ВКР Анализ авиационных топлив, применяемых в гражданской авиаци. 1. Введение 4 Авиационные топлива, применяемые на воздушных судах га 6

• Название: 1. Введение 4 Авиационные топлива, применяемые на воздушных судах га 6
• Дата: 06.05.2022
• Размер: 54.91 Kb.
• Имя файла: ВКР Анализ авиационных топлив, применяемых в гражданской авиаци.docx
• Тип: Реферат; #515274

Содержание

1.Введение 4

2.Авиационные топлива, применяемые на воздушных судах ГА 6

3.Получение, очистка авиационных топлив и требования, предъявляемые к ним 9

4. Основные свойства топлива и его маркировка 13

5. Правила безопасности при обращении с топливом 27

6. Авиакатастрофы из-за топлива 29

7. Список используемых источников 30

1.Введение

Днем рождения ГА России считается 9 февраля 1923г.когда советом труда и обороны создается совет по гражданской авиации. С этого момента ГА России началась интенсивное развитие. Первая пассажирская воздушная судно было открыто в 1923 между Москвой и Нижнем Новгородом протяжённостью 420км. Первоначально на линиях ГА эксплуатировались самолеты иностранного производства. Работы талантливых советских ученых Н.Е. Жуковского, С.А. Чаплыгина, Юрьева и др. в области аэродинамики конструкторами авиационной техники позволили талантливыми конструкторам Сикорскому И.И, Туполеву А.М создать отечественные самолеты превосходящие на характеристикам иностранную авиатехнику. Интенсивная развивающая авиационная промышленность резко самолетов для наряд гражданской авиации страны. Уже в 1935г в России эксплуатировались только самолёты отечественного производства. 25 февраля 1932г образованье главное управление Гражданского воздушного флота и официально упрощено ГА страны “Аэрофлот” в начале Великой Отечественной войны уже 23 июля 1941 СССР утверждением положение о переходе ГА во времени Великой Отечественной Войны производима переброску войск техники боезапас. Превзошла 5тыс. Особая ГА заключалась в обеспечении феркционировании партизанских отрядов, куда самолётами доставлялась вооружение, продукты питания, эвакуировались на “ большую землю” раненые. Применялись самолёты ГА и для нанесения бомбовых ударов по врагу. Известные учебные легкие самолеты У-2 (По-2) в мирное время использовались для первоначального обучения пилотов в военных Гражданских училищах. Во время войны они стали ночными бомбардировщиками. Имея скорость полета около 100 км/час, высоту полета до 3000 метров ночью в полной темноте под управлениям 19-20 летних эти самолеты наносили высоко точные бомбовые удары по штабом противника, складам, скопившиеся техники на станциях, нанося огромный урон противнику. Неметское командование вынуждено было издать приказ “ За уничтожения одного самолета У-2 пилоту и истребителю награждался железным крестом”

После победоносного окончания Великой Отечественной войны страна переходила на гражданскую мирную жизнь. Востанавливалось разрушанное народное хозяйство. Востанавливалась и развивалась ГА. Талантливые советские авиаконструкторы Туполев А.Н., Илюшин С.В., Антонов, Яковлев ранее занимавшиеся разработанного авиатехнические проектного назначения приступили к конструированого пассажирских и грузовых самолетов. Появились самолеты ИЛ-12 и ИЛ-14, АН-2 , ЯК-12 это самолеты с поршневыми двигателями потребность пассажирских и грузовых перевозках в стране резко росла особенно в связи с интенсивным развитием Сибири и Дальнего Востока. Возникла острая необходимость в самолетах с большой пассажировместительности и скоростью в конструкторском бюро Туполеве А.Н. был сконструирован первый в мири пассажирский самолет с реактивными двигателями Ту-104. В 1956 г был выполнен первый в мире регулярный рейс Москва-Иркутск .Самолет перевозил 70 пассажиров со скоростью 850 км/час ,но турбореактивные двигатели этого самолета РД-3м потребляли большое количество топлива. В этот период времени советские конструкторы авиадвигателей А. Шевченко и Н. Кузнецов создали турбовинтовые двигатели высокой экономичности. Ан-20 и Нк-12 конструкторы самолетов Илюшин .С.В, Антонов. Разработали самолеты Ил-18 и Ан-10 которые перевозили около 100 пассажиров каждый со скоростью 550 -600 км.

В 1959 г конструктор Туполев А.Н используя двигатели Н.Д.Кузнецова создали самолет ТУ-114 , в ту пору самый большой пассажирский самолет в мире . Он имел пассажировместимость 180 человек и скорость полета 850 км двигатели ТВД НК-12 мог сохранять полеты без посадки до 12000 км самый протяженный маршрут совершаемый на этом самолете Москва-Гавань. В шестидесятые годы были выпущенные на трассы ГА: самолеты ИЛ-62 ,ТУ-154. ЯК-40,ЯК-42,ИЛ-86. В настоящее время авиапромышленность России выпускает для ГА самолеты ТУ-204,ТУ-214,АН-144,АН-148,АН-124,Суперджет . которые не уступают по своим характеристикам зарубежным аналогам . В 2016 г ГА России перевезла 126 млн пассажиров .

2.Авиационные топлива, применяемые на воздушных судах ГА

Для авиабензина основными показателями качества являются:

• 
  детонационная стойкость (определяет пригодность бензина к применению в двигателях с высокой степенью сжатия рабочей смеси без возникновения детонационного сгорания)
  
• 
  фракционный состав (говорит об испаряемости бензина, что необходимо для определения его способности к образованию рабочей топливовоздушной смеси; характеризуется диапазонами температур выкипания (40—180(°)С) и давлений насыщенных паров (29—48 кПа))
  
• 
  химическая стабильность (способность противостоять изменениям химического состава при хранении, транспортировке и применении)
  

Основной способ добычи авиационных бензинов — прямая перегонка нефти, каталитического крекинга или риформинга без добавки или с добавкой высококачественных компонентов, этиловой жидкости и различных присадок.

Классификация авиационных бензинов основывается на их антидетонационных свойствах, выраженных в октановых числах и в единицах сортности. Сорта российских авиационных бензинов маркируются, как правило, дробью: в числителе — октановое число или сортность на бедной смеси, в знаменателе — сортность на богатой смеси, например, Б-95/130. Встречается маркировка авиационных бензинов и по одним октановым числам (например, Б-70).

Основная область применения авиационных бензинов — топливо поршневых двигателей. Бензин Б-70 применялся (к примеру) в качестве горючего для турбостартеров двигателей самолётов типа Ту-16 (РД-3М) и Ту-22. В настоящее время он в основном применяется при техническом обслуживании техники в качестве растворителя.

Керосин — фракция нефти, выкипающая в основном в интервале температур 200—300°С Реактивное топливо, топливо для авиационных реактивных двигателей — это как правило, керосиновые фракции, получаемые прямой перегонкой из малосернистых (например, Т-1) и сернистых (ТС-1) нефтей. В настоящее время прямоперегонного авиационного топлива мало, широко применяется гидроочистка и добавка присадок.

Керосин применяется для бытовых целей как печное и моторное топливо, растворитель лаков и красок. Реактивное топливо применяется в качестве горючего для газотурбинных двигателей самолётов и вертолётов гражданской и военной авиации, и кроме того, топливо на борту воздушного судна также может использоваться в качестве теплоносителя или хладагента (топливно-воздушные и топливно-масляные радиаторы), и в качестве рабочей жидкости гидросистем (например, управление сечением реактивного сопла двигателя). Также реактивные топлива широко применяются как растворитель при техническом обслуживании воздушных судов, при очистке от загрязнений ручным либо машинным способом (например, в ультразвуковой установке для очистки фильтров в качестве рабочей жидкости применяется авиакеросин). Авиационные реактивные топлива проходят в общей сложности до 8 ступеней контроля качества, а в Российской Федерации, кроме того, и приёмку военным представителем.

Для реактивных топлив основными показателями качества являются:

• 
  массовая и объёмная теплота сгорания
  
• 
  термостабильность топлива
  
• 
  давление насыщенных паров
  
• 
  кинематическая вязкость
  
• 
  совместимость с конструкционными и уплотнительными материалами
  
• 
  нагарные и противоизносные свойства
  
• 
  электропроводность
  
• 
  серность
  
• 
  кислотность
  

Реактивные топлива вырабатываются в основном из среднедистиллятных фракций нефти, выкипающих при температуре 140—280 С° (лигроино-керосиновых). Широкофракционные сорта реактивных топлив изготовляются с вовлечением в переработку бензиновых фракций нефти. Для получения некоторых сортов реактивных топлив (Т-8В, Т-6) в качестве сырья применяются вакуумный газойль и продукты вторичной переработки нефти.

Реактивные топлива на 96—99 % состоят из углеводородов, в составе которых различают три основные группы:

• 
  парафиновые
  
• 
  нафтеновые
  
• 
  ароматические.
  

Кроме углеводородов в реактивных топливах в незначительных количествах присутствуют сернистые, кислородные, азотистые, металлорганические соединения и смолистые вещества. Их содержание в реактивных топливах регламентируется стандартами.

В России и странах СНГ, эксплуатирующих советскую авиатехнику, используются следующие типы авиационного топлива:

— ТС-1 в РФ производится по ГОСТ 10227-86 с изм. 1-6. — прямогонная фракция 150—250 С°, либо смесь прямогонных и гидроочищенных фракций (основным ограничением является содержание общей серы и меркаптановой не более 0,2 % и 0,003 %). Самый массовый вид авиационного топлива на территории РФ и постсоветском пространстве, предназначенный для всех старых типов турбовинтовых и дозвуковых турбореактивных двигателей, также на нём эксплуатируются самолёты зарубежных производителей. По своим характеристикам и области применения примерно соответстует зарубежному керосину Jet-A. Является резервным по отношению к топливу РТ.

— РТ — высококачественное топливо, нефтяная фракция 135—280 С° с полной гидроочисткой. Содержание серы: общей — 0,1 %, меркаптановой — 0,001 %. В связи с гидрокрекингом топливо «сухое», то есть имеет низкие смазывающие свойства. В процессе производства в него вводятся антиокислительная и антиизносная присадки. Предназначено для турбореактивных дозвуковых и некоторых сверхзвуковых самолётов (Су-27, Ту-22М3 и др.), а также в качестве резерва топлива ТС-1. Зарубежных аналогов для данного топлива нет.

3.Получение, очистка авиационных топлив и требования, предъявляемые к ним

Основными способами получения авиатоплив из нефти является прямая перегонка (дистилляция) и деструктивная переработка (крекинг).

Прямая перегонка нефти

Прямая перегонка – наиболее простой и старый способ перегонки нефти.

Нефть центробежным насосом 5 подается под давлением последовательно через три дистиллятных теплообменника 4, грязеотделитель 6, мазутные теплообменники 7 и, нагретая до 170…1800С, поступает в трубчатую печь 1. Нагретая в печи до 3500С в виде двухфазной среды (пар + жидкость) нефть поступает в ректификационную колонну 2.

Колонна представляет собой цилиндр с рядом расположенных друг над другом горизонтальных площадок (так называемых тарелок) 18. Каждая из площадок снабжена паровым патрубком 16, колпачком 14, переливной трубой 13, сливным порогом 15.

Жидкость двухфазной среды заполняет тарелку и стекает через переливную трубку 13 на нижерасположенную тарелку. На каждой из тарелок жидкость встречается с подымающимся вверх паром, который просачивается (пробулькивает) через раствор, проходя паровые патрубки 16 в зазор между патрубками и колпачками 14, обеспечивающими контакт между паром и жидкостью. При этом часть менее летучего (тяжелого) компонента конденсируется из пара в жидкость, часть летучего - переходит из жидкости в пар. В результате пар, подходящий к паровому патрубку вышерасположенной

тарелки, оказывается обогащенным более легкими компонентами по сравнению с паром, поступающим с нижних тарелок, а жидкость, стекающая на расположенную ниже тарелку через переливную трубку 13, обогащена более тяжелым компонентом по сравнению с жидкостью, поступающей с выше расположенной тарелки. Этот процесс повторяется на каждой тарелке и, в результате, при применении колонны с достаточным количеством тарелок и правильной регулировке режима работы и мест отбора по высоте колонны становится возможным получение заданных фракций перегонки нефти.

С верха колонны отбираются пары бензина, которые охлаждаются и конденсируются в теплообменнике 4 и холодильнике 8. Проходя через газосепаратор 12 бензин поступает в приемник 9, из которого часть бензина отбирается насосом 10 для орошения колонны.

С бока колонны после прохождения через выносные отпарные секции 3, теплообменники 4 и холодильники 8 отбирают боковые погоны – лигроин, керосин, газойль.

Мазут с низа колоны прокачивается насосом 11 через теплообменник 7 в мазутоприемник.

В зависимости от марки нефти выход светлых продуктов прямой перегонки может достигать 50%, в том числе бензиновой фракции – 20…25%, керосиновой – 15…20%, дизельного топлива – 5…7%.

2.2. Деструктивная переработка нефти и нефтепродуктов (крекинг)

Для увеличения выхода авиатоплив используется более совершенная (по сравнению с прямой перегонкой) технология переработки нефти, а также химические превращения высококипящих фракций нефти в дефицитные фракции.

Такими методами являются термический крекинг, каталитический крекинг, риформинг, гидрокрекинг.

Крекингом принято называть процесс расщепления высокомолекулярных углеводородов, находящихся в тяжелых фракциях нефти, на более легкие под действием температуры, давления и катализаторов.

Термический крекинг осуществляется при нагревании мазута до температуры 5000С и давлении 40..50 атм. Продуктами крекинга является крекинг-бензин, выход которого достигает от 30% до 70%. Крекинг легкого сырья (керосина, газойля) проводится с целью получения высокооктановых бензинов.

Каталитический крекинг отличается от термического тем, что в этом случае процесс расщепления протекает с участием различных катализаторов, которые ускоряют и направляют ход реакции, снижают температуру и давление процесса.

Промышленный каталитический крекинг проводят на 50…700С ниже термического, при более низком давлении (2..3 атм.) и только в паровой фазе. В качестве катализаторов применяют дешевые алюмосиликаты (4SiO2*Al2O3*H2O), силикаты магния и другие, способствующие расщеплению. Чтобы катализировать изомеризацию, циклизацию и дегидрирование к кислым катализаторам добавляют окисные катализаторы некоторых металлов (Al,Mo,Cr). Эти же катализаторы способствуют превращению серосодержащих соединений в сероводород.

Каталитический крекинг, протекающий с применение платиновых и окисных катализаторов, носит название риформинга.

Риформинг используют для облагораживания низкооктановых бензинов.

В процессе риформинга парафины изомеризуются и частично расщепляются. Побочным продуктом является водород.

Разновидностью риформинга являются гидроформинг и платформинг. Гидроформинг представляет собой каталитический крекинг с присутствием водорода под давлением 20…35 атм., при температуре 430…5300С на окисных катализаторах. Гидроформинг применяется для улучшения антидетонационных свойств бензинов и лигроинов.

Платформинг заключается в обработке бензиновых фракций водородом над платино-глинозёмными катализаторами при температуре 5000С и давлении водорода 50 атм. При этом высшие парафины изомеризуются и расщепляются. Нормальные парафины превращаются в ароматические соединения, а все серосодержащие соединения восстанавливаются до сероводорода. Октановое число бензинов повышается до 80.

Гидрокрекинг заключается в обработке тяжелых остатков прямой перегонки с температурой выкипания 350…6000С водородом при давлении 110 атм., температуре 4000С с применение комбинированных катализаторов (алюмо-никель-молибденовый, алюмо-кобальт-молибденовый). Этот процесс является наиболее прогрессивным для получения реактивных топлив и позволяет получать до 60…80% топлива от исходного сырья.

Топлива для авиационных поршневых и реактивных двигателей не должны содержать ненасыщенных соединений, склонных к полимеризации и образованию каучукоподобных веществ. Вредными являются серосодержащие соединения и, особенно, меркаптаны и сероводород, так как их наличие способствует интенсивному протеканию коррозионных процессов. Должны быть удалены и нормальные высшие парафины, способные к кристаллизации при положительных температурах, а также часть ароматических соединений. Поэтому нефтяные дистилляты, идущие на получение топлив, подвергаются различным видам обработки с целью удаления примесей.

Кислотная очистка заключается в обработке дистиллятов топливных фракций 80..86% H2SO4, при этом сернистые, кислородные и азотистые соединения образуют с водным раствором H2SO4 прочные соединения и извлекаются из дистиллятов; удаляются также все непредельные углеводороды и часть ароматических.

Щелочная промывка включает обработку топливных дистиллятов 1…3% водным раствором NaOH. Такой метод очистки применяется для извлечения сероводорода, образовавшегося при разложении сернистых соединений в процессе перегонки нефти. Кроме того, при щелочной промывке удаляются меркаптаны и органические кислоты.

После кислотной и щелочной очисток дистилляты отмываются водой до нейтральной реакции среды.

Очистка отбеливающими землями заключается в пропускании паров бензина через слой пористой земли. Действие отбеливающих земель приводит к ускорению полимеризации непредельных углеводородов.

Очистка хлористым цинком, плюмбитом натрия применяется для удаления из топлива меркаптанов.

4. Основные свойства топлива и его маркировка

К эксплуатационным свойствам принято относить следующие: теплоту сгорания, испаряемость, вязкость, стабильность, коррозионные свойства, низкотемпературные свойства, воспламеняемость, электризацию.

Дадим краткую характеристику каждому из указанных свойств.

Для оценки эффективности топлива большое значение имеют теплота сгорания, потребное количество окислителя, объём и температура продуктов сгорания.

Горение топлива – это цепная химическая реакция окисления топлива кислородом воздуха, в ходе которой химическая энергия превращается, в основном, в тепловую с образованием газообразных продуктов реакции.

Топливная смесь находится в камере сгорания двигателя всего 0,002…0,01 секунды. За это время должны быть завершены все подготовительные процессы

и собственно процесс горения. Подготовительные процессы заключаются в распылении, испарении и перемешивании паров горючего с окислителем. Одновременно с физической подготовкой протекает химическая подготовка смеси, заключающаяся в протекании начальных предпламенных реакций между молекулами горючего и окислителя, приводящих к образованию различного рода активных частиц – свободных радикалов.

Подробно физико-химические особенности процесса горения рассматриваются при изучении дисциплины “Теория горения и взрыва”.

Остановимся на определении теплоты сгорания. Различают высшую и низшую теплоты сгорания.

Высшая теплота сгорания (Но) – количество тепла, выделяемое при сгорании 1кг (или 1л) топлива с учётом теплоты конденсации водяного пара при стандартной температуре.

В двигателях продукты сгорания не охлаждаются до начальной температуры и уносят с собой часть тепла (например, тепло конденсации паров воды, образовавшихся при горении водорода топлива), поэтому принято различать две теплоты сгорания: высшую (Но) и низшую (Ни). Низшая теплота сгорания меньше высшей на величину теплоты конденсации паров воды. Эта теплота составляет примерно 2,5 МДЖ на 1 кг воды.

Теплота сгорания углеводородного топлива известного состава СnНm может быть определена с помощью закона Гесса по тепловым эффектам реакции разложения топлива на углерод и водород и затем раздельного сгорания этих простых веществ с образованием СО2 и Н2О.

Затраты энергии на разложение топлива равна стандартной теплоте его образования - энтальпии iТ одного килограмма топлива.

Располагаемый запас энергии в баках ВС, т.е. максимальное количество тепла, которое может быть получено за счет сгорания топлива, равно произведению объема баков V на плотность топлива ρ и на его теплоту сгорания Ни.

Энергоемкость топлива (HV) – количество тепла, выделяемое при сгорании 1 м3 топлива. В ряде пособий энергоемкость называют удельной объемной теплотой сгорания

Испаряемость топлива является одной из главных эксплуатационных характеристик, влияющих на лёгкость запуска двигателя, полноту сгорания, нагарообразование. Испаряемость вызывает потери топлива при хранении на складах ГСМ и в высотных полётах, а так же может быть причиной кавитации в топливной системе и отказа двигателя.

Испарение – это процесс перехода вещества из жидкого или твёрдого состояния в газообразное.

Наиболее интенсивен процесс испарения при кипении жидкости. Каждое химическое вещество кипит при определённой температуре, представляющей физическую константу этого вещества.

Авиационное топливо по химическому составу представляет собой смесь взаиморастворимых углеводородов, выкипающих в определённом диапазоне температур. Поэтому испаряемость топлива зависит от химического состава и может быть оценена по кривой фракционной разгонки.

Экспериментально кривую фракционной разгонки получают путём перевода топлива в пар и последующей конденсации паров с одновременной регистрацией температуры пара и объемного процента отогнанной фракции.

В технических условиях на авиационное топливо кривая фракционной разгонки задаётся в табличном виде. При этом выделяются следующие её характерные точки: tн - температура начала перегонки; t10, t50, t90, t98 – температуры выкипания 10; 50; 90; 98 топлива соответственно.

Между указанными точками кривой фракционной разгонки и эксплуатационными характеристиками двигателя и топливной системы имеется определённая связь.

Температура tн определяет потери топлива на испарение при хранении в резервуарах складов ГСМ и при высотных полётах. Чем ниже tн, тем эти потери больше. Кроме того, температура tн характеризует условия возникновения кавитации (холодного кипения). Кавитация возникает при падении давления в жидкости ниже давления насыщенных паров и растворенных газов. Обычно кавитация возникает на входе в насос, где имеется разряжение, и вероятность её появления наибольшая.

Чем ниже tн, тем раньше возникает кавитация при высотных полётах. При её возникновении подача топлива в двигатель практически прекращается и происходит отказ двигателя.

Температура t10 – характеризует пусковые свойства двигателя на этом топливе. Чем ниже эта температура, тем быстрее испаряется и воспламеняется топливо–воздушная смесь, тем легче запускается двигатель.

Для облегчения запуска ГТД при отрицательных температурах иногда применяют специальные пусковые топлива с пониженным значением tн. Так на самолётах Ту-104 для запуска двигателя РД-3М-500 в качестве пускового топлива используют бензин Б-70 с добавкой 1 масла МК-8.

Температура t50 характеризует быстрый прогрев двигателя после запуска и его приёмистость.

Приёмистость – это свойство двигателя переходить с режима минимальной мощности (малый газ) на максимальный (взлётный) режим. Приёмистость характеризуется временем. Время приёмистости газотурбинных двигателей составляет 8…10 с, поршневого двигателя 1…2 с. Чем ниже t50, тем приёмистость лучше (а время – меньше).

Температуры t90 и t98 характеризуют содержание высокомолекулярных углеводородов и соответственно полноту сгорания топлив.

Чем выше эти температуры, тем труднее испаряются тяжелые фракции топлив, ниже полнота сгорания, выше дымление, саже- и нагарообразование.

Таким образом, повышение испаряемости топлива имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества: облегчается запуск двигателя; повышается полнота сгорания топлива; расширяются пределы устойчивого горения топливо – воздушной смеси.

Недостатки: возрастают потери топлива на испарение при эксплуатации и хранении; понижается высотность топливной системы вследствие возникновения кавитации; ухудшаются условия работы топливных насосов и возрастает их износ.

В то же время, снижение испаряемости топлива приводит к ухудшению пусковых свойств двигателя, увеличению нагарообразования.

Состав применяемого топлива зависит от типа двигателя, высоты и скорости полёта самолёта.

Для сверхзвуковых самолётов типа Ту-144 применяют тяжёлые топлива Т-6 и Т-8В. Для дозвуковых газотурбинных самолётов (типа Ил-86, Ил-62, Ту-204, Ил-114 и др.) применяют керосины ТС-1 и РТ. Эти топлива являются взаимозаменяемыми; разрешается заправка и дозаправка самолёта любым из этих топлив, а также их смесями.

Для самолётов с поршневыми двигателями (Ан-2, Ил-14, Як-18Т) применяются бензины марок Б-91/115 и Б-95/130, в обозначении которых первая цифра обозначает октановое число, вторая – сортность.

Под стабильностью топлив понимается их способность сохранять постоянным химический состав и физические свойства в процессе хранения, транспортировки и подачи в камеру сгорания двигателя.

При длительном хранении углеводородные топлива подвергаются автоокислению. Скорость процесса автоокисления тем выше, чем выше температура топлива и содержание кислорода в надтопливном пространстве.

В результате автоокисления топлива образуются альдегиды, кетоны и органические кислоты, приводящие к появлению в топливе смолистых веществ, образующих жидкие и твёрдые осадки.

Наиболее устойчивы к окислению алканы (парафины) и циклоалканы, наименее – непредельные и ароматические углеводороды. При окислении непредельных углеводородов помимо спиртов, альдегидов и кислот образуются значительные количества полимерных и смолоподобных веществ.

К факторам, определяющим стабильность авиатоплив, следует отнести: температуру хранения; содержание воды и механических примесей;

кислотность топлива; содержание непредельных углеводородов; каталитическое действие металлов; содержание серы; время хранения.

Оценка стабильности авиатоплив производится по наличию в нем фактических смол, по показателю термической стабильности.

Фактические смолы – это продукты, которые остаются в виде твёрдого или полужидкого осадка в стеклянном стакане после быстрого и полного выпаривания из него топлива. В основном, это смолы, которые находились в топливе в растворённом состоянии, а также смолы, образовавшиеся в процессе проведения опыта.

Выпаривание керосинов проводят при t=180 C, бензинов – при 150 С, т.е. при температурах наиболее интенсивного окисления углеводородов, входящих в состав этих топлив. Выпаривание проводят либо в воздушном потоке, либо под струёй водяного пара.

Индукционный период – это время (мин.) до начала интенсивного окисления 100 мл топлива при выдержке его при t=100 C и давлении кислорода над топливом р=7 кгс/см2.

Термическая стабильность определяется по количеству мг осадка на 100 мл топлива, образующегося на бумажном фильтре после нагрева 50 см3 топлива при температуре 150 С в течение 4 часов в присутствии каталитической меди и последующей фильтрации охлажденного топлива.

Термостабильность характеризует эксплуатационные свойства при повышенных температурах, например, в механизмах управления створками регулируемого сопла при t=180 С, в топливных коллекторах форсажных камер, обдуваемых горячими газами при t=600…800 С.

Конструкционные материалы – металлы агрегатов топливной системы оказывают каталитическое (ускоряющее) действие на процессы окисления топлив и образование в них нерастворимых смолистых соединений, особенно при повышенных температурах.

Термоокислительная стабильность снижается в присутствии сернистых соединений, особенно, меркаптанов. В их присутствии снижается индукционный период, образуются нерастворимые продукты окисления. Это обстоятельство заставляет снижать максимальную эксплуатационную температуру прямогонных топлив типа ТС-1 до 100…120 С.

Гидроочищенные и гидрированные топлива (РТ, Т-6, Т-8В) с высокой степенью очистки от сернистых соединений и непредельных углеводородов можно применять при t=330…350 С, не опасаясь образования большого количества нерастворимых осадков.

Нежелательные последствия термоокисления топлива связаны с нарушением теплопередачи и перегревом масла в топливо–масляном радиаторе, забивкой фильтров, отложениями на деталях топливных насосов, изготовленных из сплавов, содержащих медь, свинец.

Коррозия – это разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды. Коррозия обычно начинается на поверхности металла и в дальнейшем распространяется внутрь, существенно изменяя исходные прочностные свойства металлов.

Из химических соединений, входящих в состав топлив, наибольшей агрессивностью обладают соединения, содержащие меркаптановую серу (метилмеркаптан, этилмеркаптан, пропилмеркаптан), сероводород и свободная сера. Такие серосодержащие соединения, как тиофены, дисульфиды и др. не являются коррозионно-агрессивными веществами, но их содержание в топливе должно быть минимальным, чтобы уменьшить загрязнение атмосферы.

Из других органических соединений, которые являются коррозионно-агрессивными компонентами, следует отметить органические кислоты и щелочи, а также нерастворенную воду.

Процессы коррозии деталей и агрегатов самолетных систем, контактируемых с топливом и продуктами его сгорания, подразделяются на два типа: жидкофазную коррозию, протекающую в жидкой среде, и высокотемпературную или газовую коррозию, протекающую при высоких температурах в среде продуктов сгорания.

Жидкофазная коррозия по механизму разрушающего действия подразделяется на химическую, электрохимическую и биохимическую.Химическая коррозия имеет место непосредственно на участках контакта топлива с материалами деталей и агрегатов топливной системы и осуществляется за счет химического взаимодействия металла конструкции с коррозионно-активной средой в топливе, в качестве которой выступают сернистые соединения, а также минеральные и органические кислоты.

Наиболее часто химической коррозии подвергаются детали топливных агрегатов из сплавов меди, имеющие кадмиевое покрытие, свинец, цинк и другие сплавы.

Понижение температуры топлива вызывает непрерывное повышение его вязкости. При этом наибольшей вязкостью обладают ароматические углеводороды, наименьшей - парофиново-циклановые. Прокачка высоковязких топлив по топливной системе самолета сопровождается высокими гидравлическими потерями, уменьшением производительности топливных насосов, снижением качества распыла и испарения топлива при подаче в камеру сгорания.

Кроме того, при снижении температуры топлива происходит образование кристаллов углеводородов или льда. При этом фильтрующая способность топливных фильтров ухудшается вплоть до забивки фильтров и прекращения подачи топлива к форсункам.

О низкотемпературных свойствах топлива судят по температуре помутнения, кристаллизации.

Температура помутнения – это температура, при которой топливо начинает мутнеть вследствие выделения микроскопических кристаллов льда или углеводородов.

Температурой кристаллизации называют максимальную температуру, при которой в топливе появляются первые кристаллы, видимые невооруженным глазом.

Температура кристаллизации отечественных топлив ТС-1, РТ составляет –60°С.

Растворимость воды или гигроскопичность в топливе зависит от химического состава, молекулярного веса углеводородов, влажности, температуры и атмосферного давления. Различают обратимую и необратимую гигроскопичность топлив.

Под необратимой гигроскопичностью понимается поглощение воды топливом, связанное с образованием устойчивых химических соединений воды икомпонентов топлива. В этом случае вода не выделяется в свободном состоянии даже при резких колебаниях температуры и давления.

Обратимая гигроскопичность определяется способностью топлива поглощать воду и выделять ее в виде отдельной фазы при колебаниях температуры и давления.

Механизм поглощения воды при обратимой гигроскопичности связан со способностью воды заполнять межмолекулярное пространство без химического взаимодействия. Колебания температуры будут менять межмолекулярный объем и поглощенная вода будет либо вытесняться из него, либо заполнять.

При понижении температуры относительная влажность воздуха уменьшается, гигроскопичность топлив также снижается. При этом молекулы воды, выделяющиеся из межмолекулярного пространства частично испаряются
в надтопливное пространство, а основная часть выделяется в виде эмульсии типа “вода в топливе”. Под влиянием температуры, механического

перемешивания микрокапли эмульсионной воды коагулируют, т.е. образуют более крупные капли воды в топливе. На определенной стадии укрупнения капель воды начинается ее отстаивание. Такой процесс образования эмульсионной воды происходит в баках летательных аппаратов при наборе высоты, и вызывается он снижением влажности воздуха, давления и температуры в надтопливном пространстве.

Понижение температуры топлива ниже 0°С может привести к превращению эмульсии воды в суспензию льда. При высокой чистоте заправляемого топлива эмульсионная вода может находиться в переохлажденном (до –40°С) состоянии. Образование льда в этом случае происходит при встрече капель переохлажденной воды с сеткой топливного фильтра, что приводит к забивке фильтра, прекращению подачи топлива и выключению двигателя.

Для предупреждения образования кристаллов льда в топливе применяют конструктивные и физико-химические методы.

Конструктивные методы предусматривают подогрев топливных фильтров при их забивке льдом. Подогреватели топливных фильтров установлены на современных отечественных и зарубежных самолетах.

Физико-химические методы предусматривают:

- впрыск жидкостей, растворяющих кристаллы льда на фильтре;

- вымораживание топлива с последующей фильтрацией и удалением кристаллов льда при подготовке топлива к заправке;

- введение в топливо специальных присадок, растворимых как в топливе, так и в воде и образующих в растворе с водой антифриз.

В качестве таких присадок на отечественных самолетах предыдущих поколений (Ту-154, Ил-62, Ил-18, Ту-134 и т.п.) получила применение противоводокристаллизационная жидкость (ПВКЖ) марки “И-М”. Она состоит из этилцеллозольва (50% масс) и метанола (50% масс) и добавляется в топливо при заправке в количестве 0,1-0,15% в тщательно перемешанном виде. Конкретное количество добавляемой ПВКЖ “И-М” зависит от типа самолета, продолжительности рейса, температуры воздуха в аэропорту вылета и определяется нормативной документацией по заправке ВС.

Основными источниками загрязнений топлив являются материалы, вещества и среды, контактирующие с топливом. Такими загрязнениями могут быть: минеральные примеси, попадающие в топливо из перерабатываемой нефти; продукты коррозии и износа технологического, транспортного и складского оборудования при производстве, транспортировке и хранении топлив; загрязнения, попадающие в топливо из воздуха через “дыхательную” систему резервуаров и дренажную систему топливных баков; продукты окисления нестабильных компонентов топлив; продукты коррозии деталей топливной аппаратуры.

Результаты спектрального анализа твердых частиц в топливе показывает, что в их состав входят такие элементы, как Si, Fe, Cu, Sn, Pb, Mg, Al, Zn, Cr, Ni, Ti, Mn, P и др. Форма и размер частиц загрязнений различны и находятся в пределах от 1 до 40 мкм. Большие по размеру загрязнения удаляются при многоступенчатой фильтрации топлива при его подготовке к заправке ВС.

Микрозагрязнения в условиях эксплуатации могут приводить к заклиниванию прецизионных золотниковых пар топливорегулирующей аппаратуры, повышать абразивный износ деталей топливных агрегатов, интенсифицировать коррозию топливного оборудования и процессы окисления углеводородов.

Поэтому к чистоте реактивных топлив предъявляются высокие требования – содержание механических примесей в соответствии с Российскими нормативами должно быть не более 2г/т (0,002% масс).

Такая чистота заправляемого топлива достигается длительным отстаиванием топлива в резервуаре (не менее 4 часов на 1 метр высоты налива топлива), применением трехступенчатой системы фильтрации топлива при подготовке его к заправке через систему фильтров с последовательно уменьшающейся тонкостью фильтрации: 20мк, 10мк, 3мк.

Кроме того, используется закрытая заправка топливной системы, установка воздушных фильтров в дренажную систему, периодическая (1 раз в год) зачистка резервуаров хранения топлива от накопившихся загрязнений.

При сгорании углеводородов топлив образуются твердые тонкодисперсные частицы, близкие по составу к углероду. Часть этих частиц уносится с продуктами сгорания в виде дыма, другая часть оседает в виде нагара на стенках жаровых труб камер сгорания и, особенно, в зоне ввода в камеру сгорания первичного воздуха. Толщина нагара в этой зоне может достигать 3-4 см.

Состав и цвет нагара зависит от химического состава топлива, режима работы двигателя и температуры деталей.

Отложение нагара на стенках жаровых труб приводит к снижению теплопроводности, возникновению температурного градиента, приводящего к образованию местных температурных напряжений, короблению и растрескиванию стенок жаровых труб. Кусочки нагара, отрываясь от стенок труб, вызывают повреждения лопаток турбин. Нагары на топливных форсунках ухудшают распыл топлива, искажают фронт и структуру пламени и могут быть причиной местных прогаров жаровых труб.

Для оценки склонности топлива к образованию нагара используется стандартная керосиновая лампа. Длина пламени в момент образования копоти принимается за точку дымления (h). Чем выше точка дымления (высота не коптящего пламени), тем меньше склонность топлива к нагарообразованию.

То есть наибольшее влияние на образование нагара оказывают ароматические углеводороды.

Интенсивность свечения пламени при горении реактивных топлив определяется люминометрическим числом (ЛЧ).

В соответствии с зарубежными спецификациями нагарообразующие свойства топлив широкого фракционного состава оценивают индексом дымления и летучести

Таким образом, ИДЛ связывает точку дымления и характеристику испаряемости топлива.

Электризация топлива

Чистое топливо - хороший диэлектрик и характеризуется низкой электропроводностью.

При течении топлива вследствие внутреннего трения в объеме жидкости накапливаются заряды статического электричества. Скорость накопления заряда возрастает при увеличении скорости течения топлива и поверхности трения. В связи с этим наибольший заряд накапливается в топливе после прохождения фильтра. Часть этого заряда уходит через поверхность заземленного фильтра в землю. Другая же, основная часть, вследствие малой электропроводности накапливается в баках ВС, создавая условия для воспламенения паров топлива от заряда статического электричества.

Для уменьшения электризации топлив уменьшают скорость фильтрации, устанавливают игольчатые нейтрализаторы статического электричества (ИНСЭТ) непосредственно после фильтров, заземляют заправочное оборудование, вводят антиэлектростатические присадки, увеличивающие электропроводность топлив.

Установка ИНСЭТ снимает до 90% заряда, накопленного при фильтрации. Антистатические присадки типа “Сигбол” увеличивают электропроводность топлива в 3-5 раз.

Отечественная нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает для гражданской авиации две марки реактивного топлива - ТC-1 и РТ, которые являются взаимозаменяемыми.

ТС-1 - является прямогонной лигроино-керосиновой фракцией, полученной из сернистых нефтей, выкипающей в интервале температур от 150 до 250°С. Егo плотность при 20°С не менее 775 кг/м3, кинематическая вязкость при 20°С не ниже 1,25 мм2/с. Обладает удовлетворительными противоизносными свойствами, хорошей прокачиваемостью в области отрицательных температур.

Понижение конца кипения ТС-1 по сравнению с РT (280°C) связано с тем, что в его хвостовых фракциях концентрируется значительное количество высокоплавких парафиновых углеводородов и сернистых соединений. Высокоплавкие парафиновые углеводороды повышают температуру начала кристаллизации. В зависимости от содержания парафиновых углеводородов вырабатывают: ТC-1 с температурой кристаллизации -60°С (для применения в районах крайнего севера); ТС-1 с температурой начала кристаллизации -55°С (для применения в остальных климатических районах государств содружества).

В последние годы вырабатывают ТС-1 с температурой кристаллизации - 50°С (для применения в климатических районах, где наружная температура воздуха не ниже -45°С).

Сернистые соединения вызывают коррозию любых металлов и сплавов, поэтому в топливе ТС-1 они ограничиваются. Массовая доля серы не превышает 0,25%, а содержание меркаптановой серы допускается не более 0,005%.

РТ - унифицированное реактивное топливо предназначено для реак-тивных двигателей дозвуковой авиации. Выкипает данное топливо в температурном интервале 135...280°С, имеет кинематическую вязкость не менее 1,25 мм2/с, а температуру вспышки не менее 28°С.

РТ получают из нефтей различных месторождений по технологи прямой перегонки с применением процессов гидроочистки и добавлением присадок, улучшающих термическую стабильность и противоизносные свойства топлива.

В процессе производства РT прямогонные дистиллаты подвергают гидроочистке. При этом в топливе снижается содержание массовой доли серы до 0,1%, в том числе массовая доля меркаптановой серы понижается до 0,001%. Уменьшается количество непредельных углеводородов, смолистых веществ. Улучшается химическая и термическая стабильность топлива. В топливе уменьшено количество ароматических углеводородов до 18,5%, поэтому склонность РТ к нагарообразованию ниже, чем у ТС-1.

Для улучшения противоизносных свойств добавляют присадки: ионол в количестве 0,003-0,004% и нефтяные кислоты в количестве 0,002- 0,04%.

В связи с дефицитом данных присадок в последнее время налажено производство РТ с присадками хайтек-580 в количестве 0,0025% и агидол в количестве 0,0031%.

5. Правила безопасности при обращении с топливом

Бензин относится к легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ) и представляет собой прозрачный летучий нефтепродукт с характерным запахом.

Скорость распространения пламени по поверхности зеркала бензина при обычных условиях составляет от 10 до 15 м/с.

Человек с нормальным обонянием ощущает запах паров бензина при концентрациях их в воздухе около 400 мг/м³.

Легкое отравление парами бензина может наступить после 5-10 мин. пребывания человека в атмосфере с концентрацией паров бензина в пределах от 900 до 3612 мг/м³. При этом появляются головная боль, головокружение, сердцебиение, слабость, психическое возбуждение, беспричинная вялость, легкие подергивания мышц, дрожание вытянутых рук, мышечные судороги.

При непродолжительном вдыхании воздуха с концентрацией паров бензина от 5000 до 10000 мг/м³ уже через несколько минут появляются головная боль, неприятные ощущения в горле, кашель, раздражение слизистых оболочек носа, глаз. Кроме того, первыми признаками острого отравления парами бензина являются понижение температуры тела, замедление пульса и другие симптомы.

При концентрации паров бензина в воздухе свыше 2,2% (30 г/м³) после 10-12 вдохов человек отравляется, теряет сознание; свыше 3% (40 г/м³) происходит молниеносное отравление (2-3 вдоха) – быстрая потеря сознания и смерть. Подобные концентрации паров бензина возможны в емкостях со свободной поверхностью бензина, а также после их осушения.

С повышением температуры окружающего воздуха сила токсического воздействия бензина резко повышается. При воздействии на кожу бензин обезжиривает ее и может вызвать кожные заболевания – дерматиты и экземы. Бензин не накапливается в организме, но ядовитые вещества, растворенные в нем (тетраэтилсвинец), остаются в организме.

При отравлении бензином через рот у пострадавшего появляются жжение во рту и пищеводе, жидкий стул, иногда боли в области печени.

Если бензин попадает в дыхательные пути, через 2-8 часов развивается бензиновое воспаление легких (боли в боку, кашель с выделением бурой мокроты, повышение температуры тела, изо рта чувствуется запах бензина).

Меры безопасности при работах с керосином

Керосин в отличие от бензина в обычных условиях обладает незначительной испаряемостью, в воздухе не создается концентрации, вызывающей отравление. Однако при повышении температуры испарение его увеличивается, и могут создаться условия, при которых концентрация паров превзойдет ПДК.

При отравлении парами керосина наблюдаются те же признаки, как и при отравлении парами бензина.

Пары керосина сильнее раздражают слизистые оболочки и глаза.

Меры безопасности при работах с керосинами аналогичны мерам, применяемым при работах с бензинами и дизельным топливом. Керосин при попадании на кожу и слизистые смывают теплой водой с мылом.

6. Авиакатастрофы из-за топлива

В распоряжении колумбийской радиосети "Караколь" оказалась запись переговоров пилота самолета с диспетчерской службой медельинского аэропорта, в которой пилот запрашивал разрешение на посадку вне очереди из-за проблем с топливом. Во время следующего контакта с диспетчером пилот сообщил об отключении электричества в самолете и полном отсутствии топлива. Он также предупредил о том, что в самолете объявлен режим чрезвычайной ситуации. Незадолго до гибели, пилот сказал, что борт летит на высоте 2 743 м.

В результате столкновения самолета со склоном горы, не произошло взрыва - это может быть подтверждением того, что закончилось топливо. Причина его нехватки выяснятся. Расследование может занять несколько месяцев.

"Шапекоэнсе" представляет серию А - главный дивизион чемпионата Бразилии по футболу. Игроки летели в Медельин на финальную игру с колумбийской командой "Атлетико Насьональ" в рамках кубка Южной Америки.

В авиакатастрофе команда потеряла 19 игроков, среди погибших были также 20 журналистов. Известно, что состояние двоих игроков оценивается как критическое, но стабильное. Одному из голкиперов команды Джексону Фолманну врачи были вынуждены ампутировать ногу, сейчас медики пытаются сохранить вторую ногу. Второй вратарь клуба - Данило погиб.

Один из выживших членов экипажа сказал, что смог сохранить жизнь благодаря тому, что следовал инструкции безопасности. По его словам, в то время как многие пассажиры вскочили со своих мест и кричали, он зажал ногами свой багаж и сгруппировался.

7. Список используемых источников

1.Литвинов А.А. Основы применения горюче-смазочных материалов в гражданской авиации: учебник для вузов. – М.: Транспорт, 1987.

2.Рыбин Н.П. Авиационные смазочные материалы и спецжидкости.

– М.: МИИГА, 1985.

3.Рыбин Н.П. Авиационные горюче-смазочные материалы. - М.:

МИИГА, 1980.

4.Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент

и применение: справочник/ под ред. В.М.Школьникова. – М.: Изд. центр «Техноформ», 1999.

5.Фадин В.П. Горюче-смазочные материалы: текст лекций. – Егорьевск:

ЕАТК, 1997.

6.Химмотология в гражданской авиации: справочник/ В.А.Пискунов, В.Н. Зрелов, В.Т.Василенко и др. – М.: Транспорт, 1983.

7.Чулков П.В., Чулков И.П. Топлива и смазочные материалы: ассортимент, качество, применение, экономия, экология. – М.: Политехника,1996.

8.Яновский Л.С., Дубовкин Н.Ф., Галимов Ф.М. и др. Горюче-смазочные материалы для авиационных двигателей. – Казань: Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева, 2002.

9.Дичаковский В.Б., Лабендик В.П., Мухин В.Н. Химмотология смазочных материалов и технических жидкостей для автомобилей европейского рынка: учебно-техническое издание. – Рига: ИТС, 2002.

10. http://www.total-lub.ru/info/ispolzovanie-masla/safety.html

11. http://www.interfax.ru/world/539369

12. https://ru.wikipedia.org/wiki