УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОТИВОИЗНОСНЫХ СВОЙСТВ АВИАЦИОННЫХ ТОПЛИВ ТИПА СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ

Полезная модель относится к устройствам определения в лабораторных условиях противоизносных свойств авиационных топлив типа сжиженных газов, например пропан-бутанового ряда, и может быть использована при проведении квалификационных испытаний таких топлив.
В летательных аппаратах эти топлива хранятся под давлением в нетеплоизолированных баках в жидком состоянии. Жидкими, топлива проходят через качающие узлы топливорегулирующей аппаратуры двигателя при давлениях, исключающих их кипение.
В программу квалификационных испытаний жидких авиационных топлив в обязательном порядке входит экспериментальная оценка их противоизносных свойств на стендах с различными парами трения. Испытания проводятся при атмосферном давлении в течение заданного времени с измерением показателей износа пар трения, определяющих противоизносные свойства.
В нормальных атмосферных условиях топлива пропан-бутанового ряда находятся в газообразном состоянии, поэтому, в настоящее время, квалификационная оценка противоизносных свойств топлив в виде сжиженных газов может быть проведена только при высоких давлениях на проточной установке с натурным качающим узлом и с многотонным расходом сжиженного газа, что обходится очень дорого.
Известен аппарат BOCLE (ASTM D 5001-10 "Стандартный метод определения смазывающей способности авиационного турбинного топлива на аппарате шар-цилиндр (BOCLE)")
Сущность испытаний заключается в том, что испытуемое топливо помещают в испытательный резервуар, в котором поддерживается 10%-ная относительная влажность атмосферного воздуха. Стальной шарик неподвижно закрепляют в вертикальном зажимном устройстве и прижимают к аксиально закрепленному стальному кольцу прилагаемой нагрузкой. Испытательный цилиндр вращается с фиксированной скоростью при частичном погружении в резервуар с испытуемой жидкостью. Этот технический прием поддерживает цилиндр в смоченном состоянии и постоянно переносит испытуемую жидкость в пространство между поверхностями шар/цилиндр. На испытательном шарике образуется пятно износа, которое является мерой смазывающих свойств жидкости.
и
-1
Также известно устройство для оценки противоизносных свойств топлива на четырехшариковой машине трения с диаметром сопрягаемых шаров 12,7 мм, изготовленных из стали ШХ 15. Испытания проводятся по способу фиксированных нагрузок. Предварительно для предотвращения точечного контакта шары прирабатываются до диаметра пятна износа D=0,35 мм при нагрузке 105 Н и частоте вращения 1200 мин в течение 15 минут на н-цетане. Время одного определения (без учета приработки) 30 минут [Спиркин В.Г., Бельдий О.М. О противоизносных свойствах газоконденсатных дизельных топлив. Химия и технология топлив и масел, 2001, №4, с. 28-30].
Наиболее близким аналогом по технической сущности и назначению, что и заявляемое техническое решение является прибор УПС-01 для экспериментального определения в лабораторных условиях противоизносных свойств жидких авиационных топлив (см. «Квалификационные методы испытаний нефтяных топлив» Гуреев А.А., Серегин Е.П., Азев B.C. - Москва. - 1984 г., стр. 154-156).
Сущность прибора заключается в оценке степени влияния топлива на критическую нагрузку схватывания и износ контрольной пары, работающей при трении скольжения. Оценочным показателем противоизносных свойств топлив является обобщенный показатель, который характеризует их уровень относительно эталонной жидкости (пентадекана) и учитывает как износ, так и критическую нагрузку.
Устройство для определения противоизносных свойств авиационных топлив содержит топливную камеру, выполненную в виде цилиндрического стакана с крышкой, пару трения, расположенную в топливной камере, привод с валом вращения пары трения, реверсивный привод осевого нагружения пары трения с датчиком момента, жестко соединенным с топливной камерой, тяговый динамометр со стрелочным индикатором и датчик нагрузки. Причем стакан топливной камеры выполнен с центральной осью. Крышка камеры снабжена центральной манжетой и термопарой со стороны камеры. Камера заполненная жидким пентадеканом термостатирована до рабочей температуры 60°C. На центральной оси установлен сепаратор с тремя шарами диаметром 25,4 мм, выполненным из стали ШХ-15, твердостью 62-64 единицы HRC. В верхней части оси на сферическом подшипнике размещен держатель кольцевого диска, который сопряжен вверху через пяту с валом привода вращения. Держатель внизу через диск имеет возможность прижатия к шарам, таким образом, что кольцевой диск с шарами образуют пару трения. На боковой стенке камеры установлен электроподогреватель. Реверсивный привод установлен с возможностью осевого нагружения пары трения через датчик нагрузки, динамометр, центральную ось камеры, сферический подшипник, держатель диска и диск.
Испытания на приборе УПС-01 проводят при скорости скольжения пары трения, равной 1,18 м/с. При определении величины износа длительность испытания 30 мин, а осевая нагрузка 98,1 Н.
Прибор УПС-01, как и все существующие испытательные установки предназначен для оценки противоизносных свойств топлив, которые при нормальных атмосферных условиях находятся в жидком состоянии.
Топливная камера прибора УПС-01 являясь герметичной для жидких топлив, при нормальных атмосферных условиях, не является герметичной для находящихся при высоком давлении сжиженных газов, что не обеспечивает условий проведение испытания выбранных пар трения.
В основу полезной модели положено решение следующих задач:
- обеспечение оценки в лабораторных условиях противоизносных свойств авиационных топлив типа сжиженных газов, например сжиженных газов пропан-бутанового ряда при давлениях, исключающих их кипение;
- снижение продолжительности и стоимости испытаний;
- обеспечение контроля заполнения полости дополнительного корпуса газообразным топливом с температурой кипения ниже температуры кипения испытуемого топлива.
Поставленные задачи решаются тем, что устройство для определения противоизносных свойств авиационных топлив типа сжиженных газов содержит топливную камеру, выполненную в виде цилиндрического стакана с крышкой, пару трения, расположенную в топливной камере, привод с валом вращения пары трения, реверсивный привод осевого нагружения пары трения с датчиком момента, жестко соединенным с топливной камерой, тяговый динамометр со стрелочным индикатором и датчик нагрузки. Причем стакан топливной камеры выполнен, внутри с центральной осью. Крышка топливной камеры снабжена центральной манжетой и термопарой со стороны камеры. Камера заполнена жидким топливом термостатированным до рабочей температуры. На центральной оси камеры установлен сепаратор с шарами. В верхней части оси на сферическом подшипнике размещен держатель кольцевого диска, который сопряжен вверху через пяту с валом привода вращения, а внизу через диск имеет возможность прижатия к шарам, таким образом, что кольцевой диск с шарами образуют пару трения. На боковой стенке камеры установлен электроподогреватель. Реверсивный привод установлен с возможностью осевого нагружения пары трения через датчик нагрузки, динамометр, центральную ось камеры, сферический подшипник, держатель диска и диск.
Новым в полезной модели является то, что устройство дополнительно содержит герметичный корпус, в котором установлены топливная камера, привод с валом вращения пары трения, реверсивный привод осевого нагружения пары трения с датчиком момента, тяговый динамометр со стрелочным индикатором и датчик нагрузки. Корпус снабжен гнездами подвода и соединения электропроводов, патрубками подвода и отвода газообразного топлива и инертного газа с запорными кранами, манометром и заполнен под давлением газообразным топливом с температурой кипения ниже температуры кипения испытуемого топлива. При этом камера заполнена топливом типа сжиженного газа, например пропан-бутанового ряда. Кроме того, на патрубке отвода газообразного топлива и инертного газа установлена газовая горелка с дежурным факелом.
Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленных задач, так как:
- наличие в устройстве дополнительного герметичного корпуса, в котором установлены топливная камера, привод с валом вращения пары трения и реверсивный привод осевого нагружения пары трения обеспечивают условия для испытания сжиженных газов;
- снабжение корпуса гнездами подвода и соединения электропроводов, патрубками подвода и отвода газообразного топлива и инертного газа с запорными кранами, манометром обеспечивает контроль за испытанием;
- заполнение корпуса под давлением газообразным топливом, с температурой кипения ниже температуры кипения испытуемого топлива обеспечивает вокруг топливной камеры давление, исключающее выкипание из камеры исследуемого топлива в виде сжиженного газа;
- установка на патрубке отвода газообразного топлива и инертного газа газовой горелки с дежурным факелом обеспечивает контроль заполнения и герметичности полости дополнительного корпуса газообразным топливом при испытании и вытеснения газообразного топлива из полости корпуса после окончания испытания.
Существенные признаки полезной модели могут иметь развитие и продолжение.
Дополнительный корпус должен быть заполнен газообразным топливом с температурой кипения ниже температуры кипения испытуемого сжиженного газа.
Дополнительный корпус может быть выполнен сферическим. Наличие герметичного сферического корпуса, в который помещена топливная камера с приводами позволяет создать внутри корпуса повышенное давление, например, для сжиженных топлив пропан-бутанового ряда до 2 МПа.
Таким образом, решены поставленные в полезной модели для определения противоизносных свойств авиационных топлив из сжиженных газов, например пропан-бутанового ряда задачи:
- обеспечена оценка в лабораторных условиях противоизносных свойств авиационных топлив типа сжиженных газов, например сжиженных газов пропан-бутанового ряда при давлениях, исключающих их кипение;
- снижена продолжительность и стоимость испытаний;
- обеспечен контроль заполнения полости дополнительного корпуса газообразным топливом.
Предложенная полезная модель позволяет проводить испытания для определения противоизносных свойств авиационных топлив из сжиженных газов, например пропан-бутанового ряда.
Настоящая полезная модель поясняется последующим подробным описанием устройства и его работы с иллюстрациями, представленными на фиг. 1, 2, где:
- на фиг. 1 изображена схема устройства для определения противоизносных свойств жидких авиационных топлив;
- на фиг. 2 - схема устройства для определения противоизносных свойств авиационных топлив типа сжиженных газов, например пропан-бутанового ряда.
Устройство для определения противоизносных свойств авиационных топлив типа сжиженных газов содержит топливную камеру (см. фиг. 1), выполненную в виде цилиндрического стакана 1 с крышкой 2, пару трения, расположенную в топливной камере, привод 3 с валом 4 вращения пары трения, реверсивный привод 5 осевого нагружения пары трения с датчиком 6 момента, жестко соединенным с топливной камерой, тяговый динамометр 7 со стрелочным индикатором и датчик 8 нагрузки. Стакан 1 топливной камеры выполнен внутри с центральной осью 9. Крышка 2 топливной камеры снабжена центральной манжетой 10 и термопарой 11 со стороны камеры. Камера заполнена топливом типа сжиженного газа, например пропан-бутанового ряда, термостатированного до рабочей температуры. На центральной оси 9 установлен сепаратор 12 с шарами 13. В верхней части оси 9 на сферическом подшипнике 14 размещен держатель 15 кольцевого диска 16. Держатель 15 сопряжен вверху через пяту 17 с валом 4 привода 3 вращения, а внизу через диск 16 имеет возможность прижатия к шарам 13, таким образом, что кольцевой диск 16 с шарами 13 образуют пару трения. На боковой стенке стакана 1 камеры установлен электроподогреватель 18. Реверсивный привод 5 установлен с возможностью осевого нагружения пары трения через датчик 8 нагрузки, динамометр 7, центральную ось 9 камеры, сферический подшипник 14, держатель 15 диска 16 и диск 16. Устройство дополнительно содержит герметичный корпус 19 (см. фиг. 2), в котором установлены топливная камера, привод 3 с валом 4 вращения пары трения, реверсивный привод 5 осевого нагружения пары трения с датчиком 6 момента, тяговый динамометр со стрелочным индикатором 7 и датчик 8 нагрузки. Корпус 19 снабжен гнездами 20 подвода и соединения электропроводов, патрубками 21, 22 подвода и отвода газообразного топлива и инертного газа с запорными кранами 23 и 24 соответственно, манометром 25 и заполнен под давлением газообразным топливом с температурой кипения ниже температуры кипения испытуемого топлива. При этом камера заполнена топливом типа сжиженного газа, например пропан-бутанового ряда. Кроме того, на патрубке 22 отвода газообразного топлива и инертного газа установлена газовая горелка 26 с дежурным факелом и краном. Дополнительный корпус 19 выполнен сферическим и заполнен газообразным топливом подобным по составу жидкому топливу в камере.
Устройство при испытании топлива пропан-бутанового ряда работает следующим образом:
Газовое топливо пропан-бутанового ряда при температуре -50°C, в жидком виде, предварительно заправляется в топливную камеру (см. фиг. 1). Затем топливная камера с приводами помещается в корпусе 19 (см. фиг. 2). В корпус 19 через патрубок 21 и кран 23 подводится под давлением газообразное топливо с температурой кипения ниже температуры кипения испытуемого топлива, например метан. На патрубке 22 включается горелка 26 с дежурным пламенем. Горелка 26 является индикатором полного вытеснения воздуха из герметичного корпуса 19 по появлению у горелки 26 стабильного горения. После полного вытеснения воздуха закрывается кран 24 на выпускном патрубке 22 и продолжается нагнетание метана до достижения давления в корпусе 19 порядка 2,0 МПа, контролируемое манометром 25. Это позволяет исключить во время эксперимента кипение испытуемого пропан-бутанового топлива в камере, что обеспечивает нахождение испытуемого топлива в жидком виде. После этого закрывается кран 23 на патрубке 21 подвода газа. При достижении испытуемым топливом в топливной камере комнатной температуры (20±5°C), проводится испытание пары трения в течение 1 часа. Параметры испытания контролируются по пульту управления испытательным стендом (не показано). После завершения испытания к патрубку 21 подводится инертный газ - азот или аргон и через патрубок отвода газа 22, через горелку 26 начинается стравливание находящегося в герметичном корпусе газового топлива. Индикатором вытеснения газообразного топлива является потухание газовой горелки 26. После достижения в герметичном корпусе 19 атмосферного давления он разбирается, разбирается топливная камера устройства, извлекается пара трения и оцениваются ее противоизносные свойства по (СТО 07538518-09-35-2012 «Метод определения противоизносных свойств топлив для авиационных газотурбинных двигателей на установке УПС-01М»).