Сведения о маслах, используемых в авиационных ГТД

Смазочные масла для турбореактивных двигателей должны отвечать следующим требованиям:

- надежное смазывание всех узлов и агрегатов двигателя с минимальным износом в пределах заявленных рабочих температур;

- пологая вязкостно-температурная кривая и хорошая прокачиваемость при низких температурах (пусковые свойства масла должны обеспечивать надежный запуск двигателя без подогрева до температуры минус 40°С);

- однородный и стабильный фракционный состав, что обусловливает минимальную испаряемость фракций и сохраняет вязкостные характеристики масла в течение всего времени работы двигателя (целесообразно применять смазочные масла узкого фракционного состава);

- высокие антиокислительные свойства и минимальное окисление в двигателе при рабочих температурах 150-200°С и выше;

- минимальная вспениваемость, высокая температура самовоспламенения;

- неагрессивность по отношению к металлам, сплавам, резинотехническим изделиям, покрытиям, клеям и другим материалам.

Все используемые авиационные масла можно разделить на три группы:

- маловязкие;

- средневязкие;

- масла с повышенной вязкостью.

15.1. Маловязкие масла

К данной категории относятся минеральные масла МС-8п, МС-8рк а также синтетические масла ИПМ-10 и ВНИИ НП-50-1-4у (4ф).

Масло МС-8п (ОСТ 38 101163-78) - наиболее широко применяемое масло на нефтяной основе с комплексом высокоэффективных присадок. Производят из западно-сибирских и смеси западно-сибирских и приуральских нефтей. Предназначено для ГТД дозвуковых самолетов, у которых температура масла на выходе из двигателя не более 150°С. Его используют также для консервации маслосистем авиационных двигателей. Масло МС-8п было разработано взамен снятых с производства масел МК-8 и МК-8п, оно значительно превосходит их по ряду эксплуатационных показателей, в частности, по вязкости при низких температурах, термоокислительной стабильности и ресурсу работы.

Масло МС-8рк (ТУ 38.1011181-88) - рабочеконсервационное масло на базе масла МС-8п с добавлением ингибитора коррозии. Предназначено для смазывания и консервации авиационных двигателей. Равноценно маслу МС-8п по эксплуатационным показателям и значительно превосходит его по консервационным характеристикам. При консервации маслосистем авиационных двигателей срок защиты составляет: для масла МС-8п - 1 год, для масла МС-8рк - 4-8 лет.

Масло ИПМ-10 (ТУ 38.101299-90) - синтетическое углеводородное с комплексом высокоэффективных присадок. Работоспособно в интервале температур от -50 до +200 °С. Применяют в теплонапряженных газотурбинных двигателях сверхзвуковых самолетов (МиГ-29, Су 27, Ту-22М, Ту-160) и в гражданской дозвуковой авиации (Як-42, Ил-96) с температурой масла на выходе из двигателя до 200 °С.

Масло ВНИИНП-50-1-4ф (ГОСТ 13076-86) - синтетическое диэфирное с присадками, повышающими противоизносные свойства и термоокислительную стабильность. Применяют в двигателях с температурой масла на выходе до 175°С.

Масло ВНИИНП-50-1-4у (ТУ 38.401-58-12-91) - синтетическое диэфирное, содержащее эффективную композицию антиокислительных присадок, позволяющих применять масло при температуре от -60 до 200°С с кратковременным перегревом до 225°С.

15.2. Средневязкие масла

Такое условное название можно дать маслам, имеющим при температуре 100°С кинематическую вязкость - 5 сСт. Именно этот уровень вязкости необхо­дим для силовых установок, в состав которых входит редуктор (например, у вертолетов) или тяжело нагруженные коробки приводов.

Масло Б-ЗВ (ТУ 38.101295-85) - синтетическое на основе сложных эфиров пентаэритрита и жирных кислот с комплексом присадок. Применяют в газотурбинных двигателях, редукторах вертолетов и другой технике с температурой масла на выходе из двигателя до 175°С. Обладает высокими смазывающими свойствами, но ему присущи два существенных недостатка:

- большая величина кинематической вязкости при низких температурах, что негативно влияет на пусковые свойства двигателя;

- из масла в процессе наработки выпадает нерастворимый осадок, заби­вающий масляные фильтры.

Масло ЛЗ-240 (ТУ 301-04-010-92) по сравнению с маслом Б-ЗВ более термостабильно, но не­сколько уступает ему по смазывающей способности. Оно работоспособно при максимальной температуре 200 °С. Данному маслу присущ только первый из отмеченных недостатков, свойственных маслу Б-ЗВ. Поэтому его применение представляется более предпочтительным. Но в настоящее время производство этого масла является ограниченным.

Масло ПТС-225 (ТУ 38.401-58-1-90) - синтетическое работоспособно в интервале температур от -60 до +225°С и кратковременно до 250°С.

По основным эксплуатационным характеристикам масло ПТС-225 превосходит все отечественные товарные авиационные масла. Оно может быть использовано вместо большинства масел в ГТД. Для потребителей, оно найдет широкое применение в авиационной технике. Однако промышленное производство данного масла до настоящего времени не начато.

15.3 . Масла с повышенной вязкостью

В турбовинтовом двигателе НК-12 и его модификациях (самолеты ТУ-95, АН-22) применяется Маслосмесь СМ-8 (смесь минеральных масел МС-20 и МС-8п в пропорции 50 на 50%, обеспечивающей ей вязкость ~7,5 сСт при температуре 100°С).

В редукторах вертолетов МИ-6 и МИ-8 для летней эксплуатации до температуры -10 °С используют смесь указанных масел СМ-11,5 - 75%МС-20 и 25%МС-8п, для зимней эксплуатации - смесь СМ-8 - 50%МС-20 и 50%МС-8п.

Масло МС-20 - остаточное, селективной очистки, вырабатывается из малосернистых парафиновых и беспарафиновых нефтей. Характеризуется высокой вязкостью, хорошими смазывающими свойствами, отличной адгезией, температурой вспышки выше 265°С, но слишком высокой вязкостью при низких температурах.

15.4 . Масло для теплонапряженных конвертированных ГТД

В последние десятилетия авиационные ГТД (с определенной доработкой) нашли широкое применение в качестве приводов электрогенераторов и нагнетателей газоперекачивающих агрегатов (ГПА). Такие конвертированные двигатели, созданные в 70-е годы, отличались относительно невысокой теплонапряженностью. В их масляных системах использованы минеральные масла Тп-22 (и его модификации) и МС-8П. Но на двигателях, созданных в 90-е годы, стало возможным применение только синтетических масел. Это явилось следствием интенсификации тепловых нагрузок в них, вызванных необходимостью повы­шения коэффициента полезного действия (у этих двигателей температура газа перед турбиной возросла на 300°С, а степень повышения давления воздуха в компрессоре увеличилась более, чем вдвое).

Поскольку авиационные синтетические масла являются дорогостоящими, РАО «Газпром» обратилось во ВНИИ НП с просьбой разработать на договор­ных началах для этих двигателей более дешевое масло, но близкое к маслу ИПМ-10 по трибологическим характеристикам и термостабильности. Такое масло было создано. Оно получило условное название «Петрим» (ТУ38.401-58-245-99).

Данное масло длительно работоспособно при температуре на выходе из двигателя до 175°С и кратковременно - до 200 °С. По смазывающей способно­сти оно не уступает маслу ИПМ-10. При этом стоимость масла «Петрим» в два с лишним раза меньше, чем масла ИПМ-10.

15.5. Теплофизические свойства авиационных масел

В таблицах (Приложение А) приведены теплофизические свойства ряда авиационных масел широко используемых в эксплуатации авиационных ГТД. Эти данные могут быть использованы при проведении тепловых и гидравлических расчетов в процессе проектирования масляных систем ГТД.

Заключение

В данном пособии произведена систематизация существующей информации, относящейся к проектированию масляных систем авиационных ГТД,

Выделены типичные принципиальные схемы масляных систем, оценены их достоинства и недостатки. Проведен анализ по рациональному выбору конструктивных элементов масляной системы, т.к. их выбор оказывает непосредственное влияние на надёжность, и эксплуатационную технологичность ГТД.

Приведена методика расчета геометрических размеров приводного центробежного воздухоотделителя (центрифуги), даны рекомендации по выбору конструкции данного агрегата.

Представлены материалы, относящиеся к проектированию системы охлаждения масла в циркуляционном контуре масляной системы. Отмечены конструктивные особенности топливомасляных и воздухомасляных теплообменников. Показаны условия их использования. Освещены вопросы выбора комбинированной схемы охлаждения масла в современных теплонапряженных авиационных ГТД

Проведён анализ конструктивных особенностей откачивающих, нагнетающих и подкачивающих масляных насосов шестеренного типа. Рассмотрены их скоростные и высотные характеристики. Показаны некоторые реализованные варианты размещения насосов в конструкциях ГТД. Выделены принципиальные различия используемых конструкций насосов, предназначенных для различных условий работы.

Большое внимание уделено вопросам обеспечения требуемой чистоты масла в масляных системах авиационных двигателей. Показано современное состояние и тенденции развития, направленные на повышение тонкости фильтрации масла и на использование заменяемых фильтроэлементов.

Освещены вопросы взаимодействия системы суфлирования с масляной системой.

В пособии помещён перечень отечественных масел, используемых в авиационных ГТД и в конвертируемых двигателях, используемых в качестве наземных энергоприводов. В приложении приведены теплофизические свойства масел, которые необходимыл для проведения тепловых и гидравлических расчётов.

Материалы данного пособия могут быть использованы студентами при изучении курса «Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок».

Список литературы

1. Поликовский В.И. Самолетные силовые установки. Учебн. пособие. М., Оборонгиз, 1952г.

2. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1981.

3. Домотенко Н.Т., Кравец А.С. Масляные системы газотурбинных двигателей, М., Транспорт, 1972г.

4. Юдин Е.М.. Шестерённые насосы. Основные параметры и их расчёт, М., Машиностроение, 1964г.

5. . Рахальский В.А,. Сурнов Д.П. Основы теории и расчёт лопаточно-шестерённых насосов, М.,МАИ, 1979г.

6. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей: Учебник для студентов вузов по специальности «Авиационные двигатели и энергетические установки»/ Вьюнов С.А., Гусев Ю.В., Карпов А.В. и др.; Под общ. ред. Хронина Д. В.,М.: Машиностроение, 1989.

7. Бич М.М., Вейнберг Е.В., Сурнов Д.Н. Смазка авиационных газотурбинных двигателей, М., Машиностроение,1979 г.

8. Трянов А.Е., Гришанов О.А., Бутылкин С.В. Проектирование систем суфлирования масляных полостей авиационных ГТД, учебное пособие СГАУ, Самара, 2006г.

9. Хурумова А.Ф., Назарова Т.М., Трянов А.Е., Меджибовский А.С., Хусейнова А.И., Рыкунова О.В., Комисарова Т.М., Смазочные масла для приводов и нагнетателей газоперекачивающих агрегатов. Учебное пособие, М., ВНИИ НП, 1996.

10. Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Правила выполнения гидравлических и пневматических систем. ГОСТ 2.704 – 76

11. ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению. ГОСТ 2.701 – 84

12. Масла для авиационных газотурбинных двигателей. Отраслевой стандарт. ОСТ 1 00148 − 75

13. Системы масляные газотурбинных двигателей самолетов. Общие технические требования. Отраслевой стандарт. ОСТ 1 00969 – 80

14. Насосы масляные шестерённые газотурбинных двигателей. Общие технические требования. Отраслевой стандарт, ОСТ 1 01050 − 84

15. Колёса зубчатые цилиндрические авиационные. Отраслевой стандарт. ОСТ 1 41671-91

16. Нормы летной годности двигателей воздушных судов, Авиационные правила, часть 33.

17. Производственно-массовый журнал «Энергетик-2», Екатеринбург, 1999 г.

18. Результаты теоретических и экспериментальных исследований приводных центробежных воздухоотделителей с целью создания метода их расчета. ЛИИ, отчёт № 46-90-III, г. Жуковский,, 1990г.

19. Перспективы повышения тонкости фильтрации масла в масляных системах создаваемых двигателей «НК»,ОАО «СНТК им. Н.Д.Кузнецова», отчёт № 001.13845, Самара, 2005г.

20. О выборе рациональной схемы охлаждения масла для двигателя НК-93, ОАО «СНТК им. Н.Д.Кузнецова»,отчет № 001.10205, 1989г.

21. Об ассортименте масел для авиационных ГТД и о повышении требований к ним, ОАО «СНТК им. Н.Д.Кузнецова»,техническая справка № 001.13251, 2002г.

22. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям, М., Машиностроение, 1975г.

23. Трубы для трубопроводов систем двигателей. Перечень-ограничитель ОПД Т1-83

24. Старцев Н.И. Трубопроводы газотурбинных двигателей. М., Машиностроение,1976г.