航空发动机耐高温橡胶密封圈性能试验分析

摘  要：耐高溫橡胶密封圈是航空发电机的重要零部件，由于航空发电机运行工况比较复杂多变，对于耐高温橡胶密封圈的各方面性能要求较高，为此本文选择两种常用材料，一种为氟橡胶F275，另一种为全氟醚橡胶，展开对耐高温橡胶密封圈性能的科学试验，试验内容包括压缩变形、热空气老化、耐介质性能等，同时还模拟了航空发电机的不同工况，试验O形密封圈工作情况。本文先对比橡胶材料的各方面性能，接下来展开对航空发动机耐高温橡胶密封圈性能的试验，包括试验方案设计、试验结果等内容。

关键词：航空发动机;耐高温;橡胶密封圈;性能;试验

大部分航空发动机都采用橡胶O形密封圈，主要用于密封发动机中各类介质，包括润滑油、燃油等。橡胶密封圈常用的材料较多，包括氟硅橡胶、硅橡胶等，在250℃以下都可以正常工作，满足航空发电机实际的密封需求。但是现阶段航空发电机各方面性能逐步提升，温度也随之上升，以往的橡胶材料无法满足密封需求，需要选择新型橡胶材料，为此本文选择全氟醚橡胶材料及氟橡胶F275两种材料，通过试验的方式比较产品性能，希望为新型橡胶材料在航空发电机领域今后的应用提供参考。

1 两种橡胶材料性能对比

本文主要选择两种硫化橡胶材料，一种为氟橡胶F275，另一种全氟醚橡胶，正式试验前先测试材料各方面性能，测试时遵循国家出台的橡胶胶料规范要求，耐介质性能这一项采用航空发动机介质，在此基础上，额外增加热空气老化性能，测试温度控制在300℃左右。经过一系列的测试，得到以下结果：两种橡胶的基本性能相差不大，包括硬度、拉伸强度等;在常温的条件下，氟橡胶F275的压缩永久变形性能略优一些;在短时间高温的情况下，两种橡胶的压缩永久变形性能基本一致，在长时间高温的情况，氟橡胶F275性能更优越一些;在300℃的高温环境下，氟橡胶F275和全氟醚橡胶压缩永久变形性能分别为92%和33%;全氟醚橡胶的耐热空气老化性能、耐燃油等试验结果更优。经过对比分析后，发现综合条件方面，全氟醚橡胶性能更加优越，特别是在高温压缩永久变形这一项上。

2 航空发动机耐高温橡胶密封圈性能试验

2.1 试验方案设计

首先，要科学连接各个试验设备，考虑到橡胶材料O形密封圈的试验需求，按照压力仪表、温度仪表、试验件、阀门、压缩空气及调节泵的顺序连接起来，形成一个闭合的回路，可以有效测试密封效果。

接下来，确定试验方法后，还需要科学设计O形密封圈，考虑到航空发动机运行需求，设计尺寸为φ2±0.1*φ9.5±0.10，装配及沟槽结构也按照实际工况设计，得到5组，共计10件堵头，按照一定的顺序编号处理，其中上方5件堵头装配全氟醚橡胶密封圈，下方5件堵头装配氟橡胶F275密封圈，每个堵头装配2件O形密封圈。同时，分析不同压缩率、孔轴间隙和槽宽对O形密封圈在不同温度下的影响程度。

最后，按照上述工装设计，共加工4组试验件。首先将4组装配完成的试验件置于加热炉中，按200℃±5℃、225℃±5℃、250℃±5℃、275℃±5℃、300℃±5℃温度阶梯递增，每个温度下各保持1h为一循环，循环次数10次为1组。然后再每隔10次循环取出1组试验件空冷至常温后，进行常温空气压力试验。

2.2 试验结果研究

2.2.1 第一组

主要有三项试验项目：一是压力试验。在完成10个循环以后，可以取出第一组所有的试验件，立即进入到压力测试环节，共计施加三个不同的压力，分别为0.5、0.75、1.0MPa，每次压力测试都持续5min，试验结果如下：全氟醚橡胶没有出现漏气问题，氟橡胶F275在0.75MPa及1.0MPa环境下1#、5#都出现漏气现象。二是零件分解情况。同样去下所有堵头，肉眼观察零件分解情况，其中全氟醚橡胶没有出现任何变化，保持完好状态，氟橡胶F275试验件则呈现为矩形形状。三是压缩永久变形。经过测试后得到以下结果：F275氟橡胶O形密封圈压缩永久变形在108%-131%，1#、4#堵头一部分已断裂;全氟醚橡胶的压缩永久变形在23%-55%。其中，沟槽位置1指靠近堵头盖板处的沟槽，沟槽位置2指远离堵头盖板处的沟槽。

2.2.2 第二组

主要有三项试验项目：一是压力试验。完成20个循环后取出试验件，测试压力为0.5、0.75、1.0MPa，每次持续5min，测试结果如下：全氟醚橡胶在1.0MPa的条件下出现轻微漏气，剩余密封圈都有出现任何漏气现象，氟橡胶F275在0.5MPa及0.75MPa条件下，1#轻微漏气、4#及5#严重漏气，2#及3#没有漏气，在1.0MPa的条件下全部严重漏气。二是零件分解情况。其中氟橡胶F275试验件1#、4#呈矩形并挤满沟槽，1#有1件破损，4#的2件都破损，其余全部变形;全氟醚橡胶试验件都完好。三是压缩永久变形。氟橡胶F275所有试验件压缩永久变形在111%-136%，全氟醚橡胶的压缩永久变形在36%-64%。随着循环次数的增加，压缩永久变形越来越大，但全氟醚橡胶的增幅量比氟橡胶F275大。

2.2.3 第三组

主要有三项试验项目：一是压力试验。完成30次循环后，取出所有的试验件，结合前期试验结果，决定科学调整测试压力，三次测试压力分别为0.1、0.2、0.5MPa，同样持续5min，测试结果如下：全氟醚橡胶在0.1MPa条件下没有出现漏气现象，在0.2MPa条件下出现细小气泡，在0.5MPa条件下全部泄露，氟橡胶F275在0.1MPa条件下3#泄露严重，在0.2MPa及0.3MPa条件下全部泄露。二是零件分解情况。其中4#堵头氟橡胶F275试验件断裂，其余全部呈矩形;全氟醚橡胶试验件都完好。三是压缩永久变形。氟橡胶F275所有试验件压缩永久变形在123%-142%，全氟醚橡胶的压缩永久变形在48%-70%。可以看出，随着循环次数的增加，所有试验件压缩永久变形越来越大。

2.2.4 第四组

主要有三项试验项目：一是压力试验。40次循环后进行压力测试，测试压力分别为0.1、0.2、0.3、0.5，得到以下测试结果：氟橡胶F275在0.1MPa条件下3#泄露严重，在其余条件下全部严重泄露，全氟醚橡胶0.1MPa条件下未泄露，其余条件下都出现轻微泄露。二是零件分解情况。其中4#堵头氟橡胶F275试验件断裂，1#有1件布满沟槽，其余试验件都呈矩形。三是压缩永久变形。氟橡胶F275压缩永久变形在133%-170%，全氟醚橡胶压缩永久变形在49%-74%。随着循环次数的增加，所有试验件压缩永久变形越来越大。

3 结束语

经过一系列的试验测试可知，对比两种橡胶各方面性能发现，全氟醚橡胶O形密封圈综合性能更加优越，更适用于300℃的高温工况，这也证明全氟醚橡胶材料满足航空发动机高温密封需求。同时，O形密封圈受到各个因素的影响，包括温度、密封沟槽等，为此要按照标准科学设计密封沟槽，控制好各项参数指标，先明确不同工况的运行需求，再科学选择O形密封圈的橡胶材料，才能保证航空发电机正常运行，避免出现泄漏等问题。

参考文献

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作者简介：张利，身份证号：230221198704012010。