12.3. Взаимосвязь характеристик топлива и эксплуатационных параметров двигателей

12.3.1. Влияние характеристик топлива на запуск двигателя

Процессу горения, т.е. процессу быстрого окисления горючих компонентов топлива (воспламенения топлива), сопровождающемуся выделением тепловой энергии, всегда предшествует процесс испарения топлива и образования смеси его паров с воздухом (так называемое смесеобразование). На смесеобразование большое влияние оказывает испаряемость, т.е. фракционный состав топлива. При этом, чем легче топлива по фракционному составу, тем эффективнее процесс смесеобразования. Существенную роль в процессе смесеобразования играет также давление паров топлива при температурах, которые имеют место в камере сгорания, рис. 12.10. Чем выше это давление, тем больше скорость их испарения и тем лучше смесеобразование.

Рис. 12.10. Изменение давления упругости паров топлива в зависимости от его температуры:

1 – топливо широкой фракции; 2 – керосин; 3 – утяжеленный керосин

Процессу непосредственного запуска двигателя, т.е. процессу вывода его на минимальный устойчивый режим работы (режим малого газа), предшествует процесс воспламенения горючей смеси. Эффективность воспламенения горючей смеси в камере сгорания авиационного двигателя зависит от целого ряда факторов и, в первую очередь, от степени распыления топлива, т.е. качества горючей смеси; ее температуры самовоспламенения; концентрационных пределов воспламенения горючей смеси (предельных концентраций паров топлива в воздухе) и минимально предельного давления воспламенения. Топливо воспламеняется тем легче, чем выше степень распыления, т.е. качество образования горючей смеси, так как в этом случае увеличивается поверхность испарения топлива. При этом затраты энергии и времени на нагрев и испарение отдельных капель уменьшаются.

Степень распыления топлива очень сильно зависит от вязкости топлива (рис. 12.11). Чем больше вязкость, тем труднее его распылить. С уменьшением температуры вязкость топлива увеличивается и поэтому затрудняется распыление его. На эффективность запуска двигателя большое влияние оказывает так называемый период задержки воспламенения топлива, определяемый временем в секундах от момента ввода топлива в камеру сгорания до момента воспламенения его. Чем меньше период задержки воспламенения, тем легче осуществляется воспламенение горючей смеси. Период задержки воспламенения характеризует окислительные процессы и зависит от химического состава и физических свойств углеводородов, а также внешних условий (температуры и давления смеси).

Рис. 12.11. Изменение вязкости топлива в зависимости от его температуры

Воспламеняемость горючей смеси зависит также от температуры самовоспламенения паров топлива, т.е. той температуры, при которой происходит самозагорание горючей смеси без контакта с открытым пламенем. Чем ниже температура самовоспламенения смеси, тем легче запустить двигатель.

На эффективность запуска двигателя очень большое влияние оказывают предельные концентрации паров топлива в воздухе.

Чем шире пределы воспламенения горючей смеси, тем лучшими пусковыми свойствами обладает топливо. Пределы воспламенения горючей смеси зависят от давления, при котором находится смесь. С уменьшением этого давления пределы воспламенения сужаются и ниже некоторого давления, называемого минимально предельным давлением, воспламенения смеси не происходит. Чем ниже минимально предельное давление горючей смеси, при котором еще происходит ее воспламенение, тем легче запустить двигатель.