KAJ780燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油的研制

李靜,徐小紅 ,楊俊杰

(1.中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心,甘肅 蘭州 730060；2.中國(guó)石油潤(rùn)滑油公司, 北京 100028)

KAJ780燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油的研制

李靜1,徐小紅1,楊俊杰2

(1.中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心,甘肅 蘭州 730060；2.中國(guó)石油潤(rùn)滑油公司, 北京 100028)

文章對(duì)燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了簡(jiǎn)述。根據(jù)國(guó)外實(shí)驗(yàn)室提供的分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，以多元醇酯為基礎(chǔ)油并添加抗氧劑、極壓抗磨劑等功能添加劑研制的KAJ780燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油表現(xiàn)出優(yōu)異的抗氧化腐蝕性、熱安定性、高溫氧化安定性、極壓抗磨性、潤(rùn)滑油相容性和橡膠相容性，產(chǎn)品性能滿足SAE AS5780A規(guī)格中標(biāo)準(zhǔn)型(SPC)產(chǎn)品主要性能指標(biāo)。

航空；燃?xì)鉁u輪；潤(rùn)滑油；SAE AS5780A

0 引言

二戰(zhàn)前，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)均為四沖程點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)，飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)是在二戰(zhàn)末期才正式進(jìn)入開發(fā)階段的，最初主要用于軍用飛機(jī)，后經(jīng)不斷的技術(shù)更新，經(jīng)歷了渦噴、渦槳、渦軸、渦扇等發(fā)展歷程，最終應(yīng)用于民用航空領(lǐng)域[1]。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件有進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪以及尾噴管。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)從前端吸入大量的空氣，燃燒后高速噴出。在此過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)向氣體施加力使之向后加速，氣體也給發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)反作用力，推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)。由壓氣機(jī)、燃燒室和驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的燃?xì)鉁u輪組成發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)。按照核心機(jī)出口燃?xì)獾目捎媚芰康睦梅绞讲煌?，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)分為渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。渦噴、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)以推力作為主要輸出參數(shù)，應(yīng)用于各型號(hào)戰(zhàn)斗機(jī)、導(dǎo)彈或大型民航飛機(jī)上；渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)以軸功率作為主要輸出參數(shù)，用于直升機(jī)；渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)以軸功率作為主要輸出參數(shù)，用于中、小型運(yùn)輸機(jī)。

現(xiàn)代航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，主要以發(fā)動(dòng)機(jī)推重比提高為標(biāo)志，發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比從2提高到7～9。其可靠性和耐久性倍增。推重比的提高主要是提高發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前的溫度，渦輪前溫度的提高，直接影響附近的主軸承溫度，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)溫度也隨之提高，因此對(duì)高溫潤(rùn)滑性能提出越來越高的要求[2-3]。目前，國(guó)際上主要的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的標(biāo)準(zhǔn)為MIL-PRF-7808規(guī)格、MIL-PRF-23699規(guī)格和SAE AS5780規(guī)格。前兩項(xiàng)為美國(guó)軍用航空潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)，后一項(xiàng)為民用航空潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)。MIL-PRF-7808規(guī)格為1951年由美國(guó)軍方頒布，經(jīng)過多次的修訂和發(fā)展，目前最新的版本為1997年修訂頒布的MIL-PRF-7808L。該標(biāo)準(zhǔn)制定了3 mm2/s和4 mm2/s兩個(gè)黏度等級(jí)的航空潤(rùn)滑油產(chǎn)品，其中4 mm2/s潤(rùn)滑油的高溫性能要求高于3 mm2/s潤(rùn)滑油。MIL-PRF-23699規(guī)格為1963年由美國(guó)軍方頒布，主要解決油品高溫氧化安定性的問題，要求采用熱氧化安定性更好的新戊基多元醇酯為基礎(chǔ)油，耐熱性好且蒸發(fā)損失小。該標(biāo)準(zhǔn)制定了5 mm2/s一個(gè)黏度等級(jí)的產(chǎn)品，為了能同時(shí)滿足不同型號(hào)、工作條件的飛機(jī)使用，根據(jù)高溫氧化安定性能和防腐蝕性能要求的不同又細(xì)分為三個(gè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)型、高溫氧化安定型和防腐蝕型，目前最新版本為1997年修訂頒布的MIL-PRF-23699F。SAE AS5780主要參考MIL-PRF-23699制定，制定了5 mm2/s一個(gè)黏度等級(jí)的產(chǎn)品，考慮到主要應(yīng)用于民用飛機(jī)的潤(rùn)滑，因此主要分為兩個(gè)規(guī)格產(chǎn)品：標(biāo)準(zhǔn)型和高溫氧化安定型，目前最新版本為2013年修訂的SAE AS5780B。國(guó)內(nèi)的燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)主要是參考美國(guó)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)制定，包括兩個(gè)軍用標(biāo)準(zhǔn)和一個(gè)民用標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)軍標(biāo)GJB-135A合成航空潤(rùn)滑油規(guī)范主要參考美軍標(biāo)MIL-L-7808制定，涵蓋了L型和H型兩種產(chǎn)品類別。國(guó)軍標(biāo)GJB 1263(航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)用合成潤(rùn)滑油規(guī)范)主要參考美國(guó)軍用MIL-L-23699規(guī)范制定，規(guī)定了5 mm2/s黏度等級(jí)航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)用合成潤(rùn)滑油技術(shù)要求試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、取樣、包裝、貯運(yùn)及交貨驗(yàn)收規(guī)則，適用于以合成油為基礎(chǔ)油，并加有抗氧、抗腐蝕、抗磨損等添加劑制成的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)油合成潤(rùn)滑油。民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)是由中國(guó)民用航空航油航化適航審定中心和中國(guó)石化潤(rùn)滑油公司重慶分公司聯(lián)合起草的《民用航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油技術(shù)規(guī)范》，主要參考SAE AS5780規(guī)范制定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要試驗(yàn)材料

測(cè)試油樣：采用性能優(yōu)異的多元醇酯為基礎(chǔ)油，加入高溫抗氧抗腐劑、極壓抗磨劑等功能添加劑的KAJ780燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油。

1.2主要試驗(yàn)方法

測(cè)試油樣在國(guó)外第三方實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了主要理化性能測(cè)試，國(guó)外第三方實(shí)驗(yàn)室為美國(guó)的ALcor PetroLab實(shí)驗(yàn)室和英國(guó)的Intertek實(shí)驗(yàn)室，這兩家實(shí)驗(yàn)室均是美國(guó)SAE E34組織認(rèn)可的航空發(fā)動(dòng)機(jī)油測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。主要試驗(yàn)方法列于表1。

表1 主要試驗(yàn)方法

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

潤(rùn)滑油是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的血液，在潤(rùn)滑油的循環(huán)系統(tǒng)中，潤(rùn)滑油主要起到潤(rùn)滑相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件和冷卻作用。

2.1物理性能

SAE AS5780A標(biāo)準(zhǔn)對(duì)燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油的物理性能做了明確規(guī)定，燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度在4.9～5.4 mm2/s之間，要具有良好的低溫性能、黏度穩(wěn)定性、揮發(fā)性和抗泡性能，這些指標(biāo)決定了油品基礎(chǔ)油主要物理性能。表2列出了KAJ780燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油的主要物理性能，可以看出KAJ780具有優(yōu)異的黏溫性能和抗泡性，完全滿足SAE AS5780A 標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 KAJ780物理性能

表2(續(xù))

2.2相容性

在SAE AS5780A標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)航空潤(rùn)滑油的相容性進(jìn)行了明確的規(guī)定，主要包括兩部分內(nèi)容。第一部分為滿足SAE AS5780A標(biāo)準(zhǔn)的不同廠家、不同牌號(hào)的潤(rùn)滑油之間的相容性；第二部分為潤(rùn)滑油與航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用的不同類型的橡膠之間的相容性。表3列出了KAJ780燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油在國(guó)外實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的相容性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出KAJ780與國(guó)外14種不同牌號(hào)的燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油均有良好的相容性，無渾濁；與4種橡膠材質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)后質(zhì)量變化均較小，達(dá)到了SAE AS5780A標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 KAJ780的相容性

2.3氧化和腐蝕性

現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪航空器的發(fā)展主要以發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的提高為標(biāo)志，推重比的提高主要是提高發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前的溫度。渦輪前溫度的提高，直接影響附近的主軸承溫度，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油使用溫度也隨之提高；同時(shí)由于潤(rùn)滑油必須帶走發(fā)動(dòng)機(jī)中軸承、齒輪、封嚴(yán)裝置的摩擦熱，發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件傳遞的熱量，以及封嚴(yán)裝置漏入油腔的空氣來的熱量，因此對(duì)高溫環(huán)境下燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油的熱氧化安定性和腐蝕抑制性提出了苛刻的要求。在SAE AS5780A標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)低溫、中溫和高溫測(cè)試條件下油品的氧化腐蝕安定性、熱腐蝕穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性的差異性要求對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型和高溫氧化穩(wěn)定型產(chǎn)品進(jìn)行了區(qū)分。表4列出了KAJ780主要的高溫氧化和腐蝕性能測(cè)試數(shù)據(jù)，可以看出KAJ780具有非常好的抗氧化性能和抗腐蝕性能，性能滿足SAE AS5780A中標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品性能要求，接近高溫氧化穩(wěn)定型產(chǎn)品性能要求。

表4 KAJ780熱穩(wěn)定性

表4(續(xù))

表4(續(xù))

2.4極壓抗磨性能

燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油還要滿足發(fā)動(dòng)機(jī)中軸承、齒輪的承載能力要求，對(duì)摩擦表面提供良好的潤(rùn)滑，以減少軸承、齒輪的磨損。表5列出了KAJ780燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油的承載能力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖1為WAM摩擦試驗(yàn)后球盤試驗(yàn)件的表面形貌電鏡照片。在WAM高速承載試驗(yàn)中，KAJ780表現(xiàn)較好的承載性能，承載能力等級(jí)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求；WAM磨損試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，球盤試驗(yàn)件表面仍保持有較為完整的油膜，試件表面的磨損量極小，整體性能完全滿足SAE AS5780A產(chǎn)品性能要求。

表5 KAJ780油樣的承載能力性能

圖1 WAM承載實(shí)驗(yàn)球盤表面分析

綜上所述，KAJ780燃?xì)鉁u輪航空潤(rùn)滑油表現(xiàn)出優(yōu)異的黏度穩(wěn)定性、抗泡性、潤(rùn)滑油相容性、橡膠相容性、高溫氧化安定性、抗氧化腐蝕性能和極壓抗磨性，產(chǎn)品性能滿足SAE AS5780A中標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品的主要性能要求。

3 小結(jié)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，航空市場(chǎng)呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。截止2014年年底，國(guó)內(nèi)客機(jī)機(jī)隊(duì)規(guī)模達(dá)到2219架，預(yù)計(jì)2033年將達(dá)到6827架。KAJ780渦輪燃?xì)夂娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油將具有良好的應(yīng)用前景。

[1] 方昌德. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)百年回顧[J]. 燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究，2003, 16(4)： 1-5.

[2] 方昌德.航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展前景[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2004，30(1):1-5.

[3] 姜克娟.美國(guó)軍用航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的發(fā)展[J].合成潤(rùn)滑材料，1999(3):12-17.

Research of KAJ780 Aero Gas Turbine Engine Lubricant

LI Jing1, XU Xiao-hong1, YANG Jun-jie2

(1.PetroChina Lanzhou Lubricating Oil R&D Institute, Lanzhou 730060, China; 2.PetroChina Lubricant Company, Beijing 100028, China)

This paper briefly introduces aero gas turbine engine and lubricating oil standards. KAJ780 aero gas turbine engine lubricant contains polyol ester and additives such as antioxidant, EP anti-wear additives and so on. According the analysis data of foreign laboratory, it shows the excellent performances of anti-oxidation and corrosion resistance, thermal stability，high temperature oxidation stability，extreme pressure and anti-wear property, lubricant compatibility and elastomer compatibility. KAJ780 can meet the performance limits of standard performance capability class (SPC) defined in SAE AS5780A specification standard.

aero; gas turbine; lubricant; SAE AS5780A

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.05.004

1002-3119(2017)05-0018-05

TE626.34

A

2017-05-05。

李靜，碩士，高級(jí)工程師，1999年畢業(yè)于四川大學(xué)精細(xì)化工專業(yè)，2014畢業(yè)于清華大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，從事輕負(fù)荷車用發(fā)動(dòng)機(jī)油和航空發(fā)動(dòng)機(jī)油的性能研究和產(chǎn)品開發(fā)工作，曾公開發(fā)表論文10余篇。E-mail:lijing_rhy@petrochina.com.cn