Основные сведения о трении и смазке (стр. 13 из 19)
В основных узлах трения ТРД – подшипники качения шариковые и роликовые. Таким образом, основным видом трения в ТРД является трение качения. Коэффициент трения подшипников качения составляет в среднем 0,02 – 0,0004 в то время как в подшипниках скольжения он может достигать величины 0,01. Следовательно, затраты мощности на преодоление сил трения в ТРД сравнительно невелики. Незначительный пусковой крутящий момент подшипников качения облегчает запуск двигателя при низких температурах.
Подшипники качения требуют небольшого количества смазки и могут надежно работать на маловязких маслах. Подшипники компрессора при работе нагреваются до 100-150°С, а турбины до 150-200°С. После остановки двигателя из-за прекращения циркуляции масла и внешнего обдува температура подшипника может возрасти до 250-270°С, что способствует испарению масла, а также провоцирует лакообразование.
Кроме смазки основных подшипников масло обеспечивает смазку шес-теренчатых передач приводов агрегатов, где условия работы масла сравнительно легкие из-за небольших удельных нагрузок и скоростей скольжения.
Масло в ТРД работает в интервале температур от -50-60 до плюс 200-270°С. Оно соприкасается с различными металлами и сплавами, из которых изготовлены детали маслосистемы и двигателя.
При рабочей температуре 120°С испаряемость маловязкого минерального масла в 8-35 раз выше, чем у высоковязких минеральных масел. С ростом скорости полета и мощности двигателя, растут температуры в узлах трения, следовательно, повышаются требования к термической стабильности и испаряемости масел. При рабочих температурах выше 300°С нефтяные минеральные масла должны заменяться синтетическими.
Важным эксплуатационным фактором масел для ТРД является температура воспламенения. Попадая в подшипник турбины, расположенный вблизи горячих узлов двигателя, масло нагревается до высоких температур, что грозит его воспламенением.
Отдельный узел ГТД (передний подшипник, расположенный во входном канале диффузора) напротив, находится в зоне воздействия низких температур (минус 50-60°С). Это делает необходимым учитывать при выборе масла его низкотемпературные свойства (вязкость, прокачиваемость, температуру застывания). Стендовые испытания продемонстрировали существенные недостатки использования минеральных масел в этих узлах трения. Так, через 10 минут работы двигателя при минус 54°С, давление на выходе из масляного насоса приближалось к нулю. Иными словами масло не прокачивалось через маслосистему. Уровень вязкости, при котором начинает нарушаться нормальная прокачиваемость, по опытным данным составляет около 5000 мм2/с, а при 20 000 мм2/с подача масла в узлы трения практически прекращается. Для товарных минеральных масел минимальной рабочей температурой является минус 35-40°. Синтетические масла работоспособны до температур минус 50-55°С.
При выборе вязкости масла следует помнить, что снижение вязкости масла уменьшает ресурс работы подшипника, поэтому тяжело нагруженные под-шипники ГТД работали на маслах с вязкостями, обеспечивающими их надежную смазку. Для современных ГТД, работающих в форсированных режимах, использование минеральных масел весьма нежелательно. Практически все они предусматривают применение синтетических масел, обеспечивающих бесперебойную длительную надежную работу двигателя в условиях высоких нагрузок и температур. Как правило, в нормативных документах на масла нормируется их кинематическая вязкость при 50°С.
Существенной функцией масла является теплоотвод от горячих узлов двигателя. Так как в современных ТРД расход масла незначительный, в маслосистему заливается небольшое количество масла (5-15 л). Для обеспечения теплосъема с узлов трения масло циркулирует в системе и проходит через двигатель около 100 раз в час. В связи с тем, что масло в системе интенсивно перемешивается с воздухом и пенится, необходимо предъявлять повышенные требования к его термостабильности, вводя необходимые антиокислительные присадки, описанные в предыдущем разделе и антипенные присадки (полисилоксаны), резко снижающие склонность масел к пенообразованию.
6. Особенности смазки ТВД
В турбовинтовом двигателе мощность с вала турбины на воздушный винт передается понижающим редуктором. Шестерни редуктора работают при высоких нагрузках, т.к. передаваемая мощность в современных ТРД может составлять тысячи киловатт. Для работы масла в редукторах ТРД характерны чрезвычайно высокие поверхностные напряжения, возникающие по линии зацепления зубьев, вращающихся шестерен. Вследствие этого наблюдаются повышенные износы шестерен редуктора. Редукторы ТРД в принципе требуют совершенно иных масел, чем подшипники качения; для них нужны вязкие масла с высокой смазывающей способностью. Максимальная нагрузка на зубья шестерни, при которой происходит заедание, зависит от вязкости масла и его смазывающей способности.
В связи с особенностями работы ТВД в качестве смазки часто используют смеси низковязких дистиллятных масел типа МС-8 или трансформаторными с высоковязкими маслами типа МС-20, обладающими хорошей смазывающей способностью в соотношениях от 25 – 75 % дистиллятных и остаточных компонентов до 75 – 25% в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Маслосмесь большей вязкости применяется на ТВД большей мощности. Двигатели, заправленные смесью масел МС-8 и МС-20, разрешается дозаправлять смесью трансформаторного масла и МС-20. При смешении компоненты смеси берутся по объему. Смешение проводится при комнатной температуре с тщательным перемешиванием в течение 20-25 мин.
После окончания перемешивания проверяется правильность изготовления смеси по величине кинематической вязкости при 100°С, которая должна быть в пределах 4-6 мм2/с для маловязкой смеси и не менее 10 мм2/с для высоковязкой. При отличие кинематической вязкости маслосмеси от заданной необходимо провести корректировку вязкости.
7. Масла для вертолетов
В вертолетах маслами смазываются двигатели, редукторы трансмиссии и шарниры втулок винтов. В двигателях вертолетов Ми-6 и Ми-8 используются как минеральные, так и синтетические масла. Для смазывания редукторов трансмиссии вертолетов используется широкий ассортимент масел различного назначения, уровень качества которых невысок. Так как маловязкие моторные масла имеют недостаточную смазывающую способность, а высоковязкие нефтяные масла обладают неудовлетворительными низкотемпературными характеристиками, то для смазки редукторов трансмиссий широко применяют смеси масел.
В вертолетах Ми-6 и Ми-8 для летней эксплуатации до температуры минус 10°С используют маслосмеси СМ-11,5 – 75% масс. МС-20 и 25% масс. МС-8п. Для зимней эксплуатации – смесь СМ-8 – 50% масс. МС-8п и 50% масс. МС-20.
В редукторах хвостовой трансмиссии вертолетов летом широко применяется масло МС-20 и трансмиссионное масло ТСгип, а зимой из-за плохих низкотемпературных свойств масел – смесь МС-20 с МС-8п и смесь ТСгип с жидкостью АМГ-10 (маслосмесь СМ-9).
Применение смесей масел усложняет эксплуатацию вертолетов и не может обеспечить безопасность полетов. Из синтетических масел в редукторах вертолетов Ми-2 и Ми-8, а также в главном редукторе тяжелонагруженного вертолета Ми-26 используется синтетическое масло Б-3В.
Шарниры винтов отечественных вертолетов смазывают сезонными маслами. В осевых шарнирах втулок винтов вертолетов, эксплуатирующихся летом, используют масло МС-20, а зимой - синтетическое масло на основе полиальфаолефинов и сложных эфиров ВО-12. Это масло можно использовать в интервале температур от +60°С до -50°С. Горизонтальные и вертикальные шарниры втулок винтов вертолетов смазывают летом маслом ТСгип, а зимой смесью ТСгип и АМГ-10.
8. Изменение физико-химических свойств масла во время работы в реактивном двигателе
Во время работы реактивных двигателей качество масла, находящегося в системе смазки, изменяется. Эти изменения происходят в результате окисления масел при высоких температурах, испарения части масла, накопления в нем продуктов износа, механических примесей и воды.
В процессе эксплуатации двигателя увеличивается вязкость масла в связи с тем, что часть легких углеводородов из масла испаряется. Характер изменения вязкости масел по мере исчерпания их ресурса во время работы в двигателе показан на рис.10.
Рис.10. Увеличение вязкости минеральных незагущенных масел в процессе его работы в двигателе: МС-8; 2- маслосмесь
Наиболее интенсивно вязкость масла увеличивается в первые 5 – 10 часов работы двигателя, затем процесс стабилизируется. Изменение вязкости следует учитывать при эксплуатации самолета в условиях низких температур. Если предположить, что двигатель легко запустить при кинематической вязкости не более 4000 мм2/с, то на свежем минеральном масле запуск возможен при температурах не ниже -35°С (рис.11).
При наработке 50 ч запуск двигателя может быть осуществлен только при температурах выше -25°С. Чем резче меняется вязкость масла в процессе эксплуатации, тем быстрее ухудшается прокачиваемость его при низких температурах. Иногда вязкость загущенных масел падает в процессе эксплуатации из-за того, что присадки могут вырабатываться, разрушаясь в процессе его работы или высаживаясь из масляной композиции.
Рис.11. Изменение вязкости масла при отрицательных температурах в процессе работы двигателя:
1,2 - свежие минеральные масла без присадок. Кинематическая вязкость при температуре -35°С;
11.21 – те же масла. Кинематическая вязкость при температуре -25°С