1.1. Авиационные горюче-смазочные материалы. Учебнометодический комплекс модуль Авиационные горючесмазочные материалы Авиационные топлива Основное сырье для получения авиатоплив (АТ) нефть
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
масло МС-8рк – рабочее и консервационное масло на базе масла МС-8П с добавлением ингибитора коррозии. Равноценно маслу МС-8П по эксплуатационным показателям и значительно превосходит по консервационным характеристикам. При консервации маслосистем авиационных двигателей срок защиты составляет: для масла МК-8 – 3 месяца, для масла МС-8П – 1 год, для масла МС-8рк – 4…8 лет. Зарубежные аналоги - AeroShell Turbine Oil 3SP, TurboNicoil 321. TurboNicoil 306. Масла для турбовинтовых двигателей Особенность конструкции ТВД связана с наличием в них многоступенчатых зубчатых передач (редукторов), которые обеспечивают передачу больших потоков мощности от вала турбокомпрессора к валу воздушного винта. Зубья шестерен редукторов ТВД работают при высоких контактных напряжениях, достигающих 800…1000 МПа. Для турбовинтовых двигателей до последнего времени широко используются маслосмеси, изготавливаемые путем смешения минеральных остаточных и дистиллятных товарных сортов масел отечественного и импортного производства, имеющих различные величины кинематической вязкости. В зависимости от пропорций смешиваемых исходных продуктов, они предназначаются для работы при разных климатических условиях эксплуатации. Высокооборотные подшипники ротора турбокомпрессора ТВД требуют маловязкого масла, в то время как условия работы зубьев шестерен редуктора требуют высоковязкого масла с улучшенными смазывающими и противоизносными свойствами. Для смазывания этих двигателей применяют нефтяные и синтетические масла. Основными смазочными материалами являются маслосмеси, получаемые смешением авиационных масел МС-8п и МС- 20 в следующих соотношениях (мас. доля, %): 75:25; 50:50; 25:75. Допускается применение масла МС-8рк в составе маслосмесей. Благодаря применению высококачественного масла МС-8п качество маслосмесей значительно повышается. Маслосмеси готовят и контролируют их качество по действующим нормативным документам. Нормирование эксплуатационных свойств и показателей качества смазочных масел Масла в зависимости от исходного сырья, условий производства и способа очистки могут обладать различными свойствами. Совокупность различных свойств масла определяет его качество и возможность применения для тех или иных целей. Величины основных физико-химических параметров масел регламентируются стандартами (сертификатами качества), которые дают представление о возможности поведения масла в процессе эксплуатации и служат для контрольных проверок качества масла путем сопоставления опытных данных с техническими условиями. Кроме классификации моторных масел по классам и категориям, классификации по вязкости изготовитель масла сообщает потребителю и другие физико-химические характеристики моторных масел. Вязкостные свойства масел Вязкостные свойства масел (вязкость и индекс вязкости) являются важнейшими характеристиками смазочных масел. С ними связаны также плотность масла, его температура застывания и проворачиваемость при низких температурах окружающей среды (холодный запуск). Они определяют возможность обеспечения жидкостного трения, эффективность охлаждения, легкость пуска, прокачиваемость масла по системе смазки и т.д. Вязкость масла характеризуют обычно в единицах кинематической вязкости и определяют с помощью капиллярного вискозиметра. За единицу кинематической вязкости (I м 2 /с в системе СИ) принимают вязкость масла, имеющего динамическую вязкость в I Н с/м 2 (Па с) и плотность I кг/м 3 . В технике используют также единицу измерения кинематической вязкости по системе размерностей СГС – стокс (Ст), причем I Ст = I см 2 /с (применяют и единицу, в 100 раз меньшую стокса, - сантиСтокс: 1 сСт = 0,01 см 2 /с = 1 мм 2 /с). При выборе вязкости авиационного масла исходят из двух основных требований: - обеспечение низкотемпературного запуска двигателя; - оптимизация рабочей вязкости (на прогретом двигателе), за которую принимают вязкость масла при температуре 100°С. Величина рабочей вязкости по верхнему пределу определяется уровнем потерь мощности на трение и циркуляцию масла. При большей вязкости ухудшаются прокачиваемость масла (в особенности на режиме пуска) и смазка поверхностей трения разбрызгиванием (барботажем) и самотеком, в результате чего может возникнуть масляное голодание и повышенный износ узла. Вязкость масла зависит от химического состава, давления и температуры. Зависимость вязкости масла от давления заметно проявляется при его значениях выше 5 МН/м 2 и усиливается при понижении температуры. Изменение вязкости с изменением давления необходимо учитывать при расчете подшипников современных двигателей, у которых давления могут достигать 90... 100 МН/м 2 Зависимость вязкости масла от температуры называют вязкостно- температурной характеристикой. При более пологой вязкостно- температурной кривой качество масла выше, т. к. при пониженных температурах оно свободно течет по трубопроводам, а при высоких - сохраняет достаточную вязкость для надлежащей смазки узлов трения (рис. 4.3). Рис. 4.3. Рабочий диапазон вязкости моторного масла по температуре Наиболее распространенным способом оценки вязкостно-температурных свойств смазочных масел по нормативным документам является показатель индекса вязкости (ИВ). Чем он больше, тем масло лучше, так как меньше изменяется его вязкость по температуре. Метод определения индекса вязкости изложен в ГОСТ 25371-97. Индекс вязкости (ИВ) - эмпирическая величина, которая определяется путем сравнения характеристик испытуемого масла с двумя эталонными маслами двух серий, которые имеют вязкость, одинаковую с вязкостью испытуемого масла при заданной температуре. Первая серия включает масла, обладающие пологой вязкостно-температурной кривой (индекс вязкости принят за 100), а вторая серия состоит из масел с плохими вязкостно- температурными свойствами (индекс вязкости принят за 0). Эталонные масла одной и той же серии отличаются друг от друга только величиной вязкости. ИВ можно определить расчетным или графическим способом. При наличии характеристик эталонных масел ИВ (VI) вычисляют по формуле: индекс вязкости (VI) нефтепродукта (4.5) (4.6) где U - кинематическая вязкость при 40 °С нефтепродукта, индекс вязкости которого требуется определить ( D = L - H), мм 2 /с; L и Н – эмпирические величины, которые приведены в [8] и влияют на определение индекса вязкости. При величинах ИВ, превышающих значение 100, его величину вычисляют по методу Б ГОСТ 25371-97 с помощью логарифмов величин, входящих в расчетную формулу, используемую в методе А ГОСТа. Графически ИB можно определить, используя значения вязкости масла при 50°С и 100°С и номограмму (рис. 4.4). Рис. 4.4. Номограмма для определения индекса вязкости моторного масла Для нахождения индекса вязкости необходимо отложить на вертикальной шкале значение вязкости масла при 50°С, а на горизонтальной - значение вязкости при 100°С, и из полученных точек восстановить перпендикуляры до взаимного пересечения. При прочих равных показателях лучшее масло обладает более высоким индексом вязкости и оно более пригодно для эксплуатации в зимних условиях. С возрастанием температуры вязкость масла снижается (масло разжижается), а при ее понижении вязкость увеличивается (масло густеет). Масло с низким индексом вязкости в холодном двигателе настолько загустевает, что на преодоление внутреннего трения самого масла уходит слишком много энергии. Из-за медленного притока масла при запуске и разогреве двигателя трущиеся детали сильно изнашиваются. При высоких температурах и невысоком индексе вязкости вязкость моторного масла может уменьшиться настолько, что оно не образует прочную плёнку. Для улучшения вязкостно-температурных свойств масел в них добавляют специальные вязкостные присадки, например, полиизобутилен с молекулярной массой 15000...20000. Добавка 2% полиизобутилена повышает вязкость масла при 100°С примерно в два раза. Кроме того, вязкостная добавка улучшает структуру минерального масла. При производстве современных авиационных масел во всем мире используют зарубежные загущающие присадки фирм Lubrizol и Comad. Минеральные масла не имеют определенной, четко выраженной температуры перехода из жидкого состояния в твердое (из-за своего фракционного состава). Поэтому температурой застывания (потерей текучести) условно считается та, при которой поверхность масла, охлаждаемого в стандартной пробирке, после наклона под углом в 45°С остается неподвижной в течение одной минуты. Несмотря на несовершенство этого показателя, по нему можно с достаточной для практики точностью судить о низкотемпературных свойствах масла. Для понижения температуры застывания масел и улучшения низкотемпературной текучести применяют специальные присадки, называемые депрессорами. Их действие основано на том, что они затрудняют или прекращают кристаллизацию парафиновых углеводородов в масле при низких температурах. Смазочные свойства Под смазывающей способностью масла (маслянистостью) понимают способность веществ, входящих в его состав, образовывать на трущихся поверхностях прочную молекулярную пленку, которая препятствует непосредственному соприкосновению этих поверхностей. Это свойство масла особенно важно в условиях граничного трения. Маслянистость масел зависит от их химического состава. Присутствие в маслах жирных кислот и других поверхностно-активных соединений повышает их маслянистость, поэтому, чем лучше очищено минеральное масло, тем хуже его маслянистость. В стандартах на смазочные масла показатель маслянистости отсутствует, так как еще не разработаны стандартные методы его определения. Однако на практике для оценки смазывающей (трибологической) способности масел пользуются специальными четырехшариковыми машинами трения (ЧМТ), в которых прочность масляной пленки определяется по ряду характеристик (диаметру пятна износа Dи, индексу задира Из, усилию сваривания Рс). Испытания проводятся при заданных стандартных условиях испытания, приведенных в нормативной документации на каждый вид масла. Чем выше нормативы по этим показателям, тем лучшей смазывающей способностью обладает испытуемое масло. Для повышения смазывающих свойств масел применяют специальные противоизносные и противозадирные присадки. Коррозионная стабильность масел Коррозионные свойства масел определяются присутствием кислот, щелочей, воды, а также их очисткой в процессе производства от присутствия следов сероводорода и меркаптанов. При работе двигателя создается сочетание условий, интенсифицирующих коррозию конструкционных материалов, - высокие температуры и давления в присутствии химически активных коррозионно-агрессивных веществ. Коррозионную агрессивность масел обусловливают содержащиеся в них в виде примесей водорастворимые кислоты, образующиеся из оксидов азота и серы. Коррозионная агрессивность содержащихся в масле органических кислот возрастает в присутствии воды. Особенно интенсивной коррозии подвергаются свинец и цветные металлы, входящие в антифрикционные сплавы. Кислотное число – характеристика кислотности масел, которая выражается количеством миллиграммов едкого калия на 1 грамм масла (мг КОН/г), требующегося для нейтрализации всех типов кислот, содержащихся в 1 грамме анализируемого продукта. Кислотное число указывает на содержание в масле как свободных, так и связанных кислот (нефтеновых). В процессе эксплуатации кислотные свойства масел возрастают. Исключительно вредным является наличие в масле минеральных водорастворимых кислот и щелочей. Эти кислоты вызывают коррозию всех металлических поверхностей, щелочи сильно разрушают детали, изготовленные из цветных металлов. Поэтому техническими условиями в некоторых сортах масел допускаются лишь их следы. В трансмиссионных маслах водорастворимые кислоты и щелочи недопустимы. Содержание воды в маслах является не менее опасным. Вода ухудшает смазывающие свойства масел, корродирует трущиеся детали, способствует образованию осадков и вспениванию масла. При низких температурах вода замерзает и препятствует подаче масла к узлам трения. Повышение антикоррозионных свойств масел достигается улучшением их химической стабильности, препятствующей образованию кислых продуктов, и применением антикоррозионных присадок или ингибиторов. В качестве ингибиторов коррозии масел используют эфиры нафтеновых и жирных кислот, сульфаты металлов, аминосоединения и др. Основными элементами, включаемыми в антикоррозионные присадки, долгие годы являлись сера, фосфор, а также алкилфенольные и фенольные соединения с различными функциональными группами, сульфонаты, нитрированные нефтепродукты, сукцинимиды и т.д. В качестве компонентов антикоррозионных присадок для нефтяных масел в прошлом наиболее часто использовались диалкилтиофосфаты металлов; для синтетических - меркаптобензотиазол (сероорганическое азотсодержащее соединение), обладающий также свойствами противозадирной и антиокислительной присадки. Однако в современных рецептурах масел они заменяются новыми менее токсичными присадками, в которых серу и фосфорорганические соединения заменили азотсодержащими, которые имеют гораздо лучшие экологические характеристики (например, сукцинимидные присадки). Практически все типы антикоррозионных присадок обладают также антиокислительными, противоизносными и противозадирными свойствами, то есть являются многофункциональными присадками. Стабильность масел Под стабильностью масла понимают его способность сохранять показатели качества в пределах определенных допусков в заданных условиях эксплуатации. Различают химическую и физическую стабильность масел. Химической стабильностью масел называется их способность противостоять изменению свойств под воздействием кислорода воздуха и повышенных температур при хранении, транспортировке и использовании в двигателе. Она зависит от химического состава масла, температуры, длительности окисления, влияния катализаторов и т.д. Высокой стабильностью обладают синтетические смазочные масла (силиконы, фторуглеводороды и др.). Минеральные масла при нормальной температуре практически не окисляются, но с повышением температуры, особенно в присутствии каталитически активных примесей, скорость и глубина их окисления сильно возрастают. В процессе окисления в масле образуются совершенно новые продукты: кислоты, смолы асфальтены и др. Часть масла, находясь в зоне высоких температур (поршневая группа и т.д.), превращается в нагар и лаковые (смолистые) отложения. В масле продукты окисления образуют осадки (шлам). Последние изменяют цвет масла, вызывают коррозию и загрязняют двигатель. Пленка лака, являясь плохим проводником тепла, приводит, например, к перегреву поршневой группы и, как следствие, к заеданию поршневых колец и другим опасным последствиям. Химическую стабильность масел оценивают по устойчивости против окисления, термоокислительной способности и моющим свойствам. Термоокислительная стабильность и моюще-диспергирующие свойства смазочных масел характеризуются изменением кислотности, вязкости, коксуемости, зольности и содержанием смол. Так, например, коксуемость (коксовое число) масла может косвенно служить количественным показателем способности масла образовывать нагар в камере сгорания двигателя под воздействием высоких температур. Физическая стабильность масла определяется его способностью сохранять заданный фракционный состав и физическую гомогенность (фазовую однородность). Фракционный состав масла изменяется вследствие его испарения во время работы двигателя. При повышении температуры масла в первую очередь испаряются легкокипящие фракции. Остающиеся тяжелые фракции обладают повышенной вязкостью и склонностью к осадкообразованию. Экспериментальное определение фракционного состава смазочного масла затруднено из-за того, что его перегонка должна производиться под вакуумом (во избежание термического разложения). Поэтому оценка физической стабильности масла осуществляется по косвенному параметру - температуре вспышки паров масла. Температура вспышки - это минимальная температура, до которой нужно нагреть масло в специальном приборе, чтобы пары его образовали с воздухом смесь, мгновенно воспламеняющуюся от контакта с поднесенным к нему источником открытого пламени. При этом горение паров топлива прекращается после удаления источника пламени. Эта температура определяется аналогичной характеристикой базового масла, а также составом пакета присадок. Температура вспышки масел зависит от их химического состава - структуры молекул базовых компонентов. Для масляных фракций она обычно увеличивается с повышением плотности и вязкости (уменьшается количество легко испаряемых компонентов). Температура вспышки существенно снижается по сравнению с исходным значением в процессе работы. Масло может разжижаться топливом из-за неисправности двигателя. В сочетании со снижением вязкости масла понижение температуры вспышки служит сигналом для поиска неисправностей системы подачи топлива, системы зажигания в поршневых двигателях. В исправном двигателе масло с высокой температурой вспышки практически не расходуется в пределах разрешённого интервала замены. Температура вспышки масел определяется при помощи прибора определения температуры вспышки в закрытом тигле или в приборе определения температуры вспышки в открытом тигле, в соответствии с методом определения, записанном в нормативной документации на каждую марку масла. Одновременно она характеризует также пожаробезопасность масла. При старении масла может происходить его коллоидная дестабилизация - расслоение масла и выпадение осадка, т.е. нарушение физической однородности масла. Это явление характеризуется показателем моюще- диспергирующих свойств, которые препятствуют возможности образования больших сгустков смолистых веществ, заметно снижающих условия смазки узлов трения. Выше говорилось о том, как с этим бороться с помощью моюще- диспергирующих присадок. Изменение цвета масла в процессе эксплуатации косвенно характеризует степень его окисления или загрязнения. |