Основные эксплуатационные свойства топлив для реактивных двигателей

Химмотология выделяет и изучает следующие эксплуатационные свойства топлив для реактивных двигателей: прокачиваемость, испаряемость, горючесть, склонность к образованию отложений, совместимость с конструкционными материалами, защитные свойства, охлаждающие свойства, токсичность.

Каждое из этих свойств определенным образом связано с физико-химическими свойствами и показателями качества топлив.

Прокачиваемость. Нарушение подачи топлива возможно вследствие:

повышения при охлаждении его вязкости выше расчетной величины и выделение твердой фазы (кристаллов воды или углеводородов);

загрязнения фильтров механическими примесями и другими отложениями продуктов, находящихся в топливе и попадающих из атмосферного воздуха;

выделения из топлива паров и растворенных газов.

По техническим требованиям в топливе не должны содержаться вода и механические примеси в таком количестве.

Так, согласно международным нормам количество нерастворенной воды в топливах при заправке баков реактивных самолетов не должна превышать 0,003 %.

Воды не должно быть, в связи с тем что при взлете самолета, температура воздуха в небе низкая и вода закристаллизовывается, что может привезти к отказу двигателя. В связи с этим используют присадки ПВК.

Прокачиваемость при высоких температурах. При хранении максимальный нагрев авиакеросинов наблюдается в летний период в южных районах, где температура воздуха достигает днем плюс 50 ⁰С.

При длительном хранении этих топлив образуются нерастворимые осадки и смолы, которые отрицательно влияют на эксплуатационные свойства. Эти процессы в прямогонных авиакеросинах развиваются медленно. В условиях хранения даже в жарких районах топлива Т-1, ТС-1 существенно не изменяют своих свойств при хранении в течение 2…3 лет.

При больших нагревах топлива, образуется осадок, который может помешать прокачиванию топлива в топливной системе.

Влияние микроорганизмов. В настоящее время приходится считаться не только с загрязненностью топлив твердыми неорганическими и органическими продуктами, но и с наличием в топливах живых микроорганизмов, вызывающих коррозию топливных баков самолетов.

Коррозия резервуаров (средств хранения), топливных отсеков реактивных самолетов сопровождается образованием на их стенках и дне коричневого слизистого осадка, представляющего собой сгустки твердых загрязнений топлив, воды и бактерий. Иногда слизистый осадок покрывает сплошь всю нижнюю поверхность топливных отсеков. После удаления этого осадка обнаруживается, что полимерное защитное покрытие топливных отсеков разрушилось, и на поверхности алюминия появились очаги коррозии. В этих случаях коррозия носит питтинговый характер, или бывает настолько глубокой, что топливо начинает просачиваться или обнаруживаться на поверхности крыла реактивного самолета.

Противоизносные свойства. В процессе эксплуатации реактивных двигателей наблюдается изнашивание топливной аппаратуры. Величина износа зависит от конструкции, технологии производства топливной аппаратуры, условий применения и от противоизносных свойств топлива, которое является смазывающей средой в узлах трения.

При применении топлив наименьший износ наблюдается при работе на топливах РТ и Т-6, а наибольший ─ на Т-2, ТС-1 и Т-1.

Способность реактивного топлива предотвращать изнашивание смазываемых деталей топливной аппаратуры изменяется в зависимости от условий его применения. Противоизносные свойства реактивных топлив определяются химическим составом. При работе на одном и том же топливе с повышением температуры, удельных нагрузок в зоне трения, с понижением скоростей взаимного скольжения трущихся пар износы увеличиваются, поскольку ухудшаются условия сохранения смазывающей пленки топлива на трущихся поверхностях.

Главным фактором, обусловливающим уровень противоизносных свойств реактивных топлив, является содержание в них химически активных и поверхностно-активных соединений. Определенную роль играют наличие загрязнений и уровень вязкости топлив.

Хорошие противоизносные свойства имеет присадка «ПМАМ». Она включает сополимер метакриловой кислоты и 2-метил 5-винилпиопцина. Обладает высокой поверхностной активностью, следовательно, хорошими противоизносными, антиокислительными и диспергирующими свойствами. Аналогичными свойствами обладает присадка «НК».

Испаряемость. Уровень испаряемости авиакеросинов влияет на возможность нарушения его подачи вследствие образования паровых пробок, на пуск двигателя, скорость и полноту сгорания и потери (табл. 3.3).

Зависимость потерь при испарении от температуры

Высота полета, км	Температура топлива, 0С	Потери от испарения % объема
		топливо (150-280 0С)	топливо (195-315 0С)
18	117	51	0,8
18	130	59	3

Для снижения потерь топлива от испарения и предотвращения образования паровых пробок в высотных условиях используются предварительное охлаждение топлива, герметизация топливных баков. Хорошие результаты дает герметизация топливных баков и создание избыточного давления до 0,02 МПа, что позволяет использовать топлива широкого фракционного состава с давлением насыщенных паров не более 100 мм рт. ст. на высоте 18 км.

Для уменьшения взрывоопасности при накоплении паров горючего и кислорода воздуха в баках применяются насыщенные топлива и наддув баков азотом. Насыщение топлива азотом (азотирование) повышает также термическую стабильность и улучшает противоизносные свойства и не влияет на скорость и полноту сгорания.

Испаряемость авиакеросинов характеризуется фракционным составом и давлением насыщенных паров.

Конструкционная совместимость – это способность топлива не вызывать коррозию и не разрушать уплотнительные и прокладочные материалы.

Конструкционная совместимость связана с двумя основными свойствами топлив: коррозионной активностью и защитной способностью.

Коррозионная активность топлив характеризует скорость коррозионного воздействия с конструкционными материалами топлив и продуктов их превращения.

Коррозионное воздействие авиакеросинов на металлы и сплавы может приводить к снижению надежности авиатехники. К коррозионно-активным веществам, присутствующим в реактивных топливах, относятся сера и ее соединения, а также кислородные соединения в виде кислот.

Коррозионность топлив оценивают по убыли массы пластин меди и бронзы, по кислотности и по содержанию серы.

Основными мерами предотвращения коррозии реактивных топлив являются: подбор коррозионно-стойких металлов и сплавов, снижение содержания коррозионно-активных компонентов и применение антикоррозионных присадок.

Совместимость с неметаллическими материалами оценивают по результатам воздействия на резину, погружая ее на 4 часа при 140 ⁰С на 1/3 в авиакеросин. Затем снимают показания по прочности и удлинению.

Защитные свойства топлив характеризуют их способность защищать металлы от коррозии, тормозить процесс электрохимической коррозии металлов в присутствии воды.

Уровень защитных свойств отечественных реактивных топлив и условия их применения не требуют обязательного применения ингибиторов коррозии.

Токсичность. Топлива для реактивных двигателей ─ малоопасные вещества (относятся к 3 классу опасности) и не требуют специальных мер защиты.