автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Разработка маловязких масел для автономных гидравлических приводов с использованием гидрокаталитических процессов

1 V/ г \

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА имени И.М. ГУБКИНА

На правах рукописи

УДК 665.765-404.001.57:532.62-82

ТЫЩЕНКО ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА МАЛОВЯЗКИХ МАСЕЛ ДЛЯ АВТОНОМНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ

ПРИВОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОКАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

05.17.07.-Химическая технология топлива

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1997

Работа выполнена в ОАО "Средиеволжский научно-исследовательский институт по нефтепереработке"

Научный руководитель: кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Т.Н. Шабалина

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАЕН, доктор технических наук,

профессор И.Г. Фукс

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Т.И. Назарова

Ведущая организация -

ДАО "ЛУКойл-Волгограднефтепереработка" (ЛУКойл-ВНП)

Защита диссертации состоится "_" _ 1997 г., в_

час. на заседании специализированного Совета Д 053.27.09 при Государственной ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного . Знамени Академии нефти и газа им. И.М. Губкина (117917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65, ГАНГ им. И.М. Губкина).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ. Автореферат разослан "_" _ 1997 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, к. т. н., с. н. с.

Масловская Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важнейшим неотьемлемным элементом гидравлических систем управления ракетно-космической техники является относительно несжимаемая жидкость. В качестве таковой используются маловязкие нефтяные масла, которые, в силу специфики эксплуатационных условий и в связи с невозможностью замены, должны на протяжении не менее 15-20 лет неизменно удовлетворять жестким требованиям, основные из которых: обеспечение надёжной смазки всех узлов трения системы в интервале температур от минус 50 °С до плюс 100-120 °С; пологая вязкостно-температурная характеристика и хорошая прокачиваемость при низких температурах; стабильность в условиях воздействия кислорода воздуха, температуры, радиации, вибрации и др.; инертность к материалам системы (различные металлы, резины).

Около 25 лет этим требованиям в основном удовлетворяли и, соответственно, использовались в системах управления ракет маловязкие, деароматизированные, низкозастывающие, нафтенового основания масла РМ и РМЦ (вязкостью около 4 и 8 мм Ус при 50 °С), содержащие 0,3 % антиоксидаита - дифениламина (ДФА), а в масле РМЦ - дополнительно 2,2 % полнизобутилена ММ 20000 (П-20).

Развитие ракетно-космической техники обусловило необходимость создания перспективных маловязких гидравлических масел с улучшенными по сравнению с РМ и РМЦ эксплуатационными показателями, прежде всего по трибологическим и антнрадиационным характеристикам.

Масла РМ и РМЦ (ГОСТ 15819-85) производились на единственном НМЗ (г. Нижний Новгород). Обеспечение комплекса низкотемпературных, вязкостных и других характеристик достигалось за счет получения деароматизированной основы масел РМ и РМЦ только из дистиллята уникальной малосернистой, бесларафинистой, нафтенового основания балаханской нефти. Для глубокой деароматизации в много-

стадийной технологии получения основы использовали экологически опасный процесс - сернокислотную очистку, вследствие чего в 1989 г. решением природоохранительных органов производство масел РМ, РМЦ на Нижне-Новгородском НМЗ было закрыто. Одновременно прекратились поставки в Россию балаханской нефти.

В связи с этим, наряду с задачей разработки улучшенных аналогов масел РМ и РМЦ, возникла проблема поиска альтернативного сырья для получения серии специальных гидравлических маловязких масел отвечающих современным требованиям по эксплуатационным свойствам. Получение аналогов масел РМ и РМЦ из массовых нефтей России (сернистых, парафинистых, ароматического основания) с использованием традиционной технологической схемы производства масел на отечественных НПЗ невозможно.

Решение проблемы улучшения качества масел РМ и РМЦ и получение их аналогов из массовых нефтей России с применением современных процессов является актуальным.

Разработки комплекса гидрокаталитических процессов переработки петролатума (КФ ВНИИНП) и парафина (ВНИИНП) показали принципиальную возможность получения аналогичных масел из продуктов гидрокаталитической переработки массовых нефтей России.

С учетом этого были сформулированы основные положения настоящей работы.

Цель и основные задачи работы. Целью настоящей работы является получение маловязких низкозастывающих масел для систем управления космических аппаратов из массовых нефтей России, создание и постановка на производство масел типа РМ и РМЦ.

Необходимость гарантии достижения специфических эксплуатационных свойств маловязких масел для автономных гидравлических приводов обусловила проведение всесторонних комплексных исследований и испытаний с целью решения следующих задач:

- уточнение требований к перспективным маловязким маслам для автономных гидравлических приводов и установление основных факторов, определяющих изменение качества масел в процессе работы на основе глубокого изучения условий эксплуатации масел типа РМ;

- исследование влияния углеводородного состава основ на определяющие показатели качества масел и выявление оптимального углеводородного состава, обеспечивающего требуемые эксплуатационные свойства;

- выбор присадок к маловязким гидравлическим маслам, улучшающих радиационную стабильность и трибологические свойства, совместимых с наиболее широко применяемыми антиоксидантами (ДФА и ионол);

- выбор экологически безопасной технологии получения масел типа РМ и РМЦ на основе процессов гидрокаталигической переработки нефтяного сырья;

- проведение испытаний опытных и промышленных образцов новых и штатных масел в лабораторных и стендовых условиях с целью их допуска к применению и производству;

- организация промышленного производства основ и масел взамен РМ и РМЦ для гидравлических систем.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

- исследованиями противоизносных свойств маловязких модельных смесей углеводородов, интервалы кипения которых соответствуют дизельным фракциям, в условиях граничного трения при скольжении установлено, что их противоизносная эффективность убывает в ряду: полициклические ароматические углеводороды ал-килбензолы —> изоалканы моноциклоалканы —> бициклоалканы ->• полициклоалканы;

- на модельных смесях углеводородов впервые установлено, что при их радиационном разложении источником образования во-

дорода являются циклоалкановые углеводороды, а углеводородных газов - алканы с различной степенью разветвления и алкановые заместители циклоалканов;

- показано, что антирадиационная присадка бензофенон в композиции с ионолом (4-Метил-2, 6-ди-трет-бутил-фенол) и триксиле-нилфосфатом (ТКсФ) не только подавляет процесс газообразования при радиационном воздействии, но и предотвращает разложение противоизносной присадки триксиленилфосфат (ТКсФ);

- в условиях трения качения и скольжения установлен синерги-тический эффект улучшения смазочного действия химических соединений ТКсФ и ионола в углеводородной среде с преимущественным содержанием изоалканов, который заключается в химической стабилизации смазочной пленки в зоне трибоконтакта (увеличение времени срабатываемости);

- впервые с использованием комплекса гидрокаталитических процессов переработки фракций массовых нефтей России разработаны перспективные регламентированного углеводородного состава гидравлические маловязкие масла МГ-7-Б и МГ-10-Б для автономных гидроприводов ракет;

- разработана новая газохроматографическая методика анализа газообразных продуктов радиационного разложения маловязких масел типа РМ с применением пробоотборника особой конструкции и специально смонтированной газохроматографической установки.

Практическая значимость работы. На основе продуктов гидрокаталитической переработки различного сырья из массовых нефтей России созданы и поставлены на производство маловязкие масла МГ-7-Б и МГ-10-Б по ТУ 38.401-58-101-92 для спецтехники, которые допущены к применению с пятилетним гарантийным сроком. Эти новые масла признаны как заменители масел РМ и РМЦ по ГОСТ 15819-85. Изготовление масел освоено на фирме "Варя"

(г. Нижний Новгород) из основы, полученной на установке КМ-3 ДАО "Лукойл-ВНП".

Из балаханской нефти получены масла РМ"У" и РМЦ"У" с улучшенными эксплуатационными свойствами, которые допущены к применению и введены в ГОСТ 15819-85.

Оба вида масел являются перспективными аналогами масел РМ и РМЦ и полностью заменяют их в эксплуатации.

Апробация работы. Отдельные разделы работы докладывались и обсуждались на V и VI Всесоюзных научно-технических семинарах "Теория и практика рационального использования горючих и смазочных материалов в технике" (г. Челябинск, 1987 и 1989 гг.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Износостойкость машин" (г. Брянск, 1991 г.), на Научно-техническом совете Миннефтехимпрома СССР (г. Ярославль, 1991 г.), на III Межотраслевой межвузовской конференции молодых ученых и специалистов в области газовой хроматографии (г. Горький - Москва, 23-27 мая 1989 г.), на Российском симпозиуме по трибологии с международным участием (г. Самара, 1993 г.), на III Московской научно-технической конференции "Триботехника-машиностроению" (г. Москва, 1987 г.), на IX Всероссийской конференции по газовой хроматографии (г. Самара, 1995 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 статей и тезисы 8 научных сообщений.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (166 наименований) и приложений. Работа изложена на 267 страницах машинописного текста, содержит 61 таблицу, 40 рисунков, 25 приложений.

Содержание диссертационной работы

В первой главе приведен обзор литературы, где рассмотрены некоторые конструктивные особенности автономных гидравлических приводов систем управления ракет (рулевых машинок), как сложных трибологических систем с точки зрения многообразия видов сопряжений трущихся поверхностей и характера их взаимодействия, наличия прецизионных пар трения. Анализ специфических условий эксплуатации показал приоритетное значение процессов трения и радиации для определения ресурса работы системы автономный гидравлический привод - гидравлическое масло. Определяющие факторы установлены с учетом систематизация требований к гидравлическим системам и гидравлическим маслам, в частности, требований по обеспечению стабильности основных рабочих характеристик в течение длительного времени эксплуатации.

Рассмотрение ассортимента гидравлических масел, производимых в стране, позволило сделать вывод об актуальности направления работ по созданию специальных жидкостей для данного вида техники в связи с отсутствием масел по свойствам равноценных маслам РМ и РМЦ.

В литературе практически отсутствуют данные о влиянии углеводородного состава маловязких масел (кинематическая вязкость при 50 0 С около 4 ммУс) на их противоизносные характеристики.

В обзоре отмечается, что в ряде работ приведены данные по влиянию радиации на комплекс физико-химических и эксплуатационных характеристик нефтяных смазочных масел. Вместе с тем не изучен характер изменений углеводородного состава базовых нефтяных основ маловязких гидравлических масел в зависимости от дозы облучения и их структурно-группового состава.

Анализ литературы по технологическим аспектам проблемы позволил установить, что в настоящее время разработан ряд вариан-

тов применения гидрокаталитических процессов для получения маловязких масел из различных видов сырья, в том числе из петрола-тума и дизельных фракций нефтей. Однако данная проблема не решена в отношении базовых основ масел типа РМ.

Обобщение результатов исследований позволяет наметить следующие задачи научных разработок по созданию масел типа РМ:

- исследование влияния различных структурных групп углеводородов маловязких масел на их эксплуатационные характеристики, в том числе противоизносные и ангирадиационные свойства;

- изучение поведения известных противоизносных, антиокислительных и антирадиационных присадок в маловязких деароматизи-рованных базовых маслах различного углеводородного состава, полученных из продуктов экологически чистых процессов гидрокаталитической переработки петролатума и дизельных фракций массовых нефтей России;

- исследование изменения новых масел и масел РМ и РМЦ в условиях ускоренных климатических испытаний (температура 70-90 °С, высокая влажность, контакт с металлами, резиной) с целью изучения закономерностей образования продуктов старения и прогнозирования срока службы масел;

- выбор технологического варианта получения масел типа РМ с применением экологически безопасных процессов гидрокаталитической переработки нефтяного сырья, на основе комплекса данных, полученных в результате указанных выше химмотологических исследований.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования, обоснован выбор специально полученных 10 модельных объектов (смесей) различного углеводородного состава (табл. 1). По кинематической вязкости и другим физико-химическим характеристикам все модельные смеси соответствуют маслам РМ и РМЦ, по фракционному составу близких к уровню дизельного топлива.

СГ.

Таблица I

Структурно-групповой состав модельных объектов исследования

Модельные объекты исследования (модельные смеси) Типы углеводородов

Алканы различной степени разветвлен-ности, % отн. Циклоалканы, % отн. Алкил-бензолы, % отн. Полициклические ароматические углеводороды, % отн.

моно- би- три- тетра- пента-

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Модель 1. Основа РМ из балаханской нефти

производства Нижне-Новгородского НМЗ 63,9 3,8 16,2 10,6 4,0 0,6 0,9 -

Модель 2. Основа РМ-4 из продуктов гидро-

каталитической переработки пеггролатума 84,8 2,8 2,1 1,7 1,1 - 7,5 -

Модель 3. Рафинат адсорбционного разде-

ления основы РМ-4 87,8 1.4 3,8 2,9 0,3 2,9 0,9 -

Модель 4. Опытная основа РМ из продуктов

глубокого гидрирования вакуумного газой-

ля 36,5 16,3 20,4 20,9 3,4 0,4 2,1 -

Модель 5. Рафинат адсорбционного разде-

ления модели 4 41,2 20,3 15,8 17,8 1,2 1,9 1,8 -

Модель 6. Смесь изомеров ди (метилцикло-

гексил) метана - 100,0 - - - - - -

Модель 7. Гидрированные олигомеры про-

пилена фракция 285-305 °С (ВНИИОлефин) 79,2 10,6 4,6 4,9 - - 0,7 -

Модель 8. Жидкие парафины установки Па-

рекс НК НПЗ 100,0 - - - - - - -

Модель 9. Десорбат адсорбционного разде-

ления основы РМ-4 76,7 5,2 1,6 1,1 - 13,0 0,5

Модель 10. Промежуточный продукт ад-

сорбционного разделения основы РМ-4 82,2 5,6 2,0 1,6 1,2 - 7,2 0,2

Для исследования физико-химических свойств масел применялись гостированные методы, а также испытания по комплексу квалификационных методов, согласованных с потребителем, использовались различные методы оценки эксплуатационных характеристик (три-бологические свойства, термоокислительная стабильность, вибростойкость, влияние контакта с металлами и совместимость с резинами, радиационная стойкость, старение масел в процессе длительного хранения и др.), а также эксплуатационные испытания в натурных изделиях с целью определения ресурса работы масел. Для определения изменения углеводородного состава масел в процессе длительной эксплуатации и хранения применялись жидкостная и газовая хроматография, спектральные (ИК-, УФ- и эмиссионный) и масс-спектральные методы исследования.

Дано описание разработанного газохроматографического метода определения газовыделения (Ш и С| — Сл) при воздействии различных доз радиации на масла и модельные смеси.

В третьей главе отражены исследования влияния углеводородного состава масел (модельных смесей) на их противоизносные свойства и радиационную стойкость.

Для определения основных факторов, влияющих на ресурс работы маловязких масел в автономных гидравлических приводах, были исследованы масла РМ и РМЦ, слитые с натурных объектов. На основании анализа причин отказов автономных гидроприводов и результатов изучения отработанных масел была создана принципиальная схема (рис. 1) взаимосвязей ресурса автономного гидропривода с процессами, происходящими в системе жидкость - привод. На схеме показано, что основными факторами для рассматриваемых систем являются трение и радиация, в наибольшей степени воздействующие на процесс старения масла.

Автором исследованы трибологические свойства маловязких (около 4 мм2/с при 50 °С) образцов масел различного углеводородно-

Входные параметры системы

Нагрузка Скорость Температура Давление

Скорость изменения давления Вибрация

Радиация_

Старение

Трибохимическое

разложение

Терм- Окис- Радиация

дест- ление

рук-

ция

.Ресурс рабочей, \ жидкости /

Продукты старения

Продукты изнашивания

Изнашивание

Механическое

Обра-зивное Усталостное Кави-таци-онное

Исходное >

состояние

Ресурс работы

Выходные N параметры Быстрота действия Надежность Производительность Энергоемкость_

Рис. 1. Схема взаимосвязей ресурса автономного гидропривода с процессами, происходящими в жидкости и системе

го состава и впервые получены данные по их противоизносным свойствам в условиях граничного трения при скольжении. На основании математической обработки результатов исследований подобраны эмпирические уравнения, описывающие зависимости приращения пятна износа ДДи (показатель износа, определяемый методом предварительного отпечатка на четырехшариковой машине трения) от содержания изоалканов и циклоалкановых структур различной степени конденсированности, графическая интерпретация которых представлена на рисунке 2. Все графические зависимости описывают-

ся уравнением одного типа (у = 1 / (а+Ьх)) с различными числовыми значениями коэффициентов. Характер кривых 1, 2, 3 показывает, что противоизносные свойства циклоалканов резко ухудшаются по мере увеличения количества конденсированных колец в молекуле углеводородов.

2 2

S

Ч

<

га о о

X

10 X

ь в; с о X X

о 3 а а s а. С

0.5

0.4

0.3

0.2

25

50

75

100

Содержание структурных групп углеводородов в модельных объектах, %отн.

Рис.2. Зависимость противоизноеных свойств (дДи) от содержания различных структурных углеводородных групп в модельных объектах.

1 -полициклоапкановые структуры, включая трициклические;

2 - полициклоалкановые структуры, включая бициклические;

3 - моно- и полициклические цикпоалкановые структуры;

4 - изозлкановые структуры.

Установлен следующий ряд углеводородов для масел типа РМ в порядке убывания их противоизноеных свойств: полициклические ароматические углеводороды -» алкилбензолы —» изоалканы -* моно-циклоалканы —> н-алканы би- , три- и полициклические алкановые углеводороды. Изучение воздействия различных доз ионизирующего излучения на различные группы углеводородов (модельные смеси) позволили установить ряд закономерностей, которые необходимо учитывать при оптимизации углеводородного состава разраба-

гываемых масел. Исследование влияния радиации (от 1х106 до 1x108 рад) на углеводородные модельные смеси с вязкостью около 4 мм2/с при 50 °С показало, что при радиационном разложении основными компонентами являются водород и углеводородные газы, количественное образование (мл/г масла) которых (водород до 4,0 и метан до 0,03) при различных дозах облучения зависит от углеводородного состава.

Наиболее стойкими к воздействию радиации являются ароматические углеводороды, которые также оказывают стабилизирующее влияние на всю углеводородную систему (рис. 3). Однако, из-за их негативного влияния на вязкостно-температурные свойства при минусовых температурах, необходима деароматизация базовых основ ма-

1000

Доза облучения х10 ,рад

Рис. 3. Влияние дозы облучения на образование водорода (1 и 1') и изменение углеводородного состава модельных объектов 4 (2,3 и 4) и 5(2',3' и 4').

Изменение содержания групп углеводородов относительно исходного образца: 1 и 1' - водород; 2 и 2' - изоалканы; 3 и 3' - циклоапканы; 4 и 4' - ароматические углеводороды.

сел типа РМ до уровня содержания ароматических углеводородов не более 4,5%.

Основным источником образования водорода при радиационном разложении маловязких углеводородов являются циклоалканы, а источником углеводородных газов - алканы с различной степенью разветвления и алкановые заместители циклоалканов.

При изучении химизма радиационных воздействий (интервал доз облучения 1х106 - 1x10® рад) на модельные объекты выявлены зависимости изменений содержания структурных групп углеводородов от дозы облучения. Полученные данные показали, что для углеводородных групп модельных объектов при минимальных исследованных дозах облучения (1x106 - 1x107 рад) характерны реакции изомеризации и дегидро-циклизации алканов, дегидрирования циклоалканов. Увеличение дозы облучения до максимальной (1х108 рад) приводит к усилению реакций конденсации циклоалканов и ароматических углеводородов с образованием продуктов уплотнения. При этом установлено, что скорость реакций и их направленность определяются углеводородным составом смеси.

На основе проведенных исследований с учетом обеспечения основных эксплуатационных характеристик масел типа РМ и РМЦ, включая хорошие вязкостно-температурные свойства при минусовых температурах, определено, что наиболее предпочтительными углеводородами в составе маловязких деароматизированных масел являются изоалкановые углеводороды, оптимальное содержание последних в маслах составляет не менее 75-80 %.

В четвертой главе обобщены данные исследований поведения присадок в маловязких деароматизированных базовых маслах различного углеводородного состава, специфические трибологические свойства которых обусловлены фракционным составом, близким к уровню дизельного топлива.

Результаты исследований были положены в основу разработки двух групп маловязких масел для автономных гидравлических приводов ракет:

I - РМ"У", РМЦ"У" на основах из балаханской нефти, РМ-4"У", РМЦ-8"У" из продуктов гидрокрекинга и гидроизомеризации петро-латума из парафинистых сернистых нефтей, с композицией присадок, улучшающих противоизносные свойства;

II - МГ-7-Б и МГ-10-Б из продуктов гидрокаталитической переработки фракции дизельного топлива массовых нефтей России.

При выборе присадок с целью повышения качества масел РМ, РМЦ и РМ-4, РМЦ-8 основным направлением исследований было улучшение трибологических свойств с учетом антирадиационной стойкости. В процессе работы был изучен механизм действия проти-воизносной присадки ТКсФ на границе раздела фаз "маловязкое масло - металл" и установлено, что характер поведения ТКсФ в маловязком масле подтверждает общую теорию механизма действия фосфорсодержащих соединений в маслах.

В частности, было установлено, что гидравлические жидкости, содержащие противоизносную присадку, более интенсивно взаимодействуют с поверхностью металла (о чем свидетельствует уменьшение электроотрицательности электродного потенциала Еэ металлической поверхности) как в статических, так и в динамических условиях (рис. 4). Интенсивность физико-химического взаимодействия на границе раздела фаз "мегалл-гидрожидкость" определяли методом "Реотест". На рисунке 4 приведены кинетические кривые изменения электродного потенциала Еэ металлической поверхности (время измерения - в пределах 40 мин.), характер которых подтверждает усиление адгезионных свойств масел типа РМ и РМЦ с добавлением ТКсФ.

Таким образом, в качестве противоизносной присадки был выбран ТКсФ.

-200

m z

e>

Ш

-300

-400

0 10 20 30 40

Время, мин

Рис.4. Кинетические зависимости Еэ маловязких гидравлических масел РМ и РМ"У"

-в статических условиях взаимодействия с металлической поверхностью;

- при воздействии вибрации с частотой 5000 Гц;

1 - масло РМ; 2- масло РМ"У".

Учитывая специфику работы маловязких гидравлических масел в жестких условиях режима граничного трения в трибосопряжениях, выбор присадок и их концентраций осуществлялся на основании изучения стабильности смазочной пленки методом определения контактной вибростойкости на стенде КВ-1 (табл. 2) и на машине трения Альмен - Виланд. Результаты таблицы 2 иллюстрируют наличие си-нергитического эффекта стабилизации смазочной пленки в вибрационном трибоконтакте при совместном применении ионола и ТКсФ, который в большей степени проявляется в основе 2 (изоалканового строения). Наряду с этим установлено преимущество ионола против ДФА.

Синергитический эффект подтвержден также увеличением стабильности смазочной пленки в зоне трения (СЗТ) на машине трения Альмен - Виланд со 100 мин. для масла РМ (без ТКсФ) до 120 мин. для масла РМ"У" (1% ТКсФ). Переход к основе с превалирующим

Таблица 2

Результаты исследования контактной вибростойкости на стенде КВ-1 модельных смесей

Контактная

Состав модельной смеси вибростойкость

при 150 °С

в мин.

Основа 1 (модель 1 табл. 1) 30

Основа 2 (модель 2 табл. 1) 30

Основа 1 + 0,3 % масс. ДФА (масло РМ) 30

Основа 1+0,2 % масс, ионола 50

Основа 2 + 0,3% ДФА 50

Основа 2 + 0,2 % ионола (масло РМ-4) 65

Основа 1 + 0,3 % масс. ДФА + 1,0%ТКсФ

(масло РМ"У") 20

Основа 1 + 0,2% ионола + 1,0%ТКсФ 80

Основа 2 + 0,3% ДФА + 1,0%ТКсФ 60

Основа 2 + 0,2% ионола + 1,0%ТКсФ

(масло РМ-4"У") 130

содержанием изоалкановых углеводородов увеличил СЗТ до 160 мин.

Исследования радиационной стойкости маловязких масел позволили впервые установить, что известная антирадиационная присадка бензофенон в сочетании с ионолом не только подавляет газообразование масел типа РМ, но и стабилизирует эфиры фосфорных кислот. На рисунке 5 представлены результаты испытаний в условиях радиационного воздействия масла РМ"У" и композиции: основа 1 + 0,2% ионола + 1,0% ТКсФ + 0,5% бензофенона.

Таким образом, оптимальный состав присадок с учетом химического состава базовых нефтяных основ маловязких масел позволяет получить комплексный, химмотологический эффект, который в данном случае выразился в увеличении ресурса работы смазочной пленки в трибосопряжениях и радиационной стойкости жидкости, что в свою очередь определяет ресурс работы всего комплекса гидропривод-гидравлическое масло.

з га о.

У-X 0) гг

X

о

I

О

х з

® о

5 о

Й *

О V

о л

« с

ю г

(3

о о

га га

5 =

о га 2

100 -

10 100 Доза облучения хЮ"*, рад

1000

Рис.5. Влияние дозы облучения на изменения газообразования, кислотного числа и концентраций антиокислительных присадок масла РМ"У" (1,2,3) и композиции: основа 1 +0,2% ионола +1,0% ТКсФ+0,5% бензо-фенона(1", 2", 3').

1 и 1'-кислотное число; 2 и 2" - газообразование; 3 и 3' - концентрация анти-оксидантов.

Данный вывод подтвержден результатами испытаний масел РМ"У" и РМЦ"У" в составе рулевых механизмов, проведенных по специальной программе в ЦСКБ г. Самары. На основании результатов лабораторных исследований и испытаний в натурных изделиях принято решения о допуске масел РМ"У" и РМЦ"У" к производству и применению. Эти масла введены в ГОСТ 15819-85 в качестве отдельных марок.

По II - группе масел выполнена разработка экологически безопасного технологического варианта получения масел МГ-7-Б, МГ-10-Б из гидрогенизата дизельной фракции (рис. 6). На основании проведенных ранее исследований по установлению зависимостей основных рабочих характеристик, прежде всего трибологических свойств и радиационной стабильности, от химического состава маловязких ма-

МАСЛА МГ-7-Б и МГ-10-Б

Рис. 6. Принципиальная схема получения масел МГ-7-Б и МГ-10-Б

сел однозначно был прогнозирован и достигнут требуемый уровень эксплуатационных показателей масел МГ-7-Б и МГ-10-Б. Были получены опытные партии разработанных масел, с положительными результатами проведены сопоставительные исследования масел МГ-7-Б, МГ-10-Б и РМ, РМЦ по комплексу квалификационных методов, а также испытания на совместимость с резинами, гептилом, металлами и т.д. Масла МГ-7-Б, МГ-10-Б успешно прошли всесторонние испытания в серийных натурных изделиях ЦСКБ г. Самара, КБ Машино-

строения г. Миасс, КБ "Салют" г. Москва, ПМЗ "Восход" г. Павлово.

В пятой главе описана организация промышленного производства масел МГ-7-Б и МГ-10-Би приведены результаты первоначальных работ по прогнозированию сроков эксплуатации масел для систем управления ракетной техники.

В основу указанных исследований были положены ускоренные климатические испытания, выполненные в НПО "Энергия", которые имитировали многолетнюю эксплуатацию масел в рабочих условиях.

На основании результатов сопоставительных ИК-, УФ-, масс-спектральных исследований продуктов старения масел МГ-7-Б и МГ-10-Б и масел РМ и РМЦ до и после ускоренных климатических испытаний (УКИ) с 10-ти и 18-летним эквивалентом установлено, что алканы и циклоалканы, которыми более чем на 95 % представлен углеводородный состав масел, изменились незначительно (в пределах от 1 до 3%отн.). Отклонение концентрации присадок от исходного составило не более 2 % отн.

Результаты комплексных испытаний позволили предварительно установить пятилетний гарантийный срок эксплуатации масел МГ-7-Б и МГ-10-Б в серийных изделиях. Продолжение исследований в данном направлении сделает возможным определить предельный срок гарантированной эксплуатации разработанных масел. На основе предложенной технологии и ТУ 38.401-58-101-92 организовано промышленное производство основы из продукта гидрокаталитической переработки дизельной фракции на КМ-3 Волгоградского НПЗ и масел МГ-7-Б и МГ-10-Б на фирме "Варя" (г. Нижний Новгород). В настоящее время производство масел МГ-7-Б и МГ-10-Б передано АО "АвиаТехМас" г. Нижний Новгород.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Г. При участии автора разработаны перспективные маловязкие, низкозастывающие масла для автономных гидравлических приводов систем управления ракетно-космической техники с улучшенными трибологическими и антирадиационными свойствами: масла МГ-7-Б и МГ-10-Б, полученные по экологически безопасной технологии гидрокаталитической переработки дизельной фракции массовых нефтей России; масла РМ"У" и РМЦ"У" на основе из балаханской нефти и масла РМ-4"У" и РМЦ-8"У" на основе из продуктов гидрокаталитической переработки петролатума.

Освоено промышленное производство масел МГ-7-Б и МГ-10-Б АО "АвиаТехМас" г. Нижний Новгород из основы полученной на блоке установок КМ-3 ДАО "ЛУКойл - ВНП". Масла МГ-7-Б иМГ-10-Б внедрены у потребителей в качестве аналогов масел РМ и РМЦ.

2. Изучение условий эксплуатации масел РМ и РМЦ показало, что основными факторами, определяющими изменения качества масел в процессе работы, являются радиационное воздействие и химическая трибодеструкция смазочной пленки в узлах трения.

3. Впервые исследовано влияние различных групп углеводородов маловязких углеводородных фракций на противоизносные свойства в условиях граничного трения при скольжении. Установлено, что наилучшими (после ароматических углеводородов) противоизносными свойствами характеризуются изоалканы.

4. Исследование влияния различных доз радиации на модельные углеводородные смеси позволило установить, что при радиационном разложении маловязких циклоалканов в основном выделяется водород, алканы с различной степенью разветвления и алкановые заместители циклоалканов являются источником углеводородных газов. Наиболее предпочтительными структурами деароматизированных маловязких масел, с точки зрения радиационной стойкости (обра-

зование газов) и противоизносных свойств, являются алхановые структуры различной степени разветвленности.

5. Определен оптимальный углеводородный состав основы маловязких гидравлических масел (изоалканов не менее 75-80 %, ароматических углеводородов не более 4,0-4,5 % ), который обеспечивается в процессе гидрокрекинга - гидроизомеризации петролатума.

6. Исходя из реальных условий отечественной нефтепереработки (отсутствие промышленной установки гидрокрекинга - гидроизомеризации петролатума), выбрана экологически безопасная технология получения масел МГ-7-Б и МГ-10-Б на базе процессов гидрокаталитической переработки дизельной фракции массовых нефтей России на промышленной установке КМ-3 Волгоградского НПЗ. Катализаторы и условия процессов: гидроочистки, гидрокаталитической депарафинизации и гидрирования - приняты в соответствии с требованиями технологических регламентов установки КМ-3. Сопоставительные исследования основ масел МГ-7-Б и МГ-10-Б с основой РМ и РМЦ из балаханской нефти показали подобие основ по свойствам. Несмотря на различие в сырье и технологии получения, основы по свойствам идентичны.

7. Введение триксиленилфосфага (1%) как в масла РМ"У" и РМЦ"У" из балаханской нефти нафтенового основания, так и в масла РМ-4"У" и РМ-8"У" из продуктов гидрокаталитической переработки петролатума изоалканового основания, значительно улучшает их про-тивоизносные свойства. Впервые выявлен синергитический эффект совместного действия присадок (ГКсФ и ионол) в маслах с преобладающим содержанием изоалкановых углеводородов, который заключается в химической стабилизации смазочной пленки в зоне трибоконтакта.

Показано, что антирадиационная присадка бензофенон в композиции с ионолом и ТКсФ при радиационном воздействии не только стабилизирует основы, но и предотвращает радиационное разложение ТКсФ.

Установлена оптимальная композиция гидравлических маловязких масел типа РМ: ионола 0,2%, ТКсФ 1,0% и бензофенона 0,5% в изоалкановой основе.

В. По результатам стендовых, эксплуатационных и ускоренных климатических испытаний в серийных натурных изделиях ЦСКБ (г. Самара), КБ Машиностроения (г. Миасс), КБ "Салют" (г. Москва), ПМЗ "Восход" (г. Павлово Нижегородской обл.) масла РМ"У", РМЦ"У", МГ-7-Б, МГ-10-Б допущены к производству и применению.

Масла РМ"У" и РМЦ"У" введены в ГОСТ 15819-85, на масла МГ-7-Б и МГ-Ю-Б разработаны отраслевые ТУ 38.401-58-101-92.

Масла МГ-7-Б и МГ-10-Б, допущенные к применению с предварительным гарантийным сроком эксплуатации - 5 лет, признаны как заменители снятых с производства масел РМ и РМЦ по ГОСТ 15819-85.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Рабочие жидкости для автономных гидроприводов / Т.Н. Ша-балина, В.А. Тыщенко, H.H. Сизонешсо и др. // Ракетно-космическая техника: Сб. науч. тр. - 1983. -№ 8. - С.25-28.

2. ШабалинаТ.Н.,Тыщенко В.А., Стефанская Ф.А. Новые стандарты и технические условия. ГОСТ 15819-85. Масла РМи РМЦ. Технические условия И Химия и технология топлив и масел. - 1986. -№11.- С.28.

3. Тыщенко В.А., Шабалина Т.Н., Жулина Л.А. Ресурсные испытания в автономных гидроприводах рабочих жидкостей с улучшенными смазывающими свойствами//Теория и практика рационального использования горючих и смазочных материалов в технике: Тез. докл. V Всесоюзн. научн. техн. семинара. - Челябинск, 1987. - С.89.

4. Тыщенко В.А., Шабалина Т.Н., Михеев В.А. и др. Влияние химической природы жидкостей для автономных гидравлических приводов на их трибологические свойства // Триботехника-машинострое-нию:Тез. докл. Ill Московской науч. техн. конф.-Москва, 1987.

5. Рассказов В.П., Лебедев А.П., ШабалинаТ.Н., Тыщенко В.А. и др. Разработка и исследования рабочих жидкостей для автономных гидроприводов с улучшенными эксплуатационными характеристиками // Передовой технический опыт. - 1987. - № 9-10.

6. Тыщенко В.А., Шабалина Т.Н., Михеев В.А. и др. Ресурс работы и некоторые трибологические свойства маловязких рабочих жидкостей для автономных гидроприводов // Теория и практика рационального использования горючих и смазочных материалов в сельскохозяйственном и тракторном машиностроении: Тез. докл. VI Все-союзн. семинара. - Челябинск, 1989. - С.87.

7. Тыщенко В.А., Шабалина Т.Н., Михеев В.А. и др. Улучшение трибологических свойств гидравлических жидкостей И Химия и технология топлив и масел. - 1990.-№ 3. - С.13-15.

8. Тыщенко В.А., ШабалинаТ.Н., Михеев В.А. и др. Влияние структурно-группового состава минеральных масел на их противо-износные свойства // Износостойкость машин: Тез. докл. Всесоюзн. науч. техн. конф. - Брянск, 1991. - Ч.Н. - С.77-78.

9. ШабалинаТ.Н.,Тыщенко В.А., Каляпина Ю.Т. и др. Новые разработки в области маловязких смазочных материалов//Российский симп. по трибологии с международным участием, Самара. -1993. - 4.1. - С.14-15.

10. Тыщенко В.А., Шабалина Т.Н., Лобзин Е.В. и др. Оценка старения гидравлических масел II Химия и технология топлив и масел. -1993. - № 7. - С.35-36.

11. Лобзин Е.В., Полякова А.А., СеманюкР.Н., ФальковскаяО.И., Шабалина Т.Н., Тыщенко В.А., Калинина Л.Д. Прогнозирование сроков хранения гидравлических масел по результатам ускоренных климатических испытаний II Химия и технология топлив и масел. - 1994. -№2. -С.12-14.

12. Тыщенко В.А., Занозина И.И., Шабалина Т.Н. и др. Газохрома-тографическая оценка радиационной стабильности маловязких масел // Хроматографический журн. - 1994. - № 3. - С.78-80.

13. Лобзин Е.В., Полякова A.A., СеманкжР.Н., Фальковская О.И., Шабалина Т.Н., Калинина Л.Д., Тыщенко В.А. Влияние металлов на углеводородный состав гидравлических масел при ускоренных климатических испытаниях // Химия и технология топлив и масел. -1994. -№ 4. - С. 23-25.

14. Шабалина Т.Н., Тыщенко В.А., Шейкина H.A. Новые масла МГ-7-Б, МГ-10-Б для систем управления ракетно-космической техники // Надежность механических систем: Материалы конф. ученых России и стран Европы. - Самара, 1995. - С. 278.

15. Тыщенко В.А., Занозина И.И., Шабалина Т.Н., Дискина Д.Е. Комплексное газохроматографическое исследование влияния углеводородного состава маловязких масел спецназначения на их радиационную стойкость // Материалы XI Всероссийской конф. по газовой хроматографии, 26 июня, 1995. - С. 7.

16. Тыщенко В.А., Шабалина Т.Н., Шейкина H.A. Разработка экологически безопасной технологии получения нового поколения маловязких масел для систем управления ракетно-космической техники //Актуальные проблемы применения нефтепродуктов: Тез. докл. межотраслевых научных конференций, совещаний, семинаров. -Москва, 1996. - С. 147-148.

17. Тыщенко В.А., Шабалина Т.Н., Бадыштова K.M., Шейкина H.A. Исследование механизма действия противоизносной фосфорсодержащей присадки в маловязком масле II Трение и износ. - 1996.-Т. 17.-№2. -С.207-212.

Выражаю глубокую благодарность д.т.н. Бадыштовой Кнаре Мамбреевне за постоянное внимание и неоценимую помощь в подготовке диссертационной работы.