Рабочая жидкость для гидравлических систем авиационной техники
Владельцы патента RU 2275418:
Федеральное государственное унитарное предприятие "25 Государственный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации (по применению топлив, масел, смазок и специальных жидкостей - ГосНИИ по химмотологии)" (RU)
Использование: в гидравлических системах самолетов и вертолетов с диапазоном рабочих температур жидкости от 135°С до минус 60°С. Сущность: композиция содержит в мас.%: фенил-α-нафтиламин 0,2-0,4, 2,6-ди-трет.бутилпаракрезол 0,3-0,5, трикрезилфосфат 0,4-1,0, полиэтилсилоксановая жидкость с вязкостью 44-49 мм2/с при 20°С 17-23, диоктилсебацинат 9,9-10,1, 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. Технический результат - улучшение вязкостных характеристик при минусовых температурах (до минус 60°С), повышение термоокислительной устойчивости. 2 табл.
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 | Термостабильный диоктилсебацинат | 9,9 | 10 | 10,1 | 10 |
| 6 | Полиальфаолефины с вязкостью 1,7-2,0 мм2/с при 100°С | 25 | 32 | 25 | 32 |
| 7 | Полиальфаолефины с вязкостью 3,7-4,3 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 |
