航空發(fā)動機耐高溫橡膠密封圈性能試驗分析

摘? 要：耐高溫橡膠密封圈是航空發(fā)電機的重要零部件，由于航空發(fā)電機運行工況比較復(fù)雜多變，對于耐高溫橡膠密封圈的各方面性能要求較高，為此本文選擇兩種常用材料，一種為氟橡膠F275，另一種為全氟醚橡膠，展開對耐高溫橡膠密封圈性能的科學(xué)試驗，試驗內(nèi)容包括壓縮變形、熱空氣老化、耐介質(zhì)性能等，同時還模擬了航空發(fā)電機的不同工況，試驗O形密封圈工作情況。本文先對比橡膠材料的各方面性能，接下來展開對航空發(fā)動機耐高溫橡膠密封圈性能的試驗，包括試驗方案設(shè)計、試驗結(jié)果等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機;耐高溫;橡膠密封圈;性能;試驗

大部分航空發(fā)動機都采用橡膠O形密封圈，主要用于密封發(fā)動機中各類介質(zhì)，包括潤滑油、燃油等。橡膠密封圈常用的材料較多，包括氟硅橡膠、硅橡膠等，在250℃以下都可以正常工作，滿足航空發(fā)電機實際的密封需求。但是現(xiàn)階段航空發(fā)電機各方面性能逐步提升，溫度也隨之上升，以往的橡膠材料無法滿足密封需求，需要選擇新型橡膠材料，為此本文選擇全氟醚橡膠材料及氟橡膠F275兩種材料，通過試驗的方式比較產(chǎn)品性能，希望為新型橡膠材料在航空發(fā)電機領(lǐng)域今后的應(yīng)用提供參考。

1 兩種橡膠材料性能對比

本文主要選擇兩種硫化橡膠材料，一種為氟橡膠F275，另一種全氟醚橡膠，正式試驗前先測試材料各方面性能，測試時遵循國家出臺的橡膠膠料規(guī)范要求，耐介質(zhì)性能這一項采用航空發(fā)動機介質(zhì)，在此基礎(chǔ)上，額外增加熱空氣老化性能，測試溫度控制在300℃左右。經(jīng)過一系列的測試，得到以下結(jié)果：兩種橡膠的基本性能相差不大，包括硬度、拉伸強度等;在常溫的條件下，氟橡膠F275的壓縮永久變形性能略優(yōu)一些;在短時間高溫的情況下，兩種橡膠的壓縮永久變形性能基本一致，在長時間高溫的情況，氟橡膠F275性能更優(yōu)越一些;在300℃的高溫環(huán)境下，氟橡膠F275和全氟醚橡膠壓縮永久變形性能分別為92%和33%;全氟醚橡膠的耐熱空氣老化性能、耐燃油等試驗結(jié)果更優(yōu)。經(jīng)過對比分析后，發(fā)現(xiàn)綜合條件方面，全氟醚橡膠性能更加優(yōu)越，特別是在高溫壓縮永久變形這一項上。

2 航空發(fā)動機耐高溫橡膠密封圈性能試驗

2.1 試驗方案設(shè)計

首先，要科學(xué)連接各個試驗設(shè)備，考慮到橡膠材料O形密封圈的試驗需求，按照壓力儀表、溫度儀表、試驗件、閥門、壓縮空氣及調(diào)節(jié)泵的順序連接起來，形成一個閉合的回路，可以有效測試密封效果。

接下來，確定試驗方法后，還需要科學(xué)設(shè)計O形密封圈，考慮到航空發(fā)動機運行需求，設(shè)計尺寸為φ2±0.1*φ9.5±0.10，裝配及溝槽結(jié)構(gòu)也按照實際工況設(shè)計，得到5組，共計10件堵頭，按照一定的順序編號處理，其中上方5件堵頭裝配全氟醚橡膠密封圈，下方5件堵頭裝配氟橡膠F275密封圈，每個堵頭裝配2件O形密封圈。同時，分析不同壓縮率、孔軸間隙和槽寬對O形密封圈在不同溫度下的影響程度。

最后，按照上述工裝設(shè)計，共加工4組試驗件。首先將4組裝配完成的試驗件置于加熱爐中，按200℃±5℃、225℃±5℃、250℃±5℃、275℃±5℃、300℃±5℃溫度階梯遞增，每個溫度下各保持1h為一循環(huán)，循環(huán)次數(shù)10次為1組。然后再每隔10次循環(huán)取出1組試驗件空冷至常溫后，進(jìn)行常溫空氣壓力試驗。

2.2 試驗結(jié)果研究

2.2.1 第一組

主要有三項試驗項目：一是壓力試驗。在完成10個循環(huán)以后，可以取出第一組所有的試驗件，立即進(jìn)入到壓力測試環(huán)節(jié)，共計施加三個不同的壓力，分別為0.5、0.75、1.0MPa，每次壓力測試都持續(xù)5min，試驗結(jié)果如下：全氟醚橡膠沒有出現(xiàn)漏氣問題，氟橡膠F275在0.75MPa及1.0MPa環(huán)境下1#、5#都出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。二是零件分解情況。同樣去下所有堵頭，肉眼觀察零件分解情況，其中全氟醚橡膠沒有出現(xiàn)任何變化，保持完好狀態(tài)，氟橡膠F275試驗件則呈現(xiàn)為矩形形狀。三是壓縮永久變形。經(jīng)過測試后得到以下結(jié)果：F275氟橡膠O形密封圈壓縮永久變形在108%-131%，1#、4#堵頭一部分已斷裂;全氟醚橡膠的壓縮永久變形在23%-55%。其中，溝槽位置1指靠近堵頭蓋板處的溝槽，溝槽位置2指遠(yuǎn)離堵頭蓋板處的溝槽。

2.2.2 第二組

主要有三項試驗項目：一是壓力試驗。完成20個循環(huán)后取出試驗件，測試壓力為0.5、0.75、1.0MPa，每次持續(xù)5min，測試結(jié)果如下：全氟醚橡膠在1.0MPa的條件下出現(xiàn)輕微漏氣，剩余密封圈都有出現(xiàn)任何漏氣現(xiàn)象，氟橡膠F275在0.5MPa及0.75MPa條件下，1#輕微漏氣、4#及5#嚴(yán)重漏氣，2#及3#沒有漏氣，在1.0MPa的條件下全部嚴(yán)重漏氣。二是零件分解情況。其中氟橡膠F275試驗件1#、4#呈矩形并擠滿溝槽，1#有1件破損，4#的2件都破損，其余全部變形;全氟醚橡膠試驗件都完好。三是壓縮永久變形。氟橡膠F275所有試驗件壓縮永久變形在111%-136%，全氟醚橡膠的壓縮永久變形在36%-64%。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，壓縮永久變形越來越大，但全氟醚橡膠的增幅量比氟橡膠F275大。

2.2.3 第三組

主要有三項試驗項目：一是壓力試驗。完成30次循環(huán)后，取出所有的試驗件，結(jié)合前期試驗結(jié)果，決定科學(xué)調(diào)整測試壓力，三次測試壓力分別為0.1、0.2、0.5MPa，同樣持續(xù)5min，測試結(jié)果如下：全氟醚橡膠在0.1MPa條件下沒有出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，在0.2MPa條件下出現(xiàn)細(xì)小氣泡，在0.5MPa條件下全部泄露，氟橡膠F275在0.1MPa條件下3#泄露嚴(yán)重，在0.2MPa及0.3MPa條件下全部泄露。二是零件分解情況。其中4#堵頭氟橡膠F275試驗件斷裂，其余全部呈矩形;全氟醚橡膠試驗件都完好。三是壓縮永久變形。氟橡膠F275所有試驗件壓縮永久變形在123%-142%，全氟醚橡膠的壓縮永久變形在48%-70%?？梢钥闯觯S著循環(huán)次數(shù)的增加，所有試驗件壓縮永久變形越來越大。

2.2.4 第四組

主要有三項試驗項目：一是壓力試驗。40次循環(huán)后進(jìn)行壓力測試，測試壓力分別為0.1、0.2、0.3、0.5，得到以下測試結(jié)果：氟橡膠F275在0.1MPa條件下3#泄露嚴(yán)重，在其余條件下全部嚴(yán)重泄露，全氟醚橡膠0.1MPa條件下未泄露，其余條件下都出現(xiàn)輕微泄露。二是零件分解情況。其中4#堵頭氟橡膠F275試驗件斷裂，1#有1件布滿溝槽，其余試驗件都呈矩形。三是壓縮永久變形。氟橡膠F275壓縮永久變形在133%-170%，全氟醚橡膠壓縮永久變形在49%-74%。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，所有試驗件壓縮永久變形越來越大。

3 結(jié)束語

經(jīng)過一系列的試驗測試可知，對比兩種橡膠各方面性能發(fā)現(xiàn)，全氟醚橡膠O形密封圈綜合性能更加優(yōu)越，更適用于300℃的高溫工況，這也證明全氟醚橡膠材料滿足航空發(fā)動機高溫密封需求。同時，O形密封圈受到各個因素的影響，包括溫度、密封溝槽等，為此要按照標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)設(shè)計密封溝槽，控制好各項參數(shù)指標(biāo)，先明確不同工況的運行需求，再科學(xué)選擇O形密封圈的橡膠材料，才能保證航空發(fā)電機正常運行，避免出現(xiàn)泄漏等問題。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：張利，身份證號：230221198704012010。