Особенности сертификации ГСМ

Топливо_1 1 1. ОСОБЕННОСТИ СЕРТИФИКАЦИИ ГСМ.

     Современный летательный аппарат должен соответствовать  высокому уровню безопасности полетов  и экологическим требованиям по защите окружающей среды и охране здоровья человека.

     На  протяжении многих лет были выработаны механизмы прохождения процедур сертификации в авиационной промышленности [1]. Так планер и двигатель сертифицируют на соответствие нормам летной годности, которые содержат минимальные государственные требования для обеспечения безопасности полетов. Экипаж летательного аппарата сертифицируется на соответствие указаниям Руководства по летной эксплуатации.

     Для усиления гарантий в области обеспечения  стабильности качества изделий на протяжении всего периода их производства и эксплуатации сертификации подвергается вся система управления качеством, в том числе исходное сырье, полуфабрикаты, горюче-смазочные материалы (ГСМ) и технологии.

     Безопасность  полетов летательных аппаратов  во многом определяется качеством ГСМ. Качество ГСМ - это свойство, определяющее пригодность их использования по назначению [2].

     Горюче-смазочными материалами являются топливо, присадки к топливам, масла и смазки, специальные  жидкости. Круг проблем касающихся обеспечения безопасности полетов через повышение надежности и качества, применяемых в летательном аппарате ГСМ весьма большой, поэтому в данном учебном пособии будут рассмотрены проблемы, связанные с хранением, транспортированием, применением и эксплуатацией реактивных топлив.

     Особенностями топлив является изменение их свойств  при транспортировании, хранении и эксплуатации. В связи с этим процедуры обеспечения соответствия топлива нормативным требованиям значительно отличаются от общепризнанных процедур сертификации продукции.

     Дистелированая вода Дистиллированная вода 

      Производители топлива обязаны обеспечивать соответствие выпускаемых топлив стандарту, в котором установлен ряд показателей, характеризующих свойства топлива.

     В результате научно-технических поисков  и решений в Российской Федерации  в ЦИАМ разработана номенклатура реактивных топлив, принятая для использования в авиации, с разделением на основные и дублирующие и резервные марки, .ОСТ100317-91 «Топливо для газотурбинных двигателей самолетов и вертолетов. Марки и назначение» Каждый тип реактивного топлива производится в соответствии с требованиями государственных стандартов |3].

     В настоящее время основными марками  авиационных топлив в нашей стране являются ТС-1, РТ (ГОСТ-10227), Т-8В и Т-6 (ГОСТ-12308), см. табл. 1. [4].

     Топливо ТС-1 - это массовое реактивное топливо для дозвуковой и сверхзвуковой авиации с ограниченной продолжительностью сверхзвукового полета. Оно вырабатывается прямогонным и смесевым способами. В последнем случае ь- прямогонную фракцию нефти добавляется гидроочищенный компонент.

     Топливо РТ - гидроочищенное. Оно полностью удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к топливу ГС-1, и может заменять его. Вместе с тем, будучи более термостабильным, чем топливо ТС-1. оно допускает нагрев в топливной системе силовой установки летательного аппарата до более высоких температур и поэтому может применяться в теплонапряженных двигателях самолетов с увеличенной продолжительностью сверхзвукового полета, в течение которого вследствие аэродинамического нагрева возможно значительное повышение температуры топлива в баках самолета.

     Топливо Т-8В вырабатывается с применением  гидрогенизационных процессов (гидроочистки, гидрокрекинга). Это топливо по сравнению с топливами ТС-1 и РТ имеет повышенную плотность (не менее 0.8 вместо не менее 0.77? г/см у топлив ТС-1 и РТ) и утяжеленный фракционный состав. Топливо Т-8В предназначено для применения и сверхзвуковых самолетах с большой продолжительностью сверхзвукового полет.

     Топливо Т-6 - иысокотермостабильное, имеет плотность  не менее 0,84 г/см' и низкое давление насыщенных паров. Эти качества определяют применение топлива Т-6 на высокоскоростных самолетах с большей продолжительностью сверхзвукового полета. Вырабатывается с применением технологии глубокого гидрирования и гидрокрекинга.

     В    качесгве    резервной    марки    топлива    в    особый    период    может    вырабатываться    топливо    Т-2 щирокофракционное прямогонное реактивное топливо с плотностью не менее 0.755 г/см', давлением насыщенных паров по ГОСТ 1757 не более 13 кПа (100 мм рт. ст.), выкипающее в диапазоне температур 70-280°С. Благодаря более широком}, чем у топлива ТС-1, фракционному составу топливо Т-2 имеет по сравнению с топливом ТС-1 в 1,3 - 1,8 раза больший выход из нефти.

Топливо Т-2 с определенными ограничениями  может применяться вместо топлив ТС-1, РТ и Г-8В.

     Разработчики  государственных стандартов на топливо  устанавливают количество и пределы  изменения значений показателей свойств топлива, исходя из необходимости, обеспечить требуемое для летательных аппаратов качество топлива. Однако в связи с тем, что показателей, характеризующих свойства топлива много, экономически не целесообразно включать их все в стандарты, поскольку это повлечет за собой огромные расходы на проведение лабораторных исследований свойств топлива у производителей. Как правило, в стандарт включают показатели, характеризующие состав топлива, физико-химические свойства топлива и важнейшие показатели, характеризующие )ксплу;,тацгюнпые свойства топлива.

      На  практике же чаете состояние топлива необходимо оценивать и по другим показателям, не включенным в стандарты, кроме того, при транспортировании, хранении и эксплуатации свойства топлива меняются, поэтому возникает необходимость в дублировании и проведении дополнительных исследований состояния топлива непосредственно перед его применением. Временной фактор, в данном случае играет весьма существенную роль, поскольку производитель топлива и аэропортные хозяйства, где топливо применяется, разнесены в пространстве и, естественно,  во времени,  поэтому произведенное  в соответствии со стандартом топливо,  по своим   показателям

Топливо_1 2

качества  может существенно отличаться от самого себя непосредственно перед его применением на летательном аппарате.

     Показатели, характеризующие свойства топлива  условно можно классифицировать по следующим группам: физико-химические (проверка большинства из них установлена в стандартах на топливо), эксплуатационные и экологические [5].

      К физико-химическим показателям относятся  свойства, характеризующие состав и  стабильное состояние топлива: элементный, фракционный и групповой углеводородный составы, плотность, вязкость, теплоемкость, теплопроводность, поверхностное натяжение, электрическую проводимость, диэлектрическую проницаемость и др. Во второй группе сосредоточены все эксплуатационные свойства топлива: воспламеняемость, горючесть, прокачиваемость, склонность к образованию отложений, вспениваемость, стабильность, совместимость с материалами и др. К экологическим свойствам топлива можно отнести такие показатели, как безопасность транспортирования и хранения, пожаровзрывобезопасность, токсичность, электризуемость, биологическая стойкость и т.д.

     В свою очередь необходимо отметить, что выполнение требований по соответствию единичных показателей влечет за собой выполнение требований по соответствию целого ряда других показателей, что значительно усложняет комплекс исследований свойств топлива. Как пример для оценки такого свойства топлива, как прокачиваемость требуется знание таких свойств топлива, как вязкость, температура начала кристаллизации, содержание воды, мыл нафтеновых кислот и механических примесей, состояние поверхности раздела фаз.

     Процедуры допуска топлива к использованию  разрабатывались на протяжении многих лет. При Госстандарте России была создана Государственная межведомственная комиссия по испытанию топлив, смазок, масел и специальных жидкостей. В компетенцию комиссии входит разработка, утверждение и пересмотр действующих стандартов на топливо с целью обеспечения требуемого качества. Были организованы комиссии научной экспертизы по методам квалификационной оценки, применительно к различным видам топлив, масел, смазок и специальных жидкостей [4].

     Идея  создания квалификационных методов  оценки позволила упорядочить производство и применение горюче-смазочных материалов, в том числе и топлив. Производители топлив, выпускают его в соответствии с нормативами, указанными в стандартах. Методы квалификационных оценок позволяют обеспечить допуск данного типа топлива непосредственно к применению на летательном аппарате. Кроме того методы квалификационных оценок позволяют оперативно, в очень короткие сроки (3-4 недели) решить вопрос о возможности использования на летательном аппарате вновь разрабатываемых ГСМ. Главным принципом, положенном в основ) квалификационных методов оценок, является стремление, как можно более полно отразить специфику использования топлива и смазочных материалов в данном типе двигателя. Поэтому для каждой группы топлива существует специальный комплекс методов квалификационной оценки.

      Показатели  качества топлива систематически контролируются, начиная сего производства и непосредственно до этапа заправки топлива в летательный аппарат. Контрольные мероприятия подразделяются по этапам их проведения: приемо-сдаточные, контрольные, полные, арбитражные [6].

     Приемо-сдаточный  анализ осуществляется при отгрузке топлива потребителю по тем показателям, которые указаны в соответствующих сопроводительных документах. Производители топлива обязаны предоставить потребителю паспорт на передаваемое топливо, в котором указываются фактические значения исследованных параметров топлива. Контрольный анализ осуществляется на этапах производства, перекачки, хранения и т.д. Полный анализ, дающий оценку качеству топлива по основным эксплуатационным свойствам, включенным в стандарт, проводится перед закладкой партии топлива на длительное хранение и в некоторых других случаях. Арбитражный анализ осуществляется в случаях разногласий между поставщиками и потребителями независимыми экспертными лабораториями, причем по показателям, являющимся предметом разногласий.

Все анализы качества топлива проводятся с использованием квалификационных методов для типов топлива.

     Наиболее  широко, из-за большого потребления  и разнообразия марок топлива, используется комплекс квалификационных методов испытаний топлив для авиационных газотурбинных двигателей. Это наиболее полный по оценке эксплуатационных и экологических свойств комплекс.

2. СВОЙСТВА  РЕАКТИВНЫХ ТОПЛИВ.

     В соответствии с комплексом квалификационных методов испытаний топлив для  ГТД проверке подвергаются следующие эксплуатационные и экологические показатели топлив, каждый из которых характеризуется набором физико-химических и других свойств топлив [6].

Испаряемость. Испаряемость оценивается фракционным составом топлива и давлением насыщенных паров.

     Воспламеняемость и горючесть. Воспламеняемость и горючесть оценивается температурой вспышки реактивных топлив. удельной теплотой сгорания, плотностью, высотой не коптящего пламени, люмииометрическим числом, содержанием ароматических углеводородов, содержанием нафталиновых углеводородов, полнотой сгорания топлива, пределами устойчивого горения, склонностью топлива к нагарообразованию.

     Склонность  к образованию  отложений. Склонность к образованию отложений оценивается полным числом, зольностью, содержанием фактических смол, термоокислительной стабильностью.

     Совместимость с материалами. Совместимость с материалами оценивается содержанием общей серы, содержанием меркаптановой серы и сероводорода, содержанием водорастворимых кислот и щелочей, испытаниями на медной пластине, кислотностью. Коррозионной активностью при повышенных температурах, содержанием микроколичеств металла, периодом старения нитрильных резин, воздействием на резину и тмоколовые герметики, содержанием антиокислителей.

Топливо_1 3

     Прокачиваемость. Прокачиваемость оценивается по кинематической вязкости, температуре начала кристаллизации, содержанию мыл нафтеновых кислот, взаимодействию с водой, содержанию воды и механических примесей.

     Противонзносные свойства. Противоизносные свойства оцениваются по вязкости, кислотности, критериям износа, критической нагрузке при износе, износовому числу.