книги из ГПНТБ / Аксенов А.Ф. Применение авиационных технических жидкостей

интенсивность процесса, определяется относительным положением контактнруемых металлов в электрохимическом ряду и составом среды. Относительное положение металлов в электрохимическом ряду может меняться в зависимости от свойств жидкой среды.

Электрохимический коррозионный процесс сплавов на основе железа представляется в следующем виде. Анодный процесс заклю­ чается в непрерывном переходе ион-атомов железа в электролит. При катодном процессе происходит взаимодействие электронов с водой и растворенным кислородом и образование гидроксильных групп. Возникающие вблизи катода гидроксильные группы, диффун­ дируя в тонком слое электролита, встречаются с ионами железа п образуют продукт коррозии — гидрат окиси железа Fe(OH)9, кото­ рый под воздействием температуры превращается в гидратирован­ ную окись трехвалентного железа РегОз-НгО. Так постепенно про­ исходит разрушение поверхности металла. Коррозионные процессы протекают с большей интенсивностью, если металл подвержен де­ формациям.

Помимо разрушения поверхности детали, коррозия опасна об­ разованием твердых осадков, способных вызвать абразивный износ, заклинивание прецизионных пар и пр. Коррозия поверхностей, со­ прикасающихся с подвижными уплотнениями, может привести к быстрому износу последних и к появлению течи.

Коррозия может быть сведена к минимуму, если исключить по­ падание воды и кислодора в жидкость и проводить тщательный контроль коррозионной активности жидкостей.

Для оценки коррозионной агрессивности жидкостей в отношении различных металлов или, иными словами, для выявления способ­ ности жидкости вызывать коррозию той или другой металлической детали гидравлического агрегата применяется специальный метод. При этом используется прибор, аналогичный изображенному иа рис. 18. Этот метод позволяет приблизиться к условиям эксплуата­ ции жидкостей и даже выявить коррозионную активность жидкости по отношению к тем металлам и сплавам, которые применяются в конструкции гидравлических систем.

Чтобы точнее определить коррозионную активность, при испыта­ ниях применяют металлические диски, не имеющие защитных по­ крытий. Диски изготавливают из тех металлов, коррозионную стой­ кость которых необходимо определить. Однако в соответствии с общепринятой методикой рекомендуется применять круглые сталь­ ные (30 ХГСА, 1Х18Н9Т), медные (М-1), алюминиевые (Д-16Т) образцы диаметром 24 мм, толщиной 2 мм с отверстием по центру диаметром 5 мм. Такое сочетание металлов дает возможность полу­ чить не только весовой показатель коррозии, но и определить, какие именно продукты в жидкости вызывают коррозию — кислые, щелоч­ ные или сернистые. Так, коррозия стальных пластин указывает на присутствие кислых продуктов, коррозия пластины из алюминиевых сплавов —•щелочных продуктов, медных пластин — на присутствие сернистых соединений.

50

Испытание по определению коррозионной агрессивности жид­ костей проводится при продувании воздуха со скоростью 5 л/ч. Этот метод пригоден для оценки как минеральных, так и синтетических жидкостей. Коррозионные испытания спирто-глицериновых жидкос­ тей обычно проводятся без продувания воздухом. Продолжитель­ ность испытания и температуру выбирают в зависимости от типа жидкости. Так, например, жидкость АМГ-10 испытывают при 100° С, спирто-глицериновую смесь при 50° С, другие жидкости при 200° С или при максимальных рабочих температурах. При температурах выше 200° С вместо воздуха используют азот или отключают бар­ ботаж (при наддуве свободного пространства нейтральным газом).

Перед испытанием металлические образцы тщательно отшлифо­ вывают до чистоты поверхности V 8: из стали и меди — тонкой наж­ дачной шкуркой; из алюминиевого сплава —• тонкой стеклянной шкуркой. Поверхность металлов перед испытанием тщательно очищается от загрязнений. После подготовки пластины взвешивают с точностью до 0,0002 Г. Подготовленные образцы пинцетом наде­ вают на стеклянные крючки, отделяя друг от друга стеклянными разделительными трубочками. Металлы помещают в реактор с ис­ пытуемой жидкостью. Для испытаний берется 100 мл жидкости. По истечении установленного времени испытания пластинки вынимают из сосуда, промывают толуолом и этиловым спиртом, при необходи­ мости смывают продукты коррозии.

Продукты коррозии удаляют следующим образом; со стальных образцов — обработкой 5-процентным раствором серной кислоты при температуре 15—20° С, с образцов из алюминиевых сплавов — обработкой смесыо 5-процентной азотной кислоты с 1% двухромо­ вокислого калия при температуре 15—20° С. После удаления про­ дуктов коррозии каждый образец промывают дистиллированной водой и этиловым спиртом и после тщательной просушки взвешива­ ют с точностью до 0,0002 Г и определяют изменение его веса.

Весовой показатель коррозии X' вычисляют по формуле

где ДСг — изменение веса пластинок; 5 — площадь поверхности образца.

Величина X' для современных минеральных жидкостей должна быть не более 0,1 мГ/см2 для каждого металла в отдельности.

В зарубежной практике применения жидкостей коррозионная их активность определяется несколькими методами. Коррозионную аг­ рессивность оценивают после выдерживания металлов в тонком слое жидкости, в большом объеме жидкости в статических условиях и при перемешивании, в парообразном состоянии жидкости. Испы­ тание проводится при температуре 93°С с использованием метал­ лов, из которых изготавливаются детали системы. Продолжитель­ ность испытания составляет от 14 до 60 суток.

51

Действие жидкостей на резиновые детали оценивается в основ­ ном при подборе уплотнительных материалов. Действие жидкости на уплотнительные материалы проявляется в усадке, набухании и размягчении, что вызывает появление различных неисправностей гидроагрегатов. Ни одна из применяемых рабочих жидкостей не яв­ ляется полностью инертной к уплотнительным материалам. Поэтому важно, чтобы жидкость не ухудшала основных качеств резин. В ре­ зультате длительного контакта рабочей жидкости с резиновыми де­ талями может измениться их объем и вес вследствие набухания или физико-химических процессов вымывания отдельных компонентов резины. При этом происходит изменение физико-механических свойств резины. Поэтому главным показателем, по которому оцени­ вают воздействие жидкости на резину, является набухаемость по­ следней.

Набухание представляет собой процесс проникновения раствори­ теля в пространство между молекулами каучука. Чем больше жид­ кости поглощается каучуком, тем больше его набухаемость. У раз­ личных сортов каучука размер и строение молекул различны, и ко­ личество жидкости, проникающей в межмолекулярные пространства, т. е. степень набухания, также различны. Другими словами, набу­ хаемость зависит от свойств каучука. Так, натуральный каучук и некоторые виды синтетического каучука набухают значительно больше в ароматических углеводородах, чем в парафиновых. Бутилкаучук, наоборот, набухает больше в парафиновых углеводоро­ дах п меньше в ароматических.

Следовательно, набухание — процесс избирательный. Больше всего каучук набухает в так называемых неполярных средах и мень­ ше всего в полярных — спиртах и др. Помимо свойств жидкости и каучука, на набухаемость большое влияние оказывают внешние

52

Методика испытания. Сосуд заполняется жидкостью из расчета 30 мл на 1 Г резины, в которую погружают образцы резины. В од­ ном сосуде испытывают только один сорт резины. Режим испыта­ ния зависит от назначения агрегата и типа жидкости. Для испыта­ ния берут образцы резин цилиндрической формы диаметром 10 и высотой 10 мм, деформация образцов равна 30%. Указанные пока­ затели до и после испытания определяют на одних и тех же образ­ цах резин. После испытаний образцы промывают растворителями б течение 30 сек. Затем высушивают на фильтровальной бумаге и определяют указанные показатели.

Практикой установлено, что твердость испытуемого резинового образца после воздействия жидкости на минеральной основе не должна изменяться больше чем на ±4-^5 ед. по Шору. Разница между объемами резинового образца в начале и в конце испытания не должна превышать ±3% первоначального объема (плюс озна­ чает набухание, минус — усадку резинового образца). Величина набухания синтетической резины не должна быть больше 5—6%.

Особо следует отметить влияние на резину синтетических жид­ костей, одни из которых вызывают либо чрезмерное набухание уп­ лотнительного материала, либо значительную его усадку.

Объемный показатель набухания резины определяют взвеши­

Анализ отказов и нарушений работы гидросистем показывает, что более 10% их происходит вследствие недопустимого загрязне­ ния рабочей жидкости [28]. Проведенные исследования показали, что в жидкости гидравлических систем, несмотря на наличие филь­ тров, находится большое число неотфильтрованных механических частиц, количество которых достигает нескольких тысяч штук в каж­ дом кубическом сантиметре объема. Основная масса частиц загряз­ нений при работе систем находится во взвешенном состоянии и дви­ жется вместе с рабочей жидкостью. Попадая в зазоры между рабо­ чими поверхностями скользящих пар агрегатов, твердые частицы вызывают увеличение сил трения, а в некоторых случаях и закли­ нивание деталей.

Современные гидравлические системы автоматического управле­ ния обладают высокой точностью и быстротой реакции на команд­ ные сигналы. Эти качества достигаются главным образом благода­ ря применению в гидроусилителях, рулевых машинах и других

53

сервомеханизмах прецизионных устройств с весьма малыми диамет­ ральными зазорами и перекрытиями золотниковых пар. Так, напри­ мер, золотниковые распределители, применяемые на современных самолетах, имеют зазоры 3—25 мкм. Надежность действия таких агрегатов в большой степени зависит от чистоты рабочей жидкости. Частицами загрязнений считаются все посторонние частицы, вклю­ чая смолообразные органические частицы, колонии бактерий и про­ дукты их жизнедеятельности (ГОСТ 17216—71).

Механические частицы загрязнений в гидравлическую систему попадают различными путями и, прежде всего, с рабочей жидко­ стью. В поставляемой промышленностью жидкости АМГ-10 (ГОСТ 6794—53) допускается содержание в каждом литре до 40 мГ частиц загрязнений. Загрязняющие вещества в процессе эксплуатации вы­ деляются также из самой жидкости в виде частиц красителя, инги­ биторов, присадок, продуктов окисления компонентов жидкости. Жидкость и гидравлические системы могут загрязняться частицами пыли из воздуха. Пыль поступает в баки через систему наддува и дренажа, заливные горловины, в систему — через штоки силовых цилиндров.

Непрерывно в жидкость попадают продукты износа гидроагре­ гатов и особенно насосов и двигателей. Так, например, результаты обмера аксиально-поршневых насосов МП-25, отработавших межре­ монтный ресурс (около 2000 ч), показали, что вследствие износа деталей зазоры между поршнями и цилиндрами увеличились в сред­ нем на 10—15 мкм [28].

Значительное количество загрязнений остается в системе и ее элементах после изготовления и ремонта. Это песок, попадающий при литье, окалина от сварки, ковки или термической обработки; продукты механической обработки деталей, волокна ветоши, остаю­ щиеся после протирки; остатки притирочных паст, применяемых при доводке гидроагрегатов (карбид бора и кремния, белый элек­ трокорунд, алмазная пыль и т. п.).

Загрязнения в жидкость попадают и при обслуживании системы, небрежном монтаже агрегатов, гибких шлангов и трубопроводов, использовании загрязненных заправочных средств [40]. Источником загрязнений являются коррозия деталей, продукты разрушения фильтров.

В связи с значительным влиянием загрязненности жидкости на надежность работы системы необходимо вести постоянный кон­ троль ее чистоты и разрабатывать методы для защиты агрегатов от вредного влияния загрязнений. Однако необходимо помнить, что получить абсолютную чистую жидкость невозможно, так как по мере уменьшения размера частиц заметно возрастает их число, а вместе с тем увеличивается стоимость их удаления. В связи с этим установлены нормы на допускаемое количество частиц в жидкости и их размеры (ГОСТ 17216—71). В указанном ГОСТе установлено 19 классов загрязненности жидкости. Класс загрязненности опре­ деляется размерами частиц и их количеством в 100 см3 жидкости

(табл. 1).

54

Таблица I

жидкости частицы заданного размера не обнаружены или при взятии -нескольких проб общее число обнаруженных частиц меньше числа взятых проб.

2. А. О. — абсолютное отсутствие частиц загрязнении.

Классы чистоты жидкости указываются в технических требова­ ниях к жидкости при поставке, транспортировке и хранении; в ус­ ловиях эксплуатации гидросистем; в требованиях к изготовлению и ремонту гидроагрегатов.

Г. А. Никитин и С. В. Чирков в работе [28] приводят американ­ ские стандарты SAE, ASTM, AJA, которыми установлено 11 классов загрязненности жидкости, характеризуемых размерами частиц 5— 10; 10—25; 25—50; 50—100 и свыше 100 мкм. Один класс жидкости от другого отличается количеством примесей указанных размеров.

Для каждой гидравлической системы в зависимости от ее наз­ начения и важности выполняемых функций, а также чувствитель­ ности агрегатов к загрязнениям в технических условиях устанавли­ вают класс загрязненности жидкости.

Считается, что нулевые классы загрязненности жидкостей труд­ но достижимы и такие жидкости могут быть применены в нсклю-

55

чнтельных случаях. Согласно американским стандратам, к 1-му классу относятся жидкости гидравлических систем управляемых ракет; 2-й класс должна иметь жидкость гидросистем самолетов при поставке; 3 и 4-м классам должна соответствовать жидкость в гид­ росистемах летательных аппаратов и т. д.

По существующим стандартам загрязненность жидкости оцени­ вается весовым способом, при этом считается, что количество ме­ ханических примесей не должно превышать более 0,005%, т. е. 40 мГ/л. Однако исследованиями установлено, что объемная концентрация их может достигать 0,01% при содержании примесей малого удельного веса. Поэтому полной характеристикой загряз­ ненности жидкости должна служить величина, учитывающая как весовое, так и объемное количество загрязнителя.

Весовое содержание механических примесей в настоящее время определяют по ГОСТ 6370—59, объемную концентрацию п характе­ ристику гранулометрического состава — по результатам анализа микрофотографий осадка [28, 40]. Для микроскопического анализа необходимы специальные стаканчики из нержавеющей стали диа­ метром 13,5 мм и высотой 60 мм. Эти стаканчики изготавливают следующим образом: из трубы вырезается цилиндр, поверхность которого покрывают электротехническим лаком. Цилиндры прока­ ливают в электропечи при температуре 250° С. Затем этим же ла­ ком к цилиндру приклеивают стеклянное дно (предметное стекло размерами 15x15 мм, предварительно очищенное и обезжиренное бензином и дихлорэтаном). После приклеивания дна стаканчики вновь прокаливают.

Исследуемую жидкость после энергичного перемешивания за­ ливают в подготовленные стаканчики, высота столба жидкости 55— 58 мм, стаканчики накрывают предметным стеклом и ставят па от­ стой. Время отстоя определяется вязкостью жидкости п лежит в пределах 20—40 ч. Этот период выдержки заведомо превышает вре­

Для микроскопического исследования стаканчики помещают на стол микроскопа МИМ-7. В проходящем свете осевшие на дно за­ грязнения хорошо видны и могут быть сфотографированы при нуж­ ном увеличении. Перед фотографированием осадка фотографируют шкалу объекта микрометра микроскопа с расстоянием между деле­ ниями 10 мкм. При печатании на каждый кадр фотобумаги накла­ дывается стеклянная пластина с нанесенной на нее сеткой с раз­ мером ячейки в свету 10 мм.

Увеличитель устанавливают предварительно в такое положение, чтобы пять делений шкалы объекта микрометра укладывались на стороне сетки, равной 10 мм. В этом случае на микрофотографии пробы размеры ячейки в свету соответствуют 0,05X0,05 мм. Зная масштаб, легко можно определить размер загрязнений.

При подсчете объемной концентрации форма частиц предпола­ гается шарообразной. Результаты подсчета заносятся в таблицу и затем обрабатываются. В табл. 2 указан примерный объем частиц

56

деления гранулометрического состава загрязнений.

На рис. 29 приведены обобщенные результаты .измерений разме­ ров и подсчета количества частиц, загрязняющих жидкость само­

57

Максимальный размер частиц, содержащихся в жидкости, опре­ деляется тонкостью фильтрации, однако >в жидкости имеются час­ тицы больших размеров, чем те, которые по техническим характе­ ристикам должен задерживать фильтр. Так, например, в жидкости из гидросистемы с фильтром ФГ-44 (тонкость фильтрации 8— 12 мкм) обнаруживаются частицы размером 25 мкм, а в гидросис­ темах, снабженных фильтрами с тонкостью фильтрации 30— 50 мкм, — частицы размером до 75 мкм. Это объясняется, по-види­ мому, коагуляцией частиц более мелких размеров после прохождения фильтра, постоянным генерированием в жидкость в различных участках гидросистемы продуктов износа агрегатов и атмосферной пыли, а также возможной неоднородностью пор фпльтроэлементов и миграцией загрязнений в фильтре.

Содержащиеся в жидкости загрязнения оказывают .влияние на силы трения в элементах гидроагрегатов, на утечки через щелевые уплотнения гидроагрегатов, на объемную характеристику насосов, на абразивный износ деталей.

Влияние загрязненности жидкости на силы трения в гидроагре­ гатах. Во многих агрегатах герметичность между полостями с раз­ личным давлением достигается при помощи так называемых щеле­ вых уплотнений. При этом имеется в виду, что между сопрягаемыми деталями есть небольшой зазор, который необходим для получения малой силы трения при ,их относительном перемещении. Наличие между полостями некоторого гарантированного зазора не позволя­ ет получить абсолютной герметичности.

Действие щелевых уплотнений основано на физических свойст­ вах жидкостей оказывать сопротивление движению, вызванного вязким трением. Величина утечки Q жидкости через щелевое уп­ лотнение при ламинарном режиме течения определяется по форму­ ле Гагена-Пуазейля, которая для случая плоской щели имеет вид

co/i3A /j

Q = _ 1Тр7/

где со — ширина щели; h —-высота зазора; I — длина щели; Ар — перепад давления; ц —-динамическая вязкость жидкости. Расход жидкости через щели пропорционален третьей степени

величины зазора, поэтому зазор между сопряженными деталями должен быть минимальным. Однако минимальная величина зазора зачастую определяется -производственными допусками, так как не­ обходимо обеспечить взаимозаменяемость деталей. Кроме того, при малых зазорах всегда имеется опасность заклинивания подвижных элементов вследствие .их деформации под действием давления жид­ кости, теплового расширения при колебаниях температуры жидко­ сти или окружающей среды и нарушения стабильности размеров стальных деталей в результате неполного превращения аустенита

вмартенсит при их термообработке. Чем больше рабочее давление

именьше вязкость жидкости, тем меньше должен быть зазор.

58