KAJ780燃氣渦輪航空潤滑油的研制

李靜,徐小紅 ,楊俊杰

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

KAJ780燃氣渦輪航空潤滑油的研制

李靜1,徐小紅1,楊俊杰2

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

文章對燃氣渦輪航空發動機及其潤滑油標準進行了簡述。根據國外實驗室提供的分析檢測數據，以多元醇酯為基礎油并添加抗氧劑、極壓抗磨劑等功能添加劑研制的KAJ780燃氣渦輪航空潤滑油表現出優異的抗氧化腐蝕性、熱安定性、高溫氧化安定性、極壓抗磨性、潤滑油相容性和橡膠相容性，產品性能滿足SAE AS5780A規格中標準型(SPC)產品主要性能指標。

航空；燃氣渦輪；潤滑油；SAE AS5780A

0 引言

二戰前，飛機發動機均為四沖程點火式發動機，飛機渦輪發動機是在二戰末期才正式進入開發階段的，最初主要用于軍用飛機，后經不斷的技術更新，經歷了渦噴、渦槳、渦軸、渦扇等發展歷程，最終應用于民用航空領域[1]。燃氣渦輪發動機的主要部件有進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪以及尾噴管。燃氣渦輪發動機工作時從前端吸入大量的空氣，燃燒后高速噴出。在此過程中，發動機向氣體施加力使之向后加速，氣體也給發動機一個反作用力，推動飛機前進。由壓氣機、燃燒室和驅動壓氣機的燃氣渦輪組成發動機的核心機。按照核心機出口燃氣的可用能量的利用方式不同，燃氣渦輪發動機分為渦輪噴氣發動機、渦輪風扇發動機、渦輪螺旋槳發動機和渦輪軸發動機。渦噴、渦扇發動機以推力作為主要輸出參數，應用于各型號戰斗機、導彈或大型民航飛機上；渦軸發動機以軸功率作為主要輸出參數，用于直升機；渦輪螺旋槳發動機以軸功率作為主要輸出參數，用于中、小型運輸機。

現代航空燃氣渦輪發動機的發展，主要以發動機推重比提高為標志，發動機的推重比從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動機渦輪前的溫度，渦輪前溫度的提高，直接影響附近的主軸承溫度，導致發動機潤滑系統溫度也隨之提高，因此對高溫潤滑性能提出越來越高的要求[2-3]。目前，國際上主要的燃氣渦輪發動機潤滑油的標準為MIL-PRF-7808規格、MIL-PRF-23699規格和SAE AS5780規格。前兩項為美國軍用航空潤滑油標準，后一項為民用航空潤滑油標準。MIL-PRF-7808規格為1951年由美國軍方頒布，經過多次的修訂和發展，目前最新的版本為1997年修訂頒布的MIL-PRF-7808L。該標準制定了3 mm2/s和4 mm2/s兩個黏度等級的航空潤滑油產品，其中4 mm2/s潤滑油的高溫性能要求高于3 mm2/s潤滑油。MIL-PRF-23699規格為1963年由美國軍方頒布，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油，耐熱性好且蒸發損失小。該標準制定了5 mm2/s一個黏度等級的產品，為了能同時滿足不同型號、工作條件的飛機使用，根據高溫氧化安定性能和防腐蝕性能要求的不同又細分為三個產品標準：標準型、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一個黏度等級的產品，考慮到主要應用于民用飛機的潤滑，因此主要分為兩個規格產品：標準型和高溫氧化安定型，目前最新版本為2013年修訂的SAE AS5780B。國內的燃氣渦輪航空潤滑油標準主要是參考美國相應標準制定，包括兩個軍用標準和一個民用標準。國軍標GJB-135A合成航空潤滑油規范主要參考美軍標MIL-L-7808制定，涵蓋了L型和H型兩種產品類別。國軍標GJB 1263(航空渦輪發動機用合成潤滑油規范)主要參考美國軍用MIL-L-23699規范制定，規定了5 mm2/s黏度等級航空渦輪發動機用合成潤滑油技術要求試驗方法、檢驗規則、取樣、包裝、貯運及交貨驗收規則，適用于以合成油為基礎油，并加有抗氧、抗腐蝕、抗磨損等添加劑制成的航空渦輪發動機油合成潤滑油。民用航空發動機油標準是由中國民用航空航油航化適航審定中心和中國石化潤滑油公司重慶分公司聯合起草的《民用航空燃氣渦輪發動機潤滑油技術規范》，主要參考SAE AS5780規范制定。

1 實驗部分

1.1主要試驗材料

測試油樣：采用性能優異的多元醇酯為基礎油，加入高溫抗氧抗腐劑、極壓抗磨劑等功能添加劑的KAJ780燃氣渦輪航空發動機潤滑油。

1.2主要試驗方法

測試油樣在國外第三方實驗室進行了主要理化性能測試，國外第三方實驗室為美國的ALcor PetroLab實驗室和英國的Intertek實驗室，這兩家實驗室均是美國SAE E34組織認可的航空發動機油測試實驗室。主要試驗方法列于表1。

表1 主要試驗方法

2 實驗結果與討論

潤滑油是航空發動機的血液，在潤滑油的循環系統中，潤滑油主要起到潤滑相對運動部件和冷卻作用。

2.1物理性能

SAE AS5780A標準對燃氣渦輪航空潤滑油的物理性能做了明確規定，燃氣渦輪航空潤滑油的100 ℃運動黏度在4.9～5.4 mm2/s之間，要具有良好的低溫性能、黏度穩定性、揮發性和抗泡性能，這些指標決定了油品基礎油主要物理性能。表2列出了KAJ780燃氣渦輪航空潤滑油的主要物理性能，可以看出KAJ780具有優異的黏溫性能和抗泡性，完全滿足SAE AS5780A 標準要求。

表2 KAJ780物理性能

表2(續)

2.2相容性

在SAE AS5780A標準中，對航空潤滑油的相容性進行了明確的規定，主要包括兩部分內容。第一部分為滿足SAE AS5780A標準的不同廠家、不同牌號的潤滑油之間的相容性；第二部分為潤滑油與航空發動機使用的不同類型的橡膠之間的相容性。表3列出了KAJ780燃氣渦輪航空潤滑油在國外實驗室進行的相容性試驗數據，可以看出KAJ780與國外14種不同牌號的燃氣渦輪航空潤滑油均有良好的相容性，無渾濁；與4種橡膠材質進行試驗后質量變化均較小，達到了SAE AS5780A標準要求。

表3 KAJ780的相容性

2.3氧化和腐蝕性

現代燃氣渦輪航空器的發展主要以發動機推重比的提高為標志，推重比的提高主要是提高發動機渦輪前的溫度。渦輪前溫度的提高，直接影響附近的主軸承溫度，導致發動機潤滑油使用溫度也隨之提高；同時由于潤滑油必須帶走發動機中軸承、齒輪、封嚴裝置的摩擦熱，發動機熱端部件傳遞的熱量，以及封嚴裝置漏入油腔的空氣來的熱量，因此對高溫環境下燃氣渦輪航空潤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標準中根據低溫、中溫和高溫測試條件下油品的氧化腐蝕安定性、熱腐蝕穩定性和氧化穩定性的差異性要求對標準型和高溫氧化穩定型產品進行了區分。表4列出了KAJ780主要的高溫氧化和腐蝕性能測試數據，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中標準型產品性能要求，接近高溫氧化穩定型產品性能要求。

表4 KAJ780熱穩定性

表4(續)

表4(續)

2.4極壓抗磨性能

燃氣渦輪航空潤滑油還要滿足發動機中軸承、齒輪的承載能力要求，對摩擦表面提供良好的潤滑，以減少軸承、齒輪的磨損。表5列出了KAJ780燃氣渦輪航空潤滑油的承載能力試驗數據，圖1為WAM摩擦試驗后球盤試驗件的表面形貌電鏡照片。在WAM高速承載試驗中，KAJ780表現較好的承載性能，承載能力等級遠高于標準要求；WAM磨損試驗結束時，球盤試驗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產品性能要求。

表5 KAJ780油樣的承載能力性能

圖1 WAM承載實驗球盤表面分析

綜上所述，KAJ780燃氣渦輪航空潤滑油表現出優異的黏度穩定性、抗泡性、潤滑油相容性、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，產品性能滿足SAE AS5780A中標準型產品的主要性能要求。

3 小結

隨著我國經濟的不斷發展，航空市場呈現持續增長的態勢。截止2014年年底，國內客機機隊規模達到2219架，預計2033年將達到6827架。KAJ780渦輪燃氣航空發動機潤滑油將具有良好的應用前景。

[1] 方昌德. 航空發動機百年回顧[J]. 燃氣渦輪試驗與研究，2003, 16(4)： 1-5.

[2] 方昌德.航空發動機的發展前景[J].航空發動機，2004，30(1):1-5.

[3] 姜克娟.美國軍用航空渦輪發動機潤滑油的發展[J].合成潤滑材料，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，高級工程師，1999年畢業于四川大學精細化工專業，2014畢業于清華大學化學工程專業，從事輕負荷車用發動機油和航空發動機油的性能研究和產品開發工作，曾公開發表論文10余篇。E-mail:lijing_rhy@petrochina.com.cn