Требования к качеству топлив для средне- и малооборотных двигателей

Показатель	ДТ	ДМ
Плотность при 20°С, кг/м^3, не более	930	970
Фракционный состав; до 250°С перегоняется, % об., не более	15	ю
Вязкость при 50°С, не более
кинематическая, мм^2 /с	36	150
условная, °ВУ	5	20
Коксуемость, %, не более	3	9
Зольность, %, не более	0,04	0,06
Содержание, %, не более
серы	1,5	2.9
мех. примесей	0,05	0,1
воды	0,5	0,5
ванадия	0,5	0,5
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже	65	85
Температура застывания, °С, не выше	-5	10

2. Реактивные топлива

В современной гражданской и военной авиации широкое приме­нение получили воздушно-реактивные двигатели (ВРД), работающие на жидком углеводородном топливе. Это обусловлено достаточно широкими ресурсами нефтяных углеводородных топлив, их сравни­тельно невысокой стоимостью, высокими энергетическими показа­телями и рядом других достоинств.

Применение ВРД, являющегося одновременно движителем са­молета без сложных механических передаточных и ходовых уст­ройств, позволяет при относительно небольшой массе создать боль­шую тягу, причем в отличие от поршневых двигателей с пропеллером сила тяги ВРД не только не снижается с увеличением высоты и ско­рости полета, наоборот, даже возрастает.

Совершенствование ВРД и реактивных самолетов всегда было направлено на дальнейшее увеличение высоты и скоростей полета, повышение моторесурса, надежности и экономичности двигателей, обеспечение безопасности полетов.

В зависимости от развиваемых скорости и высоты полета принято классифицировать ВРД и соот­ветственно топлива на два типа: для дозвуковых и сверхзвуковых реактивных самолетов.

Среди моторных топлив к реактивным топливам предъявляются более повышенные требования к качеству - подвергают более тща­тельному контролю технологию как при производстве, так и транс­портировке, хранении и применении.

К топливу для ВРД предъявляются следующие основные тре­бования:

• оно должно полностью испаряться, легко воспламеняться и быстро сгорать в двигателе без срыва и проскока пламени, не обра­зуя паровых пробок в системе питания, нагара и других отложений в двигателе;

• объемная теплота сгорания его должна быть возможно высокой;

• оно должно легко прокачиваться по системе питания при лю­бой и экстремальной температуре его эксплуатации;

- топливо и продукты его сгорания не должны вызывать корро­зии деталей двигателя;

• оно должно быть стабильным и менее пожароопасным при хра­нении и применении.

Испаряемость - одно из важнейших эксплуатационных свойств реактивных топлив. Она характеризует скорость образования го­рючей смеси топлива и воздуха и тем самым влияет на полноту и стабильность сгорания и связанные с этим особенности работы ВРД: легкость запуска, нагарообразование, дымление, теплонапряженность камеры сгорания, а также надежность работы топливной сис­темы.

Испаряемость реактивных топлив оценивают, как и автобензи­нов, фракционным составом и давлением насыщенных паров.

Для реактивных топлив нормируются температура начала кипения, 10, 50, 90 и 98-процентного выкипания фракции. Температура конца кипения (точнее, 98% перегонки) регламентируется требованиями прежде всего к низкотемпературным свойствам, а начала кипения -пожарной опасностью и требованием к упругости паров. Естественно, у реактивных топлив для сверхзвуковых самолетов температура начала кипения существенно выше, чем для дозвуковых.

В ВРД на­шли применение 3 типа различающихся по фракционному составу топлив. Первый тип реактивных топлив, который наиболее распрост­ранен, - это керосины с пределами выкипания 135 - 150 и 250-280°С (отечественные топлива Т-1, ТС-1 и РТ, зарубежное - JR-5). Второй тип — топливо широкого фракционного состава (60 - 280°С), являю­щееся смесью бензиновой и керосиновой фракций (отечественное топливо Т-2, зарубежное - JR-4). Третий тип - реактивное топливо для сверхзвуковых самолетов: утяжеленная керосино-газойлевая фракция с пределами выкипания 195-315°С (отечественное топливо Т-6, зарубежное JR-6).

Давление насыщенных паров реактивного топлива обуслов­ливает потери топлива и избыточное давление в баках, необходимое для обеспечения бескавитационной работы топливных насосов. Оно определяется в приборе типа бомбы Рейда при температуре 38°С для топлива Т-2 и при 150°С для топлив, не содержащих бензиновой фракции.

Горючесть является весьма важным эксплуатационным свой­ством реактивных топлив. Она оценивается следующими показате­лями: удельной теплотой сгорания, плотностью, высотой некоптящего пламени, люминометрическим числом и содержанием арома­тических углеводородов (общим и отдельно бициклическим).

Удельная массовая теплота сгорания реактивного топлива ко­леблется в небольших пределах (10250 - 10300 ккал/кг), а удельная объемная - более существенно в зависимости от плотности топлива (которая изменяется в пределах от 755 для Т-2 до 840 кг/м³ для Т-6). Плотность топлива - весьма важный показатель, определяющий дальность полета, поэтому предпринимаются попытки получения топлив с максимально высокой плотностью.

Высота некоптяшего пламени - косвенный показатель склонно­сти топлива к нагарообразованию. Она зависит от содержания аро­матических углеводородов и фракционного состава (должна быть не менее 16 мм для Т-1; 25 мм для ТС-1, Т-2 и РТ и 20 мм для Т-6).

Люминометрическое число характеризует интенсивность тепло­вого излучения пламени при сгорании топлива, т.е. радиацию пла­мени, является также косвенным показателем склонности топлива к нагарообразованию. Оно определяется путем сравнения с яркостью пламени эталонных топлив - тетралина и изооктана (ЛЧ для Т-6>45, Т-1>50, ТС-1, Т-2 и РТ>55).

Склонность топлива к нагарообразованию в сильной степени зависит от содержания ароматических углеводородов. Нормируется для реактивных топлив следующее содержание ароматических уг­леводородов: Т-6<10, Т-1<20, ТС-1, Т-2<22 и РТ<18,5% масс.

Воспламеняемость реактивных топлив обычно характеризуется концентрационными и температурными пределами воспламенения, самовоспламенения и температурой вспышки в закрытом тигле и др. По ГОСТу нормируется только температура вспышки (для ТС-1 и РТ>28, для Т-1>30 и Т-6>60 °С), а определение остальных перечис­ленных выше показателей предусматривается в комплексе квали­фикационных методов испытаний реактивных топлив.

Прокачиваемость реактивных топлив оценивают следующими показателями: кинематической вязкостью, температурой начала кристаллизации, содержанием мыл нафтеновых кислот и содержа­нием воды и механических примесей.

Кинематическая вязкость топлив нормируется при двух тем­пературах: при 20°С (Т-2>1,05;ТС-1 и РТ>1,25; Т-1>1,5 и Т-6<4,5 сСт) и при 40 <С (Т-2<6; ТС-1<8; Т-1 и РТ<16 и Т-6<60 сСт).

Температура начала кристаллизации для всех отечественных реактивных топлив до недавнего времени нормировалась не выше минус 60°С. В настоящее время на наиболее широко используемый сорт Т-2 допускается этот показатель не выше минус 55 °С.

Химическая стабильность реактивных топлив. Поскольку топ­лива для ВРД готовят преимущественно из дистиллятных прямогонных фракций, они практически не содержат алкенов, имеют низкие йодные числа (не выше 3,5 г J₂/100 мл) и характеризуются достаточ­но высокой химической стабильностью. В условиях хранения окис­лительные процессы в таких топливах идут очень медленно. Гидро­очищенные реактивные топлива, хотя в них удалены гетеросоедине-ния, тем не менее легче окисляются кислородом воздуха ввиду уда­ления природных антиокислителей и образуют смолоподобные про­дукты нейтрального и кислотного характера. Для повышения хими­ческой стабильности гидроочищенных топлив добавляют антиокис­лительные присадки (типа ионола). Химическая стабильность реак­тивных топлив оценивается по йодным числам и содержанию фак­тических смол.

Термоокислительная стабильность характеризует склонность реактивных топлив к окислению при повышенных температурах с образованием осадков и смолистых отложений. В условиях авиаци­онных полетов имеет место повышение температуры топлива в топ­ливных системах вплоть до 200°С и выше, например, в сверхзвуко­вых самолетах. Было установлено, что зависимость осадкообра­зования в топливах при изменении температуры от 100 до 300°С но­сит экстремальный характер. Характерно, что для каждого вида топ­лива имеется своя температурная область максимального осад­кообразования. Так, эта температура для топлив ТС-1 и Т-1 состав­ляет 150 и 160°С соответственно. Чем тяжелее фракционный состав топлива, тем при более высокой температуре наступает максимум осадкообразования. Окисление топлив при повышенных темпера­турах значительно ускоряется за счет каталитического действия материала деталей топливных систем. Для снижения интенсивнос­ти окислительных процессов наиболее эффективно введение в реак­тивное топливо присадок, пассивирующих каталитическое действие металлов. Оценку термоокислительной стабильности реактивных топлив проводят в специальных приборах в статических и динами­ческих условиях. Статический метод оценки заключается в окис­лении образца топлива при 150°С в изолированном объеме с после­дующим определением массы образовавшегося осадка (в мг/100 мл) в течение 4 или 5 ч. Стабильность в динамических условиях оцени­вают по величине перепада давления в фильтре при прокачке на­гретого до 150-180°С топлива в течение 5 ч или по образованию осадков в нагревателе (в баллах).

Повышение термоокислительной стабильности реактивных топ­лив обеспечивают технологическими методами (гидроочисткой) и введением специальных присадок (антиокислительных, диспер­гирующих или полифункциональных).

Коррозионная активность реактивных топлив. Она оценивает­ся, как и для топлив поршневых ДВС, следующими показателями: содержанием общей серы, в т.ч. сероводорода и меркаптановой серы, содержанием водорастворимых кислот и щелочей, кислотностью и испытанием на медной пластинке. В соответствии с ГОСТом в реак­тивном топливе ограничивается: содержание общей серы для Т-6<0,05 %, для Т-1 и РТ<0,1 % и ТС-1 и Т-2<0,25 % масс, меркаптановой серы для Т-6 отсутствие, РТ<0,001, для ТС-1 и Т-2< 0,005% масс; кислотность для Т-6<0,5 и для остальных марок <0,7 мг КОН/100 мл. В топливах должны отсутствовать сероводород, водорастворимые кислоты и щелочи, и они должны выдерживать испытание на мед­ной пластинке (при 100°С в течение 3 ч).

Марки реактивных топлив. Отечественными стандартами пре­дусматривается возможность производства реактивных топлив 4 марок для дозвуковой авиации (Т-1, ТС-1, Т-2 и РТ) и одна марка для сверхзвуковых самолетов -Т-6.

Топливо Т-1 - это прямогонная керосиновая фракция (150 - 280°С) малосернистых неф­тей. Выпускают его в очень малых количествах.

Т-2 - топливо широ­кого фракционного состава (60 - 280°С), признано резервным и в настоящее время не вырабатывается.

Наиболее массовыми топлива­ми для дозвуковой авиации являются ТС-1 и РТ.

Топливо ТС-1 -прямогонная фракция 150 - 250°С сернистых нефтей. Отличается от Т-1 более легким фракционным составом.

Топливо РТ разработано взамен Т-1 и ТС-1. В процессе его производства прямогонные дис­тилляты (135 - 280°С) подвергают гидроочистке. Для улучшения эксплуатационных свойств в топливо РТ вводятся присадки противоизносные марки П (0,002-0,004% масс), антиокислительная (ионол 0,003-0,004% масс), антистатические и антиводокристаллизирующие типа тетрагидрофурфуролового спирта (ТГФ).

Реактивное топливо для сверхзвуковой авиации Т-6 представляет собой глубокогидроочищенную утяжеленную керосино-газойлевую фракцию (195 - 315°С) прямой перегонки нефти. У топлива низ­кое содержание серы, смол, ароматических углеводородов (до 10% масс, а фактическое - 3 - 7% масс), высокая термическая стабиль­ность, хорошо прокачивается, малокоррозийно и используется на самолетах, имеющих скорости полета до 3,5 М.

Отечественные реактивные топлива по качеству не уступают зарубежным маркам топлив, например, ДЖЕТА (А-1) и УР-5, а по некоторым показателям превосходят их.