Реактивное топливо

Влияние массовой (кДж/кг) и объемной (кДж/л) теплот сгорания реактивных топлив на относительную дальность полета самолета иллюстрируют данные, приведенные в табл. 1.14 (за I00 % принята дальность полета на топливе Т-1, образец I).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прокачиваемость

 

 Способность бесперебойной подачи топлива в строго определенном объеме. Прокачиваемость реактивных топлив при их перекачках и заправке самолетов, а также прохождение по топливной системе самолета и двигателя, включая фильтруемость через

2. Влияние низшей теплоты сгорания на дальность полета

Марка топлива	Плотность, кг/м3	Теплота сгорания		Дальность
		103 кДж/кг	103 кДж/л	полета, %
Т-1: образец 1 образец 2 ТС-1	810 800 775	42,8 42,8 42,8	35,5 34,2 33,2	100 98,8 95,6

 

фильтры, определяется в  основном вязкостью топлив, наличием в них примесей и воды, образованием паровых пробок в топливной системе самолета (см. выше).

При положительных температурах вязкость реактивных топлив не лимитирует их прокачиваемость. При охлаждении вязкость топлив возрастает и может достичь значений, при которых нормальная заправка самолетов топливом и его подача в двигатель могут быть нарушены. Прокачка высоковязких топлив по топливной системе самолета и двигателя сопровождается высокими гидравлическими потерями, уменьшением подачи подкачивающих топливных насосов, нарушением нормальной работы топливорегулирующей аппаратуры, снижением давления впрыска топлива и ухудшением качества его распыливания в камере сгорания, т.е. снижением полноты сгорания.

Отрицательные последствия  высокой вязкости топлива проявляются не только для топлив, предназначенных для дозвуковой авиации, но и для топлив сверхзвуковых самолетов при перекачках и заправке, в условиях взлета и набора высоты, а также в тех случаях, когда температура топлива не успевает повыситься, например, при аэродинамическом нагреве фюзеляжа самолета при сверхзвуковом полете.

Так как конструктивное оформление топливных систем самолетов и  двигателей различно, их нормальная работа может лимитироваться разными значениями вязкости топлива. Как правило, вязкость реактивных топлив регламентируют при двух температурах: +20 и -40 °С. Для всех реактивных топлив, кроме топлива Т-6, во избежание повышенного износа топливной аппаратуры, ограничивают нижний предел вязкости при 20 "С.

В виде твердой фазы в  топливах могут содержаться механические примеси, представляющие собой продукты коррозионного воздействия топлив на конструкционные материалы, или твердые вещества, образующиеся при окислении нагретого топлива.

При низкой температуре в  топливе могут содержаться кристаллы  льда или может наблюдаться выпадение  кристаллов углеводородов из топлив при их охлаждении, что обусловлено  ограниченной растворимостью в топливах н-парафиновых углеводородов. Наличие твердой фазы в топливе отражается, прежде всего, на его фильтруемости, определяемой как размерами частиц твердой фазы, так и величиной пор Фильтрующего элемента и конструкцией фильтра.

Температура, при которой  из реактивных топлив выделяются ^кРисталлы н-парафиновых углеводородов — температура начала кристаллизации — зависит от содержания и температуры плавления н-парафиновых углеводородов.

Реактивные топлива, получаемые из нефтей парафинового основания и содержащие в связи с этим повышенное количество н-парафиновых углеводородов по сравнению с топливами, вырабатываемыми из нефтей нафтенового основания, при одинаковом фракционном составе имеют более высокую температуру начала кристаллизации. Этим обстоятельством, прежде всего, и объясняется более низкая температура конца кипения топлива ТС-1 (не выше 250 °С), получаемого, как правило, из сернистых парафинистых нефтей.

Максимально допустимая температура  начала кристаллизации реактивных топлив обусловлена условиями их применения и конструкцией топливной системы самолетов. На самолетах с дозвуковой скоростью полета топливо охлаждается во время полета, и степень охлаждения зависит от исходной температуры топлива, длительности и высоты полета (температуры окружающей среды), а также от места расположения топливных баков (фюзеляжные, крыльевые или консольные, подвесные).

При заправке самолетов топливом, имеющим температуру в пределах -5...+I7 "С, после 5-часового полета самолета температура топлива снижалась максимум до -35 "С. Более низкие значения минимальной температуры топлива были зафиксированы при полетах самолетов ИЛ- 62М и ТУ-154 на внутрисоюзных линиях 42 °С в расходном баке самолета ТУ-154 и -48 °С'в расходных баках, питающих крайние двигатели самолета ИЛ-62М. Температура топлив, предназначенных для сверхзвуковых самолетов, в полете повышается, и только при их заправке, а также при взлете и наборе высоты она равна температуре окружающей среды.

Кристаллы льда могут образовываться в реактивных топливах при отрицательных температурах в результате замерзания воды, присутствующей в топливе в эмульсионном или растворенном состоянии, либо конденсирующейся из воздуха на поверхности топлива. Кристаллы льда могут также попадать в топливо извне в виде инея, осыпающегося со стенок резервуаров и баков самолета. При подаче топлива по топливной системе самолета кристаллы льда задерживаются на топливном фильтре и, накапливаясь, вначале частично, а затем полностью забивают его, и подача топлива в камеру сгорания нарушается или прекращается. Забивка фильтров кристаллами льда зависит от содержания воды в топливе и размера пор самолетных фильтров:

Размер пор фильтров, мкм 12-16 20-30 40-50 100

Содержание Н₂О, при котором фильтры забиваются кристаллами льда, % (мае. доля) 0,0020 0,0035 0,0065 0,0100

Растворимость воды в топливах зависит от их углеводородного и  фракционного состава и от температуры. Наибольшую растворимость имеют ароматические углеводороды и наименьшую — парафиновые; с увеличением молекулярной массы углеводородов растворимость воды в них понижается и наиболее интенсивно в ароматических углеводородах. С повышением температуры топлив растворимость воды в них возрастает и тем в большей степени, чем выше температура топлива. Для предотвращения образования кристаллов льда в процессе эксплуатации самолета применяют антиводокристаллизационные присадки.

Механические примеси  или микрозагрязнения в реактивных топливах в условиях эксплуатации авиационной техники могут засорять и заклинивать прецизионные пары топливорегулируюшей аппаратуры, забивать топливные фильтры и форсунки, способствовать увеличению отложений в агрегатах топливных систем, повышать абразивный износ деталей топливных агрегатов, усиливать коррозию топливного оборудования, оказывать каталитическое воздействие на окисление топлива в зонах повышенных температур, способствовать накоплению статического электричества при перекачках и фильтровании топлива.

Загрязнение топлива механическими  примесями может иметь место  на нефтеперерабатывающих предприятиях (примеси, попадающие из нефти в процессе ее переработки, продукты коррозии оборудования), при транспортировании (продукты коррозии стенок железнодорожных цистерн, загрязнения, попадающие в цистерны из воздуха при наливе и сливе топлива), на аэродромных складах горючего.

Состав механических примесей в топливах непостоянен и определяется источниками загрязнений. В состав неорганической части (62-74 %) входят продукты коррозии и износа (Fe, Sn, Си, Ti, Mn, Cd), почвенная пыль, в которой присутствуют Si, Са, Mg, AI и Na. Органическая часть загрязнений (22-30 %) состоит из смолистых веществ, твердых продуктов окисления топлив, ингредиентов резиновых технических изделий и герметиков и в основном содержит углерод, кислород и водород. Механические примеси включают до 4-8 % воды. Для удаления воды и загрязнений топлива фильтруют на нефтеперерабатывающих предприятиях, в аэродромных условиях и в топливной системе самолетов.

 

 

 

 

Склонность  к образованию отложений

 

Отложения в реактивных топливах — это продукты различного характера, образующиеся в результате окислительных  процессов, которые протекают в  топливе при разных температурах. В реактивных топливах практически  нет непредельных углеводородов, и  склонность их к окислению при  температуре окружающей среды, имеющей место при длительном хранении топлив, или их химическая стабильность обусловливается степенью окисления углеводородов других классов, а также наличием в них гетероатомных соединений (серу-, кислород- и азотсодержащих). Склонность топлив к окислению при повышенных температурах с образованием таких продуктов, прежде всего осадков, характеризуется термоокислительной стабильностью".

Термоокислительная стабильность прямогонных реактивных топлив улучшается при удалении из них гетероатомных соединений в результате гидроочистки. Однако при гидроочистке из топлива удаляется не только основная масса соединений серы (меркаптаны — полностью), но и природные антиоксиданты, в результате химическая стабильность топлива ухудшается: повышается склонность его к окислению в условиях хранения и при повышенных температурах. Степень окисления гидроочищенных топлив определяется их углеводородным составом; наиболее склонны к окислению нафтено- ароматические углеводороды и углеводороды с третичным атомом углерода в молекуле. Первичными продуктами окисления, как правило, являются гидропероксиды, которые быстро, особенно при повышенных температурах, подвергаются дальнейшему окислению с образованием растворимых в топливе кислородсодержащих соединений нейтрального и кислотного характера.

Несмотря на то что при окислении реактивных топлив, полученных гидрогенизанионными процессами, твердые осадки не образуются, длительному хранению и применению такие топлива (без присадок) не подлежат. Это связано с тем, что образующиеся гидропероксиды разрушают резиновые технические изделия и герметики, используемые в топливной системе самолетов, а кислотные продукты корродируют конструкционные материалы.

 

Используемый в стандартах на реактивные топлива термин «термическая стабильность» является условным, так  как при отсутствии кислорода  топлива при температурах до 200-250 °С разложению не подвергаются.

 

 

 

 

 

 

 

 

Совместимость с материалами

 

Реактивные топлива при  их хранении, транспортировании и  применении могут корродировать

материалы (металлы и сплавы), воздействовать на резиновые технические  изделия и герметики, применяемые  в топливной системе самолетов. Коррозионное воздействие на стенки камеры сгорания и лопатки газовой турбины или газовую коррозию способны оказывать и продукты сгорания реактивных топлив.

Коррозионная агрессивность  топлива зависит от характера и количества гетероатомных соединений, в том числе серусодержащих, температуры и

продолжительности контакта топлива с материалами.

 

 
Рис. 1.1, Зависимость термоокислительной стабильности (но массе осадка m₄ при окислении в бомбе) реактивных топлив от температуры:

1 — ТС-1; 2 — Т-1: и 4 — соответственно ТС-1 и Т-1 в присутствии бронзы.

 

Влияние свободной серы и  меркаптанов на коррозионную агрессивность реактивных топлив при 120 °С иллюстрируется следующими данными:

     Топливо…………………………                                    ТС-1                                              Т-2

Содержание серы/меркаптанов, %..0,001/0,002  0,001/0,003  0,004/0,002         0,004/0,003

     Коррозия бронзы  ВБ-23НЦ, г/…………0,5                0,8                  7,2                          6,5

 

Наибольшему коррозионному  воздействию меркаптанов подвергаются медь и ее сплавы. С повышением температуры коррозионная агрессивность меркаптанов возрастает. Ввиду высокой коррозионной агрессивности меркаптанов их содержание в реактивных топливах строго ограничивается.

Под влиянием органических кислот, содержащихся в топливах, в  большей степени корродируют медь и ее сплавы, затем цинк, магний и низколегированные стали. Алюминий и дюралюминий кислотной коррозии не подвергаются.

Электрохимическая коррозия материалов реактивными топливами  имеет место при наличии в  них нерастворенной или эмульсионной воды, выпадающей из топлива при его охлаждении.

Электрохимическая коррозия стенок и днища резервуаров и  выполненных из стали деталей  топливных агрегатов проявляется  в виде отдельных пятен ржавчины, местных потемнений и незначительных по глубине очагов. Коррозия сталей сопровождается образованием мелкодисперсных коричневых частиц, состоящих в основном из гидроксида железа. Эти твердые частицы находятся во взвешенном состоянии, но, оседая, могут забить фильтры и топливные агрегаты, а также заклинить плунжерные пары топливных насосов.

Наличие в реактивном топливе  эмульсионной воды при повышенных температурах (40-50 °С) является также причиной биохимической коррозии, обусловленной присутствием в топливе микроорганизмов. Максимальный рост микроорганизмов, как правило, наблюдается на поверхности раздела воды и топлива. Наиболее характерна биохимическая коррозия для топливных отсеков, на стенках которых обнаруживается коричневый слизистый осадок, представляющий собой микрозагрязнения топлив, воду и бактерии. При этом наблюдается разрушение полимерных защитных покрытий топливных отсеков и питтинговая коррозия на поверхности алюминия, иногда настолько глубокая, что топливо просачивается и обнаруживается на поверхности крыла.