CN115219697A - 航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统及方法 - Google Patents

航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统及方法 Download PDF

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CN115219697A CN202210975144.3A CN202210975144A CN115219697A CN 115219697 A CN115219697 A CN 115219697A CN 202210975144 A CN202210975144 A CN 202210975144A CN 115219697 A CN115219697 A CN 115219697A
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刘建刚
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向海
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Abstract

本发明涉及航空涡轮润滑油技术领域,具体为一种航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统及方法,其中系统,包括试验管;试验管为双层试验管,包括:内层管和外层管;内层管设置在外层管内,且内层管和外层管之间存在空隙。本方案能提高测试精确度,从而增强气相结焦倾向测定的重复性和再现性。

Description

航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统及方法
技术领域
本发明涉及航空涡轮润滑油技术领域,具体为一种航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统及方法。
背景技术
航空涡轮发动机润滑油(简称:涡轮滑油)的功能主要是用于航空发动机内器件的润滑和冷却,在发动机的高温运行环境下容易使涡轮滑油发生氧化和裂解,氧化或裂解的涡轮滑油会产生严重影响发动机性能的副产物,如积碳、油泥等。这些副产物会阻碍发动机中轴承、齿轮、密封件、回油泵和进气系统的正常工作。严重时还会导致发动机的灾难性故障,影响飞行器的运行安全。
虽然现有航空涡轮发动机多使用以新戊基多元醇酯作为基础油的涡轮滑油产品进行润滑,此类合成酯航空润滑油具有优良的热稳定性和抗氧化特性,能够在一个较宽的温度范围内进行使用。与合成双酯基润滑油相比,新戊基多元醇酯基涡轮滑油更换周期更长、损耗更低、油泥和积碳生成量也大幅度减少。
但是随着航空涡轮发动机的需求改变和发展,航空涡轮发动机需要变得更轻、更紧凑但产生更大的功率,这就需要将航空涡轮发动机的单位“能量密度”进行提升,以致在减小发动机尺寸和重量的情况下产生更大的推力。但随着发动机单位“能量密度”的提升,发动机涡轮前温度也将大幅度提升,致使涡轮滑油接触到的发动机零部件表面产生更高的温度,这将导致目前广泛使用的新戊基多元醇酯涡轮滑油发生高温氧化或热裂解反应,生成大量的有害碳沉积或油泥。
因此研制生产适应高温运行条件的涡轮滑油已迫在眉睫,同时,润滑油作为航空涡轮发动机的关键零部件,其产品质量和性能参数与航空涡轮发动机运行安全息息相关,故任何一款涡轮滑油必须经过适航审定,表明与对应规章和技术标准要求的符合性后,才能获准在民用航空器上使用。在对涡轮滑油性能进行适航验证时,必须要测量涡轮滑油在高温热浸条件下,其蒸汽与空气混合物在发动机通风管等热端部件表面发生高温氧化或热裂解反应生成有害碳沉积物的倾向性,具体地,中国民用航空技术标准规定《民用航空发动机润滑油》(CTSO-2C704)中明确了涡轮滑油需要进行气相结焦试验,测定润滑油在航空涡轮发动机无油浸润的高温通气管区域形成碳沉积物的倾向特性。
现有涡轮滑油的气相结焦倾向特性主要通过VPC气相结焦测试仪进行测定;VPC气相结焦测试仪主要包括三颈烧瓶、净化空气系统部分、加热炉测试部分、绝缘试验管部分和控制柜,详情请见图1所示。
测试过程具体为:在三颈烧瓶(如图1中1所示)中加入适量待检测的涡轮滑油试样,利用适配的加热套(如图1中2所示)使三颈烧瓶中的涡轮滑油试样加热至204℃,同时通过净化空气供应子系统(如图1中3所示)往三颈烧瓶中持续加入765±5mL/min的干燥净化空气,使其成为带走涡轮滑油试样蒸汽的介质并为涡轮滑油试样蒸汽在高温下氧化结焦提供氧化剂(氧气)。三颈烧瓶的温度由插入瓶中油液面下的油温指示热电偶(如图1中4所示)进行控制,油温指示热电偶根据三颈烧瓶中温度的波动对球形电加热套的功率大小进行调节,从而控制三颈烧瓶的温度。随后涡轮滑油试样蒸汽与干燥净化空气的混合气体进入三颈烧瓶上部的加热炉(如图1中5所示)中,加热炉通过大功率的加热线圈(1200W)对通过其通道的混合油品试样蒸汽进行加热,同时也对插入其中的试验管(如图1中6所示)进行加热,使其维持在规定的试验温度范围内,通常试样温度为371℃。与三颈烧瓶控温方式一致,加热炉体也是通过热电偶对其温度波动大小的判断,进而控制加热炉中加热线圈的功率大小来维持稳定的试验温度。涡轮滑油试样蒸汽与干燥净化空气的混合气体经过加热炉的加热后进入镶嵌在加热炉体中的试验管中,试验管底部通过紧固螺母牢靠的锁紧在加热炉中,并通过加热炉维持约371℃的试验温度。
同时在试验管上,从底部到顶部,依次等距离安装有6支热电偶,用来监控并记录不锈钢试验管上不同位置的温度变化。这是因为不锈钢试验管仅有底部的少部分管体(约1cm)插入加热炉中,不锈钢试验管其余管体由于远离加热炉,沿着不锈钢试验管轴向存在温度梯度,导致靠近加热炉端口处的温度高,远离加热炉的端口温度低。当涡轮滑油试验蒸汽通过试验管时,随着试验管温度不断降低,当滑油蒸汽冷却至一定温度时,滑油蒸汽将凝结成液体,并沿着试验管内壁向下回流,直到回流到特定温度,滑油在高温和空气中氧气的作用下在试验管内壁逐渐形成了油泥和碳沉积物,此时,通过试验管外表面上的6支热电偶以及管内形成的油泥和碳沉积物的位置,测量滑油蒸汽结焦物的温度。
当气相结焦测试仪的所有控制参数均稳定后,开始18小时的试验。
发明人在自主建设的气相结焦倾向试验台架上开展大量试验过程中,发现现有VPC气相结焦测试仪存在大量问题:
1、国外标准规定的试验管为直径12.7mm的单层圆柱形,单层试验管的热量流失快,易受环境温度条件影响;
2、国外标准规定的单层试验管外部的热电偶采用金属卡箍安装,卡箍外侧再焊接热电偶导线管,导致单层试验管组件的外径增加至30mm以上。同时,为使热电偶金属导线不与保温套内壁接触,增加测量准确度,防止热电偶金属导线磨损,保温套内径将至少增大到40mm以上,致使保温套内壁与单层试验管之间存在较大间隙,极易受环境温度条件影响,造成单层试验管热量大量流失,致使单层试验管沿轴向的温度分布梯度不均匀,严重影响试验重复性和再现性;
3、直径12.7mm的单层圆柱形,不符合国产航空涡轮发动机通风管的双层平椭圆柱形构造,其模拟的真实性低;
4、发明人通过大量试验发现,标准型航空涡轮滑油在试验管内部的结焦温度范围大多数集中于170℃-270℃之间,高性能型航空涡轮滑油主要集中于190℃-240℃之间,而现有VPC气相结焦倾向测定仪试验管上热电偶只有6个,且由试验管底部到顶部均匀分布,使得测定的不同类别航空涡轮滑油的结焦温度范围有限,不能够准确测量不同航空涡轮滑油的气相结焦温度范围,影响试验精度;
5、并且三颈烧瓶的加热温度为204℃,不能很好的适应低功率和高功率国产航空涡轮发动机高温轴承腔的热浸温度,使得模拟的真实性低;
上述问题都会直接或者间接的导致同一种涡轮滑油多次试验的气相结焦沉积物质量、试验管内形成碳沉积物和漆膜的温度分布、以及碳沉积物最大生成温度等关键参数差异较大,严重影响了涡轮滑油气相结焦倾向测定的精准性,导致涡轮滑油气相结焦倾向测定的重复性和再现性低,无法保障涡轮滑油气相结焦倾向测定的准确性,从而无法获取准确的涡轮滑油气相结焦特性,使得测定结果的可参考性低。现有国产涡轮滑油的研制无法参考涡轮滑油气相结焦倾向的测定结果,进行涡轮滑油的设计,极大地阻碍国产涡轮滑油的研制生产,制约我国涡轮滑油的适航审定;同时,也使得现有国产发动机的研制也无法根据滑油的气相结焦特性对发动机高温轴承腔通风管路的尺寸、材质和构型进行准确设计,极大的限制了国产发动机的研发。
因此现在急需一种能提高测试精确度的航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,能提高测试精确度,从而增强气相结焦倾向测定的重复性和再现性。
本发明提供的基础方案一:航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,包括试验管;
所述试验管为双层试验管,包括:内层管和外层管;
所述内层管设置在外层管内,且内层管和外层管之间存在空隙。
基础方案一的有益效果:航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统中的试验管为双层试验管,其内层管设置在外层管内,内层管和外层管之间存在空隙,当温度上升以后,空隙中的空气层能帮助内层管隔热,防止内层管热量快速散失,同时减缓试验管外的环境温度对试验管内蒸汽的直接影响,增强试验管的保温效果,使测试精确度得到提高,进而对同一种涡轮滑油多次试验的气相结焦沉积物质量、试验管内形成碳沉积物和漆膜的温度分布、以及碳沉积物最大生成温度等关键参数差异也会减小,从而增强气相结焦倾向测定的重复性和再现性,保障涡轮滑油气相结焦测定的准确性,从而获取准确的涡轮滑油气相结焦特性,使得测定结果的可参考性提升。现有国产涡轮滑油的研制可参考涡轮滑油气相结焦倾向的测定结果,进行涡轮滑油的设计,推动国产涡轮滑油的研制生产;同时,现有国产发动机的研制可根据涡轮滑油的气相结焦特性进行型号设计和参数调整,例如:确定了使用具体国产涡轮滑油后,可根据国产涡轮滑油的气相结焦倾向测定结果,精确设计发动机高温轴承腔通风管尺寸、材质和构型,确保国产发动机在使用选定的国产涡轮滑油时的性能最优,从而提升我国航空发动机的正向设计能力。进一步,所述内层管和外层管均为平椭圆柱形管。
有益效果:内层管和外层管均为平椭圆柱形管,符合国产航空涡扇发动机通风管的双层平椭圆柱形构造,提升模拟的真实性,进而提高测定的精准度。
进一步,所述试验管,还包括:管接头;
管接头一端为平椭圆柱形管接头,另一端为柱形管接头;
平椭圆柱形管接头用于连接内层管和外层管,柱形管接头用于试验管的安装。
有益效果:管接头可以将平椭圆柱形转换为常规的柱形,使内层管和外层管能和加热炉中的金属管或者其他器件的管件连接。
进一步,所述试验管外部设置有保温套管。
有益效果:试验管外部设置有保温套管,相对于现有技术中保温套内壁与单层试验管之间存在较大间隙,保温套管包覆试验管,减小试验管热量流失,降低环境温度条件影响。
进一步,所述试验管,由底部到顶部,依次设置有10支热电偶,用于监控试验管上不同位置的温度变化。
有益效果:试验管上设置10支热电偶,以便更精确的测定不同类别涡轮滑油的碳沉积物温度分布和碳沉积物最大生成温度。进一步,所述热电偶的导线采用直径小于等于预设直径的柔性热电偶线,并通过焊接的方式与内层管连接。
有益效果:热电偶的导线采用直径小于等于预设直径的柔性热电偶线,其预设直径根据需求进行设置,预设直径一般选择小直径,因为小直径的柔性热电偶线需要空间小,并通过焊接的方式与内层管连接,极大减小了内层管与外层管之间的空隙,使空隙中的空气层在起到一定程度的隔热作用的同时,防止空隙过大造成热量流失,进一步减小试验管内的热量流失。
进一步,还包括:三颈烧瓶、加热套、净化空气供应子系统、加热炉、控制子系统;
所述三颈烧瓶内设置有油温指示热电偶,用于监控三颈烧瓶内的涡轮滑油温度变化,油温指示热电偶通过三颈烧瓶一侧的颈口连接控制子系统,三颈烧瓶另一侧的颈口连接净化空气供应子系统,中部的颈口与加热炉连接;
所述试验管纵向设置在加热炉中,并与中部的颈口连通;所述热电偶与控制子系统连接;
所述三颈烧瓶,用于盛放涡轮滑油;
所述加热套,用于对三颈烧瓶进行加热,加热时设定温度为220℃;加热套与控制子系统连接;
所述净化空气供应子系统,用于向三颈烧瓶中加入空气;
所述加热炉,用于对试验管进行加热,其中加热温度包括:288℃、325℃、343℃、371℃、399℃和412℃中的一种或多种;加热炉与控制子系统连接;
所述控制子系统,用于加热套、加热炉、热电偶和油温指示热电偶的数据采集和处理,并根据采集的数据调节加热套和加热炉的加热温度。
有益效果:针对不同国产民用和军用航空涡轮风扇发动机停车后,高温轴承腔的实际热浸温度,本方案中加热套的加热温度为220℃,并在原标准规定范围基础上增加了288℃和412℃两个加热炉温度,能分别更好适应低功率和高功率国产发动机高温轴承腔的热浸温度,增加模拟的真实性。
本发明的目的之二在于提供一种航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定方法,能提高测试精确度,从而增强气相结焦倾向测定的重复性和再现性。
本发明提供基础方案二:航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定方法,采用上述航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,包括如下内容:
初始数据测量步骤:获取待测的涡轮滑油的40℃运动粘度、总酸值、试验管的初始重量和盛放了待测的涡轮滑油的三颈烧瓶的初始重量;
试验步骤:逐一在若干个预设加热炉加热温度下,采用航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统对涡轮滑油进行预设时间的试验;
最终数据测量步骤:获取试验后的涡轮滑油的40℃运动粘度、总酸值、试验管的最终重量和盛放了试验后的涡轮滑油的三颈烧瓶的最终重量;
数据分析步骤:根据试验管的初始重量和最终重量,获取结焦物重量;根据三颈烧瓶的初始重量和最终重量,获取涡轮滑油的消耗量;根据待测的涡轮滑油的40℃运动粘度与总酸值和试验后的涡轮滑油的40℃运动粘度和总酸值的比较结果,获取运动粘度和总酸值变化值。
基础方案二的有益效果:本方法采用上述航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,其系统中的试验管为双层实验管,其内层管设置在外层管内,内层管和外层管之间存在空隙,当温度上升以后,空隙中的空气层能帮助内层管隔热,防止内层管热量快速散失,且热电偶的导线采用直径小于等于预设直径的柔性热电偶线,其预设直径根据需求进行设置,预设直径一般选择小直径,因为小直径的柔性热电偶线需要空间小,并通过焊接的方式与内层管连接,极大减小了内层管与外层管之间的空隙,使空隙中的空气层在起到一定程度的隔热作用的同时,防止空隙过大造成热量流失,进一步减小试验管内的热量流失,同时减缓试验管外的环境温度对试验管内蒸汽的直接影响,增强试验管的保温效果,使测试精确度得到提高,进而对同一种涡轮滑油多次实验获得结焦物重量、涡轮滑油的消耗量、运动粘度和总酸值变化值的差异减小,从而增强气相结焦倾向测定的重复性和再现性,保障涡轮滑油气相结焦测定的准确性,从而获取准确的涡轮滑油气相结焦特性,使得测定结果的可参考性提升。现有国产涡轮滑油的研制可参考涡轮滑油气相结焦倾向的测定结果,进行涡轮滑油的设计,推动国产涡轮滑油的研制生产;同时,现有国产发动机的研制可根据滑油的气相结焦特性进行型号设计和参数调整,例如:确定了使用具体国产涡轮滑油后,可根据国产涡轮滑油的气相结焦倾向测定结果,精确设计发动机高温轴承腔通风管尺寸、材质和构型,确保国产发动机在使用选定的国产涡轮滑油时的性能最优,从而提升我国航空发动机的正向设计能力。
进一步,所述试验步骤,包括:
连接航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统中的各器件;
逐一在若干个预设加热炉加热温度下,加热套对三颈烧瓶进行加热,加热炉对试验管进行加热,净化空气系统往三颈烧瓶中加入空气,且加热过程中,控制子系统根据热电偶的数据及其第一预设温度值和油温指示热电偶的数据及其第二预设温度值,调节加热套和加热炉的加热温度;
在所有预设加热炉加热温度完成预设时间的试验后,停止加热,进行冷却;
冷却后,拆分航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统中的各器件;
对试验管进行烘干处理。
有益效果:在试验过程中,通过热电偶和油温指示热电偶来维持加热套和加热炉的加热温度稳定。
进一步,所述第二预设温度值为220℃;
所述预设加热炉加热温度,包括:288℃、325℃、343℃、371℃、399℃和412℃中的一种或多种。
有益效果:针对不同国产民用和军用航空涡轮风扇发动机停车后,高温轴承腔的实际热浸温度,本方案中加热套的加热温度,即第二预设温度值为220℃,并在原标准规定范围基础上增加了288℃和412℃两个加热炉温度,能分别更好适应低功率和高功率国产发动机高温轴承腔的热浸温度,增加模拟的真实性。
进一步,所述结焦物重量M3=M2-M1,其中M1为试验管的初始重量;M2为试验管的最终重量;
所述涡轮滑油的消耗量m5=m4–m3,其中m3为盛放了待测的涡轮滑油的三颈烧瓶的初始重量;m4为试验后的盛放了涡轮滑油的三颈烧瓶的最终重量;
所述运动粘度变化率%=[(V2-V1)/V1]×100%,其中V1为待测的涡轮滑油的40℃运动粘度,mm2/s;V2为试验后的涡轮滑油的40℃运动粘度,mm2/s;
所述总酸值变化值=TAN2-TAN1,其中TAN1为待测的涡轮滑油的总酸值,mgKOH/g;TAN2为试验后的涡轮滑油的总酸值,mgKOH/g。
有益效果:通过上述方法能准确计算出结焦物重量、消耗量、运动粘度变化率和总酸值变化值。
附图说明
图1为现有技术的VPC气相结焦测试仪的结构示意图;
图2为本发明航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统实施例中内层管的结构示意图;
图3为本发明航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统实施例中内层管的正视图;
图4为本发明航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统实施例中管接头的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明:
说明书附图中的附图标记包括:三颈烧瓶1、加热套2、净化空气供应子系统3、油温指示热电偶4、加热炉5、试验管6、平椭圆柱形管接头7、柱形管接头8。
实施例一
本实施例提供一种航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,包括试验管6、三颈烧瓶1、加热套2、净化空气供应子系统3、加热炉5和控制子系统;
试验管6,包括:内层管、外层管和管接头;
内层管设置在外层管内,且内层管和外层管之间存在空隙,且内层管和外层管均为平椭圆柱形管;管接头一端为平椭圆柱形管接头7,另一端为柱形管接头8;平椭圆柱形管接头7用于连接内层管和外层管,柱形管接头8用于试验管6的安装;
具体地,试验管6的材料为MAS7101标准GH625钢材;
内层管形状如图2、图3所示,为平椭圆柱形管,通过两个半圆形管和两个平板焊接而成,表面粗糙度范围为2.0-5.0,长端范围为20-50,圆面轮廓度范围为0.1-0.4;上下边为两个半圆管,外径范围为15-20mm,厚度范围为0.5-2.0mm,长度范围为100-200mm;平板长度范围为100-200mm,厚度范围为0.5-2.0mm,宽度范围为10-25mm;
外层管形状和内层管相同,为平椭圆柱形管,通过两个半圆形管和两个平板焊接而成,表面粗糙度范围为2.0-5.0,长端范围为20-55,圆面轮廓度范围为0.1-0.4;上下边为两个半圆管,外径范围为18-30mm,厚度范围为0.5-2.0mm,长度范围为150-250mm;平板长度范围为150-250mm,厚度范围为0.5-2.0mm,宽度范围为10-25mm;
管接头如图4所示,能将内层管的尺寸转换为长度范围为18-30mm,外径范围为8-20mm、厚范围为0.8-2.0mm的柱形管接头;管接头最大截面长度和宽度均小于50mm;
内层管和管接头总长度范围为150-250mm,外层管总长度范围为150-250mm。
试验管6,由底部到顶部,依次设置有若干支热电偶,用于监控试验管6上不同位置的温度变化;本实施例中热电偶个数为10,具体位置如下表1所示:
表1:热电偶在试验管6上的安装参数
Figure BDA0003796311380000091
其中1#、3#、5#和7#的热电偶相对于现有技术中设置的六个热电偶,为新增的热电偶,所有热电偶,均与控制子系统连接。
热电偶的导线采用直径小于等于预设直径的柔性热电偶线,并通过焊接的方式与内层管连接,热电偶的导线采用直径小于等于预设直径的柔性热电偶线,其预设直径根据需求进行设置,预设直径一般选择小直径,因为小直径的柔性热电偶线需要空间小,并通过焊接的方式与内层管连接,极大减小了内层管与外层管之间的空隙,使空隙中的空气层在起到一定层度的隔热作用的同时,防止空隙过大造成热量流失,并且保温套管可以包覆试验管,进一步减小试验管内的热量流失,同时也能防止热电偶的导线磨损。本实施例中预设直径小于等于1mm。
三颈烧瓶1内设置有油温指示热电偶4,用于监控三颈烧瓶1内的涡轮滑油温度变化,油温指示热电偶4通过三颈烧瓶1一侧的颈口连接控制子系统,具体地,把油温指示热电偶4装入热电偶适配器,拧紧热电偶适配器顶部的黑色塑料固定螺母,再把装配好的热电偶适配器插入三颈烧瓶1的颈口,使其外壁与颈口密封严实,并使油温指示热电偶4位于三颈烧瓶1中部,其中热电偶适配器采用磨砂玻璃适配器;本实施例的热电偶和油温指示热电偶4均采用J型热电偶,304型不锈钢外壳,未接地,双连接器;
三颈烧瓶1另一侧的颈口连接净化空气供应子系统3,具体地,三颈烧瓶1另一侧的颈口通过进气管连接净化空气供应子系统3,PTFE密封隔膜套入进气管锥形磨口,将进气管插入颈口,插入时,向下左右旋转,使进气管与颈口紧密接触;
三颈烧瓶1中部的颈口与加热炉5连接;具体地,通过适配器将加热炉5下方的金属管插入三颈烧瓶1中部的颈口,且适配器和金属管末端紧密接触;
试验管6外包覆有保温层,试验管6纵向设置在加热炉5中,并与三颈烧瓶1中部的颈口连通;具体地,试验管6纵向设置在加热炉5中,管接头向下,管接头的柱形管接头8插入加热炉5的金属管中固定连接;
三颈烧瓶1,用于盛放涡轮滑油;本实施例中三颈烧瓶1容量2000mL;
加热套2,用于对三颈烧瓶1进行加热,加热时设定温度为220℃;加热套2与控制子系统连接;本实施例中加热套2采用球形温包架,可支撑三颈烧瓶1;
净化空气供应子系统3,用于向三颈烧瓶1中加入空气;具体地,净化空气供应子系统3在向三颈烧瓶1中的涡轮滑油中注入空气时,空气流量通过转子流量计和质量流量控制器控制在765±5mL/min;为了确保干燥,还使用空气气体净化器;
加热炉5,用于对试验管6进行加热,其中加热温度包括:288℃、325℃、343℃、371℃、399℃和412℃中的一种或多种;加热炉5与控制子系统连接;加热炉5中的加热器线圈分别是220伏特和1200瓦特;
控制子系统,用于加热套2、加热炉5、热电偶和油温指示热电偶4的数据采集和处理,并根据采集的数据调节加热套2和加热炉5的加热温度;具体地,控制子系统包括:
数据采集控制器,用于读取J型热电偶,灵敏度1℃,可持续使用20小时以上;
加热套控制器,用于设计时间变量,升温和恒温的控制器,单回路,输入J型热电偶,输出继电器或触点,可以精确控制在1℃;
加热炉控制器,用于设计时间,升温和恒温的控制器,单回路,输入J型热电偶,输出继电器或触点,可以精确控制在1℃;
加热套功率控制器,包括:控硅整流器(SCR),用于接收加热套2控制器的输入;
加热炉功率控制器,用于接收加热炉5控制器输入。
实施例二
本实施例基本如附图所示:航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定方法,采用上述航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,包括如下内容:
设备准备步骤:对航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统中的各器件进行清洁;
初始数据测量步骤:获取待测的涡轮滑油的40℃运动粘度、总酸值、试验管6的初始重量和盛放了待测的涡轮滑油的三颈烧瓶1的初始重量;具体地,对第一预设重量的待测的涡轮滑油分别采用GB/T 265和GB/T 7304方法测定其40℃运动粘度和总酸值;将第二预设重量的待测的涡轮滑油加入三颈烧瓶1,采用分析天平称量试验管6的初始重量和盛放了待测的涡轮滑油的三颈烧瓶1的初始重量,精度分别至0.1mg和0.1g;
试验步骤:逐一在若干个预设加热炉5加热温度下,采用航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统对涡轮滑油进行预设时间的试验;具体地,
连接航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统中的各器件;
逐一在若干个预设加热炉5加热温度下,加热套2对三颈烧瓶1进行加热,加热炉5对试验管6进行加热,净化空气系统往三颈烧瓶1中加入空气,且加热过程中,控制子系统根据热电偶的数据及其第一预设温度值和油温指示热电偶4的数据及其第二预设温度值,调节加热套2和加热炉5的加热温度;本实施例中第二预设温度值为220℃;
预设加热炉5加热温度,包括:288℃、325℃、343℃、371℃、399℃和412℃中的一种或多种;
在所有预设加热炉5加热温度完成预设时间的试验后,停止加热,进行冷却;本实施例中每个预设加热炉5加热温度的预设时间为6小时;
冷却后,拆分航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统中的各器件;其中拆分三颈烧瓶1时,小心拆下进气管,使进气管中的涡轮滑油充分流回三颈烧瓶1,再拆下油温指示热电偶4,使附着在油温指示热电偶4上的试验油充分流回三颈烧瓶1;
对试验管6进行烘干;具体地,将试验管6浸没于石油醚至少30min,之后将试验管6放置于烘箱中,在100℃温度下干燥至少30min,烘干后,将绝缘试验管6放入气密性储存管,再将气密性储存罐放入干燥箱,使试验管6自然冷却到室温;
最终数据测量步骤:获取试验后的涡轮滑油的40℃运动粘度、总酸值、试验管6的最终重量和盛放了试验后的涡轮滑油的三颈烧瓶1的最终重量;采用初始数据测量步骤相同的方法进行获取,本实施中不再赘述;
数据分析步骤:根据试验管6的初始重量和最终重量,获取结焦物重量;根据三颈烧瓶1的初始重量和最终重量,获取涡轮滑油的消耗量;根据待测的涡轮滑油的40℃运动粘度与总酸值和试验后的涡轮滑油的40℃运动粘度和总酸值的比较结果,获取运动粘度和总酸值变化值;具体地,所述结焦物重量M3=M2-M1,其中M1为试验管6的初始重量;M2为试验管6的最终重量;
所述涡轮滑油的消耗量m5=m4–m3,其中m3为盛放了待测的涡轮滑油的三颈烧瓶1的初始重量;m4为试验后的盛放了涡轮滑油的三颈烧瓶1的最终重量;
所述运动粘度变化率%=[(V2-V1)/V1]×100%,其中V1为待测的涡轮滑油的40℃运动粘度,mm2/s;V2为试验后的涡轮滑油的40℃运动粘度,mm2/s;
所述总酸值变化值=TAN2-TAN1,其中TAN1为待测的涡轮滑油的总酸值,mgKOH/g;TAN2为试验后的涡轮滑油的总酸值,mgKOH/g。
具体地,采用现有技术中方法和本方案分别进行实验的实验结果如下:表2使用原标准要求试验管6的测试结果
Figure BDA0003796311380000131
注:上述所有试验均在204℃涡轮滑油温度、371℃试验管6加热炉5温度、765mL/min空气流量、18h试验时间下完成。表3使用改型后试验管6的测试结果
Figure BDA0003796311380000132
注:上述所有试验均在204℃涡轮滑油温度、371℃试验管6加热炉5温度、765mL/min空气流量、18h试验时间下完成。
根据表2和表3可以明显看出,测定的对同一种涡轮滑油多次实验获得结焦物重量、涡轮滑油的消耗量、运动粘度和总酸值变化值的差异,本方法小于现有技术,并且针对标准型航空涡轮滑油和高性能型航空涡轮滑油测定的范围更精确,所以本方案能提高测试精确度,从而增强气相结焦倾向测定的重复性和再现性。
重复性和再现性的提高,结合采用的涡轮滑油气相结焦倾向测定系统中试验管的形状符合国产航空涡扇发动机通风管的双层平椭圆柱形构造,且试验管内形成碳沉积物和漆膜的温度梯度分布均匀,保障测定涡轮滑油气相结焦的准确性,从而获取准确的涡轮滑油气相结焦特性,使得测定结果的可参考性提升。
现有国产涡轮滑油的研制可参考涡轮滑油气相结焦倾向的测定结果,进行涡轮滑油的设计,推动国产涡轮滑油的研制生产,使研发的国产涡轮滑油更适用于国产发动机;
同时,现有国产发动机的研制可根据涡轮滑油的气相结焦特性进行型号设计和参数调整,例如:明确各种国产涡轮滑油的气相结焦特性后,可根据需求选择国产涡轮滑油,并根据国产涡轮滑油的气相结焦倾向测定结果,精确设计发动机高温轴承腔通风管尺寸、材质和构型等,确保国产发动机在使用选定的国产涡轮滑油时的性能最优,从而提升我国航空发动机的正向设计能力。以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述,所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识,能够获知该领域中所有的现有技术,并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力,所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下,结合自身能力完善并实施本方案,一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明结构的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (11)

1.航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,包括试验管,其特征在于:所述试验管为双层试验管,包括:内层管和外层管;
所述内层管设置在外层管内,且内层管和外层管之间存在空隙。
2.根据权利要求1所述的航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,其特征在于:所述内层管和外层管均为平椭圆柱形管。
3.根据权利要求2所述的航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,其特征在于:所述试验管,还包括:管接头;
管接头一端为平椭圆柱形管接头,另一端为柱形管接头;
平椭圆柱形管接头用于连接内层管和外层管,柱形管接头用于试验管的安装。
4.根据权利要求1所述的航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,其特征在于:所述试验管外部设置有保温套管。
5.根据权利要求1所述的航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,其特征在于:所述试验管,由底部到顶部,依次设置有10支热电偶,用于监控试验管上不同位置的温度变化。
6.根据权利要求5所述的航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,其特征在于:所述热电偶的导线采用直径小于等于预设直径的柔性热电偶线,并通过焊接的方式与内层管连接。
7.根据权利要求1所述的航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,其特征在于:还包括:三颈烧瓶、加热套、净化空气供应子系统、加热炉、控制子系统;
所述三颈烧瓶内设置有油温指示热电偶,用于监控三颈烧瓶内的涡轮滑油温度变化,油温指示热电偶通过三颈烧瓶一侧的颈口连接控制子系统,三颈烧瓶另一侧的颈口连接净化空气供应子系统,中部的颈口与加热炉连接;
所述试验管纵向设置在加热炉中,并与中部的颈口连通;所述热电偶与控制子系统连接;
所述三颈烧瓶,用于盛放涡轮滑油;
所述加热套,用于对三颈烧瓶进行加热,加热时设定温度为220℃;加热套与控制子系统连接;
所述净化空气供应子系统,用于向三颈烧瓶中加入空气;
所述加热炉,用于对试验管进行加热,其中加热温度包括:288℃、325℃、343℃、371℃、399℃和412℃中的一种或多种;加热炉与控制子系统连接;
所述控制子系统,用于加热套、加热炉、热电偶和油温指示热电偶的数据采集和处理,并根据采集的数据调节加热套和加热炉的加热温度。
8.航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定方法,其特征在于:采用如权利要求1-7中任意项权利要求所述的航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统,包括如下内容:
初始数据测量步骤:获取待测的涡轮滑油的40℃运动粘度、总酸值、试验管的初始重量和盛放了待测的涡轮滑油的三颈烧瓶的初始重量;
试验步骤:逐一在若干个预设加热炉加热温度下,采用涡轮滑油气相结焦倾向测定系统对涡轮滑油进行预设时间的试验;
最终数据测量步骤:获取试验后的涡轮滑油的40℃运动粘度、总酸值、试验管的最终重量和盛放了试验后的涡轮滑油的三颈烧瓶的最终重量;
数据分析步骤:根据试验管的初始重量和最终重量,获取结焦物重量;根据三颈烧瓶的初始重量和最终重量,获取涡轮滑油的消耗量;根据待测的涡轮滑油的40℃运动粘度与总酸值和试验后的涡轮滑油的40℃运动粘度和总酸值的比较结果,获取运动粘度和总酸值变化值。
9.根据权利要求8所述的航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定方法,其特征在于:所述试验步骤,包括:
连接航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统中的各器件;
逐一在若干个预设加热炉加热温度下,加热套对三颈烧瓶进行加热,加热炉对试验管进行加热,净化空气系统往三颈烧瓶中加入空气,且加热过程中,控制子系统根据热电偶的数据及其第一预设温度值和油温指示热电偶的数据及其第二预设温度值,调节加热套和加热炉的加热温度;
在所有预设加热炉加热温度完成预设时间的试验后,停止加热,进行冷却;
冷却后,拆分航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定系统中的各器件;
对试验管进行烘干处理。
10.根据权利要求9所述的航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定方法,其特征在于:所述第二预设温度值为220℃;
所述预设加热炉加热温度,包括:288℃、325℃、343℃、371℃、399℃和412℃中的一种或多种。
11.根据权利要求7所述的航空涡轮发动机润滑油气相结焦倾向测定方法,其特征在于:所述结焦物重量M3=M2-M1,其中M1为试验管的初始重量;M2为试验管的最终重量;
所述涡轮滑油的消耗量m5=m4–m3,其中m3为盛放了待测的涡轮滑油的三颈烧瓶的初始重量;m4为试验后的盛放了涡轮滑油的三颈烧瓶的最终重量;
所述粘度变化值为粘度变化率%=[(V2-V1)/V1]×100%,其中V1为待测的涡轮滑油的40℃运动粘度;V2为试验后的涡轮滑油的40℃运动粘度;
所述总酸值变化值=TAN2-TAN1,其中TAN1为待测的涡轮滑油的总酸值,mgKOH/g;TAN2为试验后的涡轮滑油的总酸值,mgKOH/g。
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