믹 또는 경금속 코팅에 대해 장력을 가합니다. 리프팅 웨지 및 기계 가공 구성은 이러한 씰이 공기 역학적 또는 유체 역학적 필름에서 작동하도록 리프트를 생성하는 데 사용됩니다. 회전 속도는 26,000rpm까지 높을 수 있으며 씰 링의 온도는 800°F까지 올라갈 수 있습니다.

보조 동력 장치(APU)는 연료 절약을 위해 게이트에서 주 엔진이 꺼졌을 때 전력, 에어컨 또는 실내 난방을 생성하는 데 사용되는 소형 가스 터빈 엔진입니다. APU에는 주 엔진 씰과 유사하지만 더 작은 탄소 흑연 씰이 포함되어 있습니다.

오일 프리, 자체 윤활 기계식 탄소 소재는 상업용 및 군용 항공기 씰 응용 분야 모두에 사용하기에 이상적인 고유한 특성 조합을 가지고 있습니다. 재료는 자체 윤활, 자체 연마 및 치수 안정성을 갖추고 있어 우수한 밀봉 결합을 보장합니다. 이 소재는 내열성이 있고 열전도율이 높아 슬라이딩 표면에서 마찰열을 전도하는 데 도움이 됩니다. 또한 이러한 재료는 정확한 항공우주 치수 공차에 맞게 쉽게 가공할 수 있으며 하나의 헬륨 광 밴드의 평탄도 사양에 맞게 랩핑 및 연마하여 공급할 수 있습니다.