|
|
 |
 |
 |
 |
В связи с развитием гражданской и военной авиации, авиакосмической техники и систем вооружения различного типа, оснащенных реактивными двигателями, актуальна проблема разработки новых видов реактивных топлив.
400
В настоящее время авиация использует главным образом воздушно-реактивные двигатели (ВРД). Принцип работы ВРД основан на непрерывной подаче компрессором топлива в смеси с воздухом в камеру сгорания, процесс горения протекает постоянно.
Газообразные продукты сгорания из камеры сгорания поступают в турбину и осуществляют механическую работу, вращая колеса турбины, от вала которого приводится в движение ротор компрессора и соответствующие насосы. Затем продукты сгорания топлива в виде газового потока проходят реактивное сопло и, расширяясь в нем, создают реактивную силу тяги, необходимую для полета самолета.
В ВРД топливо из баков самолета под небольшим давлением (0,02-0,03 МПа) подается подкачивающим насосом через систему фильтров тонкой очистки к основному топливному насосу-регулятору высокого давления (0,8-1,0 МПа).
Топливо, проходя через форсунки, распыляется в камерах сгорания. Это обеспечивает увеличение поверхности испарения топлива и равномерное распределение его паров по всему объему камеры сгорания двигателя. В турбореактивных двигателях топливо, проходя через топливно-масляный радиатор, снижает температуру смазочного масла и выполняет функцию охлаждающей среды. Кроме того, топливо используют для смазывания деталей топливных насосов. Реактивные топлива должны обладать следующими свойствами:
- - высокой летучестью для обеспечения полноты сгорания;
- - высокой теплотворной способностью, предопределяющей дальность полета самолета;
- - минимальной нагарообразующей способностью;
- - хорошей прокачиваемостью и низкотемпературными свойствами;
- - химической и термоокислительной стабильностью;
- - хорошей совместимостью с материалами - низкими коррозионными свойствами по отношению к металлам и отсутствием воздействия на резиновые технические изделия;
- - противоизносными свойствами, обусловливающими небольшое изнашивание деталей ВРД;
- - антистатическими свойствами, препятствующими накоплению зарядов статического электричества, что снижает опасность воспламенения топлива при заправке летательных аппаратов.
Вполне понятно, что авиационные бензины, которые в основном используются в поршневых авиационных двигателях для малой авиации не подходят к ВРД. В табл. 4.40 приведены данные по пределам температур кипения топлив для различных летательных аппаратов.
401
С увеличением скорости летательных аппаратов возрастает температурный интервал кипения топлив и снижается их испаряемость. Для сверхзвуковых аппаратов регламентируются более высокие температуры начала кипения.
Другое важное требование - высокие объемные теплоты сгорания топлив. Объемные теплоты сгорания зависят от массовой теплоты сгорания и плотности. Наибольшая массовая теплота сгорания у парафиновых углеводородов, наименьшая - у ароматических. При переходе к объемным теплотам ситуация противоположная, вследствие больших плотностей ароматических углеводородов их объемная теплота сгорания больше чем у парафинов. С другой стороны, слишком большое количество ароматических соединений в топливе ведет к увеличению нагарообразования, что снижает летные ресурсы двигателей. Основные характеристики современных отечественных и зарубежных реактивных топлив даны в табл. 4.41, 4.42.
Таблица 4.40
Основные типы реактивных топлив
| Летательные аппараты |
Топлива |
Интервал температур кипения топлива, °С |
| Дозвуковые |
ТС1,РТ,Т1 |
136-156, 250-280 |
| |
Т2 (бензино-керосиновая фракция) |
60-280 |
| Сверхзвуковые |
Т-8В |
165-280 |
| |
Т-6 |
195-315 |
Таблица 4.41
Основные показатели качества зарубежных топлив
| Показатель |
ДжетА (А-1) ASTMD-1655 |
JP-5 |
| Плотность при 20°С, кг/м3, не менее |
775-840 |
775-840 |
| Фракционный состав: |
|
|
| 10% отгоняется при температуре, °С |
204 |
205 |
| 98% отгоняется при температуре, °С |
300 |
300 |
| Высота некоптящего пламени, мм, не менее |
20-25 |
10 |
| Температура начала кристаллизации, °С, не выше |
-47 |
-46 |
| Объемная доля ароматических углеводородов, %, не более |
25 |
25 |
Массовая доля, %, не более:
общей серы |
0,3 |
0,4 |
| меркаптановой серы |
0,003 |
0,001 |
402
Таблица 4.42
Основные показатели качества отечественных топлив
| Показатель |
ТС-1 |
Т-1 |
Т-1С |
Т-2 |
РТ |
Т-6 |
Т-8В |
| Плотность при 20°С, кг/м3, не менее |
780 (775) |
800 |
810 |
755 |
775 |
840 |
800 |
| Фракционный состав: |
|
|
|
|
|
|
|
| температура начала перегонки, °С: |
|
|
|
|
|
|
|
| не ниже |
- |
- |
- |
60 |
135 |
195 |
165 |
| не выше |
150 |
150 |
150 |
- |
155 |
- |
- |
| отгоняется при температуре, °С, не выше: |
|
|
|
|
|
|
|
| 10% |
165 |
175 |
175 |
145 |
175 |
220 |
185 |
| 50% |
195 |
225 |
225 |
195 |
225 |
255 |
Не нормируется |
| 90% |
230 |
270 |
270 |
250 |
270 |
290 |
Не нормируется |
| 98% |
250 |
280 |
280 |
280 |
280 |
315 |
280 |
| Кинематическая вязкость, м2/с, при температуре |
|
|
|
|
|
|
|
| 20°С, не менее |
1,30(1,25) |
1,50 |
1,50 |
1,05 |
1,25 |
<4,5 |
>1,5 |
| -40°С, не более |
8 |
16 |
16 |
6 |
16 |
60 |
16 |
| Низшая теплота сгорания, кДж/кг, не менее < |
13120 (42900 |
) 42900 |
42900 |
43100 |
43120 |
42900 |
42900 |
| Высота некоптящего пламени, мм, не менее |
25 |
20 |
20 |
25 |
25 |
20 |
20 |
| Кислотность, мг КОН/ 100 см3 топлива |
0,7 |
0,7 |
<0,7 |
<0,7 |
0,2-0,7 |
0,4-0,7 |
0,4-0,7 |
| Йодное число, г 12/100 г топлива, не более |
2,5 (3,5) |
2,0 |
2,0 |
3,5 |
0,5 |
0,8 |
0,9 |
| Температура, °С: |
|
|
|
|
|
|
|
| вспышки в закрытом тигле, не ниже |
28 |
30 |
30 |
- |
28 |
62 |
45 |
| начала кристаллизации, не выше |
-60 |
-60 |
-60 |
-60 |
-55 |
-60 |
-50 |
| Содержание осадка, мг/100 см3 топлива |
18 |
35 |
6 |
18 |
6 |
6 |
6 |
| Содержание растворимых смол, мг /100 см3 топлива |
|
|
- |
|
30 |
60 |
|
403
Окончание табл. 4.42
| Показатель |
ТС-1 |
Т-1 |
Т-1С |
Т-2 |
РТ |
Т-6 |
Т-8В |
| Содержание нерастворимых смол, мг/ 100 см3 топлива |
- |
- |
- |
- |
3 |
Отсутствие |
- |
| Содержание (фактических смол, мг /100 см3, не более |
3(5) |
6 |
6 |
5 |
4 |
4 |
4 |
| Массовая доля, %, не более: |
|
|
|
|
|
|
|
| ароматических углеводородов |
22 |
20 |
20 |
22 |
22 |
10 |
22 |
| общей серы |
0,20 (0,25) |
0,10 |
0,10 |
0,25 |
0,10 |
0,05 |
0,1 |
| меркаптановой серы |
0,003 (0,005) |
- |
0,001 |
0,005 |
0,001 |
Отсутствие |
0,001 |
| нафталиновых углеводородов |
- |
- |
- |
- |
1,5 |
0,5 |
2,0 |
| Зольность, %, не более |
0,003 |
0,003 |
0,003 |
0,003 |
0,003 |
0,003 |
0.001 |
| Люминометрическое число, не ниже |
- |
- |
- |
- |
50 |
45 |
50 |
| Термоокислительная стабильность динамическим методом при 150-180°С: перепад давления на фильтре да 5 ч, кПа, не выше |
- |
- |
- |
- |
10 |
10 |
10 |
| Отложения на подогревателе, баллы, не более |
- |
- |
- |
- |
2 |
1 |
1 |
| Взаимодействие с водой, баллы, не более: |
|
|
|
|
|
|
|
| состояние поверхности раздела |
1 |
- |
- |
- |
1 |
1 |
1 |
| состояние разделенных фаз |
1 |
- |
- |
- |
1 |
1 |
1 |
| Удельная электричеекая проводимость, пСм/м: при температуре заправки техники, не менее |
50 |
- |
- |
50 |
50 |
- |
50 |
| при 20°С, не более |
600 |
|
- |
600 |
600 |
- |
600 |
404
Экологичность реактивных топлив определяется содержанием ароматических углеводородов, смол, общей и меркаптановой серы. Современные отечественные топлива по данным показателям не уступают зарубежным. Продукты горения ароматических и се-роорганических соединений способствуют возникновению кислотных дождей и попаданию канцерогенных углеводородов в почву, воду и воздух. Кроме того, предполагают, что серосодержащие продукты горения реактивного топлива способствуют разрушению озонового слоя земной атмосферы. Для снижения содержания серы и ароматических углеводородов в реактивных топливах перспективны процессы гидроочистки соответствующих бензинокеро-синовых фракций.
Для повышения качества реактивного топлива используют присадки к реактивным топливам, следующих основных типов:
- - антистатические;
- - антиокислительные;
- - противоводокристаллизационные;
- - противоизносные.
Как правило, перечисленные выше присадки, за исключением противоводокристаллизационных, вводят непосредственно в процессе производства реактивных топлив на НПЗ.
Антиокислительные присадки. В качестве антиокислительных присадок используются ингибиторы процесса радикального окисления. Присадки вводятся в гидроочищенные топлива, так как при гидрогенизации из топлив выводятся антиокислители - ароматические и алифатические гетероатомные соединения. В России обычно применяют присадку агидол-1 (2,6-ди-трет-бутил-4-метил-фенол) в концентрации 0,003-0,004% масс. Аналогом агидола является присадка ионол, которая не уступает по ингибирующему действию. При применении антиокислительных присадок увеличивается длительность хранения реактивных топлив.
Электростатические присадки. Антистатические присадки повышают электропроводность топлив. За счет повышения электропроводности уменьшается накопление статического электричества и обеспечивается безопасность при заправочных и перекачивающих операциях с реактивным топливом.
Эффект действия электростатических присадок проявляется уже при очень малых концентрациях - около 0,0004% масс. За рубежом регламентированы присадки ДЖЕТ А-1 и ДЖЕТ-В. В России допущена к применению в реактивных топливах присадка сигбол. Оптимальное содержание присадки составляет 0,0001-0,0003%.
405
Присадка сохраняет уровень электропроводности, достаточный для сохранения высоких антистатических свойств топлив при длительном транспортировании и хранении.
Противоизносные присадки. Противоизносные присадки предназначены для восстановления смазочных свойств топлив. В качестве противоизносной используется присадка сигбол и композиция этой присадки с ПМАМ - присадкой на основе полимет-акрилата. Кроме того, используется еще ряд эффективных присадок, например, присадка марки К, полученная на основе нафтеновых кислот.
Противоводокристаллизационные присадки. Предназначены для предотвращения кристаллизации воды в топливах и используются непосредственно в местах заправки летательных аппаратов. В отечественной авиации рекомендованы присадки на основе этилцеллюлозы (жидкость И), тетрагидрофурфурилового спирта и их смеси с метанолом (И-М, ТГФ-М).
- Какие углеводородные системы относятся к реактивным топливам?
- Перечислите основные классы реактивных топлив.
- Каким путем улучшаются экологические свойства реактивных топлив?
- Назовите присадки, используемые для улучшения качества реактивных топлив.
406
|
 |
 |
 |
 |
|
