4.4.3. Масла для турбовинтовых двигателей

Особенность конструкции ТВД связана с наличием в них многоступенчатых зубчатых передач (редукторов), которые обеспечивают передачу больших потоков мощности от вала турбокомпрессора к валу воздушного винта. Зубья шестерен редукторов ТВД работают при высоких контактных напряжениях, достигающих 800…1000 МПа.

Для турбовинтовых двигателей до последнего времени широко используются маслосмеси, изготавливаемые путем смешения минеральных остаточных и дистиллятных товарных сортов масел отечественного и импортного производства, имеющих различные величины кинематической вязкости. В зависимости от пропорций смешиваемых исходных продуктов, они предназначаются для работы при разных климатических условиях эксплуатации.

Высокооборотные подшипники ротора турбокомпрессора ТВД требуют маловязкого масла, в то время как условия работы зубьев шестерен редуктора требуют высоковязкого масла с улучшенными смазывающими и противоизносными свойствами. Для смазывания этих двигателей применяют нефтяные и синтетические масла. Основными смазочными материалами являются маслосмеси, получаемые смешением авиационных масел МС-8п и МС-20 в следующих соотношениях (мас. доля, %): 75:25; 50:50; 25:75. Допускается применение масла МС-8рк в составе маслосмесей. Благодаря применению высококачественного масла МС-8п качество маслосмесей значительно повышается. Маслосмеси готовят и контролируют их качество по действующим нормативным документам.

5. Нормирование эксплуатационных свойств и показателей качества смазочных масел

Масла в зависимости от исходного сырья, условий производства и способа очистки могут обладать различными свойствами. Совокупность различных свойств масла определяет его качество и возможность применения для тех или иных целей. Величины основных физико-химических параметров масел регламентируются стандартами (сертификатами качества), которые дают представление о возможности поведения масла в процессе эксплуатации и служат для контрольных проверок качества масла путем сопоставления опытных данных с техническими условиями.

Кроме классификации моторных масел по классам и категориям, классификации по вязкости изготовитель масла сообщает потребителю и другие физико-химические характеристики моторных масел.

1. Вязкостные свойства масел

Вязкостные свойства масел (вязкость и индекс вязкости) являются важнейшими характеристиками смазочных масел. С ними связаны также плотность масла, его температура застывания и проворачиваемость при низких температурах окружающей среды (холодный запуск). Они определяют возможность обеспечения жидкостного трения, эффективность охлаждения, легкость пуска, прокачиваемость масла по системе смазки и т.д.

Вязкость масла характеризуют обычно в единицах кинематической вязкости и определяют с помощью капиллярного вискозиметра. За единицу кинематической вязкости (I м²/с в системе СИ) принимают вязкость масла, имеющего динамическую вязкость в I Н^.с/м² (Па^.с) и плотность I кг/м³. В технике используют также единицу измерения кинематической вязкости по системе размерностей СГС – стокс (Ст), причем I Ст = I см²/с (применяют и единицу в 100 раз меньшую стокса - сантиСтокс: 1 сСт = 0,01 см²/с = 1 мм²/с). При выборе вязкости авиационного масла исходят из двух основных требований:

- обеспечение низкотемпературного запуска двигателя;

- оптимизация рабочей вязкости (на прогретом двигателе), за которую принимают вязкость масла при температуре 100°С. Величина рабочей вязкости по верхнему пределу определяется уровнем потерь мощности на трение и циркуляцию масла. При большей вязкости ухудшаются прокачиваемость масла (в особенности на режиме пуска) и смазка поверхностей трения разбрызгиванием (барботажем) и самотеком, в результате чего может возникнуть масляное голодание и повышенный износ узла.

Вязкость масла зависит от химического состава, давления и температуры. Зависимость вязкости масла от давления заметно проявляется при его значениях выше 5 МН/м² и усиливается при понижении температуры. Изменение вязкости с изменением давления необходимо учитывать при расчете подшипников современных двигателей, у которых давления могут достигать 90... 100 МН/м² .

Зависимость вязкости масла от температуры называют вязкостно-температурной характеристикой. При более пологой вязкостно-температурной кривой качество масла выше, т. к. при пониженных температурах оно свободно течет по трубопроводам, а при высоких - сохраняет достаточную вязкость для надлежащей смазки узлов трения (рис.4.3).

Рис. 4.3. Рабочий диапазон вязкости моторного масла по температуре

Наиболее распространенным способом оценки вязкостно-температурных свойств смазочных масел по нормативным документам является показатель индекса вязкости (ИВ). Чем он больше, тем масло лучше, так как меньше изменяется его вязкость по температуре. Метод определения индекса вязкости изложен в ГОСТ 25371-97.

Индекс вязкости (ИВ)- эмпирическая величина, которая определяется путем сравнения характеристик испытуемого масла с двумя эталонными маслами двух серий, которые имеют вязкость, одинаковую с вязкостью испытуемого масла при заданной температуре. Первая серия включает масла, обладающие пологой вязкостно-температурной кривой (индекс вязкости принят за 100), а вторая серия состоит из масел с плохими вязкостно-температурными свойствами (индекс вязкости принят за 0). Эталонные масла одной и той же серии отличаются друг от друга только величиной вязкости. ИВ можно определить расчетным или графическим способом.

При наличии характеристик эталонных масел ИВ (VI) вычисляют по формуле:

Индекс вязкости (VI) нефтепродукта:

(4.5)

(4.6)

где U - кинематическая вязкость при 40 °С нефтепродукта, индекс вязкости которого требуется определить ( D = L - H), мм²/с;

L и Н – эмпирические величины, которые приведены в на определение индекса вязкости.

При величинах ИВ, превышающих значение 100, его величину вычисляют по методу Б ГОСТ 25371-97 с помощью логарифмов величин, входящих в расчетную формулу, используемую в методе А ГОСТа.

Графически ИB можно определить, используя значения вязкости масла при 50°С и 100°С и номограмму (рис. 4.4).

Рис.4.4. Номограмма для определения индекса вязкости моторного масла

Для нахождения индекса вязкости необходимо отложить на вертикальной шкале значение вязкости масла при 50°С, а на горизонтальной - значение вязкости при 100°С, и из полученных точек восстановить перпендикуляры до взаимного пересечения.

При прочих равных показателях лучшее масло обладает более высоким индексом вязкости и оно более пригодно для эксплуатации в зимних условиях.

С возрастанием температуры вязкость масла снижается (масло разжижается), а при ее понижении вязкость увеличивается (масло густеет). Масло с низким индексом вязкости в холодном двигателе настолько загустевает, что на преодоление внутреннего трения самого масла уходит слишком много энергии. Из-за медленного притока масла при запуске и разогреве двигателя трущиеся детали сильно изнашиваются. При высоких температурах и невысоком индексе вязкости вязкость моторного масла может уменьшиться настолько, что оно не образует прочную плёнку.

Для улучшения вязкостно-температурных свойств масел в них добавляют специальные вязкостные присадки, например, полиизобутилен с молекулярной массой 15000...20000. Добавка 2% полиизобутилена повышает вязкость масла при 100°С примерно в два раза. Кроме того, вязкостная добавка улучшает структуру минерального масла. При производстве современных авиационных масел во всем мире используют зарубежные загущающие присадки фирм Lubrizol и Comad.

Минеральные масла не имеют определенной, четко выраженной температуры перехода из жидкого состояния в твердое (из-за своего фракционного состава). Поэтому температурой застывания (потерей текучести) условно считается та, при которой поверхность масла, охлаждаемого в стандартной пробирке, после наклона под углом в 45°С, остается неподвижной в течение одной минуты. Несмотря на несовершенство этого показателя, по нему можно с достаточной для практики точностью судить о низкотемпературных свойствах масла.

Для понижения температуры застывания масел и улучшения низкотемпературной текучести применяют специальные присадки, называемые депрессорами. Их действие основано на том, что они затрудняют или прекращают кристаллизацию парафиновых углеводородов в масле при низких температурах.