сверхзвуковой авиации

Описание изобретения.

Назначение изобретения.

Изобретение относится к смазочным высокотемпературным синтетическим маслам для силовых турбин в авиации, в частности для теплонапряженных газотурбинных двигателей сверхзвуковой авиации.

Одним из наиболее важных эксплуатационных показателей авиационных масел является их стабильность к окислению при высоких температурах. Загрязнение маслосистемы продуктами глубокого окисления масла представляет серьезную опасность и может явиться причиной нарушения режима работы двигателя. Поэтому для современных авиационных механизмов требуются масла, отвечающие ужесточенным требованиям к термоокислительной стабильности.

Требования, предъявляемые к маслам для указанных узлов эксплуатации следующие:

- стабильные смазывающие свойства при минимальных температурах (ниже минус 55°С) и максимальных (выше 200°С) при режиме форсажа (взлет-посадка) в течение требуемого ресурса с многочисленными остановками.

Предшествующий уровень техники.

Современные технические смазочные материалы готовят с использованием самых разнообразных природных и искусственных базовых компонентов, которые в зависимости от целевой области применения смешаны с различными пакетами присадок и растворителями. Как правило, базовые компоненты включают минеральные масла, высокоочищенные минеральные масла, поли-альфа-олифины (ПАО), полиалкиленгликоли (ПАГ), фосфатные эфиры, силиконовые масла, сложные диэфиры и сложные эфиры полиолов.

Требования стабильности и сопутствующая им потребность в создании смазочных масел повышенной стабильности постоянно возрастают. По мере того, как двигатели становятся все меньше и герметичнее, а рабочая температура двигателей повышается, возрастает спрос на смазочные материалы повышенной стабильности. Кроме того, смазочные материалы повышенной стабильности, которые сохраняют эту особенность, необходимы также, когда требуются более длительные периоды между двумя последоательными сменами масла и меньший уход, причем результатом того и другого является экономия.

В тех случаях, когда для конечного назначения целесообразна или необходима повышенная стабильность, обычно используют полностью этерифицированные сложные зфиры полиолов, что обусловлено их теплостойкостью и устойчивостью против окисления. Одни из самых жестких требований к смазочным материалам в отношении теплостойкости/устойчивости против окисления, предъявляются к маслам для турбин самолетов (МТС). В составе таких масел, в качестве базовых компонентов обычно используют сложные эфиры полиолов. Несмотря на присущие им теплостойкость/устойчивость против окисления в сравнении с другими базовыми компонентами (например, минеральными маслами, поли-альфа-олефинами и т. д. ), даже эти синтетические сложноэфирные смазочные материалы подвергаются окислительному разложению и не могут быть использованы в окислительных условиях в течение длительных периодов времени без дополнительной модификации. Известно, что это разложение связано с окислением и/или гидролизом сложноэфирного базового компонента.

Обычные композиции масел для турбин самолетов на основе синтетических сложных эфиров полиолов требуют дополнительных антиоксидантов (также известных, как замедлители окисления). Антиоксиданты ослабляют тенденцию сложноэфирного базового компонента к ухудшению свойств во время эксплуатации, причем за этим ухудшением можно наблюдать по продуктам окисления, таким, как отстой и лакоподобные отложения на металлических поверхностях, и по повышению кислотности, а в некоторых случаях по возрастанию вязкости. К таким антиоксидантам относятся ариламины (например, диоктилдифениламин и фенил-альфа-нафтиламин) и т.п.

Известен состав смазочного масла для силовых турбин (RU 2125084 С1 , 1999) широко эксплуатируемого в дозвуковой авиации и газоперекачивающих агрегатах с рабочими температурами до 120°С, имеющее торговое название «Авиационное масло Мс-8п» Ост.38.01 163-78 (изм. 1-10), состава, масс. %:

2,6-дитретбутил паракрезол 0,7- 1 ,0 ариловые эфиры фосфорной кислоты 1,0-3,0 аминопроизводные антиокислительные присадки 0,1-0,5 бензотриазол 0,005-0,015 базовое масло (минеральное) остальное

Недостатком известного масла является его неудовлетворительная термоокислительная и термическая стабильность при температуре выше 150°С, что приводит к появлению отложений смолистого характера на фильтрах двигателя.

Известно смазочное масло для силовых турбин (RU 2109800 С1, 1998)

следующего состава, масс. %:

2,6-дитретбутил паракрезол 0,5-3,0 η,η'-динонилдифениламин 0,2-0,5 трикрезил фосфат или дифенил паратретбутил

фенил фосфат 1,0-3,0 бензотриазол 0,005-0,1 базовое масло (нефтяное или сиртетическое) остальное

Недостатком масла является неудовлетворительная термоокислительная стабильность при температуре выше 200°С, не обеспечивающая оптимальную эксплуатацию ГТД.

Из RU 2325434 С2, 27.05.2008 известно смазочное масло, содержащее базовое полиальфаолефиновое масло, 2,6-дитретбутилпаракрезол, трикрезилфосфат, бензотриазол, дополнительно содержит сложные эфиры триметилолпропана и одноосновной карбоновой кислоты или диизооктилсебацинат и продукты реакции N- фенилбензоламина и 2,4,4-триметилпентана.

Могут быть использованы эфиры триметилолпропана и карбоновых кислот, содержащих от 5 до 18 атомов углерода. Компоненты взяты в следующем соотношении, мае. %:

продукты реакции Ν-фенилбензоламина и

2,4,4-триметилпентана 0,1-1,5

2,6 дитретбутилпаракрезол 0,5-5,0

трикрезилфосфат 1,0-5,0 бензотриазол 0,001-0,5 сложные эфиры триметилолпропана и одноосновной

карбоновой кислоты или диизооктилсебацинат 10,0-40,0 полиальфаолефиновое масло ПАОМ-4 до 100%

Недостатком данного масла является недостаточно стабильные технические характеристики его в условиях эксплуатации - в жестких условиях эксплуатации двигателей сверхзвуковой авиации. Из RU 2185423, 2002 известно другое синтетическое смазочное масло для силовых турбин, содержащее в масс. %:

термостабильный диизооктилсебацинат 10,0- 15,0

2,6-дитретбутил паракрезол 0,5-3,0 η,η'-динонилдифениламин или

смесь бутил-и-октилдифениламинов 0,2-0,5 трикрезил фосфат или

дифенилпаратрет-бутилфенилфосф� �т 1,0-3,0 бензотриазол 0,005-0,1 базовое масло (синтетическое или полиальфаолефиновое) остальное Недостатком указанного масла также являются неудовлетворительные эксплуатационные свойства: стабильность к окислению при 210°С и термическая стабильность при 250°С, которые не обеспечивают эксплуатационные параметры теплонапряженных ГТД современной авиационной техники 4-го и 5-го поколений.

Таким образом, и в настоящее время является актуальным создание смазочных композиций высокотемпературных масел для теплонапряженных газотурбинных двигателей сверхзвуковой авиации, работоспособных как в условиях низких температур, так и термической стабильностью при повышенных температурах, а также антикоррозионными свойствами в указанных условиях эксплуатации.

Краткое описание сущности изобретения.

Итак, технической задачей заявляемого изобретения является получение смазочной композиции высокотемпературного масла для теплонапряженных газотурбинных двигателей сверхзвуковой авиации с хорошими вязкостно- температурными свойствами, в том числе и при минусовой температуре, термоокислительной стабильностью до 250°С, термической стабильностью и хорошими антикоррозионными свойствами в условиях повышенных температур, а также при минусовых температурах.

Поставленная техническая задача достигается смазочной композицией высокотемпературного масла для теплонапряженных газотурбинных двигателей сверхзвуковой авиации, содержащей в качестве базового компонента сложный эфир триметилолпропана и жирных монокарбоновых кислот, а также антиокислительную присадку диоктилдифениламин или (бис(4-(1,1 ,3,3-тетраметибутил)фенил)амин), антиокислительную присадку - алкилированный фенил-альфа-нафтиламин, антикоррозионную присадку в виде смеси маслорастворимого дезактиватора металла Иргамет 39 на основе производного толутриазола и ингибитора коррозии 1,2,3- бензотриазола, трикрезилфосфат в качестве противоизносной присадки при следующем соотношении исходных компонентов в масс. %:

антиокислительные присадки:

диоктилдифениламин или

(бис(4-( 1 , 1 ,3 ,3 -тетраметибутил)фенил)амин 1 ,0-3,0 алкилированный фенил-альфа-нафтиламин 1,0-3,0 антикоррозионная присадка в виде в виде смеси

дезактиватора металла на основе производных

толутриазола Иргамет 39 и 1,2,3 -бензотриазола 0,1-0,5 трикрезилфосфат 2,0-5,0 указанный авиационный триметилолпропановый

эфир в качестве базовой основы остальное

Подробное описание изобретения.

Раскрытие изобретения.

В заявленной в качестве изобретения смазочной композиции в качестве базовой основы используют авиационный эфир триметилолпропановый (сложный эфир), представляющий собой смесь сложных эфиров и индивидуальных жирных карбоновых кислот, например гептановой и копры в соотношении 70:30, соответствующий требованиям ТУ 0253-002-07548712-2010 («Авиационный эфир триметилолпропановый базовый») основные технические свойства его указаны в таблице 1.

В состав смазочной композиции по изобретению входит смесь определенных присадок (антиокислительные, антикоррозионные, противоизносные), обеспечивающие совместно с указанной базовой основой синергетический эффект, обусловленных подбором их и количественным содержанием их в смазочной композиции.

Показатели качества авиационного эфира триметилолпропанового базового должны соответствовать нормам, приведенным в таблице 1. Таблица 1.

В смазочной композиции по изобретению в качестве таких синергетически действующих присадок используют следующие добавки-присадки:

- антиокислительная присадка - диоктилдифениламин (ДАТ по ТУ 38.1011215) или Ирганокс L 01 (Ирганокс L 01 - ди-изо-октилдифенил-амин; США IRGANOX L 01);

- антиокислительную присадку - алкилированный фенил-а-нафтиламин (ФАТ ТУ 38.401-1871-91) или Ирганокс L 06, США IRGANOX L 06);

- антикоррозионную присадку Иргамет 39 (на основе производных толутриазола) и Иргамет BTZ (1,2,3-бензотриазол);

- противоизносную присадку - трикрезилфосфат (ТКФ по ГОСТ 5728).

В таблице 2 представлены примеры смазочной композиции по изобретению. Таблица 2. Примеры составов смазочной композиции по изобретению.

Смазочную композицию высокотемпературного масла готовят путем растворения добавок-присадок в базовой основе: в реактор подают расчетное количество эфира триметилолпропанового, включают мешалку, подают пар и нагревают до 70-80°С с последующим перемешиванием. При 75-95°С загружают присадки , перемешивают, фильтруют.

Промышленная применимость.

Подобранный, экспериментально-качественный, состав пакета присадок и их количественного содержания в сочетании с базовой основой - авиационным эфиром триметилолпропановым (смесь сложных триметилолпропановых эфиров индивидуальных карбоновых кислот) обеспечивает получаемой смазочной композиции высокотемпературного масла комплекс необходимых свойств, позволяющий использовать ее в жестких условиях эксплуатации - для теплонапряженных газотурбинных двигателей сверхзвуковой авиации (скоростные нагрузки, в условиях низких и высоких температур).

В таблице 3 представлены основные технические свойства смазочной композиции по изобретению, которые свидетельствуют о получении смазочной композиции, обладающей термоокислительной стабильностью при высоких температурах, коррозионной и окислительной стабильностью при высоких температурах, высокими триботехническими свойствами, стабильными вязко-температурными свойствами, необходимой вспениваемостью.

Таблица 3.

J ° Наименование показателя Норма Метод

испытания

1 Внешний вид Прозрачная Визуально по

идкость п.6.2

наст. СТО

2 Кинематическая вязкость,

мм /с,

при температуре: 4,0 по ГОСТ 33 или 100 °С, не менее ISO 3104

5500 ASTM D 45 минус 40 °С, не более

3 Температура застывания, минус 60 ГОСТ 20287

°С, не выше (метод Б) или

ASTM D 97

4 Температура вспышки, по ГОСТ 4333

определяемая в открытом 230 или

тигле, °С, не ниже ASTM D 92 5 Кислотное число, мг КОН/г по ГОСТ 1 1362 на 1 г масла, не более 0,2 или ГОСТ 5985 не SAE ARP 5088 нормируется

6 Содержание воды, %, не отсутствие ГОСТ 2477 или более ASTM D 95

7 Содержание механических отсутствие по ГОСТ 6370 примесей, %, не более

8 Термоокислительная ГОСТ 23797 стабильность при 225°С в

течение 50 ч и расходе

воздуха (10±0,5), дм ³ /ч: а) кислотное число после 2,5 по ГОСТ 1 1362 окисления, мг КОН на 1 г или ГОСТ 5985 масла, не более или

SAE ARP 5088 б) кинематическая вязкость, 5,0

мм ² /с, 8000 по ГОСТ 33 или после окисления, при ISO 3104 температуре:

100 °С, не более 0,10

минус 40 °С, не более ГОСТ 23797 в) массовая доля осадка, не

растворимого в изооктане, отсутствие ГОСТ 23797 %, не более отсутствие

±0,2

г) коррозионность масла,

мг/см на пластинках:

сталь марки ШХ15 по

ГОСТ 801 ;

алюминиевый сплав АК4 по

ГОСТ 4784;

медь марки Ml или М2 по

ГОСТ 859

Таблица 3 (продолжение)

JN° Наименование показателя Норма Метод испытания

9 Термоокислительная ГОСТ 23797 стабильность при 240°С в

течение 50 ч и расходе

воздуха (10±0,5), дм ³ /ч: Не по ГОСТ 1 1362 а) кислотное число после нормируете или ГОСТ 5985 окисления, мг КОН на 1 г я. или масла, не более Определени SAE ARP 5088 е не

обязательно

б) кинематическая вязкость, по ГОСТ 33 или мм ² /с, ISO 3104 после окисления, при Не

температуре: нормируете

100 °С, не более я. ГОСТ 23797 минус 40 °С, не более Определени

с

в) массовая доля осадка, не обязательно ГОСТ 23797 растворимого в изооктане,

%, не более г) коррозионность масла,

мг/см на пластинках: Не

сталь марки ШХ15 по нормируете

ГОСТ 801 ; я.

алюминиевый сплав АК4 по Определени

ГОСТ 4784; е

медь марки Ml или М2 по обязательно

ГОСТ 859

Трибологические

характеристики на ГОСТ 9490 четырехшариковой машине

трения:

60

а) критическая нагрузка

(Рк), кГс,

не менее 0,4 б) показатель износа, Ди,

мм не ASTM D 4172 при осевой нагрузке 196 Н, нормируете

не более я в) диаметр пятна износа: 1

час, 40 кг,

не более

Коррозионная и Спецификация окислительная не MIL-PRF-7808L стабильность при 218°С в нормируете Gr.4 течение 72 час я FED-STD-791

Метод 5308

Коррозионная и Спецификация окислительная не MIL-PRF-7808L стабильность при 204°С в нормируете Gr.4 течение 72 час я FED-STD-791

Метод 5308