航空发动机密封技术的研究

◎王琦

航空发电机在安装时会应用多种技术来保证按发动机的运行质量，密封结构在航空发动机中起到了重要作用，而密封技术的科学应用能够在一定程度上提高航空发动机的使用寿命和应用性能，对航空发动机的进一步发展有着重要意义。因而，加强对航空发动机密封技术的研究具有一定的必要性。

一、石墨圆周密封技术

该技术经过长期的研究与发展之后在目前航空发动机密封中得到了广泛应用，航空发动机结构和类型在不断更新的过程中，对这项技术的密封水平也有了更加严格的要求。一方面其抗氧化温度和高摩擦线速度要更高，另一方面还要具备更强大的大径向跳动和一定角向偏差能力。但就当前现有的石墨圆周密封结构而言，尚不能满足这一高要求，其径向跳动的最大承受能力只能达1mm。

为了改善以上问题，工作人员在应用这项技术时要进行进一步的优化与完善，在选择材料时考虑其强度与弹性，确保其各项性能能够满足石墨圆周装置的密封要求，可以使用低合金钢来建设跑道，这种材料的散热效果比较好而且还可以提高整体装置的适应能力使这项密封技术能在高温环境下作业。另外，还需要对应用的石墨抗氧化处理工艺进行更新，将新型处理技术应用到这一环节，以此提高整体的处理效果。通过相关试验可以了解到，通过对石墨圆周装置中应用材料的更新与优化能够有效延长密封结构的使用寿命，而且可以应用于不同环境的航空发动机密封工作中。

二、刷式密封技术

这项密封技术在应用时能够取得良好的应用效果，但是对于密封性和抗泄露性能要求比较高的先进发动机密封工作，仍需对技术进行进一步完善才能满足相关要求。主要导致这种问题的原因为该技术在应用时存在一定的滞后性，而刷丝的“刚化效应”和“压力闭合效应导致转子系统运行时的泄露问题较为严重，而且还会发生而较大程度的磨损、耗能较高。所以加强对刷式密封技术的深入研究非常重要。

“压力闭合”也称为“吹伏”，是气流流过刷丝时的现象。气流在流动过程中，会使刷丝产生径向力，这个径向力指向轴心，使得刷丝朝向密封跑道的运动趋势加大，进而造成刷丝与密封跑道间的缝隙缩小，避免泄漏。然而，当密封作用于大压差时，这一运动趋势会加大刷丝与跑道间的接触力，使得磨损增加，泄漏也自然会加大。有研究表明，将遮流板置于刷丝之前，既能在一定程度上减少“吹伏”，又能减缓高速气流对刷丝的干扰。

高压差是造成密封结构发生“滞后效应”和“刚化效应”的重要因素，刷丝在气体不平衡力的作用下，被压在背板上，并产生较大摩擦力。转子一旦出现径向偏移，刷丝就会被压在外侧，而转子离开刷丝后，刷丝由于与背板之间存在较大摩擦力无法复位，密封间隙因而加大，泄漏也会随之增加，一直到摩擦力随着压力的减小而逐渐变小之后，转子与刷丝才会保持同一节奏进而贴合，泄漏才会减小，这就产生了“滞后效应”。刷丝与背板间的摩擦力除了阻碍刷丝的复位，还使得刷丝在跟随转子转动时承受的接触力变得更加强大，极大地增加了刷丝的相对刚度，发生“刚化效应”，最终造成密封结构的磨损加大。经过一系列的科学分析与研究得知，造成密封“滞后”与“刚化”的最主要原因，是刷丝与背板间的摩擦力过大，而这一现象则是气体不平衡力造成的。除此之外，功率损失也是刷式密封结构面对的重要问题。

三、气膜密封技术

这项密封技术在多种工作环境中都能发挥良好的密封作用，具有耐高温、耐摩擦和耐压能力强等特点，在地面机械设备密封处理工作中得到了良好应用。但是发动机在运行期间转子系统会发生剧烈运动，容易导致密封面出现变形或者位移的情况，虽然这项技术的应用优点比较多，但在使用期间容易发生泄露问题，而且磨损较为严重，所以在以上问题优化之前，不适用于航空发动机的密封工作。

四、新型密封结构技术

1.靴衬式密封结构：这是一种新型密封结构，它将类似于靴子形状的衬垫置于刷丝尖部，使其与转子接触。转子在运转过程中，流体动力会产生一定的压力，在这种压力的作用下，“靴衬”将不再与转子接触。而产生的气膜也使得密封转与静子脱离接触，使得磨损和产生的热量减少，进而降低密封结构的工作温度，并具备反转能力。这种靴衬式密封结构相较于接触式密封结构而言，不但具备与之相同的高性能，且使用寿命更长、更可靠。

2.非金属刷式密封结构：这种密封形式主要是利用新型滑油进行密封，在轴承腔的密封中能够取得良好效果，通过相关试验可以了解到，这种非金属式的密封结构性能比较高，在应用时能够控制泄露问题的出现，还可以减少构件之间的磨损。要想实现这种密封结构的大规模运用，还需要对技术进行优化与完善，要考虑到摩擦温度升高的问题。

3.压力驱动薄片密封结构：该密封结构的接触状态能够根据不同的压力作用发生变化，在压力较小的工作环境中不会发生接触这能够在一定程度上减少结构之间的磨损。而发动机在运行过程中会发生接触且密封效果较为良好。主要的密封原理是通过压力作用来调节薄片层数，从而提高整体的密封性。这种密封结构形式的应用范围比较广，可以满足而不同作业环境中航空发动机的运行需要，控制磨损现象的出现，实现密封结构的长时间应用。而且该密封结构还具有耐压能力强、适应性强和成本投入比较低的特点，整体的应用优势较为明显。

结语：为了满足航空发电机的发展要求，其密封结构的密封形式也需要不断进行更新与完善，以往采用单一密封方式已经不能满足航空发动机的密封需要。在这种发展环境下，复合型密封结构的优势逐渐显现出来，由于航空发动机的工作环境不同，对密封需求也有所不同，这就需要工作人员对应用的密封结构形式、材料和技术等进行改革和创新，将多种密封技术相结合使其能够更好的满足航空发动机的密封需要，使其更加适合航空发动机的的多种工作环境，为航空发动机的稳定运行提供技术支撑，有利于推动行业的进一步发展。