ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВ ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются основные показатели качества, характеризующие противоизносные свойства топлив для реактивных двигателей. Предлагаются меры по улучшению противоизносных свойств.

Ключевые слова: топлива для реактивных двигателей, противоизносные свойства, показатели качества.

Топлива для реактивных двигателей (ТРД) - углеводородное топливо для летательных аппаратов с воздушно-реактивным двигателем. К топливам для реактивных двигателей относятся жидкие топлива для использования в газотурбинных (воздушно-реактивных) двигателях.

Топливо для реактивных двигателей, или проще говоря авиационный керосин, 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), применяется для смазывания деталей топливных систем, и в качестве рабочей жидкости гидросистем (например, управление сечением реактивного сопла двигателя).

Поэтому топливо должно обладать хорошими противоизносными (характеризуют уменьшение изнашивания трущихся поверхностей в присутствии топлива) и низкотемпературными свойствами, высокой термоокислительной стабильностью и большой удельной теплотой сгорания.

В процессе эксплуатации реактивных двигателей возможен повышенный износ деталей и узлов агрегатов топливной аппаратуры, связанный с трением, абразивным воздействием топливной среды и кавитацией. Повышенный износ деталей топливных насосов-регуляторов (качающего узла и регулирующей части) увеличивает зазор в прецизионных парах и приводит к утечке топлива через зазоры, при этом снижается подача насосов и изменяется режим работы двигателя. Износ сфер плунжеров топливных насосов-регуляторов плунжерного типа, установленных на двигателях большинства типов самолетов, наиболее характерный дефект. Поверхность сфер срабатывается вплоть до образования заусенцев на краях поверхности плунжеров и скалываний. Чрезмерный износ сфер плунжеров приводит к снижению максимальной подачи насоса, неравномерности подачи топлива и дополнительным нагрузка, сокращающим срок службы насоса-регулятора.

Износ поверхностей трения деталей и узлов агрегатов топливной аппаратуры предотвращается при надежной смазке осуществляемой самим топливом. В связи с этим топливо должно обладать хорошими смазывающими, или противоизносными свойствами, обеспечивающими длительный ресурс топливной аппаратуры реактивных двигателей.

Способность реактивного топлива предотвращать изнашивание смазываемых деталей топливной аппаратуры изменяется в зависимости от условий его применения. Противоизносные свойства реактивных топлив определяются химическим составом. При работе на одном и том же топливе с повышением температуры удельных нагрузок в зоне трения, с понижением скоростей взаимного скольжения трущихся пар износы увеличиваются, поскольку ухудшаются условия сохранения смазывающей пленки топлива на трущихся поверхностях.

Главным фактором, обусловливающим уровень противоизносных свойств реактивных топлив, является содержание в них химически активных и поверхностно активных соединений. С этой точки зрения нежелательно удаление из топлива гетероатомных соединений. Однако последние при повышенных температурах (>100°C) легко окисляются с образованием осадков. т.е. являются основной причиной низкой термоокислительной стабильности реактивных топлив, получаемых прямой перегонкой нефти. Для ее улучшения, а часто и для обессеривания прямогонные топлива подвергают гидроочистке. В результате ухудшаются их противоизносные свойства и химическая стабильность.

В качестве ПАВ в топливах содержатся гетероорганические соединения. Эффективность гетероорганических соединений и образующихся в контактах трения продуктов превращения углеводорода объясняется не только их высокой полярностью, в результате чего они адсорбируются на поверхности трения, но и способностью в условиях высоких температур контактов трения химически взаимодействовать с поверхностными слоями металлов. В результате на трущихся поверхностях образуется граничная пленка смазывающей среды, препятствующая непосредственному контакту металлов и резко снижающая износ.

Так же на противоизносные свойства топлив влияет фракционный состав, кроме этого, при повышенных температурах на интенсивное протекание процесса износа трущихся пар влияет содержание меркаптановой серы. Особую роль в износе деталей топливорегулирующей аппаратуры играет вязкость и наличие микрозагрязнений. При этом имеет значение не только общее количество частиц, а также их размер и состав. Микрозагрязнения включают 50-70 % твердых продуктов-окислов железа, кремния, кальция, магния, натрия и меди, имеющих явно выраженные абразивные свойства. Косвенно противоизносные свойства регламентируются кислотностью, нижний предел которой для топлив РТ, Т-8В и Т-6 (по ТУ 38 101560—80), составляет 0,4 мг КОН/100 см³.

С уменьшением вязкости топлива износ, как правило, возрастает. Так, если износ плунжеров насоса-регулятора на топливе ТС-1 с n = 1,31 мм² /с принять за 100 %, то на топливе Т-2 с n = 1,05 мм² /с износ составляет 136 %, а с n = 0,95 мм² /с – 141 %. Однако в изменении противоизносных свойств реактивных топлив вязкость не играет определяющей роли, поскольку в узлах трения топливной аппаратуры обычно отсутствуют условия гидродинамической смазки. С повышением вязкости и одновременным утяжелением фракционного состава смазывающая способность топлива улучшается.

В порядке улучшения противоизносных свойств углеводороды располагаются в следующий ряд: полициклические ароматические, бициклические ароматические, моноциклические ароматические, н-алканы, изоалканы, цикланы. Такая закономерность объясняется их различной склонностью к окислению в условиях контакта с металлами. Характер и глубина образующихся продуктов окисления углеводородов играет определенную роль в образовании прочной защитной пленки, чем и объясняются их низкие противоизносные свойства.

Большое влияние на противоизносные свойства топлива оказывает его гетероорганическая часть – смолы, органические кислоты и другие кислородсодержащие соединения, а также сероорганические соединения, т. е. вещества, присутствие которых вредно с точки зрения термической стабильности и коррозионных свойств топлива.

Полная очистка топлива от этих веществ снижает его противоизносные свойства. Так, гидроочищенное топливо по противоизносным свойствам уступает топливам прямогонного типа Т-1, вырабатываемого из того же сырья. Видимо, существует такое оптимальное содержание примесей гетероорганических соединений в топливе, которое обеспечивает смазку трущихся пар топливной аппаратуры и не опасно с точки зрения осадкообразования и коррозионного воздействия.

Вывод: проанализировав противоизносные свойства топлив для реактивных двигателей, можно сделать вывод, что основными показателями качества, характеризующие данные свойства, являются кинематическая вязкость, содержание водорастворимых кислот и щелочей, содержание механических примесей и воды, массовая доля общей серы и меркаптановой серы, а также кислотность.

Список литературы:

1. Казакова Л.П., Крейн С.Э. Физико – химические основы производства нефтяных масел. М.: Химия, 1978. – 320 с.
2. Хранение нефти и нефтепродуктов: Учебное пособие / В.Н. Антипьев, Г.В. Бахмат, Г.Г. Васильев и др.; Под общей ред. Ю.Д. Земенкова. – М.: ФГУП Изд – во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. – 560 с.
3. Химмотология горючего. Учебное пособие / в 2 ч./ А.Н. Литвиненко, Н.В. Логинов, Н.В. Волков, Р.Р. Файзуллин, А.В. Калякин и др.; Под ред. А.Н. Литвиненко. – Ульяновск: УВВТУ, 2005. С. – 262 с.
4. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. Научно –техническое издание / Большаков Г.Ф. – Л.: Недра, 1982г. – 320 с.
5. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник под редакцией Школьникова В.М., изд.2 перерабо-танное и доп. -М.: Изд.центр «Техинформ», 1999. С. – 372 с.