автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Разработка состава взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости для авиационной техники

На правах рукописи

КОЛЫБЕЛЬСКИИ ДМИТРИИ СЕРГЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА СОСТАВА ВЗРЫВОПОЖАРОБЕЗОПАСНОИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.17.07 - Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

7 НОЯ 2013

005537374

Москва 2013 г.

005537374

Работа выполнена на кафедре химии и технологии смазочных материалов и химмотологии Российского Государственного Университета нефти и газа

им.И.М.Губкина

Научный руководитель:

Доктор технических наук, Шабалина Татьяна Николаевна

профессор

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, Тыщенко Владимир Александрович

действительный член РАЕН (ОАО «СвНИИНП», генеральный директор)

Кандидат технических наук Цаплина Марина Евгеньевна

(ООО «ЛЛК-Интернешнл» эксперт по развитию производства)

Ведущая организация: ФГУП "Центральный институт

авиационного моторостроения им. П.И.Баранова"

Защита состоится «26» ноября 2013 года в 12— часов в ауд.541 на заседании диссертационного Совета Д. 212.200.04 при Российском Государственном Университете нефти и газа имени И.М.Губкина по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина.

Автореферат разослан «24» октября 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.212.200.04, кандидат технических наук

и -— I * / '■■

Л.Ф.Давлетшина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Одним из приоритетных направлений экономического и социального развития России, как современного и развивающегося государства, является создание современной системы воздушного сообщения. Это, безусловно, требует коренных и безотлагательных решений по созданию эффективной авиационной инфраструктуры, включающей систему обеспечения высококачественными горюче-смазочными материалами, в том числе техническими жидкостями, отвечающими требованиям современной авиационной техники.

Актуальность темы. Выпускаемые сегодня в России взрывопожаробезопасные рабочие жидкости не полностью соответствуют высоким требованиям эксплуатации, они уступают зарубежным жидкостям аналогичного назначения по термической и термоокислительной стабильности, гидролитической устойчивости, стойкости к механической деструкции.

В настоящий момент обеспечение российской авиации взрывопожаробезопасными жидкостями целиком зависит от зарубежных компаний, вследствие чего имеется острая необходимость в разработке отечественной рабочей жидкости для гидросистем эксплуатируемых и перспективных самолетов. Разрабатываемая жидкость должна обеспечивать стабильную работу в интервале температур от минус 60°С до плюс 150°С. В составе жидкости должны быть использованы компоненты базовой основы и функциональные присадки преимущественно отечественного производства, качество которых обеспечит производство жидкости, отвечающей современным требованиям и не уступающей по своим характеристикам зарубежным аналогам четвертого поколения. Жидкость должна быть совместимой с конструкционными материалами, сплавами, защитными покрытиями и уплотнительными резинами, применяемыми в конструкциях гидравлических систем, а также обладать повышенной гидролитической и

термической стабильностью, антикоррозионной и антиэрозионной стойкостью, превосходя по данным показателям отечественную жидкость НГЖ-5у и не уступая современным зарубежным аналогам.

Таким образом, разработка перспективной отечественной взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости является актуальной и требует проведения мероприятий по улучшению технологии её производства, исследований по подбору оптимальных базовых компонентов и функциональных добавок, а также создания ряда принципиально новых, современных эфиров фосфорной кислоты.

Цель работы. Целью настоящей работы являлись разработка научных подходов для обоснования состава разрабатываемой жидкости, создание оптимальной рецептуры и технологии приготовления взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости и организация ее промышленного производства. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

• провести анализ современного состояния производства взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей;

• обосновать научные и технологические принципы создания взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей, не уступающих лучшим мировым аналогам;

• разработать базовый состав, подобрать комплекс функциональных присадок, выбрать принципиальную технологическую схему приготовления разработанной взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости;

• осуществить выработку опытной партии жидкости и провести испытания по комплексу физико-химических и эксплуатационных свойств;

• разработать нормативно-техническую документацию и организовать промышленное производство взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости в «ОАО «НК Роснефть» - МЗ «Нефтепродукт».

Научная новизна работы. Обоснованы основные технические требования, предъявляемые к взрывопожаробезопасным гидравлическим жидкостям для обеспечения работоспособности в интервале температур от минус 60 °С до плюс 150 °С.

Впервые установлены зависимости физико-химических и эксплуатационных характеристик взрывопожаробезопасных

гидравлических жидкостей от химического строения базовых эфиров фосфорной кислоты и их смесей.

Впервые выявлено наличие синергетического эффекта смеси антиокислителей аминного и фенольного типа, обеспечивающее высокую термоокислительную стабильность взрывопожаробезопасных

гидравлических жидкостей.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработан оптимальный состав базовой композиции эфиров фосфорной кислоты различного строения, подобран пакет функциональных присадок, позволяющий создать взрывопожаробезопасную гидравлическую жидкость, отвечающую всем современным требованиям.

Разработана принципиальная технологическая схема и нормативная документация для производства взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости требуемого уровня качества.

Получена опытно-промышленная партия № 1 взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости по СТО 00148613-030-2012 и проведен её сравнительный анализ с отечественными и зарубежными аналогами.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на двух научно-практических конференциях:

• VII Международная конференция «Производство и рынок смазочных материалов-2011» (ноябрь 2011 г.,Москва);

• V Ежегодная Конференция «Базовые масла и смазочные материалы России и стран СНГ» (апрель 2012 г., Москва). Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 научные статьи в журналах, включенных в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 159 страницах, включает 33 таблицы, 20 рисунков и состоит из введения, четырех глав, заключения, 6 приложений и списка литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, ее научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе рассматриваются вопросы современного состояния производства взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей, указаны основные преимущества гидравлических систем. Рассмотрены исторические аспекты возникновения, развития и становления гидравлических систем передачи энергии. Установлены основные требования, предъявляемые к рабочим жидкостям для гидравлических систем. Представлена эволюция развития негорючих гидравлических жидкостей на основе эфиров фосфорной кислоты.(Рис.1)

Рабочие жидкости на основе сложных эфиров фосфорной кислоты

>

Типы РЖ

Зарубежные ;

Бк. 500А-> Бк. 500В-»Бк. Ш*

5к. 10-4 Бк. 500В-4 ->Ну1е1- IV А+

Бк. 5

НГЖ-4-=>НГЖ-5

•Ьк. - Ькуйго!

**Опытно-промышленная партия

Рисунок 1. Эволюция авиационных РЖ на основе фосфорорганических

соединений 6

Рассмотрена зависимость физико-химических характеристик негорючих гидравлических жидкостей от химического строения и компонентного состава базовой смеси эфиров фосфорной кислоты.

Приведены сравнительные характеристики современных взрывопожаробезопасных авиационных гидравлических жидкостей отечественного и зарубежного производства, выявлен ряд проблем, наличие которых не позволяет отечественным производителям негорючих гидравлических жидкостей осуществлять выпуск продукции конкурентоспособной на мировом рынке. Анализ литературных данных позволил сформулировать основные направления исследования и реализовать их в диссертационной работе.

Во второй главе обоснован выбор объектов исследования - эфиров фосфорной кислоты разнообразного строения, а также функциональных присадок различного назначения. Описаны методы исследования физико-химических и эксплуатационных свойств взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей и их компонентов.

В качестве базовых компонентов были выбраны следующие эфиры фосфорной кислоты производства ВОАО "Химпром":

• трибутилфосфат (ТБФ);

• триизобутилфосфат (ТиБФ);

• дибутилфенилфосфат (ДБФФ);

• дифенил-п-третбутилфенилфосфат (ДФпТБФФ);

• трифенилфосфат (ТФФ),

а также триксиленилфосфат (ТКсФ) производства "СЬешШга": Основные физико-химические характеристики базовых компонентов представлены в таблице 1.

Эфир фосфорной кислоты Вязкость кинематическая при 50 °С, мм"/с Вязкость кинематическая при минус 60 °С, мм"/с К.ч„ M г КОН/г Температура вспышки в открытом тигле, С

Трибутилфосфат 2,08 226,0 0,005 155

Триизобутилфосфат 2,43 1162,0 0,06 160

Дибутилфенилфосфат 3,18 1630,0 0,01 175

Дифенил-п- третбутилфенилфосфат 22,49 - 0,03 195

Триксиленилфосфат 28,45 - 0,02 240

Трифенилфосфат кристаллическое вещество

В качестве функциональных добавок были выбраны присадки отечественного и зарубежного производства следующего назначения:

• антиокислительные присадки (Агидол-1, Агидол-110,Неозон «А», ФАД, ДАТ, 1г§апох Ь-01,1^апох Ь-57,1^апох-1010);

• модификаторы вязкости (полиизобутилены, полиметакрилаты, виниполы, полиалкилметакрилаты);

• ингибиторы коррозии (1,2,3-бензотриазол, 1^ате139);

• противоэрозионные присадки - поверхностно активные вещества (Хромоксан);

• акцепторы кислот (эпоксидные смолы марок: УП-632, 2К, ЕЯЬ-4221, АгаМке СУ-179-1);

• краситель жирорастворимый фиолетовый антрахиноновый.

Выбор методов испытаний для оценки качества гидрожидкостей основывался на существующей в России базе оценки качества гидрожидкостей, а также мировых стандартах (методы А5ТМ, 150,РТТ и др.).

При этом учитывалось наличие и доступность существующей приборной базы, точностные характеристики, чувствительность методов и приборов, доступность и простота работы, надежность и достоверность получаемых результатов, технологичность методов, время испытаний.

Выявлены основные физико-химические параметры для сравнительной оценки образцов жидкостей. Приведен перечень оборудования и методов испытаний жидкостей.

Третья глава посвящена разработке композиции взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости, удовлетворяющей современным требованиям, предъявляемым к негорючим рабочим жидкостям для гидравлическим систем авиационной техники.

Основным требованием, выдвигаемым к разрабатываемой взрывопожаробезопасной негорючей жидкости, является обеспечение работоспособности в интервале температур от -60°С до + 150°С и номинальном давлении 21 МПа (210 кгс/см2), при этом жидкость не должна вызывать электрокинетическую эрозию золотниковых распределительных устройств, работающих в гидравлических системах современных и вновь разрабатываемых авиалайнеров.

В составе такой жидкости должны быть использованы компоненты базовой основы и функциональные присадки преимущественно отечественного производства, качество и эффективность действия которых гарантирует соответствие качества жидкости современным требованиям.

Жидкость должна смешиваться с НГЖ-5у и ее зарубежными эквивалентами (НуМ IV Ар1ш, 5кус1го1 1ЛЭ-4) во всех соотношениях, а замена НГЖ-5у на новую жидкость не должна требовать промывки гидравлических систем, обладать повышенной гидролитической и термической стабильностью, а также антикоррозионной стойкостью.

Разрабатываемая жидкость должна быть совместима с конструкционными материалами, сплавами, защитными покрытиями и уплотнительными резинами, применяемыми в конструкциях агрегатов и гидравлических системах, использующих жидкость НГЖ-5у.

Анализ зарубежных патентных данных о композициях взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостях показал, что оптимальный состав базовой смеси эфиров фосфорной кислоты включает в себя следующие компоненты в количествах:

- 35-50% (масс.) триизоалкилфосфатов;

- 35-50% (масс.) три-н-алкилфосфата;

- 6-16% (масс.) триарилфосфатов.

9

Характерным отличием отечественных взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей от их зарубежных аналогов является высокое содержание ДБФФ в базовой основе (от 100% в НГЖ-4, до 25% в НГЖ-5у). ДБФФ обладает повышенной растворяющей способностью по отношению к компонентам эластомеров и алкилпроизводным солей щелочных металлов, что на ряду с положительным эффектом хорошей приемистости к противоэрозионным присадкам даёт отрицательный эффект в виде высокого содержания натрия в отработанной гидравлической жидкости, являющегося причиной появления желе-, гелеобразных и смолообразующих отложений, ведущих к повышенному износу и отказу агрегатов гидравлической системы.

Для предотвращения этих негативных явлений в гидравлических жидкостях в качестве базового компонента в смесь эфиров фосфорной кислоты включают триизоалкилфосфаты, обладающие хорошими вязкостно-температурными свойствами, а также меньшими, по сравнению с ДБФФ плотностью, агрессивностью по отношению к полимерным деталям гидравлических систем. Соли щелочных металлов практически не растворимы в изоалкилпроизводных эфирах фосфорной кислоты.

Таким образом, при разработке композиции базовой смеси эфиров фосфорной кислоты (БСЭФ) было принято решение об исследовании возможности замены традиционно используемого ДБФФ на менее агрессивный триизобутилфосфат отечественного производства. В качестве основных компонентов базовой основы эфиров фосфорной кислоты исследовались ТБФ и ТиБФ, так как они обладают наилучшими низкотемпературными свойствами и наименьшей агрессивностью к эластомерам, применяемым в авиационной технике.

Максимальное количество ТиБФ в смеси с ТБФ ограничивается двумя показателями: температурой вспышки и низкотемпературной кинематической вязкостью. На рисунке 2 представлены зависимости температуры вспышки в открытом тигле и низкотемпературной кинематической вязкости смеси ТБФ и ТиБФ от её компонентного состава.

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Концентрация ТиБФ, %

Рисунок 2. Зависимость свойств БСЭФ от её компонентного состава

Из отечественного опыта производства негорючих гидравлических жидкостей установлено, что максимальная кинематическая вязкость базовой основы при минус 60 °С должна составлять не более 500,0 мм2/с, а следовательно по данному показателю максимальная концентрация ТиБФ может составлять до 50 %.

Однако, как наглядно показано на рисунке 2, максимальная концентрация ТиБФ в базовой смеси в большей мере ограничена температурой вспышки в открытом тигле, так как согласно требованиям к современным взрывопожарным гидравлическим жидкостям данный показатель должен составлять не ниже 155 °С. Таким образом, для приготовления лабораторных образцов базовой смеси эфиров фосфорной кислоты было принято решение ограничить содержание ТиБФ не более 20%. При этом кинематическая вязкость смеси БСЭФ при минус 60 °С составила 290 мм3/с.

Важными свойствами для гидравлических жидкостей являются хорошие смазывающие свойства и малая набухаемость эластомера. Как известно из литературных данных, повышение концентрации триизоалкилфосфатов в

гидравлических жидкостях уменьшает их растворяющую способность по отношению к материалам гидравлических систем на основе эластомерных материалов (а следовательно, и их набухание), но заметно ухудшает смазывающую способность рабочей жидкости. Исходя из этого, для получения базовой смеси на основе ТБФ и ТиБФ с требуемым уровнем смазочной способности необходимо введение в неё компонента, заметно улучшающего противоизносные свойства (триарилфосфата).

Для определения типа и оптимальной концентрации триарилфосфатного компонента БСЭФ было принято решение о пошаговом введении с интервалом в 1% ТКсФ, ТФФ, ДФптБФФ в смесь ТБФ и ТиБФ в различных концентрациях. С этой целью были приготовлены более пятидесяти образцов основ, состоящих из трех различных эфиров фосфорной кислоты. Уровень качества образцов контролировался по следующим показателям: кинематическая вязкость при 50°С и при минус 60 °С, кислотное число, температура застывания, температура вспышки и противоизносные свойства (диаметр пятна износа). По совокупности всех свойств лучшие показатели проявили следующие образцы, содержащие в качестве третьего компонента ТКсФ, ТФФ, ДФптБФФ в оптимальных концентрациях. Состав данных образцов представлен в таблице 2.

Таблица 2. Компонентный состав опытных композиций базовой смеси

Компонент Содержание, % масс.

Образец №1

Трибутилфосфат 73,0 Л

Триизобутилфосфат 20,0 93%

Триксиленилфосфат 7,0

Образец №2

Трибутилфосфат 70,0

Дибутилфенилфосфат 20,0 Г 90%

Трифенилфосфат 10,0

Образец №3

Трибутилфосфат 72,0 П

Триизобутилфосфат 20,0 Г 92%

Дифенил-пара-требутилфенилфосфат 8,0 "

Основные физико-химические характеристики полученных образцов основ: кинематическая вязкость при 50°С, кислотное число, температура застывания, кинематическая вязкость при минус 60 °С и температура вспышки, противоизносные свойства (диаметр пятна износа) представлены в таблице 3.

Таблица 3. Основные физико-химические свойства композиций базовых эфиров

Показатель качества

Вязкость кинематическая при

50УС, мм"/с

- 6<ГС, мм"/с

Кислотное число

Температура застывания, °С

Температура вспышки в открытом тигле, °С

Образец №1

2,24

346,0

0,02

Ниже -67

159

0,48

Образец №2

2,38

370,2

0,02

Ниже -67

156

0,50

Образец №3

2,32

420,0

0,02

Ниже -67

160

0,51

Как показывают приведенные данные, все образцы показали близкие результаты при оценке низкотемпературных свойств и смазывающей способности. Для уточнения оптимальной композиции БСЭФ были проведены сравнительные испытания выбранных образцов на термоокислительную стабильность. Полученные результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4. Результаты анализа термоокислительной стабильности

Показатель качества Вязкость кинематическая при 50°С, мм2/с Кислотное число Весовой показатель коррозии

Сталь Бронза А1 Си

Образец №1 12,02 135,27 +0,08 +0,45 +0,08 -0,31

Образец №2 определение невозможно 284,53 +0,19 +0,68 +0,21 -0,98

Образец №3 23,1 262,0 +0,22 +0,93 +0,18 -0,95

Как показывают данные, представленные в таблице 4, наилучшей термоокислительной стабильностью обладает образец №1 как по показателям изменения кинематической вязкости и кислотного числа, так и по величине весового показателя коррозии. На основе этого было принято решение о продолжении дальнейших исследований с композицией №1 для получения жидкости, отвечающей всем современным требованиям.

Все гидравлические жидкости содержат функциональные присадки: до 15% масс., вводимые для улучшения физико-химических свойств и эксплуатационных характеристик.

По имеющимся литературным и экспериментальным данным, а также согласно требованиям, предъявляемым к современным

взрывопожаробезопасным гидравлическим жидкостям, для обеспечения необходимых эксплуатационных свойств разрабатываемой жидкости: вязкостно-температурных, антиокислительных, антиэрозионных, противоизносных, антикоррозионных, стойкости к ценообразованию и гидролизу - использовались как традиционно применяемые, так и вновь предлагаемые для взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости присадки.

На основании имеющихся на рынке и выбранных присадок было принято решение о приготовлении образцов взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости, отвечающих ранее сформулированным требованиям. В качестве базовых компонентов использовалась композиция эфиров фосфорной кислоты оптимального состава, выбранная по результатам эксперимента - образец, содержащий следующие эфиры: ТБФ-73,0%, ТИБФ-20,0%, ТКсФ-7,0% (образец №1).

Для повышения термоокислительной стабильности БСЭФ при приготовлении образцов использовались антиокислители амминого и фенольного типов различного строения: фенил-а-нафтиламин (Неозон «А»), динонилдифениламин (ДАТ), октилбутилдифениламин (1г§апох® Ь 57) алкилированный фенил-а-нафтиламин (ФАД), 4-метил-2,6-дитретбутилфенол (Агидол-1) и пентаэритрилтетракис-3-(3',5'-дитретбутил-4-гидроксифенил) пропионат (Агидол-110,_1^апох® 1010).

Приготовление образцов взрывопожарной гидравлической жидкости проводилось на лабораторной установке, состоящей из: круглодонной двугорлой колбы емкостью 1000 мл, колбонагревателя с автоматической регулировкой температуры и термопарой, перемешивающим устройством с пропеллерной мешалкой и электроприводом с электронным регулированием частоты вращения вала. Дозировка компонентов осуществлялась весовым способом с точностью до 0,01 грамма. Перемешивание осуществлялось при температуре 60 °С ± 2 °С. Частота вращения вала мешалки 300 оборотов в минуту.

На стадии приготовления образцов было отмечено наличие нерастворенного осадка, предположительно ПАВ Хромоксан, что было подтверждено в результате

14

анализа отфильтрованных образцов жидкости по показателю удельная электропроводность (~3,0 мкСм/м при норме не менее 40 мкСм/м).

Таким образом, на стадии подбора пакета присадок было выявлено, что разработанные композиции БСЭФ обладают недостаточной растворяющей способностью по отношению к противоэрозионной присадке Хромоксан. В связи с этим, учитывая отсутствие подобных проблем при производстве жидкости НГЖ-5у, было принято решение о вовлечении в состав разрабатываемой жидкости ДБФФ в минимальной концентрации, необходимой для полного растворения присадки Хромоксан.

Данные о результатах анализа удельной электропроводности образцов БСЭФ, содержащих присадку Хромоксан в количестве 0,08% и различные концентрации ДБФФ, представлены на рисунке 3.

Рисунок 3. Зависимость удельной электпроводимости БСЭФ от концентрации ДБФФ Как показано на рисунке 3, минимальная концентрация ДБФФ, необходимая для растворения 0,08 % масс, присадки Хромоксан в композиции БСЭФ и обеспечения значения по показателю удельная электропроводность не менее 40 мкСм/м, составляет 5,0±0,5 %. Таким образом, оптимальная композиция БСЭФ приобретает следующий вид ТБФ:ТиБФ:ТКсФ:ДБФФ в процентном соотношении 73,0:15,0:7,0:5,0.

Образец полученной композиции БСЭФ был проанализирован по основным физико-химическим и эксплуатационным показателям. Результаты анализа представлены в таблице 5.

50

Концентрация ДБФФ в БСЭФ,% масс.

Таблица 5. Основные физико-химические свойства БСЭФ

Показатель качества Значение показателя

Вязкость кинематическая, мм"/с

при 50 иС при минус 60 °С 2,38 441,2

Кислотное число, мг КОН/г 0,01

Температура застывания, °С ниже -67

Температура вспышки в открытом тигле, °С 161

Диаметр пятна износа с!и, мм 0,44

Термоокислительная стабильность при температуре плюс (150Ы)°С - вязкость кинематическая после окисления, мм~/с при 50 °С - кислотное число после окисления, мг КОН на 1г - весовой показатель коррозии, мг/см" поверхности каждого металла сталь 30ХГСА бронза БРАЖ-9-4 алюминий Д-16 медь М1 10,53 121,06 +0,07 +0,35 +0,05 -0,32

Как показывают приведенные в таблице 5 значения, полученный образец

БСЭФ обладает схожими низкотемпературными свойствами в сравнении с эталонным образцом базовой смеси эфиров фосфорной кислоты выбранного ранее (образец №1) и превосходит его по смазывающей способности, термоокислительной стабильности и приемистости к противоэрозионным присадкам.

Для подбора оптимального пакета антиокислительных присадок на основе разработанного образца БСЭФ были приготовлены образцы взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости с содержанием выбранных ранее ингибиторов окисления в количествах, рекомендованных производителями данных присадок. Каждый образец дополнительно включал в себя следующие компоненты в количествах, аналогичных их содержанию в жидкости НГЖ-5у и её зарубежных аналогах: полибутилметакрилат в количестве 8,65%, смола эпоксидная марки Е11Ь-4221 - 2,5%, ПАВ Хромоксан - 0,08%, 1,2,3-бензотриазол - 0,008% и краситель антрахиноновый - 0,003%.

Полученные образцы были проанализированы по показателю термоокислительная стабильность при 150 °С в присутствии кислорода воздуха в течение 300 часов с определением кинематической вязкости при 50 °С до и после окисления. Зависимость величины изменения кинематической вязкости после окисления представлена на рисунках 4 и 5.

Рисунок 4. Зависимость термоокислительной стабильности от содержания антиокислителя аминного типа

Рисунок 5. Зависимость термоокислительной стабильности от содержания антиокислителя фенольного типа

Анализ данных, представленных на рисунках 4 и 5, позволяет сделать следующие выводы:

- наиболее эффективным антиокислителем аминного типа в составе взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости на основе эфиров

фосфорной кислоты является присадка ФАД (алкилированный фенил-а-нафтиламин);

- присадки на основе алкилированного дифениламина (ДАТ, Ь^апох Ь57) обладают схожей эффективностью во всем интервале концентраций;

- присадки на основе алкилированных аминов наиболее эффективны при концентрациях 0,8 - 1,0 %. Дальнейшее увеличение концентрации не оказывает значительного влияния на их эффективность;

- присадка Неозон «А» (неалкилированный фенил-а-нафтиламин) обладает меньшей эффективностью по сравнению с алкилированными аминами при одинаковых условиях окисления, при этом её оптимальная концентрация составляет 0,3 - 0,5 %;

- присадки фенольного типа Ь^апох ЮЮЕР и Агидол-110 обладают одинаковым ингибирующим действием и превосходят по эффективности присадку Агидол-1 при прочих равных условиях;

- оптимальная концентрация присадок 1^апох 10101Т и Агидол-110 в составе взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости на основе эфиров фосфорной кислоты составляет 0,25 - 0,35 %, присадка Агидол-1 0,45 - 0,55 %;

- использование одного антиокислителя в составе готовой жидкости не позволяет достичь требуемого уровня термоокислительной стабильности.

Таким образом, для получения взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости на основе эфиров фосфорной кислоты, превосходящей по термоокислительной стабильности жидкости НГЖ-5у необходим подбор комбинации ингибиторов окисления различного типа и строения, обладающей эффективностью значительно превосходящей отдельные антиокислители.

Для определения оптимальной концентрации ингибиторов окисления были приготовлены лабораторные образцы, составы которых представлены в таблице 6.

Таблица 6. Компонентный состав лабораторных образцов^

Наименование компонента Содержание компонента, % масс.

Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4

БСЭФ: До 100%

ТБФ 73,0

ТИБФ 15,0

ДБФФ 7,0

ТКсФ 5,0

Агидол 110 0,3 0,3

ДАТ 0,9 0,9

ФАД 0,9 0,9

Неозон «А» 0,4 0,4

Примечание: во всех образцах содержится полибутилметакрилат 8,65%,

смола эпоксидная марки ЕЯЬ-4221 - 2,5%, ПАВ Хромоксан- 0,08%, 1,2,3 бензотриазол - 0,008% и краситель антрахиноновый - 0,003%.

Приготовленные образцы были проанализированы по показателю термоокислительная стабильность при температуре 150 °С в течение 300 часов в присутствие кислорода воздуха. Величина изменения кинематической вязкости после окисления для каждого образца представлена на рисунке 6. Величина показателя фильтруемости приведена на рисунке 7.

Рисунок 6. Изменение кинематической вязкости после окисления

0,9 0,8 В 0,7 О 2 |0,6 Л * 0.5 ел 5 0,4 л а £ о,з с 0.2 0,1 0 Об Норма согласно требований ^ " Г

0,72

Значение, характерное для НГЖ-6у ^^

0,49

разец№1 Образец №2 Образец №3 Образец №4

Рисунок 7. Показатель фильтруемости после окисления

Анализ данных, представленных на рисунках 6 и 7 позволяет сделать следующие выводы:

- выявлено наличие значительного синергетического эффекта при одновременном использовании антиокислителей аминного и фенольного типов;

- наилучшей термоокислительной стабильностью обладает образец с использованием смеси антиокислительных присадок ФАД и Агидол-110;

- по величине показателя фильтруемости образцы, содержащие смесь антиокислителей аминного и фенольного типов значительно превосходят образцы ингибированные смесью антиоксидантов аминного типа различного строения, в том числе товарную жидкость НГЖ-5у;

- образцы, содержащие присадку Неозон «А», в том числе товарная жидкость НГЖ-5у, показали наихудший результат по показателю фильтруемости и значительно уступают современным требованиям;

- наилучший результат по показателю фильтруемости выявлен для образца №2, однако значение показателя фильтруемости для него ниже норм, установленных техническими требованиями для взрывопожарных гидравлических жидкостей.

Таким образом, для получения негорючей гидравлической жидкости, удовлетворяющей всем современным требованиям по термоокислительной

стабильности, было принято решение усилить стабилизирующее действие комплекса антиокислителей на основе алкилированного фенил-а-нафтиламина (ФАД) и производного пентаэритрита и пространственно замещенного фенола (Агидол-110) введением дополнительного ингибитора фенольного типа -присадки Агидол-1 в оптимальной концентрации.(0,5%).

В результате был приготовлен образец взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости, который после проведения испытаний удовлетворял всем сформулированным в работе требованиям. Состав данного образца представлен в таблице 7.

Таблица 7. Состав взрывопожа робезопасной гидравлической жидкости

№ п/п. Наименование компонентов Нормативный документ

1 Базовая смесь эфиров фосфорной кислоты состава: а) трибутилфосфат ТУ 2435-30505763458-2001 73,0

б) дибутилфенилфосфат ТУ 2493-37005763458-2004 7,0

в) триизобутилфосфат ТУ 2435-43705763458-2010 15,0

г) триксиленилфосфат импортный 5,0

2 Полибутилм етакр и лат СТП 019950-401-016 с изм. 1-3 8,65

3 Смола эпоксидная марки ЕКЬ-4221 импортная 2,5

4 Поверхностно-активное вещество Хромоксан ТУ 6-00-020932-2689 с изм.1 0,08

5 Присадка ФАД антиокислительная СТП 0199-50-401-035 0,9

6 Присадка антиокислительная Агидол 1 ТУ 38.5901237-90 0,5

7 Присадка антиокислительная Агидол 110 ТУ 2492-44705742686-2006 0,3

8 1,2,3 - бензотриапол ТУ 6-09-1291-87 с изм. 1-5 0,008

9 Краситель органический жирорастворимый фиолетовый антрахиноновый ТУ 6-14-118-80 с изм. 1-3 0,003

Четвертая глава посвящена разработке нормативной и технической документации на технологический процесс изготовления и испытания первой опытно-промышленной партии взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости и организации её производства на ОАО НК «Роснефть» -МЗ «Нефтепродукт».

Для организации производства опытно-промышленных партий взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости разработан комплект документации, включающий:

1) Технические требования к взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости.

2) Стандарт организации «Взрывопожаробезопасная гидравлическая жидкость» СТО 00148613-030-2012.

3) Технология изготовления опытно-промышленных партий взрывопожаробезопасной жидкости по СТО 00148613-030-2012

4) Технологический регламент на производство взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости в ОАО НК «Роснефть» - МЗ «Нефтепродукт».

Вся разработанная документация в установленном порядке согласована, утверждена и представлена в приложении к работе.

Согласно разработанной документации в ОАО НК «Роснефть» -МЗ «Нефтепродукт» была изготовлена опытно-промышленная партия №1 взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости (паспорт №68 от 08.08.2012г.) в количестве 150 кг, которая, согласно результатам приемосдаточных испытаний, отвечает всем требованиям, предъявляемым к современным взрывопожаробезопасным гидравлическим жидкостям.

Полученная опытно-промышленная партия прошла комплексные испытания, результаты которых приведены в таблице 8 и на рисунке 8. Представленные результаты сравнительных испытаний опытно-промышленной партии №1 и двух зарубежных аналогов показали полное соответствие свойств разработанной жидкости лучшим мировым аналогам по большинству показателей, а также превосходство её по низкотемпературным свойствам, классу чистоты, термической и гидролитической стабильности.

Таблица 8. Результаты сравнительных испытаний взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей

Наименование показателей Взрывопожаробезопасная гидравлическая жидкость опытно-промышленная партия №1 8кус1го11Л)-4 Ну^ IV Ар1и5

1 .Вязкость кинематическая, мкг/с при50°С при минус 60 °С 8,95 3050 8,57 3580 8,76 4050

2. Температура застывания, иС ниже минус 67 ниже минус 65 ниже минус 65

3. Кислотное число, мг КОН на ] г масла ГОСТ 5985(щел.голубой), АБТМ Э 974 0,006 0,005 0,014

4. Температура вспышки, °С 168 166 164

5 .Термоокислительная стабильность при температуре плюс (15Ш) °С - вязкость кинемемат. после окисления, мм"/с при 50 °С при минус 60 °С - кислотное число после окисления, мг КОН/1 г 9,29 3180 0,016 9Д 3890 0,028 10,2 4525 0,077

6. Чистота жидкости 6 класс 10 класс 8 класс

7. Массовая концентрация кальция, % 0,0001 <0,0001 0,00022

8. Массовая концентрация натрия, % 0,00065 0,00095 0,0015

9. Гидролитическая устойчивость - внешний вид - изменение кислотного числа, мг КОН/1 г - реакция водного слоя по индикатору - показатель коррозии меди М1, мг/см3 - изменение кин. вязкости при температуре 50 °С однор., прозр. жидкость без осад, и смол + 0,224 слабокислая 0 -2,11 однор., прозр. жидкость без осад, и смол + 1,966 кислая -1,1 + 1,15 однор., прозр. жидкость без осад, и смол + 0,813 слабокислая 0 +4,88

Термоокислительная стабильность при Т=150±1 °С

16,4

6,2

3,8

ВПГЖ ЭКУРРОЬ \-D-4 HyJetlVAplus Термоокислительная стабильность

при Т=150±1 С

460,0

450,0

500 450 400 350 300 250 200 150 100 60

166,7

¡1

Термоокислительная стабильность при Т=1 50+1 °С

11,7

ВПГЖ ЗКУОКОЬ Ю-4 HyJetlVAp

Гидролитическая устойчивость

1,996

ВПГЖ ЭКУОРОЬ Ю-4 Ну^ IV Ар!

0,224

ВПГЖ ЭКУОКСИ Ю-4 Нуие1 IV А1

Рис.8 Сравнительные характеристики эксплуатационных свойств разработанной жидкости и её зарубежных аналогов

выводы

1. Установлены зависимости физико-химических и эксплуатационных характеристик взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей от химического строения базовых эфиров фосфорной кислоты и их смесей.

2. В результате проведения лабораторных исследований определен оптимальный состав основы взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости, включающий в себя четыре эфира фосфорной кислоты, удовлетворяющий всем основным требованиям по физико-химическим свойствам. Показано, что только оптимальное сочетание базовой смеси эфиров ТБФ:ТиБФ:ДБФФ:ТКсФ в процентном соотношении 73,0:15,0:7,0:5,0 обеспечивает необходимый уровень физико-химических и эксплуатационных характеристик готовой рабочей жидкости.

3. Выявлено наличие синергетического эффекта смеси ингибиторов окисления аминного (ФАД) и фенольного типов (Агидол-1, Агидол-110), которые в процентном соотношении 0,9:0,5:0,3 обеспечивают наивысший уровень термоокислительной стабильности взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей

4. Подобрана композиция присадок, включающая: комплекс антиокислительных присадок, модификатор вязкости, противоэрозионный компонент (ПАВ), противокоррозионную присадку - диактиватор металлов и акцептор кислот. Данная композиция присадок позволяет получить взрывопожаробезопасную гидравлическую жидкость, удовлетворяющую современным требованиям и не уступающую по основным эксплуатационным свойствам лучшим мировым аналогам.

5. Разработана принципиальная технологическая схема и нормативная документация для производства взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости требуемого уровня качества.

6. Получена опытно-промышленная партия № 1 взрывопожаробезопасной

гидравлической жидкости по СТО 00148613-030-2012 в количестве 500 кг и проведен её сравнительный анализ с отечественными и зарубежными аналогами

7. Установлено, что разработанная гидравлическая жидкость превосходит отечественную жидкость НГЖ-5у по термоокислительной и гидролитической стабильности, классу чистоты и содержанию Ca и Na и не уступает по всем характеристикам зарубежным аналогам Skydrol LD-4 и HyJet IV Aplus.

8. На состав разработанной взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости по СТО 00148613-030-2012 подана заявка на выдачу патента (регистрационный № 2013125549 от 03.06.2013 г.).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Телепень А.Н., Колыбельский Д.С., Порфирьев Я.В. Современные взрывопожаробезопасные жидкости: требования, перспективы развития // Мир нефтепродуктов. -2011. - №7

2. Яновский JI.C., Ежов В.М., Молоканов A.A., Колыбельский Д.С. Отечественные и зарубежные масла для авиационных двигателей // Мир нефтепродуктов. -2012. - №9

3. Яновский Л.С., Шабалина Т.Н., Ежов В.М., Молоканов A.A., Колыбельский Д.С. Авиационные рабочие жидкости: проблемы и перспективы // Мир нефтепродуктов. -2013. - №2

Колыбельский Дмитрий Сергеевич Разработка состава взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости для авиационной техники Автореф. дисс. на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать: 23.10.2013 Тираж: 100 экз. Заказ № 998 Отпечатано в типографии «Реглет» г. Москва, Ленинградский проспект д.74 (495)790-47-77 www.reglet.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина»

На правах рукописи

04201364013

Колыбельский Дмитрий Сергеевич

РАЗРАБОТКА СОСТАВА ВЗРЫВОПОЖАРОБЕЗОПАСНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.17.07 - Химическая технология топлив и

высокоэнергетических веществ

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Шабалина Татьяна Николаевна

Москва 2013 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................4

1. Современное состояние производства взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей (обзор литературы)..........................................8

1.1 Характеристика гидравлических жидкостей..........................................8

1.2 Требования к жидкостям для гидравлических систем....................................11

1.3 Негорючие гидравлические жидкости..............................................................14

1.4 Отечественные негорючие гидравлические жидкости...........................................19

1.5 Зарубежные негорючие гидравлические жидкости...............................................27

1.6 Выводы..................................................................................................................33

2. Объекты и методы исследования.........................................................................35

2.1 Объекты исследования........................................................................................35

2.1.1 Третичные эфиры фосфорной кислоты..........................................................35

2.1.2 Присадки............................................................................................................42

2.2 Методы исследования.........................................................................................58

3. Разработка композиции гидравлической жидкости на основе эфиров фосфорной кислоты...................................................................................................72

3.1 Разработка состава базовой смеси эфиров фосфорной кислоты.....................72

3.1.1 Подбор компонентов базовой смеси эфиров фосфорной кислоты.............78

3.1.2 Приготовление образцов базовой смеси эфиров фосфорной кислоты...........84

3.2 Подбор комплекса присадок, улучшающих эксплуатационные свойства гидравлической жидкости........................................................................................89

3.3 Выводы................................................................................................................100

4. Проведение опытно-технологических работ.....................................................102

4.1 Разработка нормативной документации на технологический процесс изготовления и испытания опытно-промышленной партии взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости.........................................103

4.2 Изготовление опытно-промышленной партии № 1 взрывопожаробезопасной

гидравлической жидкости......................................................................................103

4.3 Сравнительные результаты исследования опытно-промышленной партии взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости с жидкостями на основе эфиров фосфорной кислоты отечественного и зарубежного производства............................104

4.4 Экономический эффект от постановки на производство взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости.........................................109

4.5 Выводы...............................................................................................................110

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................111

ЛИТЕРАТУРА.........................................................................................................114

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................................................119

Одним из приоритетных направлений экономического и социального развития России является создание современной системы воздушного сообщения. Это, безусловно, требует коренных и безотлагательных решений по созданию эффективной авиационной инфраструктуры, включающей систему обеспечения высококачественными горюче-смазочными материалами, в том числе техническими жидкостями, отвечающими требованиям современной авиационной техники.

В настоящий момент обеспечение российской авиации взрывопожаробезопасными жидкостями целиком зависит от зарубежных компаний, вследствие чего разработка отечественной рабочей жидкости для гидросистем эксплуатируемых и перспективных самолетов является весьма актуальной проблемой.

Вырабатываемые сегодня в России взрывопожаробезопасные рабочие жидкости не полностью соответствуют высоким требованиям эксплуатации, например, они уступают зарубежным по термической и термоокислительной стабильности, гидролитической устойчивости, стойкости к механической деструкции [1].

К числу высококачественных взрывопожаробезопасных рабочих жидкостей можно отнести продукты зарубежного производства, такие как 8кус1го1 5 и НуМ 1У-Ар1и8, соответствующие спецификациям всех крупнейших самолетостроительных компаний и стандарту БАЕ А8 1241 [2].

Целью работы являлась разработка научных подходов для обоснования состава разрабатываемой жидкости, создание оптимальной рецептуры и технологии приготовления взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости и организация ее промышленного производства. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ современного состояния производства взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей;

- обосновать научные и технологические принципы создания взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей, не уступающих лучшим мировым аналогам;

- разработать базовый состав, подобрать комплекс функциональных присадок, выбрать принципиальную технологическую схему приготовления разработанной взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости;

- осуществить выработку опытной партии жидкости и провести испытания по комплексу физико-химических и эксплуатационных свойств;

- разработать нормативно-техническую документацию и организовать промышленное производство взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости в ОАО «НК Роснефть» - МЗ «Нефтепродукт».

Разрабатываемая жидкость должна обеспечивать стабильную работу в интервале температур от минус 60 °С до плюс 150 °С. В составе жидкости должны быть использованы компоненты базовой основы и функциональные присадки преимущественно отечественного производства.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- Впервые установлены зависимости физико-химических и эксплуатационных характеристик взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей от химического строения базовых эфиров фосфорной кислоты и смесей.

- Впервые выявлено наличие синергетического эффекта смеси антиокислителей аминного и фенольного типов, обеспечивающее высокую термоокислительную стабильность взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей на основе эфиров фосфорной кислоты.

Теоретическая и практическая значимость работы определяется следующими конкретными результатами:

- Обоснованы технические требования, предъявляемые к взрывопожаробезопасным гидравлическим жидкостям для обеспечения

работоспособности в интервале температур от 60 °С до плюс 150 °С.

- Разработан оптимальный состав базовой композиции эфиров фосфорной кислоты различного строения, подобран пакет функциональных присадок, позволяющий создать взрывопожаробезопасную гидравлическую жидкость, отвечающую всем современным требованиям.

- Разработана принципиальная технологическая схема и нормативная документация для производства взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости требуемого уровня качества.

- Получена опытно-промышленная партия № 1 взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости по СТО 00148613-030-2012 и проведен её сравнительный анализ с отечественными и зарубежными аналогами.

Методология исследования базировалась на исследовании широкого спектра эфиров фосфорной кислоты, главным образом, российского производства, а также подборе присадок, обеспечивающих требуемые эксплуатационные характеристики.

Выбор методов испытаний для оценки качества гидрожидкостей основывался на существующей в России базе оценки качества гидрожидкостей, а также мировых стандартах (методы ASTM, ISO, FIT и др.). При этом учитывалось наличие и доступность существующей приборной базы, точностные характеристики, чувствительность методов и приборов, доступность и простота работы, надежность и достоверность получаемых результатов, технологичность методов, время испытаний.

В результате проведенных исследований на защиту выносится:

- обоснование основных технических требований, предъявляемых к взрывопожаробезопасным гидравлическим жидкостям для обеспечения работоспособности в интервале температур от минус 60 °С до плюс 150 °С;

- установленные зависимости физико-химических и эксплуатационных характеристик взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей от химического строения базовых эфиров фосфорной кислоты;

- обнаруженное наличие синергетического эффекта смеси

антиокислителей аминного и фенольного типов, обеспечивающее высокую термоокислительную стабильность взрывопожаробезопасных гидравлических жидкостей;

- оптимальный состав базовой композиции эфиров фосфорной кислоты различного строения с подобранным пакетом функциональных присадок, позволяющий создать взрывопожаробезопасную гидравлическую жидкость, отвечающую всем современным требованиям;

- принципиальная технологическая схема и нормативная документация для производства взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости требуемого уровня качества;

- получение и анализ опытно-промышленной партии №1 взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости на соответствие качества поставленной цели и задачам исследования.

Степень достоверности и апробации результатов подтверждается обсуждением их на двух науно-практических конференциях и имеющимися публикациями. По теме диссертации опубликованы три научные статьи в журналах, включенных в перечень ВАК. Кроме того, полученная опытно-промышленная партия №1 взрывопожаробезопасной гидравлической жидкости по СТО 00148613-030-2012 в количестве 500 кг превосходит отечественную жидкость НГЖ-5у по термоокислительной и гидролитической стабильности, классу чистоты и содержанию Са и № и не уступает по всем характеристикам зарубежным аналогам 8кус1го11Л)-4 и НуМ 1УАр1и8.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 159 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, включающих 36 таблиц, 24 рисунка, заключения, списка литературы из 70 наименований и 6 приложений.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ВЗРЫВОПОЖАРОБЕЗОПАСНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

( ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) 1.1 Характеристика гидравлических жидкостей

Для приведения в движение различных механизмов или управления параметрами работы машин используются механические, пневматические, электрические и гидравлические устройства. Систему управления выбирают в зависимости от сложности машины, ее назначения, режима эксплуатации и требований надежности. Особенности конструкции и эксплуатации определяют комбинацию регулирующих устройств и эффективность выбираемой системы.

Наиболее широкое применение в силу многих преимуществ получили гидравлические системы управления. Требования, предъявляемые к гидравлическим приводам, сформулированы в ряде публикаций [3, 4, 5]. Это высокая надежность, обеспечение заданного ресурса работы, широкий диапазон регулирования скорости, быстродействие и минимальные запаздывания, высокий КПД, малая масса и габариты.

Широко применяются гидравлические системы в авиации, в частности, в системах управления летательных аппаратов [3].

Основными элементами гидросистемы являются гидроусилители, дроссели и соединительные трубопроводы. Различают объемные, гидродинамические и другие гидравлические приводы. В зависимости от возможности пополнения рабочей жидкостью и дополнительной регулировки во время эксплуатации различают автономные и открытые системы.

В авиационных системах управления применяются объемные гидроприводы, принцип действия которых основан на использовании потенциальной энергии давления жидкости [3].

Объемные гидроприводы обеспечивают:

- высокий уровень напряжения (давление рабочей жидкости достигает 30 МПа);

- быстродействие;

- малую удельную массу (на единицу мощности) [3];

- малое скольжение и высокую жесткость нагрузочной характеристики;

- высокий коэффициент полезного действия (50-70%) [3, 4].

Конструкционной особенностью гидравлических систем являются малые

зазоры в узлах трения, высокая точность и чистота обработки поверхностей. Это приводит к ужесточению условий применения масел и, прежде всего, к значительному повышению температуры в рабочих зонах.

Масштабы использования гидравлических систем передачи энергии, по сравнению с другими видами, в настоящее время значительно возросли благодаря усовершенствованию гидравлических механизмов, упрощению их конструкций, расширению функций и увеличению мощности на единицу веса.

Гидравлический привод, по сравнению с механическими, электрическими и пневматическими системами силовой передачи, обладает следующими преимуществами:

- возможность передачи больших количеств энергии;

- почти неограниченная возможность увеличения прилагаемой силы;

- бесступенчатая передача усилия;

- возможность точного регулирования скорости перемещения, величины усилия и положения рабочих элементов;

- малый объем и вес аппаратов по отношению к передаваемой энергии;

- простота защиты от перегрузок;

- малое влияние инерции;

- возможность определения прилагаемых сил и нагрузок;

- легкость изменения последовательности действия механизмов, скоростей и нагрузок;

- возможность конструирования систем любой желаемой сложности путем использования стандартных элементов [6, 7, 8].

Обычно под гидравлическими системами подразумевают такие механизмы, как гидравлические домкраты, подъемники, автомобильные тормозные системы, амортизаторы и силовые агрегаты рулевого управления. Гидравлические приводы используются в артиллерийских башнях, в приборах управления огнем, якорных подъемниках, в управлении кораблями и самолетами и другими машинами.

Гидравлическая система представляет собой систему механизмов и аппаратов, служащую для передачи энергии от одного узла или агрегата машины к другому и превращения этой энергии в полезную работу. Гидравлические системы позволяют увеличивать или силу, или момент вращения. Средой для передачи энергии в гидравлической системе служит относительно несжимаемая жидкость.

Функции гидравлических систем обычно заключаются в преобразовании механической энергии в гидравлическую, в использовании, передаче и регулировании энергии жидкости. Обычно энергия сообщается жидкости при помощи насосов, но могут использоваться и другие средства, создающие давление и вызывающие течение жидкости. Гидравлическая энергия переводится в полезную работу при помощи гидравлического двигателя и гидравлических передач. Путем перемещения жидкости для гидравлических систем через трубы или гибкие шланги гидравлическая энергия передается от места приложения усилия к месту использования. Управление гидравлической энергией в гидросистемах обычно осуществляется при помощи клапанов [9, 10].

Гидравлическая система не может выполнять свои функции без жидкости. Жидкость, служащая для передачи энергии, является необходимым элементом любой гидравлической системы. Подбору таких жидкостей должно быть уделено такое же внимание, как и любому другому элементу системы [11].

Первой жидкостью для гидравлических систем была вода. По мере того как возрастала сложность гидравлических систем, появлялась необходимость в использовании других жидкостей. В частности, были предложены растворы неорганических солей, водомасляные эмульсии, растворы органических

веществ, натуральные и синтетические органические продукты, неорганические жидкости, такие как жидкие металлы и их смеси, и другие. Наиболее распространенным типом жидкостей для гидравлических систем в настоящее время являются жидкие органические вещества [6].

1.2 Требования к жидкостям для гидравлических систем

Основное назначение жидкости для гидравлической системы - передача механической энергии от ее источника к местам потребления с необходимым изменением величины или направления приложенной силы. Но жидкость выполняет и другие функции, чрезвычайно важные для нормальной работы гидравлической системы. Конкретные требования, предъявляемые к жидкостям для гидравлических систем, определяются условиями, в которых им предстоит работать, то есть конструкцией гидравлической системы и теми рабочими операциями, которые система должна выполнять [6, 12].

Жидкость должна обладать хорошими смазывающими свойствами. В гидравлических системах имеется большое количество пар трения. Поэтому одним из назначений жидкости для таких систем является сниж