книги из ГПНТБ / Рыбаков, К. В. Фильтрация авиационных топлив

К. В. РЫБАКОВ ФИЛЬТРАЦИЯ

АВИАЦИОННЫХ

ТОПЛИВ

М О С К ВА « Т Р А Н С П О Р Т » 1973-

УДК 629.7.662.542.67.004.2(022)

*' S Ä I

АЛА

- 3 ' / Ж

3186-086

86-73

049(01)-73

@ Издательство «Транспорт», 1973 г.

ВВЕДЕНИЕ

Гражданская авиация Советского Союза оснащена современ­ ными реактивными и турбовинтовыми самолетами, способными ле­ тать на больших высотах и скоростях. На этих самолетах уста­ новлены мощные двигатели с точной топливной и топливорегулирующей аппаратурой. Содержание в авиационных топливах более 0,0002% по весу загрязнений с размерами более 5 мкм и содер­ жание свободной воды более 0,003% стало недопустимым.

В последние годы в авиационных топливах обнаружены раз­ личные виды микроорганизмов, также 'представляющих опреде­ ленную опасность для агрегатов топливных систем самолетов.

лив. Расширение ресурсов авиационных топлив при использова­ нии сернистых нефтей и применение различных поверхностно-ак­ тивных присадок увеличивает склонность топлив к образованию загрязнений и ухудшает эффективность их очистки фильтрами.

Загрязнения в авиационных топливах приводят к преждевре­ менной забивке топливных фильтров, износам и заклиниваниям топливорегулирующей аппаратуры, что стало источником причин и «атастроф самолетов, поэтому вопросам повышения чистоты авиационных топлив в последние годы стали уделять исключи­ тельное внимание во всех странах мира.

В настоящее время очистка нефтяных топлив от загрязнений и воды осуществляется методами отстаивания, фильтрации, цент­ рифугирования и химическими. Наибольшее распространение для очистки авиационных топлив в условиях аэропортов и на лета­ тельных аппаратах получил метод фильтрации, основанный на те­ чении топлива через пористую перегородку и задерживании на

3

ней капель воды. В качестве фильтрационных перегородок ис­ пользуются различные типы тканей, нетканых материалов, бумаг, сеток, керамик, металлокерамик и т. д. Аэродромные и самолет­ ные фильтры для очистки авиационных топлив представляют со­ бой аппараты периодического или полунепрерывного действия с фильтрационными элементами дискового, корзинчатого, спираль­ ного, 'цилиндрического и других типов. Для контроля за работой-"" фильтров и чистотой авиационного топлива на складах ГСМ аэро­ портов и в топливных системах 'Самолетов применяются современ­ ные приборы автоматического контроля с дистанционным управле­ нием и регистрацией показателей.

Исследованиями и разработкой фильтров для очистки авиаци­ онных топлив от загрязнений 'и эмульсионной воды в настоящее время занимаются во всех ведущих странах мира. Так, в Соеди­ ненных Штатах Америки этими вопросами занимается более 40 крупных фирм,, такие как Millipor Filter Corp., Fram Corp. и дру­ гие, в Англии более 10 крупных фирм, такие как Millipor Filter Corp., Stream Line Filter Ltd. и другие, которые достигли опреде­ ленных успехов.

Большое внимание вопросам очистки авиационных топлив от загрязнений и воды и обеспечению безопасности полетов самоле­

ГСМ аэропортов и в топливных системах самолетов. Эти системы предусматривают ступенчатое по тонкости фильтрации примене­ ние фильтров, а также фильтров-сепараторов и ряд средств, пре­ дотвращающих загрязнение топлив продуктами атмосферной пыли

икоррозии.

Внастоящей книге собран и обобщен отечественный материал по загрязненности авиационных топлив - и их очистке методом фильтрации. В книге даны характеристики применяемых фильтра­ ционных материалов и фильтров. Значительная часть экспери­ ментального материала получена автором.

Автор приносит глубокую благодарность профессору доктору -

технических наук А. Ф. Аксенову и доктору технических наук И. В. Титову за полезные критические замечания и практические советы.

глава I. ТРЕБОВАНИЯ К ЧИСТОТЕ АВИАЦИОННЫХ ТОПЛИВ

Загрязнения топлив для реактивных двигателей оказывают от­ рицательное влияние на работу большинства агрегатов и узлов систем питания летательных апаратов.

В топливных баках загрязнения могут вывести из строя по­ плавковые клапаны и нарушить автоматическое управление за­ правкой летательного аппарата под давлением, привести к пере­ полнению подвесных баков -и топливных отсеков, к неполной вы­ работке топлива «з баков и выбросу его в дренажную систему.

В топливных фильтрах загрязнения могут вызвать преждевре­

Это может привести к нарушению нормальной подачи топлива в двигатель и выводу из строя агрегатов управления и подачи топ­ лива.

В насосах подкачивающих и высокого давления, а также в форсажных и пусковых насосах загрязнения могут привести к по­ вышенному износу и задиру крыльчаток, шестерен, плунжеров и втулок.

Тошгиворегулирующая аппаратура реактивных двигателей со­

В насосах-регуляторах при работе на загрязненном топливе, помимо износа, могут иметь место засорения и заедания прецизи­ онных деталей, что может явиться причиной:

нестабильного запуска двигателя из-за -заедания золотников;

5

«зависания» оборотов двигателя при числе оборотов, составля­ ющих 60—70% от максимальных;

ствие заедания поршня золотника ограничителя нарастания дав­ ления или зависания штока сервопоршня, гидрозамедлителя и т. д.

В тошгивомасляном радиаторе загрязнения приводят к интен­ сивному отложению осадков и забивке трубок.

Реактивные двигатели потребляют огромное количество топ­ лива, поэтому даже при небольшой их загрязненности фильтры за­ биваются, в отдельных местах скапливаются загрязнения, имеет

полостей топливорегулирующей аппаратуры является причиной аварий и вынужденных посадок самолетов [Ц]. По данным ста­ тистики, 33% всех аварий и катастроф летательных аппаратов и 50% отказов реактивных двигателей происходит вследствие за­ грязненности топлива [7, 13]. Около 11% этих аварий в военной

тов и по причине забивки топливных самолетных фильтров мик­ роорганизмами [15].

При работе на топливах высокой чистоты аварийность лета­ тельных аппаратов резко снижается [11].

Преждевременный износ топливной аппаратуры является серь­ езным осложнением при эксплуатации летательных аппаратов. Не­ соответствие срока службы двигателя и агрегатов топливной аппаратуры приводит к частым постановкам двигателей в ремонт для замены агрегатов. При работе на топливе, не содержащем загрязнений, удается сравнять срок службы агрегатов топливной аппаратуры и двигателя [20].

ГОСТами на топлива для реактивных двигателей и авиаци­ онные бензины, выпускаемые нефтеперерабатывающими завода­ ми, предусматривается отсутствие механических примесей и воды. Однако методы определения механических примесей и воды, ре­ комендованные этими ГОСТами, имеют невысокую чувствитель­ ность и классифицируют отсутствие механических примесей и во­ ды, когда в топливе имеются частицы загрязнений и микрокапли воды размером менее 15—20 мкм. Поэтому иа местах примене­ ния топлив, как правило, используются более совершенные мето­ ды и приборы, способные фиксировать частицы размером до 1 мкм и весом 0,00001—0,00005% [6, 16—=19]. При использовании

6

являет требования по механическим примесям не более 0,00024%,

а'по воде 0,0015% [28].

Ванглийских ВВС допускается не более 0,0001% загрязнений по весу после фильтра, удаляющего 95% всех частиц размером более 5 мкм [9]. По другим данным, допустимое количество за­

[22, 28, 29] рекомендовала следующие нормы загрязненности топ- л'ив, заправляемых в летательные аппараты: механические при­ меси — не более 0,00012%; свободной воды — не более 0,003%.

По спецификации MIL-F-8901, введенной в США с 1961 г. взамен MIL-F-8508, топливо, заправляемое в самолет, должно со­ держать [31] свободной воды не более 0,0015%; механических при­ месей — не более 0,5 мг/л; максимальный размер механических примесей — 5-мкм.

Система фильтрации топлив для реактивных двигателей, при­

авиационной промышленностью к чистоте заправляемых в ле­ тательные аппараты топлив: отсутствие свободной воды; наличие механических примесей —• не более 0,0002%; максимальный раз­ мер частиц механических примесей — 5 мкм.

Последние десятилетия характеризуются небывалым скачком в развитии техники. Появились новые двигатели, машины и ме­ ханизмы высокой точности. Сопряженные детали этих машин из­ готовлены с высокими классами точности и, как правило, имеют скользящие посадки, измеряемые микронами. В соответствии с классами обработки поверхностей деталей, классами допусков и посадок, рабочие жидкости (топлива), в которых работают сопря­ женные пары, также должны иметь соответствующие классы чи­ стоты [12]. По американскому стандарту SAE, ASTM. я А1А для рабочих жидкостей гидравлических систем установлено 11 классов чистоты по дисперсионному составу загрязнений на 100 мл жид­ кости [27].

В Советском Союзе ГОСТ 17216—71, вводимым с І/ѴІГ1973 г., предусматриваются 19 классов чистоты для жидкостей, в том чис­ ле для жидких топлив (табл. 1). Введение классов чистоты для

7

2. А. О. — абсолютное отсутствие частиц загрязнений. 3. Масса загрязнений для классов 6—12 дана факультативно, т. е. не является обязательным контрольным параметром. Контроль может вводиться по усмотрению разработчика системы,, применяющего жидкость.

8

17216—71 классы чистоты авиационного топлива должны будут указываться в технических требованиях на их изготовление, транс­ портировку, хранение и применение.

Для обеспечения необходимого класса чистоты нужны соот­ ветствующие средства, гарантирующие очистку топлива по дан­ ному классу чистоты: фильтры, фильтры-сепараторы, центрифуги, а также методы и приборы для определения загрязненности топ­ лив.

Классы чистоты дают бесспорные преимущества и удобства. Действительно, если для топливной системы летательного аппа­ рата требуется 6 или 7-й класс чистоты топлива, то нет необхо­ димости требовать чистоту этого же класса от топлива, выпу­ скаемого с нефтеперерабатывающего завода. В процессе транспор­ тировки, хранения и заправки это топливо будет загрязняться и все затраты на его очистку в заводских условиях будут напрасны. Повышение чистоты топлив на пути от нефтеперерабатывающего завода до топливной системы самолета должно 'быть ступенча­ тым.

глава п. ЗАГРЯЗНЕННОСТЬ

АВИАЦИОННЫХ ТОПЛИВ

М Е Т О Д Ы И С С Л Е Д О В А Н И Я З А Г Р Я З Н Е Н Н О С Т И

Для исследования загрязненности на всем пути поступления топлив от нефтеперерабатывающего завода до топливной аппара­ туры летательного аппарата отбирались пробы в количестве 20 л и снимались фильтрационные элементы фильтров грубой и тонкой очистки. Загрязнения из проб топлив и с фильтрационных элемен­ тов анализировались.

Определение дисперсионного состава загрязнении производи­

лось путем просмотра под микроскопом МБИ-6 пробы топлива, залитой в кювету, с одновременным замером при помощи окуля­ ра-линейки размера частиц 'и подсчета их количества [17]. Перед определением микроскоп собирался для работы в проходящем

лась окуляр-линейка, и объективом планахроматом 9x0,20. Об­

9