Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М., страница 5

При выборе топлива по возможности нужно ориентироваться на использование менее дефицитных с меньшей стоимостью топлив третьей и второй групп. Однако необходимо учитывать, что для сни- жения вязкости этих топлив нужен дополнительный подогрев, а для устранения агрессивных воздействий золы специальная обработка. Проведение этих мероприятий связано с дополнительными затратами и должно быть экономически обосновано, Топливо для авиационных двигателей. В настоящее время в авиа- ционных ГТД используют специальное топливо для реактивных дви- гателей.

Его получают на основе керосина с добавлением лигроино. вых фпакций и различных присадок. Средний его состав следующий: О' = 86 '.4, Нс = 14 '4. В прил. 9 приведены основные характе- ристики топлива для реактивных двигателей. Широко используется в авиации топливо Т-1 и особенно ТС-! с несколько большим содер- жанием серы. Топливо Т-1 содержит меньше ароматических соеди- нений, по сравнению с топливом ТС-1 и менее склонно к нагарооб- разованию.

Оба топлива хорошо сохраняют свои свойства при дли- тельном хранении, потому что в их состав входят лигроино-кероси- новые фракции прямой перегонки. Топливо Т-! обладает большей плотностью по сравнению с топливом ТС-1 при той же теплоте сго- рания. Такие топлива, как Т-2 и РТ, имеют достаточно широкий состав составляющих, в том числе бензино-лигроиновые фракции. Радиус действия и продолжительность полета при прочих рав- ных условиях зависят от свойств топлива: его плотности, теплоты сгорания, летучести и термостабильности.

Совершенно очевидно, что с увеличением как плотности, так и теплоты сгорания можно, сохраняя дальность полета, уменьшить запас топлива на самолете, увеличивая полезную нагрузку или улучшая его летно-технические качества. Например, при замене топлива Т-2 плотностью 0,75 г!см' на топливо Т-1 плотностью 0,8! г!см', несмотря на некоторое умень- !Я шение теплогы сгорания 1на 200 кДж 'кг), продолжительность и да зьность полета увеличиваются примерно на 6 3о. Легко испаряющееся топливо Т-2 склонно к вскипанию, что, например, при быстром подъеме на высоту, несмотря на наддув баков. может привести к большим потерям топлива.

Для удержания топлива в определенном положении при маневрировании самолета его неооходпмо помещать в эластичные объемы. При больших скоростях полета в сверхзвуковой авиации топливо в баках может прогреваться до температуры, близкой к температуре наружной обшивки самолета, т. е. на согни градусоз. Поэтому топливо должно иметь повышенную термостабильность и более тяжелый фракционный состав. Эгипп свойствами обладают топлива Т-8; Т-6 и др. Топливо РТ, содержащее 0,003 — 0,004 9а антпокислительной присадки ионол и 0,002 †,004 '4 противоизносной присадки, может использоваться в ГТД как дозвуковой, так и сверхзвуковой авиации с ограниченной продолжительностью полета. Условия эксплуатации авиационных ГТД, высокая надежность их работы обусловливают жесткую регламентацию свойств топлива и проведение мероприятий по их улучшению и стабилизации. Термическая стабильность топлива оценивается по количеству образовавшегося в нем осадка прп температуре 423 К за определенный отрезок времени.

Осадок дают сернистые соединения, оксиды металлов, смолы, микрозагрязнения, твердые углеродистые частицы, образующиеся в ходе разложения нестойких соединений. Выпадающий осадок засоряет фильтры, форсунки, топливные коллекторы и радиаторы, вызывает износ деталей насосов, узлов регулирования и изменяет характеристики самих топлив. Повысить термическую стабильность топлива можно, улучшая технологию его получения и очистки на нефтеперерабатывающих заводах, а прп эксплуатации — предварительной тонкой фильтрацией, уменьшением контакта с внешней средой, введением специальных присадок (монометиланилин, днглицерпд олепновой кислоты) и др. С изменением температуры значительно меняется способность топлива растворять воду.

Гели при 283 — 288 К растворимость влаги в керосине примерно 0,005 )4, то при 263 — 258 К она снижается почти в 2 раза. Выделяющиеся в результате этого кристаллы льда также способны засорять фильтры. Для устранения этого явления вводятся присадки, например, 0,5 — 1,0 ~/о изопропилового спирта, этилцеллозольва и др. Температура застывания всех авиационных топлив должна быть 217 К. Загрязнение, эрозия, перегрев деталей конструкции могут быть вызваны нагарообразованием, к которому особенно склонны топлива, содержащие ароматические углеводороды. Для их удаления (деароматизации) используют процесс адсорбционной хроматографии на селикагеле или селективную экстракпию, применяя в качестве растворителей диэтиленгликоль, сернистый ангидрид и др. Энергетические характеристики обычных углеводородных топлив ограничены, так как в пих наряду с водородом, обладающим самой 19 высокой теплотой сгорания (1и =- 121 й!Дж,'кг, имеется углерод (1>~;:= 33,52 Л!Дж, кг).

Поэтому целесообразно получение более эффективных топлив заменой углерода элементами большей калорийности, например бором, бериллием, теплота сгорания которых примерно 62,35 МДж>кг. Уже были попытки сжигания таких металлоорганических топлив как пептаборан, декаборан и др., но их использование, особенно топлив на основе бериллия, осложняется сильной токсичностью этих веществ и продуктов их сгорания. Перспективным может г>ьпь применение жиженных газов (криогенных топлив) — водорода, метана и др. Увеличение теплоты сгорания почти в 3 раза прп переходе от топлива на основе керосина к топливу на основе водорода позволит примерно в той же пропорции уменьшить его удельный расход в ГТД, хотя это связано с уменьшением плотности, а следовательно, увеличением объема баков почти в 4,2 раза. Благодаря Г>ольшому хладоресурсу криогенные топлива можно использовать в различных системах охлаждения двигателя, совершенствуя цикч ГТД.

Топливо для стационарных ГТУ и транспортных ГТД. Стационарные ГТУ и транспортные ГТД работают на более тяжелом жидком топлнье: дизельном (ГОСТ 305 — 82а); моторном ДТ и ДМ (ГОСТ 1667 — 68а); флотском мазуте Ф-5 и Ф-12, малосернистом мазуте 40, 40В, 100 и 100В, а также сернистом и высокосернкстом (ГОСТ 10585 — 75*): нефтяном топливе, получаемом из дистиллятов вторичных процессов и прямой перегонки (ГОСТ 10433 — 75). Нефтяное топливо для ГТУ по своим свойствам близко к дизельному топливу. В зависимости от физико-химических показателей установлены две марки нефтяного топлива: ТГВК вЂ” топливо нефтяное для ГТУ высшей категории качества и Тà — топливо нефтяное для ГТУ. Нефтяное топливо марок ТГВК и ТГ должно содержать соответственно ванадия до 0,0002 и 0,0004 ';о, механических примесей 0,02 и 0,03 %, серы 1 и 2,5 ',е.

В настоящее время еще не решена проблема широкого использования в ГТУ низкосортных тяжелых топлив, например топочных мазутов. Для обеспечения высококачественной и надежной работы топливоподающей аппаратуры и двигателя тяжелое жидкое топливо газотурбинных двигателей должно иметь следующие показатели. Температура застывания, 'С, не вь>шс......... 10 Вязкость при 50'С, мме/с, не более ...,.... 45 гяассовая доля, ре: серы ...,, 3,5 эолы 0,08 ванадия.......,.......... 0,001 натрия ...........,....

0,001 воды....,,...., ., 05 Теплота сгорания, 51дж,'кг ....., ... 37,65 — 41,9 Как видно из прил. 10, даже некоторые высокосортные мазуты по отдельным показателям не удовлетворяют указанным условиям. 20 Более тяжелые мазуты имею~ менее удовлетворительные показатели. Так, например, топочные мазуты М40 и М!00 имеют соответственно плотность 0.95 и 1 г~см' при 20 "С, вязкость 44 †1 мм-','с при 353 К, температуру застывания 278 и 298 К. Содержание золы 0,12 и 0,30 %, ванадия 0,010 и 0,020 ')Ь, натрия 0,010 и 0,020 'о, серы 0„5 — 4 8о, низшая теплота сгорания Я,, '~ 41,9 МДж~кг. В настоящее время не решены полностью все проблемы сжигания тяжелых мазутов, Экономически целесообразен переход с дизельного топлива, а тем более керосина, на среднее дистиллятное топливо: моторное, дистилляты замедленного коксования и смесь дистиллятов вторичных процессов и прямой перегонки, хотя себестоимость последних близка к себестоимости дизельного топлива.

Так, при переводе одной ГТУ-100-750, работающей 1000 ч в год, с дизельного топлива на моторное ДТ или ДМ среднегодовая экономия составляет 800 тыс. руб., а при переводе на мазут — 1200 тыс. руб. даже при дополнительных затратах на предварительную подготовку топлива, увеличивающих стоимость тяжелого топлива на 10 'о. Разработан целый ряд газотурбинных топлив из дистиллятов замедленного коксования, термокрекинга и т. и. Их характеристики соответствуют основным условиям применения топлив в ГТУ, а себестоимость не превышает себестоимости маловязких малосернистых топочных мазутов.

В прил. 11 даны основные сведения об этих топливах. Твердое топливо В газотурбинных двигателях можно использовать твердое топливо всех видов, однако основной интерес представляют каменные угли. Для расчетов, связанных с их сжиганием, необходимо знать результаты технического анализа по содержанию влаги, выходу летучих веществ, остатку и качеству твердой массы (кокса, золы), серы и теплоту сгорания топлива. Содержание влаги находят, например, взвешиванием топлива перед его нагревом до 2?8 К в потоке инертного газа и после. Выход летучих веществ и кокса определяют взвешиванием навески угля перед нагреванием до температуры (1123 -'- 25) К в закрытом тигле в течение 7 мин и после. Полученные результаты выражают в массовых долях сухого угля. Летучие вещества представляют собой газоооразные продукты разложения термически неустойчивых молекул горючей массы угля.