Вся электронная библиотека >>>

 Топливо и смазки >>>

    

 

Топлива, смазочные материалы, технические жидкости


Раздел: Техника

   

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 направляются 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, распиливается 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 топ- ливомасляный радиатор, снижает температуру смазочного масла, т. е. выполняет функцию охлаждающей среды. Помимо это- то, топливо используют и для смазывания трущихся детален топливных иасосов. Кроме того, изменяя подачу топлива с помощью топливорегулирующей аппаратуры, регулируют скорость полета самолета.

Основные свойства реактивных топлив, обеспечивающие нормальную работу двигателя:

хорошая испаряемость для обеспечения полноты сгорания; высокие полнота и теплота сгорания, предопределяющие дальность полета самолета;

хорошие прокачиваемость и низкотемпературные свойства для обеспечения подачн 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 н отсутствие воздействия на резиновые технические изделия;

хорошие противоизносные свойства, обусловливающие небольшое изнашивание деталей топливной аппаратуры.

Свойства

Испаряемость. Испаряемость является одной из важнейших характеристик реактивных топлив. Она влияет на пределы устойчивого горення топлива, полноту сгорания, нагарообразова- ние в камере сгорания двигателя, бесперебойную работу топливных насосов и склонность к образованию паровых пробок в топливной системе самолетов в условиях высотных полетов.

От испаряемости топлнв зависит запуск двигателя и потери топлива от испарения при полетах на больших высотах.

Реактивные топлива имеют более широкий диапазон температур выкипания, чем топлива другого назначения. Для ВРД используют топлива различного фракционного состава: для дозвуковой авиации — типа керосина с пределами выкипания от 130—140 °С до 250—280 °С (топлива ТС-1, РТ, Т-1) и широкого, фракционного состава (60—280 °С), представляющее собой бен- зино-керосиновую фракцию (топливо Т-2), и для сверхзвуковой авиации — топлива Т-8В, выкипающее в пределах 165—280 °С, и Т-6 с пределами выкипания от 195 до 315 С.

Облегчение фракционного состава реактивных топлнв, как н бензинов,, положительно сказывается на запуске двигателя, улучшает условия сгорания топлива, повышает эффективность горения н стабильность пламени, улучшает его низкотемпературные свойства (снижается температура начала кристаллизации), увеличивает ресурсы топлива. Наряду с этим при облегчении фракционного состава реактивных топлнв увеличивается опасность образования паровых пробок в топливной системе самолета, ухудшается работа топливного насоса (возникает кавитация), повышаются потерн топлива от испарения» понижаетси объемная теплота его сгорания и ухудшаются протнвоизносные свойства. Улучшение испаряемости топлива, достигаемое при облегчении era фракционного состава, повышает скорость испарения распылнваемой струн топлива н способствует расширению пределов воспламеняемости на бедных смесях. Утяжеление фракционного состава реактивных топлнв позволяет увеличить их объемную теплоту сгорания н ресурсы и улучшить протнвоизносные свойства, а также снизить потерн от испарения, но одновременно повышает склонность топлива к нагарообразованню, снижает полноту испарения и, как следствие, полноту сгорания, ухудшает низкотемпературные свойства..

Снижение степени влияния испаряемости реактивных топлив на работу двигателя достигается чисто конструктивными мерами, что позволяет использовать на реактивных двигателях топлива, различные по испаряемости. При этом температура начала кипения топлива характеризует прежде всего его склонность к образованию паровых пробок в топливной системе, а также пусковые свойства, температура выкипания 10% (об.)—пусковые свойства, а 98% (об.) —полноту испарения, определяющую • полноту сгорания топлива.

Учитывая аэродинамический нагрев топлнва в баках самолета, имеющий место при их сверхзвуковом полете, во избежание образования паровых пробок в топливной системе, регламентируются более высокие значения температуры начала кипения топлив, предназначенных для сверхзвуковых самолетов.

Полнота н теплота сгорания реактивных топлнв. С понижением полноты сгорания топлива склонность его к нагарообразованню в двигателе возрастает. Нагар отлагается на сопле форсунки, на стенках камеры сгорания, на лопатках турбины. Нага- рообразование в двигателе крайне нежелательно. Отложения нагара на форсунках изменяют форму струи распыливаемого топлива, вследствие чего ухудшаются условия его распыливания и испарения, а также нарушается распределение температур' вдоль пространства сгорания. Нагарообразование на лопатках турбины вызывает их децентрирование и выход из строя. Частицы нагара, отделяясь от стенок камеры сгорания и вместе с газами попадая на лопатки турбины, вызывают их эрозию.

Наличие в пламени сажистых частиц (продуктов неполного сгорания топлива) вызывает его свечение, что связано с излучением тепла пламенем, приводящим к повышению температуры стенок камеры сгорания, местному их короблению и прогару.

В качестве показателей, характеризующих горение реактивных топлив, используют: высоту некоптящего пламени и люми- иометрическое число. Кроме того, склонность реактивных топлив к нагарообразованию в двигателе и свечению пламени оценивают по содержанию в них ароматических и нафталиновых углеводородов.

Комплексом методов квалификационной оценки реактивных, топлив предусмотрено определение их склонности к нагарообразованию на однокамерной установке.

Значения люминометрического числа реактивных топлив и высота их некоптящего пламенн зависят от углеводородного и фракционного составов топлива. Наиболее низкие значения этих показателей имеют ндфхалцновые, нафтено-ароматические к моноциклические ароматические углеводороды, а наиболее высокие, снижающиеся с увеличением молекулярной массы и разветвлением молекулы, — парафиновые. Склонность реактивных топлив к нагарообразованию в значительной мере определяется конструкцией камеры сгорания двигателя.

Удельный расход топлива в реактивных двигателях определяет дальность полета самолета. Он снижается с увеличением полноты сгорания топлива, а также с повышением низшей теплоты его сгорания. Для различных условий эксплуатации самолетов более важное значение имеет массовая, либо объемная теплота сгорания. Так, поскольку объем топливных баков для дозвуковой авиации строго не ограничен, основное значение имеет массовая теплота сгорания. В сверхзвуковых самолетах, где объем топливных баков жестко лимитирован, превалирующее значение приобретает объемная теплота сгорания. Для всех марок реактивных топлив стандартами и техническими условиями регламентируется массовая теплота сгорания. Значения объемной теплоты сгорания топлива регламентируют косвенно» так как она представляет собою произведение массовой теплоты сгорания топлива на его плотность. Для топлив, предназначенных для сверхзвуковой авиации, необходимо иметь более высокие значения объемной теплоты сгорания. Поэтому плотность таких топлив устанавливается на более высоком уровне, чем топлив для дозвуковой авиации.

Теплота сгорания топлив определяется углеводородным сос- тавом ( 1.7). Массовая теплота сгорания обусловливается отношением водорода и углерода (Н/С): наибольшее для парафиновых и наименьшее для ароматических углеводородов. По мере увеличения молекулярной массы парафиновых углеводородов, т. е. повышения их температуры кипения, массовая теплота сгорания снижается, а для ароматических углеводородов, если увеличение их молекулярной массы имеет место за счет боковых алкнльиых групп, наоборот, повышается.  7 иллюстрирует зависимость массовой теплоты сгорания углеводородов от их строения.

Объемная теплота сгорания углеводородов зависит от их массовой теплоты сгорания и от плотности. Ароматические углеводороды имеют наиболее высокие значения плотности, особенно нафталиновые, их объемная теплота сгорания существенно выше, чем нафтеновых и парафиновых углеводородов. В отличие от массовой теплоты сгорания плотность углеводородов одной н той же молекулярной массы зависит от строения углеводородов, поэтому значения объемной теплоты сгорания изомеров равной молекулярной массы могут заметно различаться. На  8 представлена зависимость объемной теплоты сгорания углеводородов от их плотности и строения.

Прокачиваемость — способность бесперебойной подачи топлива в строго определенном объеме. Прокачиваемость реактивных топлнв при их перекачках и заправке самолетов, а также по топливной системе самолета и двигателя, включая фильтруе- мость через фильтры, определяется в основном вязкостью топлив, наличием в них примесей и воды, а также образованием паровых пробок в топливной системе самолета (см. выше).

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

Отрицательные последствия высокой вязкости топлива проявляются ие только для топлив, предназначенных для дозвуковой авиации, но и для топлив сверхзвуковых самолетов при перекачках н заправке, в условиях взлета и набора высоты, а

также в тех случаях, когда температура топлива не успевает повыситься, например при аэродинамическом нагреве фюзеляжа самолета прн сверхзвуковом полете. Степень повышения вязкости с понижением температуры зависит от исходной вязкости топлива, причем чем выше его вязкость при положительной температуре, тем резче оиа возрастает при снижении температуры, т. е. тем круче вязкостио-температуриая кривая. Такая зависимость особенно заметно проявляется у ароматических углеводородов и в меньшей степени — у парафиновых, н прежде всего малоразветвленных и нормального строения.

Конструктивное оформление топливных систем самолетов и двигателей различно, поэтому их нормальная работа может лимитироваться разными значениями вязкости топлива. Как правило, вязкость реактивных топлив регламентируют прн двух температурах: +20 и —40°С. Для всех реактивных топлнв, кроме топлива Т-6, во избежание повышенного износа топливной аппаратуры, ограничивают нижний предел вязкости при 20 °С. Ограничение вязкости при 20°С для топлива Т-6 по верхнему пределу обусловлено вязкостно-температурной зависимостью, определяющей максимальное значение вязкости этих топлив при —40°С. На  9 представлена вязкостно-температурная зависимость для реактивных топлнв различных марок.

В виде твердой фазы в топливах могут содержаться кристаллы углеводородов, преимущественно парафиновых, н льда, а также механические прнмесн, представляющие собой продукты коррозионного воздействия топлив на конструкционные материалы. В топливо при его прохождении по топливной системе двигателя могут попасть твердые вещества, образующиеся при окислении нагретого топлива. 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.

Реактивные топлива, получаемые из нефтей парафинового основания и содержащие в связи с этим повышенное количество «-парафиновых углеводородов по сравнению с топливами, вырабатываемыми из нефтей нафтенового основания, при одинаковом фракционном составе имеют более высокие температуры начала кристаллизации. Ранее, согласно стандарту, температура начала кристаллизации реактивных топлив не должна была превышать —60 °С. Для обеспечения такой температуры начала кристаллизации реактивных топлив, получаемых из нефтей парафинового основания необходимо было снижать конец их кипения. Этим обстоятельством, прежде всего, и объясняется более низкий конец кипения топлива ТС-1 (не выше 250 °С), получаемого, как правило, из сернистых па- рафинистых нефтей, по сравнению с топливами других марок. Многолетний опыт переработки нефтей парафинового основания показал, что для получения топлива ТС-1 с температурой начала кристаллизации не выше —60 °С приходится снижать конец кипения их до 220—240 °С.

 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, дальности 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 от —5 до +17°С, после 5-ти 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 — минус 42 в расходном баке самолета ТУ-154 и минус 48 "С в расходных баках, питающих крайние двигатели самолета ИЛ-62М. Температура топлив, предназна- ченных для сверхзвуковых самолетов, в полете повышается, и только при их заправке, а также при взлете и наборе высоты она равна температуре окружающей среды.

Реактивные топлива необходимо вырабатывать с большим запасом по температуре конца кипения, чтобы обеспечить температуру начала кристаллизации не выше —60 °С. Повышение 1н.кр до —55° и тем более до —50°С позволит получать реактивные топлива с более высокой температурой конца кипения, а следовательно, увеличит их ресурсы. Одновременно увеличится плотность топлива и объемная теплота сгорания. Приведенные ниже данные иллюстрируют изменение потенциального содержания реактивных топлив в нефти при повышении температуры начала кристаллизации:

Кристаллы льда могут образовываться в реактивных топливах при отрицательных температурах в результате замерзания воды, присутствующей в топливе в эмульсионном или раство- реииом состоянии либо конденсирующейся из воздуха на поверхности топлива. Кристаллы льда могут также попадать в топливо извне в виде ииея, осыпающегося со стеиок резервуаров и баков самолета. При подаче топлива по топливной системе самолета кристаллы льда задерживаются иа топливном фильтре и, накапливаясь, вначале частично, а затем полностью забивают его, и подача топлива в камеру сгорания нарушается или прекращается.

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 в них воды возрастает и тем в большей степени, чем выше температура топлива ( 12).

Для предотвращения образования кристаллов льда и растворения инея в них вводят антиводокристаллизационные присадки (до 0,3% в зависимости от температуры топлива) непосредственно на местах применения. В качестве таких присадок широко используют этилцеллозольв (жидкость «И»), тетрагид- рофурфуриловый спирт (ТГФ) и их 50% -е смеси с метанолом (присадки И-М и ТГФ-М). Их вводят преимущественно в зимнее время, а летом — в тех случаях, когда продолжительность полета самолета превышает 5 ч и топливо успевает охладиться до отрицательных температур.

Механические примеси или микрозагрязнения в реактивных топливах в условиях эксплуатации авиационной техники могут: засорять и заклинивать прецизионные пары топливорегулирую- щей 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 имеет место: на нефтеперерабатывающих предприятиях (примеси, попадающие из нефти в процессе ее переработки, продукты коррозии оборудования), при транспорте (продукты коррозии стенок железнодорожных цистерн, загрязнения, попадающие в цистерны из воздуха при наливе и сливе топлива), иа аэродромных складах горючего (продукты коррозии стальных и оцинкованных внутренних поверхностей складского оборудования, продукты износа перекачивающих средств, почвенная пыль и влага из окружающего воздуха при «больших» и «малых» дыханиях резервуаров), в баках и топливной системе самолета (пыль из воздуха при заправке открытым способом, и путем создания избыточного давления воздухом, в топливных баках во время полета, при взлете и посадке, продукты коррозии конструкционных материалов топливной системы и твердые продукты окисления топлива, а также ингредиенты резиновых технических изделий и герметиков, вымываемых из иих топливом).

Состав механических примесей в топливах иепостояиеи 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, А1 и Na. Органическая часть загрязнений (от 22 до 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. В зависимости от исходной степени загрязнения топлива в топливорегулирующую систему двигателя поступает от 0,42 до 9,2 г/т механических примесей. Наличие механических примесей определяется визуально (отсутствие) либо гравиметрическим методом (ГОСТ 10577—78), при этом их содержание в отгружаемом с завода топливе не должно превышать 0,003%.

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 гетероатом- ных соединений (серо-, кислород- и азотсодержащих). Среди этих соединений присутствуют природные антиоксиданты, обладающие антиокислительными свойствами, в условиях умеренных (до 50—60 °С) температур, например некоторые сульфиды, и соединения с повышенной склонностью к окислению, например меркаптаны. Однако при нагреве топлив до 100 "С и выше

эффективность природных антиоксид а нтов резко снижается, w топлива окисляются с образованием соединений, растворимых в топливе и выпадающих из него в виде смолистых вещеста и твердых осадков. 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), Н9 и природные антиоксид анты, 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 к углеводороды с третичным атомом углерода в молекуле. Первичными продуктами окисления, как правило, являются гидро- пероксиды, которые быстро, особенно при повышенных температурах, подвергаются дальнейшему окислению с образованием; растворимых в топливе кислородсодержащих соединений нейтрального и кислотного характера.

Столь же интенсивно окисляются реактивные топлива, полученные с использованием других гидрогенизационных процессов (гидрокрекинг, глубокое гидрирование, гидродеароматиза- ция и гидродепарафинизация). Несмотря на то, что при окислении реактивных топлив, полученных гидрогенизационны- ми процессами, твердые осадки не образуются, длительному хранению и применению такие топлива не подлежат. Это связано с тем, что образующиеся гидропероксиды разрушают резиновые технические изделия и герметики, используемые в топливной системе самолетов, а кислотные продукты корроди^ руют конструкционные материалы. Для повышения химической стабильности гидрогенизационных реактивных топлив (РТ„ Т-8В, Т-6) в них на местах производства вводят антиоксидант — ионол (2,б-ди-трет-бутил-4-метилфенол) в концентрации 0,003—- 0,004%. В таких концентрациях он полностью предотвращает окисление гидрогенизационных топлив и хранить их можно а течение 10 лет. Высокую эффективность ионол сохраняет и при повышенных температурах (до 150—160°С), в связи с чем все гидрогенизационные реактивные топлива с содержанием 0,003— 0,004% ионола обладают высокой термоокислительной стабильностью. Степень окисления гидроочищенного реактивного топлива при его.хранении в течение «50 сут при 60°С иллюстрируется следующими данными (числитель — для топлива бе» присадки, знаменатель — для топлива с добавкой 0,003% ио- нола)

Оценивают термоокислительную стабильность реактивных топлив в статических и динамических условиях. В комплексе методов квалификационной оценки для топлив ТС-1 и Т-Г установлены менее жесткие по сравнению с топливами РТ, Т-8В и Т-6 нормы по термоокислительной стабильности, определяемой как в статических условиях (масса осадка, прибор ТСРТ-2, ГОСТ 11802—66), так и в динамических (перепад давления на фильтре и отложения на трубке, установка ДТС-1, ГОСТ 17751—72); это свидетельствует о достаточно низком их качестве по этому показателю

Косвенным показателем, характеризующим термоокислительную стабильность реактивных топлив, является содержание в них фактических смол (по массе остатка в стаканчике после испарения топлива в струе воздуха или водяного пара). В зависимости от марки топлива их содержание не должно- превышать 3—6 мг/100 см3.

Удаление гетероатомных соединений из прямогонных топлив с помощью гидроочистки существенно повышает их термоокислительную стабильность. Введение в топливо предварительно- выделенных адсорбционным методом из него гетероатомных соединений резко ухудшает его термоокислительную стабильность ( 13). Окисление топлив при повышенных температурах ускоряется за счет каталитического воздействия металлов и сплавов, применяемых для изготовления топливных агрегатов, особенно меди, бронзы и латуни ( 14). Наиболее «опасная> температурная зона (140—190°С), в пределах которой масса осадков, образующихся при окислении топлив, и скорость забивки ими фильтров максимальные — от 140 до 190 °С ( 15).

Совместимость с материалами. Реактивные топлива при их хранении, транспорте 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 способ^ ны оказывать и продукты сгорания реактивных топлив.

Различают три вида коррозии, обусловленной воздействием реактивных топлив в жидкой фазе: химическую, электрохимическую и биохимическую. Химическая коррозия протекает при непосредственном химическом взаимодействии коррозионно-активных веществ, содержащихся в топливе, в первую очередь с цветными металлами или сплавами, из которых изготовлены детали агрегатов топливной системы двигателя. Степень коррозионного воздействия топлива зависит от характера и количества гетероатомных соединений, содержащиеся в топливе, температуры и продолжительности контакта топлива с материалами и их составом.

Химическая коррозия металлов и сплавов обусловливается, прежде всего, наличием в реактивных топливах активных гетероатомных соединений (меркаптанов) и кислородсодержащих соединений кислотного характера. Кроме того, в топливе, полученном гидроочисткой, возможно присутствие очень кор- розиоино-агрессивных сероводорода и свободной серы. Последняя вызывает интенсивную коррозию роторов топливных насосов, изготовленных из бронзы, но ие воздействует на другие детали топливной аппаратуры, цинковые или кадмиевые покрытия. Коррозионный процесс вначале сопровождается «разъ- едаиием> поверхности бронзы, затем на ней образуются значительные коррозионные отложения черного цвета — сульфид меди. Эти отложения в последующем откалываются от поверхности и скапливаются в топливе в виде осадка, забивающего затем фильтрующие элементы, проходные сечения топливных регуляторов, форсунок и других деталей.

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

Наибольшему коррозионному воздействию меркаптанов подвергаются медь и ее сплавы. С повышением температуры коррозионная агрессивность меркаптанов возрастает, особенно в отношении бронзы. При йовышеиных (>150°С) температурах коррозию конструкционного материала могут вызывать не только меркаптаны, но н продукты их окисления — сульфокислоты, причем более интенсивно.

Ввиду нысокой коррозионной агрессивности меркаптанов, их содержание в реактивных топливах строго ограничивается.

Осиовиан масса соединений серы, содержащихся в реактивных топливах, полученных прямой перегонкой сернистых иефтей (сульфиды, дисульфиды, тиофены и тиофаны), не вызывает коррозии топливной аппаратуры двигателей при температурах 100—140 °С, ио при температурах >150 "С сульфиды расщепляются с образованием коррозиоиио-активных соединений — меркаптанов и сероводорода, а при >200 °С — дисульфидов и тиофанов.

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 ие подвергаются.

Электрохимическая коррозия материалов реактивными топливами имеет место при наличии в них иерастворениой или эмульсионной воды, выпадающей из топлива при его охлаждении. Наиболее сильно электрохимическая коррозия проявляется в отношении низколегированной стали, из которой изготавливают складские резервуары, а также бронзы ВБ-23НЦ (ее применяют для изготовления роторов топливных насосов вместо бронзы ВБ-24, очень чувствительной к коррозионному воздействию меркаптанов). Стальные детали топливных агрегатов изготовляют из легированных сталей, менее чувствительных к электрохимической коррозии.

Электрохимическая коррозия стенок и диа резервуаров и выполненных из «тали деталей топливных агрегатов проявляется в виде отдельных пятен ржав

чины, местных потемнений н 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. Электрохимическая коррозия наиболее опасна для кадмиевых покрытий, ранее широко- используемых при изготовлении различных деталей топливной системы двигателя.

Наличие в реактивном топливе эмульсионной воды при повышенных температурах (40—50°С) является 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 н бактерии. При этом наблюдается- разрушение полимерных защитных покрытий топливных отсеков и питтииговая коррозия на поверхности алюминия, иногда настолько глубокая, что топливо просачивается и обнаруживается на поверхности крыла. Активная жизнедеятельность микроорганизмов проявляется в тропических зонах, где высокие- температуры сочетаются с большой влажностью воздуха. Для предотвращения жизнедеятельности микроорганизмов за рубежом при применении реактивных топлив в тропических странах в них вводят биоцидные присадки.

При 800 °С коррозионная стойкость хромоиикелевых сталей, используемых для изготовления лопаток газовой турбины, при наличии S02 в продуктах сгорания падает. При более высоких температурах под действием S02 никель, входящий в состав стали, образует сульфид, который способствует развитию межкристаллитиой коррозии, а отлагаясь иа поверхности, он образует с ияке- лем легкоплавкую эвтектику (температура плавления 625 °С), в месте образования которой металл плавится и выгорает, в результате чего образуются- очаги коррозии.

Скорость газовой коррозии и температура, при которой она начинается, зависит от содержания серы в топливе:

Содержание серы в топливе, %      0,01 0,015 0,07 0,13 0,1£

Скорость коррозии, г/(м2 ч)           0,75 1,25 2,10 4,90 4,90>

Температура начала коррозии, °С 1040 1030 1015 965 960

Содержание меркаптанов в реактивных топливах жестко регламентируют в виду того, что они способствуют интенсивной химической коррозии, общее содержание серы строго ограничивают из-за опасности газовой коррозии.

Наличие ванадия в реактивном топливе приводит к газовой коррозии лопаток турбины. Он может присутствовать в виде сложных высокомолекулярных азотсодержащих соединений — порфиринов (более типично наличие этих соединений в газотурбинном и котельном топливах). Соединения натрия могут попадать в топливо с пылью из окружающего воздуха или вследствие недостаточной промывки топлива водой после его щелочной очистки, применяемой в отдельных случаях для снижения кислотности топлива или удаления из него сероводорода. К низкоплавким соединениям относится и оксид молибдена М0О3, образующийся при сгорании топлив, содержащих его соединения. Наличие порфиринов возможно в топливах, полученных прямой перегонкой нефти; соединения молибдена, а также кобальта, никеля и цинка могут попасть в реактивные топлива, прошедшие обработку в присутствии катализаторов, содержащих эти элементы. В комплексе методов квалификационной оценки реактивных топлив предусмотрено спектральное определение перечисленных элементов и установлено предельн» допустимое их содержание (не более 10-5%).

Воздействие реактивных топлив на резиновые технические изделия, применяемые в топливной системе самолетов и двигателей (манжеты, втулки, прокладки и т. д.), и герметики,, приводящие к их старению (потеря эластичности и формы,, появление трещин и выкрашивание), отмечается в присутствии гидропероксидов — продуктов окисления топлив. Природные антиокислители (например, в прямогонных топливах) или введенные в гидрогенизационные топлива (ионол) предотвращают окислительные процессы в топливах, тем самым и воздействие топлив на резиновые технические изделия и герметики. Можно применять более стойкие к окислению резины. В соответствии с комплексом методов квалификационной оценки степень воздействия топлива на резиновые технические изделия и тиоколовые герметики оценивают по пределу прочности и относительному удлинению резины, ее работоспособности» а также изменению твердости герметика.

Противоизиосные свойства. В процессе эксплуатации реактивных двигателей возможен повышенный износ деталей и узлов агрегатов топливной аппаратуры, связанный с трением, абразивным воздействием топливной среды и кавитацией.

Повышенный износ леталей топливных насосов-регуляторов (качающего узла и регулирующей части) увеличивает зазор в прецизионных парах и приводит к утечке топлива через зазоры, при этом снижается производительность насосов и изменяется режим работы двигателя. Эксплуатация двигателя нарушается и в результате заклинивания плунжерных и золотниковых пар насоса из-за попадания в них продуктов износа. Износ сфер плунжеров топливных насосов-регуляторов плунжерного тнпа, установленных на двигателях большинства типов самолетов,— наиболее характерный дефект. Поверхность сфер срабатывается вплоть до образования заусенцев на краях поверхности плунжера и скалываний. Чрезмерный износ сфер плунжеров; приводит к снижению максимальной производительности насоса, неравномерности подачи топлива и дополнительным нагрузкам, сокращающим срок службы насоса-регулятора.

Износ трущихся деталей и узлов агрегатов топливной аппаратуры предотвращается при надежной смазке, осуществляемой самим топливом. В связи с этим топливо должно обладать- хорошими смазывающими, или протнвонзносными свойствами,, обеспечивающими длительный ресурс топливной аппаратурьг реактивных двигателей.

Противоизносные свойства предусмотрено контролировать комплексом методов квалификационной оценки н испытаниями по 1 этапу. Топливо однократно прокачивают на серийном и ас осе-регуляторе НР-21Ф-2 на типичных: эксплуатационных режимах н нагрузках в диапазоне температур от 20—40 до- 120 "С. Противоизносные свойства топлива определяют по средней величине износа сферы 9-ти плунжеров и беговой дорожкн наклонной шайбы. Вначале иснытаиии ироводили поэтапно по 5 ч общей продолжительностью 100 ч, при: этом на одно испытание расходовалось 120 т топлива. В настоящее времи за счет ужесточения режима испытаний их продолжительность составляет 50 <г и расход топлива 27 т.

Оценивают противоизносные свойства на модельных установках: на лабораторном стенде с узлом трения на основе иасоса-регулятора НР-21Ф-2" (дли топлив всех марок), на приборах УПС-01 и ПСГ-2 и на стенде СИССТ-1 (только дли гидрогенизационных топлив).

Наиболее эффективно улучшают противоизносные свойства реактивных топлив гетероатомные соединения кислотного характера (частично удаляемые при защелачивании), что подтверждается данными  1.8 для топлива ТС-1.

Топливо, получаемое прямой перегонкой нефти и имеющее кислотность не более 0,7 мг КОН/100 см3 (максимально допустимая величина) защелачиванию не подвергается.

При вязкости реактивных топлив, изменяющейся в пределах 1,26—1,98 мм2/с при 20 °С, она практически не влияет на их противоизносные свойства ( 17). Это объясняется, прежде всего, отмеченным выше существенным влиянием на противоизносные свойства реактивных топлив содержащихся в них гетероатомных соединений, а также малым различием вязкос- тей таких топлив при повышенных температурах (100—120 °С), имеющих место при использовании реактивных топлив на резальной топливной аппаратуре ( 18). Прн вязкости реактивного топлива менее 1,26 мм2/с при 20 "С его противоизносные свойства заметно ухудшаются.

Влияние на износ сфер плунжеров температуры топлива иллюстрируют зависимости, представленные на  19 (реактивное топливо прокачивалось через насос-регулятор НР-21Ф-2 в течение 100 ч).

На топливе, обладающем низкими противоизиосиыми свойствами, основной износ имеет место иа «горячих» этапах, когда вязкостные свойства всех топлив, за исключением Т-6, сближаются. Но и иа «холодных» этапах основное влияние иа износ сфер плунжеров оказывает ие вязкость топлива, а содержащиеся в нем гетероатомиые соединения и их характер. Особенно сильно их влияние проявляется при испытаниях топлив Т-1 и РТ, износ сфер плунжеров иа которых за 100 ч испытаний, включая «горячие» этапы, составил 0,10 и 0,05 мм соответственно. В топливе Т-1 содержится 60—120 мг/100 мл адсорбционных смол, в топливе ТС-1 — 10—60 мг/100 мл, а в гидроочищеи- ном топливе — до 20 мг/100 мл. Топливо РТ содержит 0,003% присадки «К», вводимой в гидрогенизациоиные топлива для улучшения их противоизиосиых свойств.

Существенное влияние вязкости реактивных топлив на их иротивоизносные свойства проявляется при ее значении при 20*С более 4 мм2/с (что соответствует ж 1,0 мм2/с при 120°С). Это характерно для топлива Т-6, вырабатываемого по ГОСТ 12308—80. Износ сфер плунжеров за 100 ч испытаний на этом топливе не превышает 0,15—0,20 мм. Вязкость топлива Т-6, выпускаемого по ТУ 38 101629—82 (^3,5 мм2/с), не обеспечивает требуемых противоизиосиых свойств.

Степень износа сфер плунжеров зависит от материала, из которого они изготовлены ( 1.9). Сталь Х12М более износоустойчива, чем сталь ХВГ, поэтому в последнее время плунжеры изготавливают из стали Х12М.

Таким образом, хорошие противоизносные свойства реактивных топлив обусловливаются, прежде всего, наличием в них «

гетероатомных соединений, часть которых, особенно соединения кислотного характера, обладает поверхностно-активными свойствами. С этой точки зрения нежелательно удалением топлив гетероатомных соединений. Однако последние при повышенных температурах (^100°С) легко окисляются с образованием осадков, т. е. являются основной причиной низкой термоокислительной стабильности реактивных топлив, получаемых прямой перегонкой нефти. Для ее улучшения, а часто и для обес- серивания прямогонные топлива подвергают гидроочистке. В результате ухудшаются их противоизносные свойства и химическая стабильность. Поэтому в реактивные топлива, получаемые гидроочисткой и другими гидрогенизационными процессами, вводят кроме антиокислителя противоизносную присадку. Наиболее эффективной является присадка «К» в концентрации 0,002—0,004%. При такой концентрации кислотность топлив, полученных с использованием гидрогенизационных процессов, не превышает 0,7 мг КОН/100 см3, что не сказывается •отрицательно на других эксплуатационных свойствах топлив. Износ сфер плунжеров насосов-регуляторов при их испытаниях в течение 100 ч на гидрогенизационных топливах различных марок, содержащих 0,002—0,004% присадки «К», составляет в среднем 0,02—0,05 мм, т. е. не превышает 0,1 мм.

Косвенно противоизносные свойства регламентируются кислотностью, нижний предел которой для топлив РТ, Т-8В и Т-6 /по ТУ 38 101560—80), составляет 0,4 мг КОН/ЮО см3.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Топлива, смазочные материалы, технические жидкости

 

Смотрите также:

 

ЛАЗЕРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ - перспективные...

2) Ракетный двигатель с лазерным нагревом рабочего тела (РТ).
осуществляться при помощи воздушно-реактивного двигателя с лазерным.

 

Блеск и нищета первого ракетного чудовища. Реактивные...

Ракетный самолет после выработки топлива на большой скорости планирует на
Успешно прошли испытания на стрельбу необычными реактивными снарядами...

 

Ракетно-космический моделизм. Модели космических ракет

Ракетно-планерные модели (категория S-4). Такие ракеты еще называют ракетопланами, это крылатые ракеты.

 

Последние добавления:

 

КАВКАЗСКИЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ВОДЫ