Особенности сертификации ГСМ

Защитные  свойства. Защитные свойства являются самостоятельным критерием.

Эликтризуемость. Эликтризуемость оценивается удельной электрической проводимостью.

     Стабильность. Стабильность оценивается изменением термоокислительной стабильности, химической стабильностью.

     В таблицах 2 и 3 представлены перечни квалификационных методов оценок для реактивных теплив и физико-химических показателей, определяемых для реактивных топлив.

      Рассмотрим   более   полно   влияние   некоторых,   наиболее   важных   параметров   на   надежность   работы __ двигательной установки.

     Плотность - одна из важнейших характеристик топлива, которая позволяет определить возможности хранения необходимого запаса топлива в баках при их ограниченном объеме [7]. Плотность зависит от углеводородного и фракционного составов топлива табл.4.

     Нафтеновые  и парафиновые углеводороды имеют низкую плотность, а ароматические углеводороды обладают высокой плотностью. Оптимизация массового состава перечисленных углеводородов в топливе, в идеальном случае, могла бы дать возможность получения реактивного топлива с наибольшим значением плотности. Однако на практике дело обстоит по-другому. Так среди энергетических показателей топлив, относящихся к классу авиакеросинов, существует закономерность [8]. При возрастании плотности топлива растет ее объемная теплота сгорания и имеется тенденция к снижению массовой теплоты сгорания, см_. табл.5.

     Связано это с тем, что ароматические  углеводороды, присутствующие в составе  топлива в количествах до 25%, обладают высокой объемной теплотой сгорания, но низкими значениями массовой теплоты сгорания. Нафтеновые и парафиновые углеводороды наоборот имеют низкие значения объемной теплоты сгорания и высокие значения массовой теплоты сгорания. С эксплуатационной точки зрения желательно, чтобы массовая и объемная теплота сгорания по своим значениям были близки друг к другу. Чем выше массовая теплота сгорания, тем меньше, при прочих равных условиях, удельный расход топлива двигателем, чем выше объемная теплота сгорания, тем меньший запас топлива должен храниться на борту летательного аппарата для достижения заданной продолжительности полета. Однако, чтобы сблизить значения массовой и объемной теплоты сгорания плотность топлива должна стремиться к единице. Это имеет место только для синтезируемых углеводородов индивидуальной структуры. В реактивных топливах плотность значительно ниже.

     Для повышения энергетических характеристик  топлив, их подвергают обработке с  целью ограничения в составе топлив нефтяного происхождения количества ароматических углеводородов, что повышает массовую теплоту сгорания, снижает объемную теплоту сгорания и понижает плотность топлива.

     На  практике не удается получить реактивные топлива, имеющие одновременно высокое  значения и плотности и массовой теплоты сгорания. Известны или высококолорийные топлива с низкими значениями плотности, состоящие из облегченных фракций, или более плотные топлива, утяжеленного фракционного состава, но с пониженными значениями массовой теплоты сгорания [4].

     Косвенно  по плотности можно также судить о пределах выкипаемости, испаряемости, пожароопасное™, поскольку эти характеристики также напрямую связаны с углеводородным и фракционным составами топлив.

     Как следует из вышесказанного, плотность не является категорией надежности реактивных топлив, поскольку не связана напрямую с причинами возникновения отказов в силовых установках. Однако прослеживается косвенное влияние значения плотности реактивного топлива на надежность двигателей. Поскольку высокую плотность топлива можно обеспечить только за счет увеличения количества ароматических углеводородов в его составе, которые отрицательно влияют на процессы нагарообразования в камерах двигателя, то повышение плотности реактивного топлива отрицательно скажется на надежности силовой установки. Нагар вызывает растрескивание жаровых труб, что приводит к преждевременной потере их работоспособности.

     Другим  условием влияния плотности на надежность силовой установки является то. что  высококолорийные топлива, состоящие преимущественно из легких фракций, имеют низкую плотность и повышенную испаряемость, что существенно сказывается на пожароопасности хранимого в баках топлива.

вс<51 Испаряемость топлив определяет также условия подготовки топливо-воздушной смеси в камере сгорания [7]. Топливо, имеющее повышенную испаряемость и низкую вязкость способно образовывать переобогащенную смесь в отдельных частях камеры сгорания, что вызовет уменьшение полноты сгорания из-за недостатка кислорода и. наоборот, топливо с противоположными значениями данных физических параметров может иметь большую полноту сгорания, вследствие невозможности испарения крупно распыленных частиц топлива. Следовательно, в камере сгорания только по причинам различия в топливах таких физических параметров как испаряемость и вязкость невозможно получить одинаковый энергетический тепловой эффект. Кроме того, возникновение в камере сгорания зон переобогащения и обеднения топливных смесей, сказывается на температурных режимах работы камеры сгорания. Неравномерность температурного поля приводит к возникновению термических напряжений в жаровой трубе и последующего ее разрушения.

     Испаряемость  влияет па условия хранения топлива на борту летательного аппарата. Температура кипения реактивного топлива связана с давлением насыщенных паров. Когда давление насыщенных паров топлива при данной температуре становится равным атмосферному давлению, топливо закипает, т.е. наступает момент достижения наивысшей испаряемости топлива. С увеличением высоты полета атмосферное давление значительно снижается, так при достижении высоты полета равной 18 км. атмосферное давление падает со 100.8 кПа до 5,3 кПа. Как следует из

Топливо_14

рис. I при температуре 40°С топливо Т-2 начинает кипеть на высоте полета 15 км., ТС-1 и РТ - на высоте 20 км. и т.д. При сверхзвуковом полете из-за аэродинамического нагрева корпуса летательного аппарата и баков соответственно, а также из-за использования реактивного топлива в системе охлаждения в качестве хладогента, реактивное топливо нагревается. Это приводит к тому, что при температуре топлива в 100°С топливо Т-2 кипит уже на высоте 4 км., а ТС-1 и РТ - на высоте 9 км. Все это приводит к потерям аэронавигационного запаса топлива на боргу летательного аппарата. Так при температуре топлива 117°С на высоте 10 км. потери реактивного топлива составляют для Т-1 -1,2%. для ТС-1 - 10,9%, с увеличением высоты полета потери существенно возрастают [7J.

     Повышенная  испаряемость реактивных топлив может, особенно при полетах на больших  высотах, при дозвуковых скоростях, вызвать появление в топливных трубопроводах паровых пробок, которые являются причиной выхода из строя насосов и приводят к возникновению вибраций в трубопроводах, что также является причиной разрушения трубопроводов.       po~i ^c«t—оу-о-*» i—«-у->»^~ v   c~Q - (2-*,

     Низкотемпературные  свойства топлива оцениваются по температуре, при которой в топливе  появляются первые кристаллы [9] (температура начала кристаллизации). В отечественных топливах по нормативным требованиям к топливам температура кристаллизации должна находиться на уровне минус 60°С. При этом понижение температуры кристаллизации уменьшает выход топлива из исходного сырья. Поэтому постоянно ведутся работы с целью н-оьышонпл температуры кристаллизации топлива. Для нашей страны эти работы являются особенно актуальными, поскольку, из-за сложных климатических условий эксплуатации летательных аппаратов, процессы затвердения и образования кристаллов в топливе могут начинаться уже на земле. В странах с «теплым» климатом низкотемпературным воздействиям топливо подвергается только при полетах на большой высоте, однако, из-за аэродинамического нагрева, процессы затвердения топлива могут быть значительно растянуты во времени.

     При понижении температуры топлива  происходит понижение его вязкости, топливо теряет свойство прокачиваемое!и. Это приводит к отклонениям от расчетных режимов работы силовой установки, вследствие чего увеличиваются затраты на прокачивание топлива. Дальнейшее понижение температуры топлива может вызвать появление кристаллов последующее забивание топливных фильтров и выход из строя всей топливной системы.

      Испытания, проведенные на самолете «Боинг-707»  показали, что через 2 ч. полета в  подвесных баках температура топлива может достигать значений минус 30°С. в крыльевых и фюзеляжных отсеках и в топливных трубопроводах температура топлива снижается до минус 25°-30°С, при этом температура окружающего воздуха составляет минус 55°-60°С [10].

     Основной  причиной возникновения в топливе  кристаллов является нерастворенная в  топливе вода [7]. Поэтому по международным нормативам количество нерастворенной воды в топливе при заправке не должна превышать 0,003%. Учитывая климатические особенности нашей страны, в отечественных топливах не допускается присутствие углеводородов, кристаллизующихся при температурах выше минус 60°С.

     В растворенном виде вода в топливах ТС-1. Т-1. Т-2 при нормальных температурных условиях содержится максимально 0.012%, а в топливе Т-5 количество растворенной воды несколько ниже. Углеводороды, содержащиеся в топливе, растворяют воду следующим образом, парафино-нафтеновые углеводороды обладают наименьшей растворимостью воды, ароматические - наибольшей. Из таблиц 6 и 7 следует, что с увеличением ароматических углеводородов в реактивном топливе растворимость воды существенно возрастает, при 20% содержания ароматических углеводородов в дезароматическом топливе растворимость воды достигает 0,01%. Таким образом, увеличение содержания ароматических углеводородов в топливе способствует растворимости воды.

     Кроме углеводородного содержания на растворимость воды в топливе существенное влияние оказывают эксплуатационные факторы [4]. При увеличении температуры топлива, относительной влажности окружающего воздуха н атмосферного давления растворимость воды в топливе растет.

Растворимость воды в топливе зависит от следующих величин:

• скорости диффузии молекул воды из воздуха в топливо и обратно;
• скорости диффузии молекул воды в самом топливе;
• отношения поверхности контакта топлива с воздухом к объему топлива;
• интенсивности перемешивания топлива.

     При протекании этих процессов при отрицательных температурах, из топлива выделяются микрокапли воды, которые замерзают, и в топливе накапливаются кристаллы льда. Наиболее интенсивное образование кристаллов льда наблюдается при температуре 0°С, при более низких температурах интенсивность образования кристаллов льда падает, вследствие ограниченного количества воды в топливе, т.е. вся вода уже превратилась в лед при 0°С.

     На  образование кристаллов льда в топливе  влияет уровень загрязнения топлива  посторонними примесями и скорость охлаждения топлива. При быстром охлаждении в топливе образуются кристаллы размером до 3 мкм. при медленном до 4-5- мкм. Образование кристаллов льда происходит также за счет инея, образующегося на поверхности баков из-за испарения топлива и растворенной в них воды.         Т Т> С.

           Важнейшим эксплуатационным свойством топлива  является его устойчивость к окислению  кислородом воздуха в жидкой фазе. Растворимость кислорода в топливе понижается при повышении температуры кипения, плотности, молекулярной массы и вязкости топлива. При достижении температуры топлива близкой к температуре кипения или при увеличении давления паров топлива до уровня, когда пары топлива препятствуют проникновению кислорода воздуха в толщу жидкой массы, интенсивность окисления значительно падает. Топливная фракция имеет температуру, при которой, растворенный в ней кислород удаляется, и новые его порции извне не поступают. Эта предельная температура тем выше, чем выше температурные пределы выкипания фракции [I 1].

           На практике топливо нагревается до температур ниже, чем температуры, при которых кислород удаляется из топлива, поэтому в топливе протекают процессы жидкофазного окисления, в результате которых образуются высокомолекулярные соединения, оказывающие существенное влияние на надежность силовой установки.

Топливо_1 5

           Таким образом, на эксплуатационные свойства топлива, а, следовательно, и на надежность силовой  установки, влияет огромное количество различных факторов, обобщение каждого из которых является весьма сложной и трудоемкой задачей.

     Большое значение на безопасность эксплуатации двигателя и экологическое состояние  окружающей среды оказывают такие  свойства топлив как термоокислительная стабильность, микробиологическое поражение  и пожаровзрывобезопасность топлива.