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

Из баланса загрязненности и ранее приведенных данных по ха­ рактеру загрязнений следует, что на склады ГСМ аэропортов и аэродромов топлива Т-1 и ТС-1 поступают в железнодорожных •цистернах 'практически с одинаковой загрязненностью 1,2—3,23 г/т. принимаемой за 100%. На складах ГСМ при складских операциях и хранении в топливо Т-1 попадает загрязнений 2,0—7,6 г/т (185%), главным образом продукты атмосферной пыли, а также 'продукты

оборудования, а также продукты атмосферной пыли, износа пере­

40

счет систематического отстаивания загрязнений, поступающих с за­ правляемым топливом, а также продукты атмосферной пыли, по­ падающие при заправке с топливом и воздухом и при поддавливании воздухом, продукты разрушения внутренних поверхностей баков и технологические загрязнения, оставшиеся после изготов­ ления и ремонта баков. При 'прохождении по топливной системе топливо дополнительно загрязняется продуктами износа, техно­ логическими загрязнениями п продуктами уплотнения нестабиль­ ных углеводородов, образовавшихся при нагреве в топливо-масля­ ном радиаторе. Самолетные фильтры удаляют из топлива Т-1 за­

ля поступает топливо Т-1, содержащее загрязнений 0,42—9,2 г/т (175%), и топливо ТС-1, содержащее загрязнений 0,5 — 0,62 г/т

. (28%).

Ф О Р М И Р О В А Н И Е З А Г Р Я З Н Е Н И Й

Твердые загрязнения в топливе представляют собой отдельные взвеси или суспензии с размерами частиц, характерными для кол­ лоидных я мелкодисперсных систем.

Изучение состава твердых загрязнений показало, что они со­ стоят из зольных элементов, органической части, включающей глубокоокисленные сернистые, азотистые и кислородные органические соединения, а также структурной влаги.

Жидкие загрязнения в топливе представляют собой воду, смо­ листые и поверхностно-активные вещества, находящиеся в раство­ ренном состоянии или в виде второй фазы. Свободная вода на­ ходится в виде эмульсии с размером глобул в.оды от долей до единиц микрона. Газообразные загрязнения в топливе представ­

Наконец, в топливе могут встречаться микроорганизмы и- про­ дукты их жизнедеятельности, которые располагаются на границе раздела топливо—вода и в близлежащих слоях топлива. Микро­ организмы и продукты их жизнедеятельности имеют размеры от долей до единиц микрона и располагаются в виде колоний.

Загрязнения, содержащие зольные элементы, проникают в топ­ ливо за счет коррозии металлов, износа трущихся пар, вымывания компонентов из прокладочно-уплотнительных материалов и кон­

соединений органического происхождения. Частицы зольного ха­ рактера адсорбируют на своей поверхности из топлива смолистые продукты и влагу.

Загрязнения органического происхождения, серо-, азот- и кис­ лородсодержащие соединения остаются в углеводородной среде в

41

Рис. 4. Изменение дисперсионного состава загрязнений в топливе Т-1 при гер­ метичном (а) и открытом (б) хранении после фильтрации:

/ — через нетканые материалы; 2 — через фнльтроднагональ; 3 — через фильтросванбой

виде истинного раствора до известной стадии превращения. Даль­ нейшее окисление и уплотнение этих соединений 'приводит к «пе­ регрузке» гетероатомами, что является причиной частичного их выпадения из углеводородного раствора в виде твердой фазы. Та­ ким образом, создается коллоидная система топливо—смолы.

Под влиянием частиц зольного происхождения, воды и поверх­ ностно-активных веществ происходит разрушение коллоидной си­ стемы и укрупнение частиц.

По мере укрупнения частицы оседают. Следовательно, в топ­ ливе происходит непрерывный процесс образования и разрушения коллоидной системы, укрупнения частиц и их осаждения. Поэтому даже 'при длительном хранении не удается достичь полного от­ стаивания загрязнений. Для их удаления из топлив необходима фильтрация через пористые перегородки с малым размером пор. При небольших скоростях фильтрации загрязнения задерживают­ ся пористой перегородкой. При повышении скоростей фильтрации некоторые скоагулировавшиеся загрязнения разрушаются при столкновении с пористой перегородкой и после (фильтра обнару­ живается больше мелких частиц, чем до фильтра.

В результате прохождения топлив через фильтры частицы за­

42

изменения дисперсионного состава загрязнений (рис. 4) в первые сутки «аблюдаются резкие перегибы. Через четверо — шестеро суток устанавливается равновесие между этими процессами.

При длительном герметичном и открытом хранении в про­ фильтрованном топливе наблюдаются процессы пептизацки и ко­ агуляции коллоидных и дисперсионных систем. Уже после одного месяца хранения заметно накопление частиц размером 3—Ъмкм, через три—пять месяцев хранения их количество достигает мак­ симума, а затем снижается [25].

Рост -количества частиц загрязнений размером 5—10 мкм на­ чинается через два месяца и достигает максимума к трем—пяти месяцам хранения, а после шести—одиннадцати месяцев стабили­ зируется.

определяется их задерживающей способностью. В частности, ткань фильтросванбой <в большей степени удаляет из топлива смолы, обогащенные сернистыми и азотистыми соединениями, которые способствуют коагуляции загрязнений.

Перемешивание топлив, изменение температуры и других физичеоких условий ускоряет, с одной стороны, насыщение мелко­ дисперсной системы смолистыми частицами, с другой — частич­ ное разрушение коллоидной системы с образованием более круп­ ных частиц и их интенсивное агрегирование.

Г л а в а 111. СИСТЕМЫ

ФИЛЬТРАЦИИ АВИАЦИОННЫХ ТОПЛИВ

Опыт эксплуатации складов ГСМ аэропортов и топливных си­ стем самолетов показывает, что применение отдельно взятых да­ же очень эффективных фильтров не может обеспечить 'необходи­

мероприятий по предупреждению и снижению загрязненности топ­ лив, составляющих систему фильтрации, может обеспечить необ­ ходимую чистоту авиационных топлив.

До 1959 г. в Советском Союзе система фильтрации включала на окладах ГСМ отстой топлива в складских резервуарах и ци­ стернах топливозаправщиков и очистку от загрязнений при по­ мощи фильтра с трехслойным чехлом (шелк-фильтр-шелк) в топ­ ливозаправщике при заправке самолета. На самолетах в этот период, как правило, устанавливался сетчатый фильтр в топлив­ ной системе и фетровый фильтр перед топливным агрегатом.

43 '

Создание новых реактивных самолетов с двигателями, имею­ щими топливорегулирующую аппаратуру с большим количеством прецизионных пар с зазорами 5—7 мкм, высотные полеты и т. д., предъявило более высокие требования к чистоте топлив. По­ этому в 1959 г. была введена двухступенчатая система фильт­ рации, которая предусматривала, помимо отстаивания, очистку топлива на складе ГСМ аэропорта при помощи двух фильтров с четырехслойными чехлами типа ТФЧ (три слоя ткани фильтросванбой и один слой шелковой ткани), установленных «а разда­ точном стояке и в топливозаправщике.

На новых самолетах в этот период стали устанавливать в топ­ ливной системе сетчатый фильтр грубой очистки и сетчатый или

ции показала, что необходимо дальнейшее 'повышение чистоты топлив и особенно в направлении удаления из топлив свободной (эмульсионной) воды.

В 1964 г. была введена трехступенчатая система фильтрации авиационных топлив, включающая [2, 6, 23, 24, 38, 51, 52]:

установку на складе горюче-смазочных материалов в линии налива топлива фильтра тонкой очистки (первая ступень) с четы­

замена чехла типа ТФЧ на бумажный или фторопластовый фильт­ рационный пакет;

установку в топливозаправщике фильтра тонкой очистки

кет;

выделение групп отстойных и раздаточных резервуаров с пла­ вающими топливоприемниками, устройствами для выкачки отстоя для лучшей организации отстаивания;

установку воздушных фильтров на резервуарах, цистернах, ба­ ках самолетов, для защиты топлив от атмосферной пыли;

герметизацию процессов перекачки, налива и заправки для защиты от атмосферной пыли и влаги:

применение стойких материалов или антикоррозийных покры­ тий в технических средствах складов ГСМ и топливоприемиых системах самолетов для защиты топлив от продуктов коррозии;

•В настоящее время все элементы системы фильтрации про­ мышленностью отработаны и по мере их производства внедряют­ ся на склады ГСМ.

44

рехступенчатой, так как вместо предварительного сетчатого фильт­

рая ступень) устанавливаются после насосной станции централи'

Современные зарубежные системы фильтрации авиационных топлив в линиях подачи топлива к резервуарам склада ГСМ аэро­ порта обычно имеют [55—59]:

при подаче из железнодорожных цистерн один-два фильтра тонкой очистки;

при подаче по трубопроводу один-два фильтра тонкой очистки и фильтр-сепаратор;

при подаче из танкера — воздухоотделитель, фильтр тонкой очистки и фильтр-сепаратор;

при подаче топлива из резервуара оклада ГСМ в баки само­ летов два фильтра тонкой очистки и один-два фильтра-сепарато­ ра (один стационарный, другой на заправочном агрегате);

приборы непрерывного контроля за чистотой топлив (содержа­ ние механических примесей и свободной воды).

В последние годы фирма Shell оборудовала семь малых аэро­ дромных складов ГСМ по системе фильтрации, основанной на применении фильтров-сепараторов для очистки и фильтров-мони­ торов для контроля за чистотой топлива и автоматического пере­ крытия потока загрязненного топлива.

Такая система предусматривает забор топлива из нижней точ­ ки резервуара и исключает отстаивание топлива и зачистку ре­ зервуаров и цистерн топливозаправщиков [60].

В топливных системах самолетов происходит интенсивное за­ грязнение топлив: в баках — продуктами коррозии металлов/ продуктами разрушения и вымывания отдельных компонентов,! продуктами атмосферной пыли; в топливо-масляном радиаторе — - продуктами уплотнения и окисления нестабильных углеводородов.

Поэтому фильтры тонкой очистки в топливных системах быстро забиваются загрязнениями. Для обеспечения эффективной очист­ ки топливные системы 'Самолетов должны иметь систему фильтра­ ции, включающую [7]:

установку воздушного фильтра тонкой очистки в линии пода­ чи воздуха или газа в топливные баки для защиты топлива от атмосферной пыли;

установку фильтра тонкой очистки (первая ступень) перед топ-

45

ливомасляным радиатором для снижения загрязненности топли­ ва, нагреваемого в топливомасляном радиаторе, а следовательно, для уменьшения количества центров коагуляции загрязнений при нагреве топлива;

установку фильтра тонкой очистки топлива (вторая ступень) после топливомасляного радиатора;

отвод топлива в агрегаты регулирования механизмов двига­ теля и магистраль холодного топлива после фильтра первой сту­ пени;

установку фильтров тонкой очистки перед агрегатами регули­ рования механизмов двигателя;

тщательную промывку всех агрегатов и топливной системы досле изготовления и ремонта.

ся безнасооная и насосная фильтрационные установки [6, 61].

лона 12. По манометру 6 определяют давление авиационного топ­ лива перед испытуемым образцом фильтрационного материала, по термометру 5 — температура, а с помощью мерного цилиндра / и секундомера — расход топлива.

Принцип работы насосной фильтрационной установки (рис. 6) основан ща прокачивании топлива при помощи насоса / через ис­ пытуемый образец фильтрационного материала. Образец закреп­ ляется в зажимном устройстве 7, а топливо заливается в бачок 16. Бачок для поддержания заданной постоянной температуры топли­ ва имеет специальную рубашку 17, в которой для охлаждения топлива помещается лед или подается холодная вода, а для подо­ грева — горячая вода. Температура топлива замеряется термомет­ рами 4 и 11.

46

расхода топлива — мерный цилиндр 10, счетчик 13 и мерный бак 14. Для защиты напорных трубопроводов установки от чрез­ мерных давлений насос заблокирован редукционным клапаном 2.

Для отбора проб топлива и создания необходимых направле­ ний потоков установка имеет ряд вентилей « кранов Кі—Л'ц.

На лабораторных установках определяют следующие показа­ тели фильтрационных материалов: гидравлическую характеристи­ ку; .полноту и тонкость фильтрации; полноту отделения воды; фильтруемость; ресурс работы; вымываемость волокон.

Гидравлическая характеристика чистого или загрязненного фильтрационного материала показывает зависимость удельной пропускной способности q, т. е. количества топлива, прошедшего через единицу поверхности материала в единицу времени, от пе­ репада давления Ар при температуре топлива zt =const= 18°±2°С.

Гидравлические характеристики определяются на чистом, не содержащем загрязнений топливе.

На безнасосной лабораторной фильтрационной установке гид­ равлические характеристики определяют путем ступенчатого по­ вышения давления в ресивере (через 0,2 кГ/см2), продавливания топлива через испытуемый образец фильтрационного материала и замера пропускной способности с помощью мерного цилиндра и секундомера.

На насосной лабораторной фильтрационной установке гидрав­ лические характеристики определяются путем изменения давле­ ния на испытуемом образце фильтрационного материала при по­ мощи байласного вентиля и замера пропускной способности счет­

48

Тонкость фильтрации характеризует качественный эффект очи­

ной лабораторной установке через испытуемый образец фильтра­ ционного материала продавливают, а на насосной лабораторной

ных загрязнений топлив. Кроме того, лёссовая пыль неактивна по

При эксплуатационных испытаниях определяется полнота и тонкость фильтрации топлива, содержащего естественные загряз­ нения.

В процессе продавливания или прокачки загрязненного топли­ ва через испытуемый образец фильтрационного материала отби­ рают пробы до и после него. Пробы 'исходного топлива (суспен­ зии) и фильтрата для определения полноты фильтрации пропу­ скают через 'биологические мембранные фильтры № 4 (ГОСТ 8985—59). По разнице весов мембранных фильтров до и после 'пропускания через них топлива определяют весовое содержание загрязнений.

Для определения тонкости фильтрации в одну стеклянную кю­ вету с плоским дном наливают суспензию, а в другую — фильт-

49