Рабочая жидкость для гидравлических систем авиационной техники

Рабочая жидкость для гидравлических систем авиационной техники

Реферат

Изобретение относится к области рабочих жидкостей для гидравлических систем авиационной техники с диапазоном рабочих температур жидкости в гидравлической системе от 135°С до минус 60°С.

К обязательным требованиям, предъявляемым к рабочим жидкостям для гидравлических систем авиационной техники, относятся:

- хорошие вязкостно-температурные характеристики (вязкость при 50°С не менее 8 мм²/с, при минус 60°С не более 5000 мм²/с);

- стабильность вязкости при механодинамических нагрузках (вязкость жидкости не должна уменьшаться при прокачке насосом и дросселировании в золотниках под высоким давлением);

- пожаробезопасность в случае разгерметизации гидравлической системы в аварийных ситуациях (температура вспышки паров жидкости должна быть не ниже 170°С);

- термоокислительная устойчивость и термическая стабильность при максимальной рабочей температуре - стабильность вязкости, кислотного числа и отсутствие коррозии конструкционных металлов и сплавов.

В гидравлических системах отечественных самолетов и вертолетов в качестве рабочей жидкости широко применяется гидравлическое масло АМГ-10 ("Масло АМГ-10" ГОСТ 6794) на основе низкозастывающих минеральных углеводородов с добавлением вязкостной, антиокислительной и противоизносной присадок. Рекомендуемый диапазон рабочих температур от минус 60°С до +125°С.

Однако указанное гидравлическое масло АМГ-10 имеет следующие недостатки:

- уменьшение вязкости при эксплуатации в гидравлических системах (до 30%) вследствие механохимической деструкции молекул вязкостной полимерной присадки, что существенно сокращает ресурс работы масла и снижает надежность работы гидроагрегатов. Например, ресурс работы масла АМГ-10 в гидросистемах самолетов ТУ-154 не превышает 600 часов вследствие уменьшения вязкости с 10 мм²/с до 7 мм²/с (Ю.Е.Раскин, Ю.И.Денисов, Е.М.Вижанков, Б.Г.Бедрик. Диагностика и контроль ресурса применения рабочих жидкостей в гидросистемах авиационной техники. "Контроль. Диагностика", №5, 2004, с.38-40);

- неудовлетворительная пожаробезопасность при нарушении герметичности гидросистемы под давлением вследствие низких значений температуры вспышки паров (93°С при рабочей температуре жидкости до 125°С);

- неудовлетворительная термоокислительная устойчивость при температурах выше 125°С.

Наиболее близким по компонентному составу к заявленному составу рабочей жидкости для гидравлических систем авиационной техники является смазочное масло для газовых турбин (патент РФ 2185423, 20.07.2002, бюл. №20) для применения в газотурбинных двигателях сверхзвуковой авиации следующего состава, мас.%:

Термостабильный диоктилсебацинат	10,5-15
2,6-дитрет.бутилпаракрезол	0,5-3,0
Алкилированный дифениламин	0,2-0,5
Трикрезилфосфат или дифенилпаратрет.-бутилфенилфосфат	1,0-3,0
Бензотриазол	0,005-0,1
Синтетическое полиальфаолефиновое масло	остальное

Однако указанный состав не может быть использован в качестве рабочей жидкости для гидравлических систем авиационной техники, так как не обеспечивает требований по вязкости при минусовых температурах - уже при минус 40°С вязкость 4000-5000 мм²/с (необходимо при минус 60°С - не более 5000 мм²/с), термоокислительной устойчивости при высоких температурах - кислотное число за 50 часов увеличивается с 0,01-0,08 мг КОН/г до 4,05-6,0 мг КОН/г (допускается не более 0,15 мг KOH/1г), вязкость увеличивается на 40-50% и образуется осадок в количестве 0,06-0,15 мас.%, что не допустимо для рабочих жидкостей для гидравлических систем авиационной техники.

Техническим результатом заявленного состава является улучшение характеристик вязкости в области минусовых температур (до минус 60°С), повышение термоокислительной устойчивости, исходя из требований ограничения увеличения при термоокислении кислотного числа, вязкости и отсутствия образования осадка.

Указанный технический результат достигается тем, что рабочая жидкость, содержащая полиальфаолефины, трикрезилфосфат, диоктилсебацинат, 2,6-дитрет.бутилпаракрезол, согласно изобретению содержит смесь полиальфаолефинов с вязкостью 1,7-2,0 мм²/с при 100°С и с вязкостью 3,7-4,3 мм²/с при 100°С и дополнительно содержит полиэтилсилоксановую жидкость с вязкостью 44-49 мм²/с при 20°С и фенил-α-нафтиламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Трикрезилфосфат	0,4-1,0
Диоктилсебацинат	9,9-10,1
2,6-дитрет.бутилпаракрезол	0,3-0,5
Полиэтилсилоксановая жидкость	17-23
Фенил-α-нафтиламин	0,2-0,4
Полиальфаолефины с вязкостью 1,7-2,0 мм2/с при 100°С	25-32
Полиальфаолефины с вязкостью 3,7-4,3 мм2/c при 100°С	до 100

Использование смеси доступных товарных полиальфаолефинов с определенной вязкостью (ПАОМ-2 и ПАОМ-4) в сочетании с товарной полиэтилсилоксановой жидкостью с определенной вязкостью (жидкость №7, ГОСТ 25149-82) в указанных соотношениях обеспечивает характеристики вязкости заявленного состава в пределах не менее 8 мм²/с при 50°С и не более 4200 мм²/с при минус 60°С.

Использование в заявленном составе диоктилсебацината обусловлено необходимостью обеспечить требуемую набухаемость применяемых резиновых уплотнений в контакте с жидкостью.

Используемые антиокислительные и противоизносная присадки (2,6-дитрет.бутилпаракрезол, фенил-α-нафтиламин и трикрезилфосфат) являются известными присадками, повышающими термоокислительную стабильность и смазочные свойства смазочных и гидравлических масел различного назначения.

Проведенными нами исследованиями установлено, что при совместном использовании в заявленном составе присадок Агидол-1 (2,6-дитрет.бутилпаракрезол) и Неозон "А" (фенил-α-нафтиламин) термоокисление стабилизируется эффективнее по сравнению с использованием только Агидол-1. Испытания проводили при 135°С в контакте с металлами (медь М-1, бронза БРОЗ 10-10) для учета их каталитического влияния на процесс термоокисления. Определяли время увеличения кислотного числа жидкости от исходных значений 0,02-0,03 мг КОН/г до значения 0,15 мг КОН/г. При совместном использовании Агидол-1 и Неозон "А" (составы обр.1-4, табл.1) это время было 140-160 часов, а при использовании только Агидол-1 - 110 часов.

Технология приготовления жидкости включает следующие этапы:

- дозировку полиальфаолефинов, полиэтилсилоксановой жидкости и диок-тилсебацината в указанных соотношениях и смешение их при 50-80°С в течение не менее 0,5 часа;

- добавление в приготовленную смесь антиокислительных присадок и перемешивание при 60-80°С в течение не менее 0,5 часа;

- добавление в приготовленную смесь противоизносной присадки и перемешивание при 60-80°С в течение не менее 0,5 часа;

- охлаждение и фильтрация полученной жидкости.

В соответствии с указанной технологией приготовлены образцы жидкости, рецептуры которых представлены в таблице 1 (образцы 1-4).

Для приготовления образцов использовались товарные сырьевые компоненты:

- полиальфаолефины с вязкостью 1,7 - 2,0 мм²/с при 100°С - масло базовое полиальфаолефиновое ПАОМ-2 ТУ 0253-004-54409843;

- полиальфаолефины с вязкостью 3,7 - 4,3 мм²/с при 100°С - масло базовое полиальфаолефиновое ПАОМ-4 ТУ 0253-004-54409843;

- полиэтилсилоксановая жидкость №7 ГОСТ 25149;

- термостабильный диоктилсебацинат (ДОС) ТУ 6-06-11-88;

- трикрезилфосфат (ТКФ) ГОСТ 5728;

- присадка Агидол-1 (2,6-дитрет.бутилпаракрезол) ТУ 38.5901237-90;

- присадка Неозон "А" (фенил-α-нафтиламин) ТУ 6-14-202-74.

Таблица 1 - Составы образцов рабочей жидкости
№ п/г	Наименование компонента	Содержание компонента, мас.%
Обр.1	Обр.2	Обр.3	Обр.4
1	2	4	5	6	7
1	Фенил-α-нафтиламин	0,2	0,4	0,3	0,4
2	Трикрезилфосфат	1,0	0,4	0,5	0,8
3	2,6-дитрет.бутилпаракрезол	0,3	0,4	0,3	0,5
4	Полиэтилсилоксановая жидкость	17	17	23	23
5	Термостабильныйдиоктилсебацинат	9,9	10	10,1	10
6	Полиальфаолефины с вязкостью1,7-2,0 мм2/с при 100°С	25	32	25	32
7	Полиальфаолефины с вязкостью3,7-4,3 мм2/с при 100°С	46,6	39,8	40,8	33,3

Образцы испытаны по основным показателям, оценка которых является обязательной при квалификационных испытаниях рабочих жидкостей для гидравлических систем авиационной техники (Комплекс методов квалификационной оценки рабочих жидкостей для гидравлических систем самолетов и вертолетов, утвержден Межведомственной комиссией по допуску к производству и применению топлив, масел, смазок и специальных жидкостей при Госстандарте России 21 ноября 1996 г., протокол №4). Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты испытаний образцов жидкостей
Наименование показателей	метод испытания	Обр.1	Обр.2	Обр.3	Обр.4	АМГ-10
1	2	3	4	5	6	7
1 Вязкость кинематическая, мм2/с,	ГОСТ 33
при температуре °С: 100		3,10	3,06	3,21	3,08	4,5
50		9,17	8,53	9,65	8,05	10,3
минус 50		3712	3387	2530	1540	1240
минус 60		4940	4749	4190	3930	4180
2 Кислотное число, мгКОН/1г	ГОСТ 5985	0,03	0,02	0,02	0,02	0,03
3 Температура застывания, °С	ГОСТ 20287	ниже	ниже	ниже	ниже	ниже
		-70	-70	-70	-70	-70
4 Температура вспышки паров, °С	ГОСТ 4333	182	183	192	176	93
5 Термоокислительная стабильность и коррозионная активность, испытания 100 час.,135°С:	ГОСТ 20944
- вязкость при 50 °С, мм2/с		9,23	8,71	9,69	8,16	10,8
-кислотное число, мгКОН/1г	Норма: не более 0,15	0,13	0,03	0,04	0,04	0,15
- показатель коррозии, мг/см2:	Норма:не более ±0,1 для всех металлов
магниевый сплав МЛ-5	-0,01	+0,01	+0,02	-0,01	-0,01
сталь 30ХГСА	-0,02	-0,02	-0,03	-0,01	-0,02
медь М-1	-0,04	-0,03	-0,05	-0,04	-0,04
алюминиевый сплав Д-16	0	-0,01	-0,01	0	-0,02
- наличие осадка	нет	нет	нет	нет	нет

Окончание таблицы 2
1	2	3	4	5	6	7
6 Смазочные свойства на четырехшариковой машине трения. Противоизносные свойства: -диаметр пятна износа при	ГОСТ 9490
температуре 100°С и нагрузке 196Н, мм.		0,35	0,63	0,48	0,57	0,65
7 Стабильность вязкости (устойчивость к механической деструкции) на ультразвуковой установке, продолжительность испытания 50 мин: - вязкость при 50 °С, мм2/с	ГОСТ 6794
а) до испытания		9,17	8,53	9,65	8,05	10,3
б) после испытания		9,08	8,47	9,51	8,01	6,58
	Норма:не
- уменьшение вязкости,%	более 42	1,0	0,7	1,5	0,5	36,1

Из результатов испытаний видно, что состав по изобретению по характеристикам вязкости при температуре минус 60°С (п.1, табл.2) не превышает значения 5000 мм²/с, кислотное число при испытании на термоокислительную стабильность при 135°С не превышает значения 0,15 мг КОН/г, вязкость остается практически на уровне исходной, осадок отсутствует (п.5, табл.2).

Одновременно состав по изобретению не уступает широко используемому в качестве рабочей жидкости для гидравлических систем авиационной техники маслу АМГ-10 по характеристикам вязкости (п.1, табл.2), низкотемпературным свойствам - температуре застывания (п. 1, 3, табл.2), по термоокислительной устойчивости и не вызывает коррозии металлов и сплавов (п.5, табл.2). Состав по изобретению существенно превосходит АМГ-10 по устойчивости к механической деструкции - вязкость при испытаниях практически не изменяется (п.7, табл.2), что позволит при применении состава по изобретению значительно увеличить ресурс работы жидкости в гидросистемах авиационной техники по сравнению с АМГ-10. Температура вспышки паров состава по изобретению в 2 раза выше, чем у АМГ-10 (п.4. табл.2), что повышает пожаробезопасность гидравлических систем.

Рабочая жидкость для гидравлических систем авиационной техники, содержащая полиальфаолефины, трикрезилфосфат, диоктилсебацинат, 2,6-ди-трет-бутилпаракрезол, отличающаяся тем, что в качестве полиальфаолефинов она содержит смесь полиальфаолефинов с вязкостью 1,7-2,0 мм²/с при 100°С и с вязкостью 3,7-4,3 мм²/с при 100°С и дополнительно содержит полиэтилсилоксановую жидкость с вязкостью 44-49 мм²/с при 20°С и фенил-α-нафтиламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Трикрезилфосфат	0,4-1,0
Диоктилсебацинат	9,9-10,1
2,6-ди-трет-бутилпаракрезол	0,3-0,5
Полиэтилсилоксановая жидкость	17-23
Фенил-α-нафтиламин	0,2-0,4
Полиальфаолефины с вязкостью 1,7-2,0 мм2/с при 100°С	25-32
Полиальфаолефины с вязкостью 3,7-4,3 мм2/с при 100°С	До 100