СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО МАСЛА ДЛЯ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СВЕРХЗВУКОВОЙ АВИАЦИИ
LUBRICANT COMPOSITION OF HIGH-TEMPERATURE OIL FOR HEAT-STRESSED GAS-TURBINE ENGINES OF SUPERSONIC AIRCRAFT

Изобретение относится к смазочным высокотемпературным синтетическим маслам для силовых турбин в авиации, в частности для теплонапряженных газотурбинных двигателей сверхзвуковой авиации.
Требования, предъявляемые к маслам для указанных узлов эксплуатации:
- стабильные смазывающие свойства при минимальных температурах (ниже минус 55°C) и максимальных (выше 200°C) при режиме форсажа (взлет-посадка) в течение требуемого ресурса с многочисленными остановками.
Известен состав смазочного масла для силовых турбин (RU 2125084 C1, 1999), широко эксплуатируемого в дозвуковой авиации и газоперекачивающих агрегатах с рабочими температурами до 120°C, имеющего торговое название «Авиационное масло Мс-8п» Ост. 38.01163-78 (изм.1-10), состава, мас.%:
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°C, что приводит к появлению отложений смолистого характера на фильтрах двигателя.
Известно смазочное масло для силовых турбин (RU 2109800 С1, 1998) следующего состава, мас.%:
2,6-дитретбутил паракрезол
0,5-3,0
n,n'-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 синтетическое)
остальное
Недостатком масла является неудовлетворительная термоокислительная стабильность при температуре выше 200°C, не обеспечивающая оптимальную эксплуатацию ГТД.
Из RU 2325434 C2, 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, мас.%:
продукты реакции N-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 мас.%:
термостабильный диизооктилсебацинат
10,0-15,0
2,6-дитретбутил паракрезол
0,5-3,0
n,n'-динонилдифениламин или
смесь бутил-и-октилдифениламинов
0,2-0,5
трикрезил фосфат или
дифенилпаратрет-бутилфенилфосфат
1,0-3,0
бензотриазол
0,005-0,1
базовое масло (синтетическое или
полиальфаолефиновое)
остальное
Недостатком указанного масла являются неудовлетворительные эксплуатационные свойства: стабильность к окислению при 210°C и термическая стабильность при 250°C, которые не обеспечивают эксплуатационные параметры теплонапряженных ГТД современной авиационной техники 4-го и 5-го поколений.
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°C, 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 мас.%:
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
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
№
Наименование показателя
Норма для марок
Метод испытания
1
Внешний вид
Прозрачная однородная жидкость
Визуально по п.5.4 наст. СТО
2
Кинематическая вязкость, мм<sup>2</sup>/с:
- при 100°C, не менее
3,8
ГОСТ 33 или
- при минус 40°C, не более
5500
ASTM D 445
3
Температура застывания, °C, не выше
минус 60
ГОСТ 20287 или ASTM D 97
4
Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °C, не ниже
220
ГОСТ 4333
5
Кислотное число, мг КОН/г, не более
0,05
ГОСТ 5985 или ГОСТ 11362 ASTM D 974
6
Плотность при 20°C, г/см<sup>3</sup>, в пределах
0,961
ГОСТ 3900ASTM D 4052
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; CIBA IRGANOX L 01);
- антиокислительную присадку - алкилированный фенил-α-нафтиламин (ФАТ ТУ 38.401-1871-91) или Ирганокс L 06, CIBA 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
№ п/п
Наименование компонентов
Нормативный документ
Содержание, %мас.
1
2
1
Авиационный эфир триметилол-
ТУ 0253-002-
пропановый базовый: смесь
07548712-2010
до 100
до 100
эфир триметилолпропановый 8317 и эфир триметилолпропановый
фирмы Nyco С.А. (Франция)
70
65
7300
30
35
2
Антиокислительная присадка:
ТУ 38.1011215-89
Диоктилдифениламин (ДАТ) или
изм. 1-3
2,0
1,8
Ирганокс L 01
фирмы BASF СЕ (Ciba) (Германия)
3
Антиокислительная присадка:
ТУ 38.401-1871-91
алкилированный фенил-α-
2,0
1,8
нафтиламин (ФАТ) или Ирганокс L 06
фирмы BASF СЕ (Ciba) (Германия)
4
Противоизносная присадка: трикрезилфосфат
ГОСТ 5728
2,0
1,8
5
Ингибитор коррозии: смесь
триазолов: Иргамет 39 и
фирмы BASF СЕ
0,125
0,124
1,2,3-бензотриазол
(Ciba) (Германия)
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°C с последующим перемешиванием. При 75-95°C загружают присадки, перемешивают, фильтруют.
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 вязкостно-температурными свойствами, необходимой вспениваемостью.
Таблица 3
№
Наименование показателя
Получаемые свойства с учетом действующих норм
Метод испытания
Образец 1
Образец 2
1
Внешний вид
Прозрачная жидкость
Прозрачная жидкость
Визуально
2
Кинематическая вязкость, мм<sup>2</sup>/с, при температуре:
100°C
3,8
3,9
по ГОСТ 33
минус 40°C
5500
5750
3
Температура застывания, °C
Минус 60
Минус 60
ГОСТ 20287 (метод Б)
4
Температура вспышки,
230
235
ГОСТ 4333
определяемая в открытом тигле, °C
5
Кислотное число, мг КОН/г на 1 г масла
0,1
0,15
ГОСТ 5985
6
Содержание воды, %
отсутствие
отсутствие
ГОСТ 2477
7
Содержание механических примесей, %
отсутствие
отсутствие
ГОСТ 6370
8
Термоокислительная
ГОСТ 23797
стабильность при 250°C в
течение 50 ч и расходе
воздуха (10±0,5), дм<sup>3</sup>/ч:
а) кислотное число после
3,2
3,5
ГОСТ 5985
окисления, мг КОН на 1 г масла
б) кинематическая вязкость, мм<sup>2</sup>/с, после
ГОСТ 33
окисления, при
температуре:
100°C
6,5
7,2
минус 40°C
8800
9200
в) массовая доля осадка, не растворимого в
0,009
0,1
изооктане, %
г) коррозионность масла, мг/см<sup>2</sup> на пластинках:
ГОСТ 23797
сталь марки ШХ15 по ГОСТ 801;
отсутствие
отсутствие
алюминиевый сплав АК4 по ГОСТ 4784;
отсутствие
отсутствие
медь марки M1 и М2 по ГОСТ 859
+0,15
+0,1
9
Трибологические
ГОСТ 9490
характеристики на
четырехшариковой машине
трения:
при осевой нагрузке 196 Н:
а) критическая нагрузка (Рк), кгс;
60
60
б) показатель износа, Ди, мм
0,4
0,4