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.
|
|
Синтетические масла Минеральные масла имеют ограниченные эксплуатационные свойства, ввиду неудовлетворительных вязкостно–температурных характеристик и малой стабильности при высоких температурах и давлениях. Поэтому последние десятилетия всё более широкое применение находят синтетические масла с заранее заданными характеристиками. Основное отличие синтетических масел от минеральных состоит в том, что в отличие от минеральных масел, основы которых являются продуктами нефтепереработки, синтетические представляют собой практически одинаковые молекулы, являющиеся продуктами нефтехимического синтеза. Благодаря этому, физико–химические свойства и стабильность синтетических масел значительно выше, чем у минеральных. Основные классы основ синтетических масел перечислены в разделе 4.3 настоящего пособия. Ассортимент синтетических масел и их зарубежные аналоги Обсуждая ассортимент синтетических авиамасел необходимо иметь в виду, что в последние годы, в связи с существенным обновлением парка воздушных судов гражданской авиации за счет закупки зарубежной техники, спрос на отечественные авиамасла существенно уменьшился за счет их повсеместной замены импортными аналогами. Однако остается надежда, что эта тенденция со временем будет переломлена и на наших авиалиниях вновь будут летать воздушные суда российского производства и производство отечественных масел возобновится. Масло ИПМ-10 (ТУ 38.101299-90) – синтетическое углеводородное с комплексом высокоэффективных присадок. Работоспособно в интервале температур от -50°С до +200°С. В конце 60-х годов было разработано и испытано с положительными результатами, не имевшими к тому времени зарубежных аналогов. Синтетическое углеводородное масло ИПМ-10 успешно применялось в качестве рабочего масла в теплонапряженных ТРД и во вспомогательных агрегатах летательных аппаратов. Масло ИПМ-10 вырабатывалось на основе изопарафиновых углеводородов (масло ИПМА -10) – смесь продуктов гидрокрекинга и гидроизомеризации парафина со сложным эфиром ДОС с добавками комплекса функциональных присадок. В 1993 г. производство масла ИПМ-10 было прекращено из-за отсутствия сырья, требуемого качества. С 1999 года масло ИПМ-10 вырабатывается на основе изопарафиновых углеводородов, полученных в результате других технологических процессов – олигомеризацией альфаолефинов, в результате чего образуются полиальфаолефины (ПАОМы) различной вязкости. Применяют в теплонапряженных ГТД военной и гражданской авиации с температурой масла на выходе из двигателя до 200°С, а также в авиационных турбохолодильниках в качестве унифицированного сорта масла и в других агрегатах. Можно использовать для недлительной консервации. В качестве зарубежного аналога применяется масло TURBONICOIL 210а (TN-210a), а также более современные образцы масел TURBONICOIL 400 (ТN-400) и TURBONICOIL 600 (TN600). Масло ВНИИНП-50-1-4-ф (ГОСТ 13076-86) – синтетическое диэфирное масло с присадками, повышающими противоизносные свойства и термоокислительную стабильность на основе сложных эфиров диизоктилового спирта и себациновой кислоты (ДОС). В 60-х годах было разработано и допущено к применению масло ВНИИНП 50-1-4ф, обладающее хорошими низкотемпературными свойствами и термостабильное до 175-180°С. Применяют в двигателях с температурой масла на выходе до 175°С и в турбохолодильниках. Зарубежные аналоги AeroShell Turbine Oil 390, AeroShell Turbine Oil 560. BP Turbo Oil 2380 (ВР ТО 2380), BP Turbo Oil 2197 (ВРТО 2197). Масло ВНИИНП-50-4-у(ТУ38.401-58-12-91) – синтетическое диэфирное, содержащее эффективную композицию антиокислительных присадок, позволяющих применять масло при температуре от -60º до +200°С с перегревом до 225°С. Допущено к применению во всех авиационных ГТД. Может заменить масло ВНИИНП-50-4-ф во всех отношениях. Не требуется замена резин и конструкционных материалов. Используется как одно из основных в военной технике (например, МиГ-29). Рекомендовано для перспективной техники. Зарубежные аналоги AeroShell Turbine Oil 390, AeroShell Turbine Oil 560, BP Turbo Oil 2380 (ВР ТО 2380), BP Turbo Oil 2197 (ВРТО 2197). Масло Б-3В (ТУ 38.101295-85) – синтетическое масло на основе сложных эфиров пентаэритрита и жирных кислот С 5 -С 9 с комплексом присадок. В их состав включена антиокислительная (параоксидифениламин) и противозадирная (2-меркаптобензтриазол). Применяют в ГТД, редукторах вертолетов и другой техники с температурой масла на выходе из двигателя до 200°С, однако высокая коррозионная агрессивность его к ряду конструкционных материалов (медные и магниевые сплавы) при повышенных температурах ограничивают температурные пределы его применения. Обладает высокими смазывающими свойствами. Недостаток: выпадение в осадок противозадирной присадки при низкой температуре эксплуатации в результате окисления с последующим растворением осадка в масле при 70-90°С подобно тому, как это происходит в масле 36/1КуА вследствие окисления противозадирной присадки, особенно в зимнее время. В настоящее время ряд российских фирм производителей активно занимается устранением данного недостатка. Зарубежный аналог AeroShell Turbine Oil 560, BP Turbo Oil 25 (BPTO 25), Сastrol 98. Масло 36/1-КУА(ТУ 38.101384-78) – синтетическое на основе сложных эфиров с комплексом присадок. Обладает высокими противозадирными свойствами. Используют в ГТД с температурой масла на выходе двигателя до 200°С. На основе смеси эфиров диэтиленгликоля и пентаэритрита и СЖК фракции С 5 -С 9 было разработано масло 36/1, содержащее в качестве антиокислительной присадки 0,5% параоксидифениламина. Позже, на основе этого масла, был разработан последовательно целый ряд композиций масел – 36/1К, 36/1Ку и 36/1КуА. В составе указанных масел содержалась активная противозадирная присадка 2-меркаптобензтиазол («каптакс»), введенная для улучшения смазывающей способности масла 36/1. Недостатком этих синтетических масел являлась высокая коррозионная агрессивность по отношению к цветным металлам и магниевым сплавам. Наличие в составе масел 36/1К, 36/1Ку и 36/1КуА присадки каптакс обуславливало потенциальную возможность образования осадков в маслосистеме двигателей вследствие окисления присадки кислородом воздуха при повышенных температурах. Образующийся при этом продукт окисления дитиобензтиозол («альтакс») обладает значительно худшей растворимостью в основе масла, особенно при низких температурах и в определенных условиях может выпадать в осадок. В настоящее время не вырабатывается. Зарубежный аналог Aero-Shell Turbine Oil 560, BP Turbo Oil 2389 (ВР ТО 2389). Масло ЛЗ-240 (ТУ 301-04-010-92) - синтетическое на основе сложных эфиров пентаэритрита и жирных кислот с комплексом присадок. Рекомендуется для использования в тех же двигателях, в которых применяется масло Б-3В. Зарубежный аналог AeroShell Turbine Oil 560, BP Turbo Oil 2389 (ВР ТО 2389), Сastrol 98. Масло ПТС-225 (ТУ 38.401-58-1-90) - синтетическое высокостабильное на основе сложных эфиров пентаэритрита и синтетических жирных кислот С 5 - С 9 Работоспособно в интервале температур от -60º до +225°С. Рекомендовано к применению в теплонапряженной авиационной технике в качестве унифицированного масла для отработки новых теплонапряженных авиационных ГТД (ТРД, ТВД, ТВВД, турбовальных двигателей и редукторов вертолетов). Масло обладает улучшенными вязкостно-температурными свойствами и высокой термоокислительной стабильностью. Рекомендуется для перспективной авиатехники, а также взамен товарных нефтяных синтетических авиамасел. По своим физико-химическим и эксплуатационным свойствам наиболее соответствует (по сравнению с другими маслами) американской спецификации MIL – L – 23699F. Зарубежный аналог AeroShell Turbine Oil 500. Масло ВТ-301(ТУ 38.101657-85) - синтетическое на основе кремнийорганических жидкостей с присадкой. Для работы авиационных ТРД высокой тепловой напряженности было разработано масло ВТ-301 на основе фторорганосилоксанов. Масло ВТ-301 обладает высокой термоокислительной стабильностью (до 250-280°С), уникальными низкотемпературными свойствами, не агрессивно к большинству конструкционных авиационных материалов. К недостаткам масла следует отнести сравнительно невысокие противоизносные свойства, сложность технологии изготовления и, как следствие этого, чрезмерно высокую стоимость. Зарубежных аналогов не имеет. Масло ВНИИНП-25 шарнирное (ГОСТ 11122-84) – нефтяное низко- застывающее масло (зимний сорт), загущенное полимерной присадкой, содержит антиокислительную присадку. В настоящее время не производится. Масло ВО-12 (ТУ РМ-80-4-95) – всесезонное масло для осевых шарниров и втулок винтов вертолетов. Разработано взамен масла ВНИИНП-25. Работоспособно при температуре окружающей среды от -50º до +60°С. Представляет собой смесь синтетического ПАО и диэфиров с комплексом присадок. Пластичные смазки Назначение, состав и структура пластичных смазок Пластичные смазки представляют собой смазочные материалы, специальным образом загущенные для того, чтобы обеспечить смазку, консервацию и уплотнение тех узлов трения и деталей, для которых создать принудительную циркуляцию обычной жидкой смазки нецелесообразно или невозможно из-за особых условий работы и конструкции узла трения. Пластичные смазки по консистенции занимают промежуточное положение между жидкими маслами и твердыми смазочными материалами. Они представляют собой коллоидные системы (твердые или полутвердые гели), характеризующиеся высокой концентрацией дисперсной фазы. Высокая степень структурирования дисперсной фазы придает смазкам пластичность, упругость и ряд других свойств, благодаря которым они существенно отличаются от жидких смазывающихся материалов. Смазка при невысокой температуре и отсутствии нагрузки сохраняет первоначальный вид и ведет себя подобно твердым телам: не растекается под действием собственной массы, удерживается на вертикальных поверхностях и не сбрасывается инерционными силами с движущихся деталей. Однако уже при сравнительно малых нагрузках, превышающих предел прочности структурного каркаса, и при нагреве смазка начинает разрушаться – течь как пластичное тело, но при этом из зоны трения она не вытекает и через уплотнения не просачивается. При снятии нагрузки течение прекращается, и смазка вновь приобретает свойства твердого тела. В этом и заключается преимущество применения смазок по сравнению с жидкими смазывающими материалами. Основные функции пластичных смазок не отличаются от функций жидких масел и состоят в следующем: уменьшение силы трения между перемещающимися друг относительно друга поверхностями; снижение износа и предотвращение задира (заедания) трущихся поверхностей; уплотнение зазоров между сопряженными деталями. Специфика смазок заключается лишь в области их применения: - пригодность для смазывания сильно изношенных пар трения; - возможность использования в негерметизированных или открытых узлах; - способность прочно держаться на смазываемых поверхностях; - длительные сроки эксплуатации и хранения и пр. По сравнению с маслами пластичные смазки имеют ряд преимуществ: - малый удельный расход (иногда в сотни раз меньший); - более простая конструкция машин и механизмов (что снижает массу, повышает надежность и ресурс работы); - более продолжительный период «межсмазочных» стадий; - значительно меньшие эксплуатационные затраты при обслуживании техники. Применение пластичных смазок более эффективно в условиях высоких температур и контактных нагрузок, в узлах трения, работающих периодически или с частыми остановками. К недостаткам смазок следует отнести: - отсутствие отвода теплоты и продуктов износа от смазываемых деталей; - более сложную систему подачи пластичного смазочного материала к узлу трения; - низкую химическую стабильность мыльных смазок, что приводит к их повышенной окисляемости и ухудшению эксплуатационных свойств. Пластичные смазки, представляющие собой мазеобразные продукты, получают добавлением в масляную основу различных загустителей, под действием которых масло становится малоподвижным. Они состоят из пространственного структурного каркаса, образованного твердыми частицами загустителя (дисперсная фаза – в зависимости от класса смазки содержание загустителя в ней может составлять от 5% до 30 % ее массы) и жидкого масла, включенного в ячейки этого твердого каркаса (дисперсионная среда – 70…90 %). В качестве основы применяются минеральные и синтетические масла. Загустителями могут служить соли жирных высокомолекулярных кислот (мыла), твердые углеводороды (церезины, петролатумы) и некоторые продукты неорганического (бентонит, силикагель) или органического (пигменты, кристаллические полимеры, производные карбамида) происхождения. Наиболее распространенные загустители – металлосодержащие мыла и твердые углеводороды. Концентрация мыльного и неорганического загустителя обычно не превышает 15 %, а концентрация твердых углеводородов доходит до 25 %. Кроме основы смазки и загустителя пластичные смазки включают специальные добавки, необходимые для улучшения эксплуатационных свойств (для регулирования структуры и улучшения функциональных свойств). К ним относятся: - наполнители – твердые вещества, как правило, неорганического происхождения, нерастворимые в масле (графит, дисульфит молибдена, слюда и др.). Они улучшают антифрикционные и герметизирующие свойства и могут составлять 10…15 % от массы смазки; - модификаторы структуры – поверхностно-активные вещества (спирты, кислоты и др.). Способствуют формированию более прочной и эластичной структуры смазки и составляют 1 - 2 % от массы смазки; - присадки – малорастворимые поверхностно-активные вещества, добавляемые в количестве 1 - 5 % от массы смазки. Преимущественно те же, что используются в товарных маслах; антиокислители, стабилизаторы, ингибиторы коррозии. Кроме того, смазки обычно содержат некоторое количество воды, играющей роль стабилизатора. Особенностью пластичных смазок является обратимость процесса разрушения структурного каркаса: под действием больших нагрузок каркас разрушается, и смазка работает как жидкость; при снятии нагрузки каркас восстанавливается, и смазка вновь приобретает свойства твердого тела. Способность дисперсных систем обратимо разжижаться при механическом воздействии и отвердевать при относительно длительном их пребывании в покое носит название тиксотропия. Тиксотропные свойства пластичных смазок имеют большое эксплуатационное значение. Положительным качеством, обусловливаемым тиксотропией, является то, что при выбрасывании частиц разжиженной смазки из зоны трения и отложения их на неподвижных поверхностях они увеличивают вязкость и автоматически герметизируют узел трения от дальнейшего вытекания пластичной смазки. Классификация пластичных смазок и требования к ним Пластичные смазки различают по области применения, по типу основы, по природе загустителя, по консистенции (густоте). По назначению смазки подразделяются: - антифрикционные общего назначения и антифрикционные технологические – для облегчения технологических процессов обработки металлов давлением; - консервационные (защитные) – для предохранения металлических изделий от коррозии; - уплотнительные – для герметизации трущихся поверхностей, сальников, щелей, зазоров и других деталей; - специального назначения, например, фрикционные – для увеличения трения с целью предотвращения проскальзывания поверхностей; - приработочные – для улучшения приработки трущихся поверхностей деталей и другие. Подавляющее большинство смазок относится к первым двум группам, причем на автотранспорте применяют, как правило, первую группу. По типу основы смазки бывают на нефтяных, синтетических, растительных маслах, на смеси вышеперечисленных масел. По типу загустителя смазки делят на мыльные, углеводородные, органические и неорганические. Пластические смазки подразделяются по типу применяемого металлосодержащего мыла (соли высших карбоновых кислот) на кальциевые, натриевые, литиевые, алюминиевые и др. Поскольку тип и количество загустителя (до 30% массы) определяют эксплуатационные свойства смазки, поэтому в ее названии, как правило, он присутствует: кальциевая смазка, литиевая смазка и т.п. Эксплуатационные свойства и показатели качества пластичных смазок Эксплуатационные свойства смазок связаны с отдельными показателями их физико-химических свойств. Основными свойствами пластичных смазок, по которым можно производить сравнительную оценку их качества и предугадывать работоспособность, являются: предел прочности, эффективная вязкость, пенетрация, температура каплепадения, коллоидная и химическая стабильность, коррозионные свойства (водостойкость, кислотостойкость, содержание кислот, щелочей, воды), содержание механических примесей. Из всех показателей качества смазок основные - это температура каплепадения и уровень пенетрации. Потому именно они являются выходными параметрами для оценки и сравнения смазок друг с другом. Пластические свойства смазок Предел прочности, эффективная вязкость и пенетрация характеризуют пластические свойства смазок при воздействии на них внешних сил. Пределом прочности при сдвиге называется соответствующее этому переходу напряжение сдвига смазки. Это минимальная нагрузка, при которой происходит необратимое разрушение каркаса смазки и она ведет себя как жидкость. В рабочем интервале температур предел прочности пластичных смазок составляет от 0,1 до 3 кН/м 2 (рис. 4.5). Когда на смазку действует усилие, превышающее предел прочности на сдвиг, она течет, и ее свойства в этом случае (величина потерь на внутреннее трение в смазке) характеризуются эффективной вязкостью, т. е. внутренним трением между взаимоперемещающимися слоями. Фактически эта величина определяет пусковые характеристики механизмов, легкость подачи и заправки в узлы трения. При повышении градиента скорости деформации вязкость пластичных смазок уменьшается до некоторой минимальной величины (рис. 4.5). Кривая изменения вязкости с изменением скорости сдвига при постоянной температуре характеризует вязкостные свойства смазки: чем круче кривая, тем лучше смазка. При постоянном градиенте скорости деформации вязкость смазки изменяется только с изменением температуры. |