Реактивные
топлива
Современная авиация в основном оснащена
воздушно-реактивными двигателями (ВРД). В этих двигателях топливо в
камеру сгорания подается непрерывно, и вследствие этого процесс
горения протекает постоянно. Лишь для запуска двигателя используют
постороннее зажигание. Также непрерывно поступает в камеру сгорания
ВРД и воздух (требуемый для сжигания топлива), предварительно сжатый
и нагретый в компрессоре. Газообразные продукты сгорания из камеры
сгорания поступают в турбину, где часть тепловой энергии
превращается в механическую работу вращения колеса турбины, от вала
которого приводится в движение ротор компрессора, а также топливный
и масляный насосы. После турбины продукты сгорания топлива в виде
газового потока проходят реактивное сопло и, расширяясь в нем,
создают реактивную силу тяги, с помощью которой и осуществляется
полет 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). С помощью
последнего топливо, проходя через форсунки, распыливается в камерах
сгорания в нагретый и сильно завихренный воздушный поток, что
обеспечивает увеличение поверхности испарения топлива и равномерное
распределение его паров по всему объему камеры сгорания
двигателя. В турбореактивных двигателях топливо, проходя через
топливо-масляный радиатор, снижает температуру смазочного масла,
т.е. выполняет функцию охлаждающей среды. Помимо этого, топливо
используют и для смазывания деталей трения топливных насосов. Кроме
того, изменяя подачу топлива с помощью топливорегулирующей
аппаратуры, регулируют скорость полета самолета.
Основные свойства реактивных
топлив:
- хорошая испаряемость для обеспечения полноты сгорания;
- высокие полнота и теплота сгорания, предопределяющие дальность
полета самолета;
- хорошие прокачиваемость и низкотемпературные свойства для
обеспечения подачи топлива в камеру сгорания;
- низкая склонность к образованию отложений, характеризуемая
высокой химической и термоокислительной стабильностью;
- хорошая совместимость с материалами: низкие
противокоррозионные свойства по отношению к металлам и отсутствие
воздействия на резиновые технические изделия;
- хорошие противоизносные свойства, обусловливающие небольшое
изнашивание деталей топливной аппаратуры;
- антистатические свойства, препятствующие накоплению зарядов
статического электричества, что обеспечивает пожаробезопасность
при заправке летательных аппаратов.
Основная электризация происходит на фильтрах,
особенно на фильтрах тонкой очистки. Электризация топлива при
фильтрации может возрастать в 200 раз. Поэтому с повышением
требований к чистоте топлива, т.е. с увеличением тонкости фильтрации
опасность воспламенения топливо-воздушных смесей от разрядов
статического электричества значительно возрастает. Существуют
различные технические способы защиты от статического электричества:
нейтрализаторы, азотирование воздушных подушек над топливом,
антиэлектризующие фильтры. Однако они лишь локально решают
проблему. Единственным способом, обеспечивающим и
гарантирующим безопасность прокачки топлив и заправки
авиатехники и танкеров, является применение антистатических
присадок.
Ассортимент, качество и состав
реактивных топлив
Реактивные топлива вырабатывают для самолетов
дозвуковой авиации по ГОСТ 10227-86 и для сверхзвуковой авиации по
ГОСТ 12308-89. Согласно ГОСТ 10227-86 предусмотрено производство
пяти марок топлива: ТС-1, Т-1, Т-1С, Т-2 и РТ. По ГОСТ 12308-89
производят две марки топлива: Т-6 и Т-8В. Массовыми топливами в
настоящее время практически являются топлива двух марок: ТС-1
(высшего и первого сортов), РТ (высшей категории
качества). Основное сырье для производства массовых реактивных
топлив - среднедистиллятная фракция нефти, выкипающая в пределах
температур 140-280°C. Топливо ТС-1. В зависимости от
качества перерабатываемой нефти (содержания меркаптанов и общей серы
в дистиллятах) топливо получают либо прямой перегонкой, либо в смеси
с гидроочищенным или демеркаптанизированным компонентом (смесевое
топливо). Содержание гидроочищенного компонента в смеси не должно
быть более 70 % во избежание значительного снижения противоизносных
свойств. Гидроочистку используют, когда в керосиновых дистиллятах
нефти содержание общей и меркаптановой серы не соответствует
требованиям стандарта, демеркаптанизацию - когда только содержание
меркаптановой серы не соответствует требованиям стандарта. Из
процессов демеркаптанизации практическое применение в нашей стране и
за рубежом нашел процесс "Мерокс" и его модификации. В процессе
"Мерокс" общее количество серы не уменьшается, при этом содержащиеся
в дистиллятах меркаптаны окисляются в дисульфиды кислородом воздуха
в присутствии специального катализатора. Процесс идет в щелочной
среде. Топливо Т-1 продукт прямой перегонки малосернистых
нефтей нафтенового основания с пределами выкипания 130-280 °С.
Содержит большое количество нафтеновых кислот и имеет высокую
кислотность, поэтому его подвергают защелачиванию с последующей
водной промывкой (для удаления образующихся в результате
защелачивания натриевых мыл нафтеновых кислот). Наличие
значительного количества гетероатомных соединений, в основном
кислородсодержащих, обусловливает, с одной стороны, относительно
хорошие противоизносные свойства и достаточно приемлемую химическую
стабильность топлива, с другой - низкую термоокислительную
стабильность. Длительный опыт применения топлива Т-1 в авиации
показал, что вследствие его низкой термоокислительной стабильности
имеют место повышенные смолистые отложения в двигателе НК-8,
установленном на основных типах самолетов гражданской авиации
(ТУ-154, ИЛ-62, ИЛ-76), в результате чего резко (почти в 2 раза)
сокращаются сроки службы двигателя. Производство топлива Т-1 очень
ограничено, и его вырабатывают только по первой категории
качества. Топливо Т-2 (первой категории качества) -
продукт прямой перегонки широкого фракционного состава, выкипающий
при температуре от 60 до 280 °С; содержит до 40 % бензиновой
фракции, что обусловливает высокое давление его насыщенных паров и
низкие вязкость и плотность. Повышенное давление насыщенных
паров топлива Т-2 создает опасность образования паровых пробок в
топливной системе самолета, что ограничивает высоту его полета.
Низкая вязкость обусловливает плохие противоизносные свойства
топлива, что ограничивает срок службы топливных агрегатов, а низкая
плотность ограничивает дальность полетов. Топливо Т-2 является
резервным по отношению к топливам ТС-1 и РТ. Топливо РТ
получают, как правило, гидроочисткой прямогонных дистиллятов с
пределами выкипания 135-280 °С. В качестве сырья для гидроочистки
используют дистилляты, из которых нельзя получить топливо ТС-1 из-за
повышенного сверх нормы содержания общей и меркаптановой
серы. При гидроочистке из нефтяного дистиллята удаляются
агрессивные и нестабильные соединения, содержащие серу, азот и
кислород, при этом повышается термическая стабильность, как было
указано ранее, и снижается коррозионная агрессивность
топлива. Для улучшения пониженных в результате применения
гидрогенизационных процессов химической стабильности и
противоизносных свойств в топливо вводят антиокислительные и
противоизносные присадки. При переработке малосернистых
западно-сибирских нефтей топливо РТ может быть получено прямой
перегонкой с введением антиокислительной и противоизносной присадок
для сохранения высокого уровня эксплуатационных
показателей. Топливо РТ полностью соответствует требованиям,
предъявляемым к реактивным топливам высшей категории качества, и
находится на международном уровне, превосходя его по отдельным
эксплуатационным свойствам. Оно имеет высокие противоизносные
свойства, химическую и термоокислительную стабильность, не
агрессивно в отношении конструкционных материалов, практически не
содержит меркаптанов и содержит менее 0,02 % общей серы, может
храниться до 10 лет без изменения качества и полностью обеспечивает
ресурс работы двигателя. Топливо Т-6 получают, применяя
процессы глубокого гидрирования. Топливо Т-8В получают из
дистиллятов прямой перегонки нефти с применением процесса
гидроочистки. При переработке малосернистых нефтей топливо может
быть получено прямой перегонкой нефти. В топливо Т-6 и Т-8В для
улучшения химической стабильности и повышения противоизносных
свойств вводят присадки: антиокислительную Агидол-1 - 0,003-0,004 %
(мас. доля) и противоизносную "К" - 0,002-0,004 % (мас. доля). Характеристики
реактивных топлив, предназначенных для сверхзвуковой авиации, -
топлив Т-6 и Т-8В, вырабатываемых по ГОСТ 12308-80, приведены в
таблице.
Характеристики реактивных
топлив |
Показатели |
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 норм. |
90 % |
230 |
270 |
270 |
250 |
270 |
290 |
Не норм. |
98 % |
250 |
280 |
280 |
280 |
280 |
315 |
280 |
Кинематическая вязкость, мм2/с, при
температуре: |
20 °С, не менее |
1,30(1,25) |
1,50 |
1,50 |
1,05 |
1,25 |
<4,5 |
>,5 |
-40 °С, не более |
8 |
16 |
16 |
6 |
16 |
60 |
16 |
Низшая теплота сгорания, кДж/кг, не менее |
43120(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 I2/100 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 |
Термоокислительная стабильность в статических условиях при
150 °С, не более: |
содержание осадка, мг/100 см3
топлива |
18 |
35 |
6 |
18 |
6 |
6 |
6 |
содержание растворимых смол, мг/100 см3
топлива |
- |
- |
- |
- |
30 |
60 |
- |
содержание нерастворимых смол, мг/100 см3
топлива |
- |
- |
- |
- |
3 |
Отс . |
- |
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 |
0,10 |
меркаптановой серы |
0,003(0,005) |
- |
0,001 |
0,005 |
0,001 |
Отс . |
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 |
0,003 |
Люминометрическое число, не ниже |
- |
- |
- |
- |
50 |
45 |
50 |
Термоокислительная стабильность динамическим методом при
150-180 °С: |
перепад давления на фильтре за 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 электрическая проводи мость,
пСм/м: |
при температуре заправки техники, не
менее |
50 |
- |
- |
50 |
50 |
- |
50 |
при 20 °С, не более |
600 |
- |
- |
600 |
600 |
- |
600 |
Давление насыщенных паров, гПа не более, |
- |
- |
- |
133 |
- |
- |
- |
* В скобках приведены значения показателей
для ТС-1 первого сорта, отличные от значений для высшего
сорта. |
Примечания. 1. Для всех топлив: содержание
сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, мыл нафтеновых
кислот, механических примесей и воды - отсутствие; испытание
на медной пластинке при 100 °С в течение 4 ч -
выдерживает. 2. Удельная электрическая проводимость
нормируется только для топлив, содержащих антистатическую
присадку "Сигбол". 3. Топлива ТС-1 высшего и первого сорта,
Т-2 и РТ, предназначенные для применения во всех климатических
зонах, за исключением района I 1 (по ГОСТ 16350-80),
допускается вырабатывать с температурой начала кристаллизации
не выше -50 °С. Допускается применять в климатическом районе I
1 (ГОСТ 16350-80) топлива ТС-1 и РТ с температурой начала
кристаллизации не выше -50 °С при температуре воздуха у земли
не ниже -30 °С в течение 24 ч до вылета. Топливо для
применения в климатическом районе I 1 с температурой начала
кристаллизации не выше -55 °С (РТ) и -60 °С (ТС-1)
вырабатывают по требованию потребителей. 4. Топливо Т-1С
предназначено для специального потребления. 5. В топливе
после длительного хранения (более 3 лет) допускается
отклонение от норм, указанных в таблице:
по кислотности - на 0,1 мг КОН/ 100 см3 топлива; по содержанию
фактических смол - на 2 мг/100 см3 топлива; по количеству
осадка при определении термоокислительной стабильности в
статических условиях - на 2 мг/100 см3
топлива. |
Отечественные марки топлив не уступают по качеству
топливам других стран, а по некоторым показателям превосходят
их.
|
| |
|