СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ МАСЕЛ ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД Российский патент 2000 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к области исследования смазочных масел, в частности - способу оценки термоокислительной стабильности (ТОС) масел для авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) с помощью электрофизических методов.

Как известно, в процессе работы качественное состояние авиационных масел, вследствие различного рода превращений (окисление, полимеризация, деструкция, накопление продуктов износа и др.), изменяется. Совокупность этих превращений, приводящих в общем случае к снижению уровня эксплуатационных свойств масел, характеризуется термином "старение масел". Термоокислительная стабильность зависит от химического состава масла. В процессе работы масла в двигателе антиокислительные присадки постепенно расходуются. Этот процесс идет тем быстрее, чем выше температура масла в процессе эксплуатации. Темп расходования антиокислительных присадок в масле обычно определяет сроки замены масла в маслосистеме авиационного двигателя. Чем выше термоокислительная стабильность масла, тем оно меньше склонно к окислению [1. К.К. Папок, Химмотология топлив и смазочных масел, М.: Воениздат, - 1980, с. 126].

Перед авторами стояла задача: разработать оперативный способ определения ТОС с достаточной степенью достоверности (с погрешностью не более 5-8 %).

При проведении исследований и просмотре научно-технической литературы, патентной информации был обнаружен ряд методов, основанных на физико-химической и визуальной оценке изменений, происшедших в масле после определенного срока наработки с использованием электрофизических параметров.

Известен способ анализа качества масла в процессе эксплуатации двигателя по щелочному числу [2. Патент ГДР N 203399, МКИ G 01 N 33/26, публ. 10 октября 1983], заключающийся в определении pH водной вытяжки в присутствии индикатора метилоранжа после растворения масляной пробы в растворителе, состоящем из 75% толуола, 20% изопропана и 5% воды.

Недостаток способа заключается в длительности и субъективной оценке визуальной оценки начала изменения окраски водной вытяжки и в определении лишь одного показателя качества масла - щелочного числа, что не позволяет сделать однозначного заключения о потере качества образца, которое определяется целым рядом показателей качества масла, например величиной вязкости, содержанием твердых частиц и т.д.

Известен способ контроля качества смазочных масел [3. А.И.Турбина, Е.В. Данилова, Г.В.Петраков "Портативная лаборатория для экспресс-анализа масел". Двигателестроение, 1980, N 8, с.34-35], сущность которого заключается в определении с помощью экспресс-методов основных показателей качества масла: вязкости, щелочного числа, механических примесей, содержания воды и в сравнении этих показателей с предельно допустимыми их значениями для свежего масла. Недостатком способа является невысокая надежность оценки показателей качества из-за использования упрощенных методов их определения, сравнительно большая их общая продолжительность и сложность выполнения анализа.

Известен способ контроля качества смазочных масел, реализуемый с помощью "Индикатора ухудшения качества масла" [4. ЕПВ, заявка N 0080632, МКИ G 01 N 27/22, публ. 6 августа 1983 года]. Сущность известного способа заключается в измерении диэлектрической проницаемости масла и сравнении ее с некоторой постоянной величиной. Об ухудшении качества масла судят по величине отклонения измеренного значения диэлектрической проницаемости масла от заложенной в индикаторе константы. К недостаткам способа следует отнести высокую погрешность оценки ухудшения качества различных марок масел вследствие того, что изменение (ухудшение) показателей качества масла не всегда сопровождается увеличением его диэлектрической проницаемости, а может сопровождаться и ее уменьшением. Например, в процессе работы масла в двигателе возможно попадание в него воды и механических примесей, а также уменьшение щелочного числа вследствие нейтрализации. Увеличение загрязненности масла вызывает рост диэлектрической проницаемости, а уменьшение щелочного числа характеризуется ее уменьшением. Таким образом, возможен случай, когда масло выйдет за пределы допустимого качественного состояния, а его диэлектрическая проницаемость останется без изменения.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является взятый за прототип метод определения термоокислительной стабильности в приборе ТСМ-1 [5. ГОСТ 23797 "Метод определения термоокислительной стабильности в приборе ТСМ-1"].

Данный метод предназначен для определения термоокислительной стабильности минеральных и синтетических масел, применяемых в ГТД. Сущность метода состоит в окислении определенного объема масла при заданной температуре при непрерывном пропускании воздуха через масло (барботаж) в присутствии катализаторов. Термоокислительную стабильность испытуемого масла оценивают по количеству образующегося в нем осадка, не растворимого в изооктане, по изменению вязкости и кислотного числа, по наличию отложений в реакционном сосуде. Одновременно оценивается коррозионность масла по отношению к металлическим пластинкам-катализаторам по изменению их массы. Метод предназначен для контроля качества, квалификационной оценки и исследований авиационных масел при температурах до 400^oC.

Недостаток способа заключается в том, что исследование масла после окисления представляет собой комплекс сложных операций, имеющих большую длительность и невысокую надежность оценки показателя (зависящую от квалификации специалиста, проводящего испытания).

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение достоверности оценки термоокислительной стабильности авиационных масел и сокращение времени на ее определение.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения ТОС авиационных масел, включающем нагрев пробы окисленного масла до заданной температуры, определение информативного показателя пробы при этой температуре, сравнение полученного значения величины информативного показателя с величиной информативного показателя исходного масла и последующую оценку степени окисления по результату рассогласования величин информативных показателей согласно предлагаемому изобретению в качестве информативных показателей используют величины удельных диэлектрических потерь исходного (P_и) и окисленного (P_о) масел, для чего замеряют тангенс угла диэлектрических потерь пробы исходного (tg δ_и ) и окисленного (tg δ_o ) масел и величину емкости ячейки с пробой исходного (С_и) и окисленного (С_о) масел, измерения производят при температуре проб не менее (80±1,5)^oC для минеральных масел и не менее (60±1,5)^oC для синтетических масел, а оценивают по величине относительной мощности рассеивания удельных диэлектрических потерь (УДП), определяемой по следующей зависимости
где P_о = C_оtg δ_o;
P_и = C_иtg δ_и;
- относительная мощность рассеивания удельных диэлектрических потерь;
P_о - удельные диэлектрические потери окисленного масла, Вт/м³;
P_и - удельные диэлектрические потери свежего масла, Вт/м³;
tgδ_и - тангенс угла диэлектрических потерь свежего масла;
tgδ_o - тангенс угла диэлектрических потерь окисленного масла;
С_и - емкость ячейки с пробой свежего масла;
С_о - емкость ячейки с пробой окисленного масла.

На фиг. 1 представлена блок-схема установки для оценки термоокислительной стабильности масел для авиационных ГТД.

Способ реализуется следующим образом: берут навеску предварительно окисленного масла 15 мл, помещают в двухэлектродную измерительную ячейку
1. С помощью термостата 2 (марки У-10) доводят температуру масла до (80±1,5)^oC для минеральных масел и до 60±1,5)^oC для синтетических масел. Для измерения величин используется измеритель 3 (L.C.R. цифровой E7-8).

Температурный режим, при котором осуществлялись измерения, подобран экспериментальным путем и объясняется тем, что при таком температурном режиме зафиксирована наиболее яркая картина изменения используемых информативных показателей: тангенса угла диэлектрических потерь (график 1, см. в конце описания) и емкости ячейки (график 2, см. в конце описания). Полученные данные tgδ_o - тангенс угла диэлектрических потерь окисленного масла; С_о - емкость ячейки с окисленным маслом (pF) позволяют рассчитать показатель относительной мощности рассеивания удельных диэлектрических потерь .

Результаты испытаний масел для авиационных ГТД приведены в таблице 1
В качестве подтверждения возможности использования показателя для оценки ТОС авиационных масел была проведена оценка качества тех же образцов авиационных масел по изменению кислотного числа. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Из данных таблиц 1 и 2 видно, что полученные результаты относительной мощности рассеивания диэлектрических потерь позволяют охарактеризовать термоокислительную стабильность исследуемых масел. Данный показатель может быть применен на практике для оценки качества различных масел по показателю термоокислительной стабильности.

Заявляемый способ, кроме повышения достоверности, позволяет снизить трудозатраты при оперативном определении термоокислительной стабильности авиационных масел для ГТД. Сравнительный анализ результатов испытаний масла по заявляемому способу и способу-прототипу представлен в таблице 3.

Из таблицы 3 видно, что предлагаемый способ значительно превосходит способ-прототип по оперативности, трудоемкости и точности. Таким образом, заявляемый способ отвечает условиям патентоспособности:
- новизне (относительно прототипа имеет место новая взаимосвязь информативных показателей - относительная мощность рассеивания удельных диэлектрических потерь и термоокислительной стабильности авиационных масел для газотурбинных двигателей ГТД);
- неочевидности (авторы при просмотре патентной информации и научно-технической литературы не обнаружили указанной выше совокупности существенных признаков - отношение мощности рассеивания удельных диэлектрических потерь работавшего и свежего масел, характеризующее термоокислительную стабильность авиационных масел для ГТД);
- применимости (способ прост, оперативен и реализуем).

Применение изобретения позволит оперативно и достоверно оценивать термоокислительную стабильность авиационных масел для ГТД при низкой себестоимости способа.

Источники информации:
1. К. К.Папок, Химмотология топлив и смазочных масел, М.: Воениздат, -1980, с.126;
2. Патент ГДР N 203399, МКИ G 01 N 33/26, публ. 10 октября 1983 года;
3. А.И. Турбина, Е. В. Данилова, Г. В.Петраков "Портативная лаборатория для экспресс-анализа масел". Двигателестроение, 1980, N 8, с.34-35;
4. ЕПВ, заявка N 0080632, МКИ G 01 N 27/22, публ. 6 августа 1983 года;
5. ГОСТ 23797 "Метод определения термоокислительной стабильности в приборе ТСМ-1" (прототип).

Использование: в области исследования смазочных масел. Сущность изобретения: в способе оценки термоокислительной стабильности (ТОС) масел для авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) с помощью электрофизических методов в качестве информативных показателей используют величины удельных диэлектрических потерь исходного (Р_и) и окисленного (Р_o) масел, для чего замеряют тангенс угла диэлектрических потерь пробы исходного (tg δ_и) и работавшего (tg δ_o) масел и величину емкости ячейки с пробой исходного (С_и) и окисленного (С_о) масел, измерения проводят при температуре пробы не менее (80±1,5)^oС для минеральных масел и не менее (60±1,5)°С для синтетических масел, а ТОС оценивают по величине относительной мощности рассеивания удельных диэлектрических потерь, определяемой по зависимости, полученной экспериментальным путем. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности оценки термоокислительной стабильности авиационных масел для ГТД и сокращение времени на ее определение. 3 ил., 3 табл.

Способ определения термоокислительной стабильности (ТОС) авиационных масел, включающий нагрев пробы окисленного масла до заданной температуры, определение информативного показателя масла при этой температуре, сравнение полученного значения величины информативного показателя с величиной информативного показателя исходного масла и последующую оценку ТОС по результату рассогласования величин информативных показателей, отличающийся тем, что в качестве информативных показателей используют величины удельных диэлектрических потерь исходного (P_и) и окисленного (P_о) масел, для чего замеряют тангенс угла диэлектрических потерь пробы исходного (tg δ_и) и окисленного (tg δ_o) масел и величину емкости ячейки с пробой исходного (С_и) и окисленного (С_о) масел, измерения проводят при температуре проб не менее (80 ± 1,5)^oС для минеральных масел и не менее (60 ± 1,5)^oС для синтетических масел, а ТОС оценивают по величине относительной мощности рассеивания удельных диэлектрических потерь, определяемой по следующей зависимости:

где P_o= C_otgδ_o;
P_и = С_иtgP_и= C_иtgδ_и;
P_о - удельные диэлектрические потери окисленного масла, Вт/м³;
P_и - удельные диэлектрические потери свежего масла, Вт/м³;
tgδ_и - тангенс угла диэлектрических потерь свежего масла;
tgδ_o - тангенс угла диэлектрических потерь окисленного масла;
С_и - емкость ячейки со свежим маслом;
C_о - емкость ячейки с окисленным маслом.