А.М. Соловйов, О.Я.Кузнєцова, Ж.М.Нетреба

Порівняльний аналіз вмісту органічних сполук у складі гідравлічних рідин АМГ-10 та FH-51

Національний Авіаційний Університет

На сьогодні в цивільних авіапідприємствах України робоча рідина АМГ-10, яка застосовувалася раніше багато років, ще за радянських часів і, яку й зараз застосовують та виробляють в Росії замінена на «Гідронікойл» FH-51, що виробляється французькою фірмою «НІКО». На підставі багаторічних досліджень хімічний склад гідравлічної рідини АМГ-10 узгоджений з властивостями ущільнюючих матеріалів в конструкції гідравлічної системи літака, з температурними і навантажувальними режимами її роботи. До того ж рідина АМГ-10 налаштована на використання в гідравлічних системах літаків типу АН і Ту, які на сьогодні ще складають український парк літаків. Стосовно «Гідронікойл» FH-51, вона призначена для використання в літаках типу Боїнг, якими в основному, насичений парк літаків закордонних держав. Відомо з прайсів виробника, що «Гідронікойл» FH-51 мінеральна гідравлічна рідина і за своїм хімічним складом та показниками якості є аналогом робочої рідини АМГ-10. Однак, наскільки відомо авторам, спеціальні дослідження щодо встановлення та ідентифікації хімічного складу гідравлічної рідини «Гідронікойл» FH-51 не проводилися. Проте відомо, що експлуатаційні властивості гідравлічної рідини зумовлені її хімічним складом, тобто кожен клас вуглеводнів відповідає за певну групу експлуатаційних властивостей.

У зв’язку з цим виникає наукова задача дослідити хімічний склад гідравлічної рідини «Гідронікойл» FH-51 та порівняти з хімічним складом АМГ-10, з метою прогнозування їхнього поводження під час експлуатації в гідросистемі літака.

Для визначення методом мас-спектрометрії структурно-групового складу досліджуваних зразків товарних гідравлічних рідин FH-51 та АМГ-10 спочатку їх необхідно розділити на окремі фракції. Методом атмосферно-вакуумної розгонки за ГОСТ 2177-66 зразок товарної гідравлічної рідини АМГ-10 розділявся на такі зразки для подальшого дослідження: першу та другу фракції. Перша фракція - це фракція, яка відбиралася при атмосферному тиску 760 мм рт.ст. від початку кипіння (ПК) до появи димності. Надалі цей зразок будемо позначати так: «перша фракція ПК - 272˚С». Температура початку кипіння (ПК) товарного зразка АМГ-10 становила 208˚С, що відповідає вимогам ГОСТ 6794-75 на цю рідину (не вище 210 ˚С). Друга фракція – це фракція, яка відбиралася під вакуумом при тиску 1 мм рт.ст. до появи димності, і надалі позначається так: «друга фракція 240 – 330˚С».

Аналогічно було отримано зразки для дослідження гідравлічної рідини FH-51. Зразок цієї товарної рідини також розділявся для подальшого дослідження на зразки: першу та другу фракції. Перший так само має назву «перша фракція ПК - 285˚С», другий – «друга фракція 285 – 354˚С». Виявилось, що температура початку кипіння (ПК) товарного зразка рідини FH-51 становить 80˚С, що не відповідає вимогам стандарту «Сертификат качества на авиационную гидравлическую жидкость ГИДРОНИКОЙЛ FH-51» на цю рідину (не вище 210 ˚С). Зниження температури ПК обумовлене наявністю в ній води кількістю 65 ппм. Проте, за сертифікатом якості МО-10-001А на рідину FH-51 максимальний вміст води на місці виробництва може становити 100 ппм.

Результати мас-спектрального аналізу перших фракцій обох гідравлічних рідин подано на рис.1. Результати дослідження структурно-групового складу першої фракції товарних зразків гідравлічних рідин АМГ-10 і FH-51 показують, що ці фракції складаються з парафіно-нафтенових вуглеводнів. При цьому, в зразку рідини FH-51: - парафінів у 2,8 рази менше; - нафтенів на 8,7 % мас. більше; - ароматичних вуглеводнів у 4 рази більше.

Нафтени першої фракції рідини АМГ-10 складають: мононафтени – 21,9 % мас.; бінафтени – 23,5 % мас.; тринафтени – 7,0 % мас.; тетрацикліни – 0,4 % мас.

Нафтени першої фракції рідини FH-51 складають: мононафтени – 19,8 % мас.; бінафтени – 30,9 % мас.; тринафтени – 10,0 % мас.; тетрацикліни – 0,8 % мас.

Результати мас-спектрального аналізу другої фракції обох гідравлічних рідин подано на рис.1. Результати дослідження структурно-групового складу другої фракції товарних зразків гідравлічних рідин АМГ-10 і FH-51 показують, що ці фракції також складаються з парафіно-нафтенових вуглеводнів. При цьому, у зразку рідини FH-51: - парафінів у 2 рази більше; - нафтенових вуглеводнів суттєво більше, майже в 5 разів; - ароматичних вуглеводнів також суттєво більше, в 21 раз.

Нафтени другої фракції рідини АМГ-10 складають: мононафтени – 5,1 % мас.; бінафтени – 4,5 % мас.; тринафтени – 2,7 % мас.; тетрацикліни – 0,5 % мас. Нафтени другої фракції рідини FH-51 складають: мононафтени – 19,1 % мас.; бінафтени – 26,6 % мас.; тринафтени – 14,2 % мас.; тетрацикліни – 3,0 % мас.

На рис. 2 подано результати досліджень групового складу ароматичних вуглеводнів першої і другої фракцій робочих рідин АМГ-10 і FH-51. До складу ароматичних вуглеводнів першої фракції гідравлічної рідини АМГ-10 входять: алкілбензоли в кількості 0,5 % мас.; мононафтенбензоли – 0,2 % мас.; дінафтенбензоли – 0,1 % мас.

До складу ароматичних вуглеводнів першої фракції гідравлічної рідини FH-51 входять: алкілбензоли в кількості 2,0 % мас.; мононафтенбензоли – 0,9 % мас.; дінафтенбензоли – 0,3 % мас. Ароматичні вуглеводні другої фракції робочої рідини АМГ-10 складають: алкіл бензоли – 0,14 % мас.; мононафтенбензоли – 0,05 % мас.; дінафтенбензоли – 0,01 % мас. Склад ароматичних вуглеводнів другої фракції рідини FH-51: алкілбензоли – 2,3 % мас.; мононафтенбензоли – 1,1 % мас.; дінафтенбензоли – 0,8 % мас.

Результати дослідження групового складу ароматичних вуглеводнів обох фракцій товарних зразків гідравлічних рідин АМГ-10 і FH-51 показують, що зразок рідини
FH-51 містить алкілбензолів, мононафтенбензолів та дінафтенбензолів більше практично в п’ять і десять разів відповідно.

Таким чином, дослідження першої фракції товарного зразка гідравлічної рідини АМГ-10 показало, що вуглеводневою основою цієї гідравлічної рідини є гасово-лігроїнова нафтова фракція, до складу якої входять ізопарафінові вуглеводні (19,6 %), нафтенові вуглеводні (52,8 %), ароматичні вуглеводні (0,8%). Очевидно, що вуглеводнева основа рідини АМГ-10 виготовлена із застосуванням процесів глибокої депарафінізації і деароматизації і відповідає вимогам ГОСТ 6794–75 на цю рідину.

Аналіз результатів дослідження товарного зразка рідини FH-51 показав, що вона виготовлена також на мінеральній основі із застосуванням процесів депарафінізації і деароматизації. Рідина FH-51 є аналогом рідини АМГ-10, але вуглеводневий склад першої фракції товарного зразка рідини FH-51 суттєво відрізняється від зразка АМГ-10: нижчий вміст ізопарафінових вуглеводнів (АМГ-10 - 19,6 %; FH-51 - 6,9 %); вищий вміст нафтенових вуглеводнів (відповідно 52,8 % і 61,5 %); та значно вищий вміст ароматичних вуглеводнів (відповідно 0,8 % і 3,2 %).

Аналіз результатів дослідження другої фракції товарних зразків рідин АМГ-10 і FH-51 показав ще більшу відмінність у структурно-груповому складі досліджуваних зразків: у зразку АМГ-10 зменшився вміст ізопарафінових, нафтенових і ароматичних вуглеводнів, тоді як у зразку FH-51 вміст цих груп вуглеводнів збільшився, особливо вміст ароматичних вуглеводнів (АМГ-10 - 0,2 %; FH-51 - 4,2 %). Також до складу гідравлічної рідини FH-51 входить високомолекулярний згущувач.

Отримані результати досліджень доводять суттєву відмінність хімічного складу товарних гідравлічних рідин FH-51 і АМГ-10. Звичайно, що цей факт підтверджує припущення авторів про те, що поводження цих рідин під час експлуатації має суттєво відрізнятися. Одним з перших доказів такого припущення є встановлене експериментально низьке значення температури початку кипіння (ПК) рідини FH-51, порівняно з вимогами сертифікату якості, за рахунок підвищеного вмісту води. Оскільки досліджуваний зразок рідини FH-51 було взято з непошкодженої ємності відповідно до вимог відбору зразків у посуд, спеціально підготовлений для зберігання зразку, випливає висновок про підвищену гігроскопічність цієї рідини. Більш того, згідно з сертифікатом якості гідравлічна рідина FH-51, яка містить води до 100 ппм, вважається кондиційною. Як відомо, підвищення вмісту води в гідравлічній рідині знижує її окислювальну стабільність.

Наступним доказом можна вважати більший вміст у гідравлічній рідині FH-51 нафтенових вуглеводнів, що має зменшувати її термоокислювальну стабільність. У свою чергу, більший вміст у гідравлічній рідині FH-51 ароматичних вуглеводнів має зменшувати як її термоокислювальну стабільність, так і спричиняти згубний вплив на ущільнюючі матеріали в агрегатах гідравлічної системи літака.

Література

1. Соловйов А.М., Нетреба Ж.М., Кузнєцова О.Я. Аналіз сучасного стану системи контролю якості гідравлічних рідин. – К.: Вісник НАУ, № 1, 2006 р. – C.118-121.

2. Полякова А.А. Молекулярный масс-спектральный анализ нефтей. – М.: Недра, 1973. – 184 с.

3. Закупра В.А., Крыгина П.М., Рыбалкин В.М., Танасов И.И. Ускоренная жидкостная хроматография масел в производстве сульфонатных присадок // Химия и технология топлив и масел. – 1988. – № 9. – С.35–38.

4. Будзикевич Г., Джерасси К., Уильямс Д. Интерпретация масс-спектров органических соединений. – М.: Мир, 1966. – 324 с.

5. Химия нефти и газа / Под ред. В.А.Проскурякова, А.Е.Драбкина. – «Химия», Л., 1989. – 422 с.

Рис. 1. Вміст вуглеводнів в першій та другій фракціях гідравлічних рідин АМГ10 та FH-51

Рис. 2. Вміст ароматичних вуглеводнів в першій та другій фракціях гідравлічних рідин АМГ10 та FH-51

Надіслана до редакції 01.07.2008.р