Способ оценки противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей



Способ оценки противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей
Способ оценки противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей
Способ оценки противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей
Способ оценки противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей

 


Владельцы патента RU 2596630:

Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации" (RU)

Изобретение относится к способам оценки эксплуатационных свойств топлив, в частности к оценке противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей, и может быть использовано в нефтехимической, авиационной и других отраслях промышленности. Сущность: к вращающемуся относительно горизонтальной оси контробразцу - усеченному конусу, погруженному в испытуемое топливо с заданной температурой, прижимают с постоянной нагрузкой сферический образец в форме шарика, жестко закрепленный в держателе. Держатель имеет возможность свободно вращаться относительно вертикальной оси с периодическим притормаживанием. По окончании испытания замеряют максимальный и минимальный диаметры дорожки износа на поверхности шарика и рассчитывают значение показателя износа. Показатель износа характеризует противоизносные свойства топлив. Технический результат: повышение достоверности оценки противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей за счет приближения условий испытания к реальным условиям работы плунжерной пары топливного насоса газотурбинных двигателей. 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к способам оценки эксплуатационных свойств топлив, в частности к оценке противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей, и может быть использовано в нефтехимической, авиационной и других отраслях промышленности.

Топливо для реактивных двигателей выполняет задачу смазки, снижая износ пар трения в агрегатах топливных систем авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), среди которых наиболее подвержена износу сфера головки плунжера в месте контакта с подпятником или наклонной шайбой плунжерного насоса-регулятора. Эта пара трения работает в условиях режима комбинированного трения (трения качения с проскальзыванием) при больших значениях контактного напряжения в паре трения и относительных скоростей перемещения ее элементов.

Топлива для реактивных двигателей, вырабатываемые с использованием различных процессов нефтепереработки, могут существенно различаться по уровню противоизносных свойств. Низкий уровень противоизносных свойств топлив приводит к уменьшению рабочего ресурса агрегатов топливных систем ГТД. Наиболее высоким уровнем противоизносных свойств обладают топлива на основе прямогонных керосиновых фракций, в то время как керосиновые фракции, получаемые с использованием гидрогенизационных процессов нефтепереработки, характеризуются неудовлетворительными противоизносными свойствами [1 - Аксенов А.Ф. Трение и изнашивание металлов в углеводородных жидкостях. М., «Машиностроение», 1977, с. 8]. Таким образом, топлива для реактивных двигателей в зависимости от технологии их производства можно качественно разделить на топлива с высоким и с низким уровнем противоизносных свойств. Количественную оценку уровня противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей проводят с помощью лабораторно-стендовых методов, моделирующих пару трения и условия ее работы на основе различных технических и методических решений.

Известен способ оценки противоизносных свойств реактивных топлив с использованием пары трения, работающей в режиме кулачкового механизма [2 - Филатов П.Г. и др. Лабораторный прибор для оценки противоизносных свойств моторных масел, гидравлических жидкостей и реактивных топлив. Вестник машиностроения №2, 1970, с. 54]. Роль кулачка выполняет стальной валик, вращающийся с небольшим эксцентриситетом, а в качестве толкателя используется диск из алюминиевого сплава с секторным вырезом, закрепленный в оправке, обеспечивающей вращение диска относительно его оси. Контакт валика и диска происходит по внутренней поверхности выреза, а прижатие диска к валику осуществляется приложением заданного крутящего момента к оправке. Особенности кинематики выбранной пары трения позволяют реализовать за один оборот валика попеременно режимы трения скольжения и трения качения.

Испытуемое топливо наносится в виде пленки на валик, а противоизносные свойства топлива оцениваются по продолжительности испытания до момента разрушения топливной пленки.

Недостатки данного метода заключаются в том, что материалы, выбранные для пары трения, и параметры их работы при испытании не соответствуют материалам пар трения и условиям их работы в реальных плунжерных насосах авиационных ГТД.

Известен также метод определения трибологических характеристик смазочных материалов по ГОСТ 9490-75, в котором узел трения представляет собой пирамиду из четырех контактирующих друг с другом стальных шариков. Три нижних шарика закрепляют неподвижно в чашке с испытуемым смазочным материалом. Верхний шарик, закрепленный в шпинделе машины, прижимается к нижним шарикам с заданным усилием и вращается относительно них с заданной частотой. Противоизносные свойства оценивают по величине износа нижних шариков. Недостатком метода является реализованный в нем режим трения скольжения, который не воспроизводит режима работы пар трения плунжерных насосов.

Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности и взятым за прототип является метод определения противоизносных свойств топлив на аппарате шар-цилиндр. В указанном методе неподвижный стальной шарик диаметром 12,7 мм прижимают к вращающемуся с частотой 240 об/мин цилиндру, смазываемому тонкой пленкой топлива, при постоянных условиях нагружения 10 Н и температуры 25°C. Испытания проводят в течение 30 мин. Смазывающую способность (противоизносные свойства) топлива оценивают по диаметру пятна износа, образующегося на шарике. Рассчитывают диаметр пятна износа по среднеарифметическому диаметру пятна износа. [3 - ГОСТ Ρ 53715-2009 «Топлива авиационные для газотурбинных двигателей. Метод определения смазывающей способности на аппарате шар-цилиндр (BOCLE)»].

Недостатком известного метода является недостаточная достоверность оценки противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей, поскольку в методе реализуется только трение скольжения, а в реальных условиях в топливных насосах ГТД имеет место и трение качения с проскальзыванием.

Технический результат изобретения - повышение достоверности оценки противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей за счет приближения условий испытания к реальным условиям работы плунжерной пары топливного насоса ГТД.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе оценки противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей, включающем взаимодействие в течение заданного отрезка времени испытуемого топлива заданной температуры с парой трения, состоящей из неподвижного шарика и принудительно вращающегося контробразца, к которому прижимают с постоянным усилием шарик, по изменению поверхности которого оценивают противоизносные свойства топлива, а согласно изобретению шарик жестко фиксируют в держателе, закрепленном в подшипниковом узле с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, а в качестве принудительно вращающегося контробразца пары трения используют усеченный конус с углом α при большем основании, равным 10±1°, ось вращения которого перпендикулярна оси вращения держателя, взаимодействие анализируемого топлива с парой трения осуществляют в течение 60 мин при температуре топлива 60°C с усилием 130 Н, прикладываемым к держателю шарика, периодически его притормаживая, после чего отключают привод вращения усеченного конуса, замеряют максимальный и минимальный диаметры дорожки износа на поверхности шарика, рассчитывают показатель износа по следующей зависимости:

где Пи - показатель износа противоизносных свойств топлива, мм;

D - максимальный диаметр дорожки износа на шарике, мм;

d - минимальный диаметр дорожки износа на шарике, мм;

α - угол при большем основании усеченного конуса - контробразца, и при Пи≤2,50 мм топливо для реактивных двигателей оценивают как топливо с высоким уровнем противоизносных свойств.

На фиг. 1 представлена блок-схема установки, реализующей способ оценки противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей.

На фиг. 2 показан вид дорожки износа на шарике после испытания.

Установка включает в себя контробразец - усеченный конус 1 с углом α при большем основании, равным 10±1°, закреплен на валу 2 электродвигателя 3, создающего принудительное вращение усеченного конуса 1. На нижнем конце вала 4 закреплен держатель 5 с жестко установленном в нем стальным шариком 6. Вал 4 закреплен в подшипниковом узле 7 с возможностью вращения вокруг своей оси. Верхний торец вала 4 вне подшипникового узла 7 имеет тормозное кольцо 8, периодически взаимодействуя с тормозной колодкой 9. Испытуемое топливо 10 залито в емкость 11. Подогрев топлива осуществляется электронагревателем 12. Постоянство температуры (60°C) поддерживается регулятором 13, сигнал на который поступает от термопары 14.

Приближение условий испытания к условиям работы плунжерных топливных насосов авиационных ГТД заключается в моделировании режима трения качения с проскальзыванием, характерного для реальных условий работы плунжерной пары топливных насосов авиационных ГТД, в которых перемещение плунжеров происходит по наклонной шайбе при вращении ротора насоса [4 - Лозовский В.Н. Диагностика авиационных и гидравлических агрегатов. - М.: Транспорт, 1979, с. 60].

При вращении конуса 1, контактирующего со стальным шариком 6, приводится во вращательное движение держатель 7, что создает контакт поверхности шарика 6 не в одной точке, а по дорожке 15 (фиг. 2). Режим трения качения с проскальзыванием достигается за счет периодического взаимодействия тормозной колодки 9 с тормозным кольцом 8.

Значение угла α=10° выбрано в качестве оптимального для выполнения условий обеспечения качения шарика 6 по боковой поверхности конуса 1 и минимизации боковых изгибающих усилий на держатель 5 и подклинивания подшипникового узла 7, в котором он закреплен.

Значение температуры топлива 60°C выбрано для обеспечения стабильного режима термостатирования топлива, поскольку при более низких температурах термостатирование затруднено из-за фрикционного тепловыделения в паре трения. При более высоких температурах начинает сказываться влияние окислительных процессов в трущихся поверхностных слоях металлов и в объеме топлива на процессы износа [1 - с. 37].

Контактное напряжение в месте контакта шарика и контробразца, составляющее 2200 МПа при выбранной осевой нагрузке на пару трения 130 Н, соответствует значениям контактного напряжения в серийных топливных насосах авиационных ГТД [4 - с. 295].

Для проведения оценки противоизносных свойств топлива использованы элементы пары трения: шарик 6 диаметром 12,7 мм по ГОСТ 3722, (как и в прототипе). Контробразец 1 - усеченный конус с диаметром большего основания 40 мм, углом при этом основании α=10° и высотой h=10 мм. Пара трения изготовлена из стали ШХ-15, соответствующей по твердости конструкционной стали ХВГ, применяемой для изготовления пар трения авиационных плунжерных насосов.

Способ осуществляется следующим образом.

Устанавливают контробразец 1 (см. фиг. 1) на приводной вал 2, шарик 6 фиксируют в держателе 5, заполняют резервуар 11 испытуемым топливом 10 в объеме 0,5 дм3 исходя из условий погружения контробразца 1 на 1/3 глубины. Прижимают шарик к контробразцу с усилием F=130 Н и включают электродвигатель 3 привода во вращение контробразца, принимая момент включения за начало испытания. Во время испытания продолжительностью 60 мин через каждые 3 минуты притормаживают в течение 2 минут цанговый держатель 5 с шариком 6, прижимая тормозную колодку 9 к тормозному кольцу 8, закрепленному на держателе 5, с усилием N=2 Н, обеспечивающим снижение частоты вращения держателя на 200 об/мин. После завершения испытания выключают электродвигатель 3, извлекают шарик 6 из держателя 5 и измеряют с помощью измерительного микроскопа максимальный и минимальный диаметры дорожки 15 износа на шарике 6 и рассчитывают показатель износа противоизносных свойств Пи по зависимости.

Заявляемым способом и способом по прототипу были исследованы образцы топлив ТС-1, РТ и базовых топлив РТ (гидроочищенные керосиновые фракция и керосиновая фракция гидрокрекинга без противоизносной присадки), результаты которых приведены в таблице.

Как видно из таблицы, результаты оценки противоизносных свойств по предлагаемому способу хорошо коррелируют с реальными противоизносными свойствами топлив и способом прототипа, однако в отличие от него гидроочищенные топлива без присадки классифицируют как топлива с низким уровнем противоизносных свойств.

Таким образом, заявляемый способ позволяет повысить достоверность оценки противоизносных свойств топлив для реактивных топлив за счет моделирования режима трения качения с проскальзыванием, характерного для реальных условий работы плунжерной пары топливных насосов авиационных ГТД.

Способ оценки противоизносных свойств топлив для реактивных двигателей, включающий взаимодействие в течение заданного отрезка времени испытуемого топлива заданной температуры с парой трения, состоящей из неподвижного шарика и принудительно вращающегося контробразца, к которому прижимают с постоянным усилием шарик, по изменению поверхности которого оценивают противоизносные свойства топлива, отличающийся тем, что шарик жестко фиксируют в держателе, закрепленном в подшипниковом узле с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, а в качестве принудительно вращающегося контробразца пары трения используют усеченный конус с углом α при большем основании, равным 10±1°, ось вращения которого перпендикулярна оси вращения держателя, взаимодействие анализируемого топлива с парой трения осуществляют в течение 60 мин при температуре топлива 60°C с усилием 130 Н, прикладываемым к держателю шарика, периодически его притормаживая, после чего отключают привод вращения усеченного конуса, замеряют максимальный и минимальный диаметры дорожки износа на поверхности шарика, рассчитывают показатель износа по следующей зависимости:

где Пи - показатель износа противоизносных свойств топлива, мм;
D - максимальный диаметр дорожки износа на шарике, мм;
d - минимальный диаметр дорожки износа на шарике, мм;
α - угол при большем основании усеченного конуса - контробразца,
и при Пи≤2,50 мм топливо для реактивных двигателей оценивают как топливо с высоким уровнем противоизносных свойств.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу испытания на абразивный износ деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях и устройству для исследования абразивного износа деталей машин при высокой температуре и высоких удельных давлениях, позволяющее определить абразивный износ, возникающий при работе механического оборудования, работающего в экстремально неблагоприятных эксплуатационных условиях.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для точного измерения торцевого износа ротора в процессе работы. Устройство содержит ротор, механически соединенный со статором, источник излучения, выход которого оптически соединен с входом блока оптики, два объектива, выходы которых оптически соединены с входами соответствующих фотоприемников, выходы которых соединены с соответствующими входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом импульсного вольтметра.

Изобретение относится к области физики, а именно к исследованию материалов механическими способами. Устройство содержит основание, ленту шлифовальной шкурки, приводной механизм.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения переменных величин и может использоваться в железнодорожных депо для контроля износа пластин коллектора.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при определении стойкости инструмента методом, основанным на корреляции между магнитными и физико-механическими свойствами.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания сплавов, покрытий и других материалов, работающих в условиях высокотемпературной эрозии, характерных для труб топочных экранов бойлеров тепловых электростанций.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к области испытательной техники и предназначено для определения стойкости гранулированных материалов к истирающим нагрузкам в интенсивном режиме, в частности катализаторов крекинга. Устройство содержит испытательную камеру, состоящую из корпуса и крышки, жестко закрепленную на штоке, совершающем вертикально возвратно-поступательное перемещение 1300 раз в минуту посредством кривошипно-шатунного механизма. Испытательная камера имеет овальную внутреннюю геометрию, позволяющую снизить вклад ударной нагрузки и увеличить роль истирающей нагрузки на гранулированные материалы в процессе испытаний. Технический результат: возможность моделировать процессы истирания частиц в реакторах с движущимся слоем катализаторов. 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области исследования металлов на износ, возникающий в результате гидроэрозионного воздействия, а именно к способам определения продолжительности инкубационного периода кавитационного изнашивания металлов. Сущность: определяют tинк по графику R=ƒ(t), где по оси ординат откладывают R - значение высотного параметра шероховатости поверхности, подвергаемой кавитационному воздействию, по оси абсцисс - t - время кавитационного воздействия. Предварительно измеряют Rэ поверхности объекта-эталона после окончания инкубационного периода tинк и далее на графике через точку Rэ проводят линию, параллельную оси абсцисс. Измеряют R исследуемого объекта: Ro при t0=0; R1 при t1<tинк, после чего измеренные значения наносят на график и через точки (t0, Ro) и (t1, R1) проводят прямую до пересечения с вышеуказанной параллельной линией и далее по абсциссе точки пересечения определяют прогнозируемую продолжительность инкубационного периода исследуемого объекта. В качестве эталона выбирают изделие, используемое по аналогичному с исследуемым объектом назначению, из материала, идентичного исследуемому. Технический результат: возможность прогнозирования продолжительности инкубационного периода кавитационного изнашивания. 3 ил.
Наверх