Фракции, использующиеся для производства реактивных топлив

Топливо	Фракция, оС
Т-2	60-280
ТС-1	150-250
РТ	135-280
Т-8	165-280
Т-6	195-315

t_нк лимитируется опасностью образования паровых пробок.

t_10% - характеризует пусковые свойства топлива.

Т-6, Т-8 используются при сверхзвуковых скоростях, у них t_нк выше (195, 165^оС).

t_98% - характеризует полноту испарения, полноту сгорания, нагарообразование.

t_50% связана с теплотой сгорания.

Таблица 2.7.

Характеристика товарных реактивных топлив

№	Показатели	ТС-1	РТ	Т-6	Т-8Б	Т-1	Т-2
	Плотность при 20оС, кг/м3, не менее	775	775	810	800	800	755
	Фракционный состав, оС
	- НК	150	>135	195	165	150	60
	- перегоняется при температуре, оС, не выше
	10 %	165	175	200	-	175	145
	50 %	195	225	235	-	225	195
	90 %	230	270	290	-	270	150
	98 %	250	280	315	280	280	280
	Вязкость, сст
	при 20оС, не ниже;	1,25	1,25	4,5	1,5	1,5	1,05
	при -40оС, не выше;	8	16	60	16	16	6
	Теплота сгорания низшая, Дж/кг, не менее	43120	43120	42900	42900	42900	43100
	Высота некоптящего пламени, мм, не менее	25	25	20	20	20	25
	Кислотность, мг КОН/100 мл, не более	0,7	0,2-0,7	0,4-0,7	0,4-0,7	0,7	0,7
	t вспышки в закрытом тигле, оС, не ниже	28	28	62	40	30	-
	t начала кристаллизации, оС, не выше	-60	-55	-60	-50	-60	-60
	Давление насыщенных паров, кПа, не более	-	-	-	-	-	133
	Иодное число, г J2/кг, не более	2,5	0,5	0,8	0,9	2	3,5
	Термическая стабильность в статических условиях при 150оС,
	осадок, не более	18	6	6	6	35	18
	растворимые смолы	-	30	60	-	-	-
	нерастворимые смолы	-	3	отсут.	-	-	-
	отложения на подогревателе, баллы, не более	-	2	1	1	-	-
	Термическая стабильность в динамических условиях при 150-180оС, перепад давления на фильтре, кПа, не более	-	10	10	10	-	-
	Люменометрическое число, не менее	-	50	45	50	-	-
	Содержание, % масс.
	- нафтеновых	-	1,5	0,5	0,2	-	-
	- ароматических	22	22	10	22	20	22
	- фактических смол	3	4	4	4	6	5
	- общей серы	0,2	0,1	0,05	0,1	0,1	0,25
	- меркаптановой серы	0,003	0,001	отс.	0,001	-	0,005
	Зольность, % масс., не более	0,003	0,003	0,003	0,003	0,003	0,003

Теплота сгорания определяет мощность двигателя и дальность полета летательного аппарата. Полнота сгорания определяет нагарообразование в двигателе. Нагар отлагается на поверхности камеры сгорания, лопатках турбины, соплах форсунок, что ведет к снижению мощности двигателя. Полнота сгорания связана с высотой некоптящего пламени и люменометрическим числом, которое зависит от химического состава топлива. Лучшие показатели горения у парафинов, худшие у аренов, особенно нафталиновых, поэтому их содержание в реактивных топливах ограничивается. Высота некоптящего пламени определяется при горении фитильной лампы. Величина для различных топлив составляет не менее 20 и 25 мм. Люменометрическое число является показателем эффективности сгорания топлива. Оно характеризует интенсивность теплового излучения испытуемого топлива по сравнению с эталонным топливом (смеси изооктана и тетралина). Для РТ, Т-8Б равно 50, Т-6 - 45, для ТС-1, Т-1, Т-2 нет.

Вязкость РТ нормируется при двух температурах: +20 и -40^оС. При +20^оС нормируется нижний предел вязкости. Для всех топлив, кроме Т-6 вязкость должна быть не менее вязкости при +20^оС (1.05...1.25 сст, Т-6 4.5 сст). Это делается во избежание снижения смазывающих свойств реактивного топлива (топливо играет роль смазки при работе топливного насоса и влияет на износ). При -40^оС устанавливается верхний предел вязкости во избежание нарушения равномерной подачи топлива (не выше 6...16 сст, Т-6 - 60 сст).

Для поддержания нормальной подачи топлива устанавливается температура начала кристаллизации (-50...-60^оС).

Отложения в реактивных топливах - продукты окисления углеводородов и гетероорганических соединений. Отложения образуются при хранении топлив, образование их усиливается при контакте с кислородом и металлами, после гидроочистки, так как образуются олефины. В РТ после гидроочистки добавляют присадки - антиокислители. Термоокислительную стабильность характеризуют нормируемыми показателями:

• иодное число (0.5...2.5 г иода на кг, не более);

• содержание фактических смол.

Термоокислительная стабильность определяется статическим и динамическим методами.

Статический метод: образец топлива выдерживается в течении 1 часа при 150^оС в герметичной бомбе с опущенной в него медной пластинкой. Объем топлива 25 мл, бомбы - 250 мл. По окончании выдержки определяется содержание в топливе нерастворимого осадка, растворимых и нерастворимых смол.

Динамический метод: топливо прокачивается со скоростью 5 л/час через спец установку, включающую в себя калиброванный фильтр, подогреватель, камеру с металлическими пластинами. Термостабильность оценивается по изменению перепаду давления на фильтре, по цвету отложений, образующихся на стенках подогревателя. Цвет - в баллах.

Коррозионная активность. Зависит от характера и количества гетероатомных соединений, температуры и продолжительности контакта, кислотности, наличия растворимых кислот, щелочей. Особенно велика коррозионная активность меркаптановой серы. Коррозионную активность проявляют находящиеся в РТ металлы (ванадий, натрий) - происходит разрушение камеры сгорания, лопаток турбины. Ванадий - переносчик кислорода для металла камеры - то окисляется, то восстанавливается. В присутствии натрия эти процессы ускоряются. В РТ нормируется зольность (% масс, не более 0.003), которая влияет на величину нагара в камере сгорания.

Марки РТ.

Топлива для дозвуковых двигателей. Самые массовые марки ТС-1, РТ. В ограниченных количествах выпускаются Т-1, Т-2, Т-1С.

ТС-1 - прямогонная фракция 140-250^оС из нефтей восточных районов страны. Гидроочистке не подвергается. Низкий конец кипения обусловлен высоким содержанием нормальных парафинов. В топливе допускается высокое содержание серы (до 2, меркаптановой - до 0.003%) При превышении этих значений добавляют гидроочищенные фракции.

РТ. Фракция 135-280^оС + гидроочистка. Серы общей 0.1, меркаптановой 0.001. Из-за гидроочистки снижается химическая стабильность, противоизносные свойства. Добавляют присадки. По сере, t_нк, содержанию аренов РТ превосходит реактивные топлива европейского рынка.

Т-1. Прямогонная фракция малосернистых, нафтеновых нефтей, добываемых в Азербайджане. Низкая t_нк при высоком конце кипения (280^оС). Повышенное содержание смол, низкая термостабильность. Ресурс двигателя в 2 раза ниже на Т-1, чем на ТС-1, РТ.

Т-2. Широкий фракционный состав с добавлением бензиновых фракций. t_нк = 60^оС, поэтому ограничивается ДНП. Вырабатывается из сернистых нефтей. Высокое содержание обеих сер, смол. Считается резервным, широко не применяется.

Топливо для сверхзвуковой авиации. Скорость звука 1200 км/ч.

Различают сверхзвуковое РТ для скорости 2.5 М (числа Маха) и 3.5 М. При сверхзвуковом полете топливная система разогревается до 300^оС, поэтому используется топливо утяжеленного фракционного состава.

Для скорости до 2.5 М топливо Т-8Б. Фракция 165-280^оС. Получают из прямогонной фракции с гидроочисткой. Серы немного.

Топлива для 3.5 М (военные истребители) Т-6. Фракции 195-315^оС прямогонные и вторичные. Применяют процесс глубокого гидрирования. В топливе мало серы и аренов (общей серы 0.05 (для сравнения, у других 0.1-0.25), меркаптановая отсутствует (0.001-0.003), ароматических 10 % масс. (20-22)).

Во все топлива вводят антистатические присадки, противоводокристаллизационные. В гидроочищенное топливо вводят антиокислительные (агидол), противоизносные (ДНК).

Дизельные топлива.

Характеристики товарных дизельных топлив представлены в табл. 2.8. Несколько слов о двигателях. Различают быстроходные двигатели (частота вращения коленвала более 1000 оборотов в минуту) и тихоходные (до 600-700 об/мин).

В первую очередь характеристикой дизельного топлива является цетановое число. Современные сорта дизельного топлива имеют цетановое число, равное 45. Как известно ЦЧ связано с химическим составом, существуют формулы, связывающие ЦЧ с содержанием в топлива аренов, нафтенов и парафинов. Однако ЦЧ можно повысить введением в топливо присадок. Такими являются, например, изопропилнитрат, циклогексилнитрат. Они понижают температуру вспышки и повышают коксуемость топлив, добавка исчисляется долями %.

От фракционного состава топлива зависит качество его распыления в цилиндре, полнота сгорания, степень нагарообразования. Если в ДТ много легких фракций, дизель работает жестко, так как к моменту самовоспламенения будет высокая концентрация паров в цилиндре, скорость горения будет чрезмерной. Тяжелое топливо хуже распыляется в цилиндре, сгорает неполностью, стенки цилиндра, поверхность поршня, сопла и форсунки закоксовываются. Нормируются t_50% (не выше 255^оС (арктическое ДТ) - 280^оС (иные)) и t_96% (не выше 330-360^оС).

Вязкость и плотность ДТ определяют процессы испарения и смесеобразования в дизеле. При высоких значениях возрастает неполнота сгорания, расход топлива из-за большого размера капель топлива в цилиндре.

При низких значениях вязкости и плотности возрастают утечки топлива в топливном насосе, снижается давление топлива при распыления, увеличивается износ трущихся деталей в топливном насосе. Кинематическая вязкость нормируется, сст: 3-6 (летнее и ДЛЭУ(дизельное летнее экологически чистое)), 1.8-5.0 (зимнее и ДЗЭУ), 1.5-4.0 (арктическое). Плотность при 20^оС кг/м³, не более 830-860 (в зависимости от сорта).

Таблица 2.8.

Характеристика товарных дизельных топлив

№	Показатели	Летнее ДТ	Зимнее ДТ	Арктическое ДТ	ДЛЭЧ	ДЗЭЧ
	Цетановое число, не менее	45	45	45	45	45
	Фракционный состав: перегоняется при температуре, оС,
	50 %, не выше	280	280	255	280	280
	96 %, не выше	360	340	330	360	340
	Кинематическая вязкость, сст	3-6	1,8-5,0	1,5-4,0	3-6	1,8-5,0
	Температура застывания, для зон				-10	-35
	умеренная, не выше	-10	-35	-
	холодная, не выше	-	-45	-55
	Температура помутнения, для зон
	умеренная, не выше	-5	-25	-	-	-
	холодная, не выше	-	-35	-	-	-
	Температура предельной фильтруемости, оС, не более	-	-	-	-5	-25
	Температура вспышки в закрытом тигле, оС, не более
	- для тепловозных и судовых дизелей	62	40	35	40	35
	- для дизелей общего назначения	40	35	30	40	35
	Содержание серы, масс.
	вид I	0,2	0,2	0,2	0,05	0,05
	вид I	0,5	0,5	0,5	0,1	0,1
	меркаптановой	0,01	0,001	0,01	отсутствует
	Испытание на медную пластинку	Выдерживает
	Содержание фактических смол, мг/100 мл, не более	40	30	30	-	-
	Кислотность, мг КОН/100 мл	5	5	5	5	5
	Иодное число, г J2/кг	6	6	6	-	-
	Зольность, % масс., не более	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01
	Коксуемость, % остатка, не более	0,2	0,3	0,3	0,2	0,2
	Коэффициент фильтруемости, не более	3	3	3	-	-
	Цвет, баллы, не более	-	-	-	2	2
	Содержание воды и мех. примесей	Отсутствуют
	Содержание ароматических углеводородов, % масс, не более	-	-	-	20	10
	Плотность при 20оС, кг/м3, не более	860	840	830	860	840

Температура застывания определяет, в основном, условия складского хранения топлива, чтобы его можно было вылить из резервуара без нагревания (для умеренных зон нормируется для всех, кроме арктического, -35^оС - зимнее и ДЗЭУ, -10^оС для летнего и ДЛЭУ; для холодных зон нормируется для зимнего (-45^оС) и арктического (-55^оС)).

Температура помутнения и предельная температура фильтрации определяют условия эксплуатации ДТ. Температура застывания на 5-7^оС ниже температур застывания и предельной фильтрации. Последние величины примерно равны (разница 1-2^оС). Предельная температура фильтрации - температура, при которой перепад давления на фильтре превышает допустимое значение. Т_помут. нормируется в умеренных зонах для летнего (-5^оС) и зимнего (-25^оС), в холодных зонах для зимнего (-35^оС). Т_п/ф нормируется для ДЛЭЧ (-5^оС), ДЗЭЧ (-25^оС).

Температура вспышки непосредственно на ДТ не влияет, связана с содержанием легких фракций.

Коррозионная агрессивность определяется содержанием общей и меркаптановой серы. Общей серы до 0.2 %, в экологических до 0.05%, меркаптановой - 0.01 %, в экологических - отсутствует. Наличие сернистых соединений, кроме того ускоряет окисление масла в двигателе.

Стабильность при хранении определяется иодным числом (6), содержанием фактических смол (30-40 мг/100 мл), содержанием водорастворимых кислот и щелочей , кислотностью (5 м/ КОН/100 мл).

Чистота топлива определяется показателями, влияющими на нагарообразование в цилиндрах, механический износ движущихся деталей в цилиндре:

- зольность (0.01 %).

- коксуемость (количество кокса, образовавшегося при выдержке НП при 800-900^оС. Зависит от содержания асфальто-смолистых веществ). Для ДТ определяют коксуемость 10 % остатка, то есть, отгоняют 90% топлива и определяют коксуемость для того, что осталось (0.2-0.3 %).

- коэффициент фильтруемости (Отношение времени фильтрования последних 200 мл топлива ко времени фильтрования первых 200 мл топлива при фильтрации 2 л ДТ в стандартных условиях). Характеризует чистоту и зависит от содержания воды, механических примесей и смолистых веществ (3).

- цвет выражается в единицах цветовой шкалы (2 для экологических топлив)) .

- содержание механических примесей и воды (отсутствуют).

Содержание аренов - для экологически чистых ДТ (продукты сгорания аренов - канцерогены). ДЛЭЧ - 20 % масс, ДЗЭЧ - 10 % масс.

Моторные масла.

Несколько слов о маслах вообще. Выпускается несколько сот сортов масел. Масла выполняют следующие функции в технике:

1. Улучшают коэффициент трения.

2. Защищают от коррозии.

3. Охлаждают трущиеся детали и уплотняют зазор между деталями.

4. Служат рабочими жидкостями в гидравлических системах, электроизоляционной средой в трансформаторах, масляных выключателях.

По области применения масла подразделяются на:

• моторные (более 60 %);

• индустриальные (около 30 %), которые объединяют в группы:

• масла для гидросистем;

• масла приборные;

• масла для направляющих скольжения;

• трансмиссионные масла - для смазки зубчатых передач на автотранспорте (5 %);

• специальные масла (5 %)., как то:

• турбинные;

• компрессорные;

• электроизоляционные;

• холодильные.

По источнику сырья масла делятся на минеральные и синтетические (диэфирные, фтороуглеродные, силиконовые).

Минеральные масла делятся по сырью на:

• дистиллятные, из вакуумных погонов (погоны суть те же фракции);

• остаточные, получаемые из гудрона;

• компаундированные или смешанные.

Тип сырья будет определять свойства масел, в первую очередь вязкость: для дистиллятных < компаундированных < остаточных.

Качество масел оценивается следующими показателями:

• вязкость;

• ИВ;

• температура застывания;

• температура вспышки;

• коксуемость;

• стабильность к окислению;

• противоизносные свойства;

• защитные и антикоррозионные свойства.

Собственно моторные масла

В двигателе масло находится в картере и оттуда масляным насосом по системе трубопроводов подается к трущимся деталям. Температура в картере около 50^оС, в цилиндре - до 2000^оС. Масло частично сгорает. На трущихся поверхностях масло окисляется под давлением несколько сот атмосфер, постоянно находясь в контакте с кислородом и механическими поверхностями, катализирующими окисление. Из этих варварских, нечеловеческих условий вытекают требования, предъявляемые к моторным маслам:

• хорошая смазывающая способность;

• высокая стабильность;

• отсутствие коррозионной активности и нагарообразования.

Моторные масла классифицируются по вязкости и областям применения.

По областям применения выделяют 6 групп масел (чем выше степень сжатия, тем выше степень форсирования):

1. А - нефорсированные карбюраторные и дизельные двигатели.

2. Б₁ - малофорсированные карбюраторные двигатели;

Б₂ - малофорсированные дизельные двигатели.

3. В₁ - среднефорсированные карбюраторные двигатели;

В₂ - среднефорсированные дизельные двигатели.

4. Г₁ - высокофорсированные карбюраторные двигатели (а/м "Жигули");

Г₂ - высокофорсированные дизельные двигатели;

5. Д - - высокофорсированные двигатели, работающие в тяжелых условиях.

6. Е - для дизельных нефорсированных малооборотных двигателей, работающих на высокосернистых топливах.

Классификация по вязкости (8 классов от 6 до 26 сст при 100^оС).

Есть 18 классов для загущенных масел. Кроме вязкости при 100^оС, для них нормируется вязкость при -18^оС.

В таблице 2.9. приведены свойства нескольких российских и американских моторных масел, предназначенных, как это видно из обозначения, для высокофорсированных карбюраторных двигателей.

SAE - аббревиатура американского общества автомобильных инженеров.

Термоокислительная стабильность по методу Пааок определяется таким образом: масло превращается в лаковую пленку (термическим воздействием), способную удержать металлическое кольцо на поверхности металла при силе отрыва оного кольца, равной 1 кг.

Таблица 2.9.

Характеристика товарных масел

Показатели	М-12Г1*, SAE-90	М-8Г1**, SAE-90	М-6з/10Г1***, SAE-10W/30
Вязкость при 100оС, сст	120,5	80,5	100,5
ИВ	95	100	125
Зольность, % не более	1,3	1,3	1,65
Щелочное число, мг КОН/г, не менее	8,5	8,5	11,0
Содержание мех. примесей, %об	0,015	0,015	0,015
Твсп в О.Т. не ниже, оС	220	210	210
Тзаст, не выше, оС	-20	-30	-32
Термоокислительная стабильность по методу Пааок при 250оС, мин, не менее	70	50	40

^* - летнее масло; ^** - зимнее масло (ниже вязкость, смазочная способность);

^*** - загущенное. Всесезонное. В него введены загустители: при низкой t сохраняется подвижность, при высокой - смазывающая способность.