KAJ780燃气涡轮航空润滑油的研制

李静,徐小红 ,杨俊杰

(1.中国石油兰州润滑油研究开发中心,甘肃 兰州 730060；2.中国石油润滑油公司, 北京 100028)

KAJ780燃气涡轮航空润滑油的研制

李静1,徐小红1,杨俊杰2

(1.中国石油兰州润滑油研究开发中心,甘肃 兰州 730060；2.中国石油润滑油公司, 北京 100028)

文章对燃气涡轮航空发动机及其润滑油标准进行了简述。根据国外实验室提供的分析检测数据，以多元醇酯为基础油并添加抗氧剂、极压抗磨剂等功能添加剂研制的KAJ780燃气涡轮航空润滑油表现出优异的抗氧化腐蚀性、热安定性、高温氧化安定性、极压抗磨性、润滑油相容性和橡胶相容性，产品性能满足SAE AS5780A规格中标准型(SPC)产品主要性能指标。

航空；燃气涡轮；润滑油；SAE AS5780A

0 引言

二战前，飞机发动机均为四冲程点火式发动机，飞机涡轮发动机是在二战末期才正式进入开发阶段的，最初主要用于军用飞机，后经不断的技术更新，经历了涡喷、涡桨、涡轴、涡扇等发展历程，最终应用于民用航空领域[1]。燃气涡轮发动机的主要部件有进气道、压气机、燃烧室、涡轮以及尾喷管。燃气涡轮发动机工作时从前端吸入大量的空气，燃烧后高速喷出。在此过程中，发动机向气体施加力使之向后加速，气体也给发动机一个反作用力，推动飞机前进。由压气机、燃烧室和驱动压气机的燃气涡轮组成发动机的核心机。按照核心机出口燃气的可用能量的利用方式不同，燃气涡轮发动机分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。涡喷、涡扇发动机以推力作为主要输出参数，应用于各型号战斗机、导弹或大型民航飞机上；涡轴发动机以轴功率作为主要输出参数，用于直升机；涡轮螺旋桨发动机以轴功率作为主要输出参数，用于中、小型运输机。

现代航空燃气涡轮发动机的发展，主要以发动机推重比提高为标志，发动机的推重比从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发动机涡轮前的温度，涡轮前温度的提高，直接影响附近的主轴承温度，导致发动机润滑系统温度也随之提高，因此对高温润滑性能提出越来越高的要求[2-3]。目前，国际上主要的燃气涡轮发动机润滑油的标准为MIL-PRF-7808规格、MIL-PRF-23699规格和SAE AS5780规格。前两项为美国军用航空润滑油标准，后一项为民用航空润滑油标准。MIL-PRF-7808规格为1951年由美国军方颁布，经过多次的修订和发展，目前最新的版本为1997年修订颁布的MIL-PRF-7808L。该标准制定了3 mm2/s和4 mm2/s两个黏度等级的航空润滑油产品，其中4 mm2/s润滑油的高温性能要求高于3 mm2/s润滑油。MIL-PRF-23699规格为1963年由美国军方颁布，主要解决油品高温氧化安定性的问题，要求采用热氧化安定性更好的新戊基多元醇酯为基础油，耐热性好且蒸发损失小。该标准制定了5 mm2/s一个黏度等级的产品，为了能同时满足不同型号、工作条件的飞机使用，根据高温氧化安定性能和防腐蚀性能要求的不同又细分为三个产品标准：标准型、高温氧化安定型和防腐蚀型，目前最新版本为1997年修订颁布的MIL-PRF-23699F。SAE AS5780主要参考MIL-PRF-23699制定，制定了5 mm2/s一个黏度等级的产品，考虑到主要应用于民用飞机的润滑，因此主要分为两个规格产品：标准型和高温氧化安定型，目前最新版本为2013年修订的SAE AS5780B。国内的燃气涡轮航空润滑油标准主要是参考美国相应标准制定，包括两个军用标准和一个民用标准。国军标GJB-135A合成航空润滑油规范主要参考美军标MIL-L-7808制定，涵盖了L型和H型两种产品类别。国军标GJB 1263(航空涡轮发动机用合成润滑油规范)主要参考美国军用MIL-L-23699规范制定，规定了5 mm2/s黏度等级航空涡轮发动机用合成润滑油技术要求试验方法、检验规则、取样、包装、贮运及交货验收规则，适用于以合成油为基础油，并加有抗氧、抗腐蚀、抗磨损等添加剂制成的航空涡轮发动机油合成润滑油。民用航空发动机油标准是由中国民用航空航油航化适航审定中心和中国石化润滑油公司重庆分公司联合起草的《民用航空燃气涡轮发动机润滑油技术规范》，主要参考SAE AS5780规范制定。

1 实验部分

1.1主要试验材料

测试油样：采用性能优异的多元醇酯为基础油，加入高温抗氧抗腐剂、极压抗磨剂等功能添加剂的KAJ780燃气涡轮航空发动机润滑油。

1.2主要试验方法

测试油样在国外第三方实验室进行了主要理化性能测试，国外第三方实验室为美国的ALcor PetroLab实验室和英国的Intertek实验室，这两家实验室均是美国SAE E34组织认可的航空发动机油测试实验室。主要试验方法列于表1。

表1 主要试验方法

2 实验结果与讨论

润滑油是航空发动机的血液，在润滑油的循环系统中，润滑油主要起到润滑相对运动部件和冷却作用。

2.1物理性能

SAE AS5780A标准对燃气涡轮航空润滑油的物理性能做了明确规定，燃气涡轮航空润滑油的100 ℃运动黏度在4.9～5.4 mm2/s之间，要具有良好的低温性能、黏度稳定性、挥发性和抗泡性能，这些指标决定了油品基础油主要物理性能。表2列出了KAJ780燃气涡轮航空润滑油的主要物理性能，可以看出KAJ780具有优异的黏温性能和抗泡性，完全满足SAE AS5780A 标准要求。

表2 KAJ780物理性能

表2(续)

2.2相容性

在SAE AS5780A标准中，对航空润滑油的相容性进行了明确的规定，主要包括两部分内容。第一部分为满足SAE AS5780A标准的不同厂家、不同牌号的润滑油之间的相容性；第二部分为润滑油与航空发动机使用的不同类型的橡胶之间的相容性。表3列出了KAJ780燃气涡轮航空润滑油在国外实验室进行的相容性试验数据，可以看出KAJ780与国外14种不同牌号的燃气涡轮航空润滑油均有良好的相容性，无浑浊；与4种橡胶材质进行试验后质量变化均较小，达到了SAE AS5780A标准要求。

表3 KAJ780的相容性

2.3氧化和腐蚀性

现代燃气涡轮航空器的发展主要以发动机推重比的提高为标志，推重比的提高主要是提高发动机涡轮前的温度。涡轮前温度的提高，直接影响附近的主轴承温度，导致发动机润滑油使用温度也随之提高；同时由于润滑油必须带走发动机中轴承、齿轮、封严装置的摩擦热，发动机热端部件传递的热量，以及封严装置漏入油腔的空气来的热量，因此对高温环境下燃气涡轮航空润滑油的热氧化安定性和腐蚀抑制性提出了苛刻的要求。在SAE AS5780A标准中根据低温、中温和高温测试条件下油品的氧化腐蚀安定性、热腐蚀稳定性和氧化稳定性的差异性要求对标准型和高温氧化稳定型产品进行了区分。表4列出了KAJ780主要的高温氧化和腐蚀性能测试数据，可以看出KAJ780具有非常好的抗氧化性能和抗腐蚀性能，性能满足SAE AS5780A中标准型产品性能要求，接近高温氧化稳定型产品性能要求。

表4 KAJ780热稳定性

表4(续)

表4(续)

2.4极压抗磨性能

燃气涡轮航空润滑油还要满足发动机中轴承、齿轮的承载能力要求，对摩擦表面提供良好的润滑，以减少轴承、齿轮的磨损。表5列出了KAJ780燃气涡轮航空润滑油的承载能力试验数据，图1为WAM摩擦试验后球盘试验件的表面形貌电镜照片。在WAM高速承载试验中，KAJ780表现较好的承载性能，承载能力等级远高于标准要求；WAM磨损试验结束时，球盘试验件表面仍保持有较为完整的油膜，试件表面的磨损量极小，整体性能完全满足SAE AS5780A产品性能要求。

表5 KAJ780油样的承载能力性能

图1 WAM承载实验球盘表面分析

综上所述，KAJ780燃气涡轮航空润滑油表现出优异的黏度稳定性、抗泡性、润滑油相容性、橡胶相容性、高温氧化安定性、抗氧化腐蚀性能和极压抗磨性，产品性能满足SAE AS5780A中标准型产品的主要性能要求。

3 小结

随着我国经济的不断发展，航空市场呈现持续增长的态势。截止2014年年底，国内客机机队规模达到2219架，预计2033年将达到6827架。KAJ780涡轮燃气航空发动机润滑油将具有良好的应用前景。

[1] 方昌德. 航空发动机百年回顾[J]. 燃气涡轮试验与研究，2003, 16(4)： 1-5.

[2] 方昌德.航空发动机的发展前景[J].航空发动机，2004，30(1):1-5.

[3] 姜克娟.美国军用航空涡轮发动机润滑油的发展[J].合成润滑材料，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。

李静，硕士，高级工程师，1999年毕业于四川大学精细化工专业，2014毕业于清华大学化学工程专业，从事轻负荷车用发动机油和航空发动机油的性能研究和产品开发工作，曾公开发表论文10余篇。E-mail:lijing_rhy@petrochina.com.cn