Bahan Karbon Mekanis Berkinerja Tinggi untuk Aplikasi Segel Pesawat

Perusahaan Karbon Logam, Ossining, New York

Bahan karbon mekanis modern digunakan dalam berbagai macam aplikasi, termasuk kotak roda gigi pesawat, starter motor turbin udara, dan segel poros utama untuk mesin turbin pesawat dan unit daya bantu (APU) pesawat. Bahan pelumasan mandiri ini terdiri dari zat elektrografit berbutir halus yang diresapi dengan bahan kimia anorganik khusus untuk meningkatkan kualitas pelumasan dan ketahanan oksidasi. Material berbasis karbon modern ini ideal untuk digunakan dalam aplikasi pesawat terbang karena koefisien gesekannya yang rendah, tingkat keausan yang rendah pada kecepatan geser yang tinggi, konduktivitas termal yang tinggi, dan ketahanan terhadap oksidasi di udara bersuhu tinggi.

Gambar 1. Cincin segel mekanis digunakan untuk menutup celah antara poros yang berputar dan rumah stasioner pada peralatan seperti pompa dan mixer sehingga cairan tidak dapat bocor keluar melalui celah ini. Mekanisme penyegelan ini sering disebut sebagai “segel poros” atau “segel pompa”.

Gearbox pesawat digunakan untuk mengurangi kecepatan putaran poros mesin utama dari 26.000 rpm turun menjadi sekitar 3.400 rpm, sehingga poros tersebut dapat menggerakkan komponen sistem seperti pompa hidrolik, generator, dan kompresor AC. Untuk menyegel pelumas oli di dalam girboks dan melindunginya agar tidak bocor pada titik masuk dan keluarnya poros girboks, sebagian besar girboks pesawat menggunakan segel muka. Segel muka biasanya berisi cincin stasioner karbon-grafit dan cincin berputar silikon karbida atau tungsten karbida. Cincin yang membuat segel muka dinamis tersusun rata dan disatukan dengan pegas atau magnet sehingga cairan tidak dapat mengalir di antara muka cincin, meskipun keduanya berputar melawan satu sama lain pada rpm tinggi (Gambar 1).

Kedua cincin yang bergerak relatif yang membuat segel dinamis disegel ke poros atau rumah kotak roda gigi dengan cincin segel statis seperti cincin-O polimer. Perancang segel menggunakan alur spiral, alur lurus, dan irisan untuk menyalurkan atau memompa lapisan tipis udara atau minyak di antara dua permukaan segel geser. Hal ini menciptakan gaya angkat aerodinamis atau hidrodinamik, yang sangat mengurangi gesekan dan keausan pada permukaan seal.

Starter motor turbin udara biasanya menggunakan bahan segel muka dinamis karbon-grafit versus silikon karbida atau tungsten karbida yang sama yang digunakan dalam segel kotak roda gigi, tetapi kecepatan gesernya jauh lebih tinggi. Starter motor turbin udara ini sebenarnya adalah turbin kecil yang menggunakan gas buang dari unit daya tambahan untuk menghasilkan tenaga yang diperlukan untuk menghidupkan mesin utama.

Kecepatan poros pada starter motor udara bisa mencapai 180.000 rpm, atau kecepatan geser sekitar 1000 ft/s, yang mendekati kecepatan suara. Segel tersebut dirancang oleh produsen segel pesawat dengan irisan dan saluran aliran gas untuk menghasilkan pengangkatan aerodinamis atau hidrodinamik.

Gambar 2. Cincin segel muka dengan cincin primer karbon-grafit, dan cincin segel melingkar karbon-grafit digunakan pada segel poros utama mesin pesawat untuk mengontrol aliran udara dan aliran gas pembakaran di dalam mesin.

Cincin segel muka, dengan cincin primer karbon-grafit, dan cincin segel melingkar karbon-grafit digunakan pada segel poros utama mesin pesawat untuk mengontrol aliran udara dan aliran gas pembakaran di dalam mesin (Gambar 2). Mereka juga menyegel pelumas minyak pada bantalan mesin utama yang memungkinkan poros kompresor dan poros turbin gas pembakaran berputar bebas. Cincin segel melingkar dan tipe muka digunakan.

Untuk cincin segel poros utama melingkar, digunakan segmen karbon-grafit yang pas dengan jarak ujung yang rapat pada slot di rumah stasioner. Segmen karbon-grafit dikencangkan pada lapisan keramik atau logam keras pada poros yang berputar menggunakan pegas “garter”. Irisan pengangkat dan konfigurasi mesin digunakan untuk menciptakan gaya angkat sehingga seal ini bekerja pada film aerodinamis atau hidrodinamik. Kecepatan putarannya bisa mencapai 26.000 rpm, dan suhu di dalam cincin segel bisa mencapai 800 °F.

Unit daya tambahan (APU) adalah mesin turbin gas kecil yang digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik, AC, atau panas kabin ketika mesin utama dimatikan di pintu gerbang untuk menghemat bahan bakar. APU mengandung segel karbon-grafit yang serupa, namun lebih kecil dari, segel mesin utama.

Bahan karbon mekanis yang bebas minyak dan dapat melumasi sendiri memiliki kombinasi karakteristik unik yang menjadikannya ideal untuk digunakan dalam aplikasi segel pesawat komersial dan militer. Bahannya dapat melumasi sendiri, memoles sendiri, dan stabil secara dimensi, yang menjamin pasangan penyegel yang baik. Bahannya tahan panas dan memiliki konduktivitas termal yang tinggi, yang membantu menghantarkan panas gesekan dari permukaan geser. Selain itu, material ini mudah dikerjakan untuk memenuhi toleransi dimensi ruang angkasa, dan material ini dapat disuplai dengan cara dirangkai dan dipoles hingga spesifikasi kerataan satu pita cahaya helium.

Artikel ini ditulis oleh Glenn H. Phelps dari Metallized Carbon Corporation. Untuk informasi lebih lanjut, Klik Disini