Химмотология ракетных и реактивных топлив (1043407), страница 33

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 33)

Большая разность между указанными температурами для различных образцов топлив, как, например, для JP-8, опреде­ляется наличием в топливе нормальных алканов разной моле­кулярной массы. Присутствие в топливе небольшого количе­ства высокомолекулярных алканов резко повышает tн кр, но мало влияет на tзаст. Температура начала кристаллизации прак­тически не зависит от общего содержания алканов в топливе и в основном определяется температурой конца кипения топли­ва, т. е. наличием высокомолекулярных алканов. Это подтверж­дают данные, представленные в табл. 9.5.

При охлаждении топлива ниже tн кр его подача через само­летные фильтры, не оборудованные системой тепловой защи­ты, может прекратиться. Кратковременное прекращение не опасно, так как включается питание двигателя в обход фильт­ра, а самолет может сменить высоту полета, перейдя в зону, где температура атмосферного воздуха выше tн кр.

Поверхностная активность. Влияние ПАВ, находящихся в топливе, может проявиться различным образом, однако эти вещества, как правило, ухудшают прокачиваемость. Они спо­собствуют росту частиц загрязнений, адсорбируются на фильт­рующих поверхностях и ускоряют их блокирование механиче­скими примесями и мазеобразными отложениями, затрудняют удаление из топлива воды, так как в их присутствии повы­шается устойчивость водных эмульсий. Поэтому содержание в топливе ПАВ должно быть оптимальным, достаточным для обеспечения хороших гротивоизносных свойств, но и не спо­собствовать сильному эмульгированию воды и дезактивации водоотделяющих поверхностей фильтров-сепараторов. В отече­ственной практике наличие ПАВ в реактивных топливах конт­ролируется при испытании их на взаимодействие с водой [158].

Адсорбция поверхностно-активных веществ в воде и дис-пергирование жидкости во время перемешивания приводят к образованию адсорбционных слоев ПАВ на поверхности капель и эмульсии двух типов. Механизм этого явления состоит в следующем. Носителем поверхностной активности на границе с неполярной жидкостью (топливом) служат гидрофобные (не­полярные) частицы молекул ПАВ. При этом молекулы ПАВ гидрофильной частью адсорбируются на каплях воды и «удер­живают» их в слое топлива. В данном случае для «удержа­ния» достаточно образоваться мономолекулярному адсорбцион­ному слою. Для возникновения эмульсии топлива в воде не­обходимо, чтобы на поверхности капель топлива адсорбирова­лось значительно большее количество ПАВ и образовался внешний гидрофильный слой.

С наличием в топливе ПАВ связаны проблемы, обуслов­ленные увеличением сил трения в прецизионных парах (золот-

никах) топливно-регулирующей аппаратуры, ограничивающих или изменяющих давление или расход топлива.

Величина диаметрального зазора в золотниках может быть от двух до нескольких десятков мкм, что позволяет достичь бесконтактного уплотнения. Основные требования, предъявляе­мые к золотникам,—обеспечение высокой стабильности малых по величине сил трения и герметичности (минимальных утечек топлива). Чем меньше усилие трения, тем выше чувствитель­ность регулирующего элемента. Практически все отказы зо­лотниковых пар вызываются повышенным трением или утечка­ми топлива через зазоры. Увеличение утечек обусловлено из­нашиванием деталей (этот процесс постепенный), и связанные с ним отказы могут быть своевременно выявлены и предупреж­дены.

Отказы, вызываемые увеличением трения, носят внезапный характер и поэтому являются особенно опасными. Обычно та­кие отказы наблюдаются в виде временного «зависания» зо­лотника в гильзе, после чего пара может продолжать работать без отклонений. Это затрудняет проведение профилактических мероприятий.

Повышение трения в золотниковых парах может быть след­ствием гидравлических сил и облитерации зазоров—«заращи-вания» зазоров поляризованными молекулами топлива и раз­ного рода загрязнениями. «Заращивание» зазоров характерно для малоподвижных золотников, оно протекает во времени. Сущность процесса сводится к образованию на сопряженных поверхностях адсорбированных граничных слоев ПАВ. Если толщина слоя много меньше размера щели, он не оказывает заметного влияния на расход топлива. Толщина слоя опреде­ляется свойствами ПАВ и активностью силового поля металла. По данным различных авторов, она может составлять от 0,1 до 10 мкм. Заращивание зазора толщиной 10 мкм при проте­кании через него топлива (при поступлении новых ПАВ) мо­жет наблюдаться в течение нескольких минут. Поскольку ад­сорбированные слои приобретают свойство сопротивления сдви­гу, усилие, необходимое для перемещения золотника, возра­стает. При испытании установлено, что для страгивания с места золотника диаметром 16 мм, помещенного в гильзу с зазором 2 мкм, после выдержки в покое при давлении рабочей среды 25 МПа потребовалось усилие 500 Н, т. е. в сотни раз больше, чем обычно [159].

Описанные явления наблюдались при применении прямо-гонных и гидроочищенных топлив со смесевой противообледе-нительной присадкой ТГФ-М в случае несвоевременного слива водных отстоев из топливных баков. В отстое концентрирова­лись ПАВ, которые попадая в насос-регулятор, вызывали вре­менное заклинивание золотников. Это обнаруживалось по ко­лебаниям (или «зависанию») оборотов ротора турбины при изменении положения рукоятки управления движением. Оче­

видно, избыток ПАВ в топливе наряду с улучшением противоиз-носных свойств может привести и к отрицательным послед­ствиям.

9.2. ИСПАРЯЕМОСТЬ

Испаряемость реактивных топлив определяется пределами вы­кипания фракции, отбираемой при прямой перегонке нефти. Значения этих пределов—результат компромиссных решений, так как их расширение увеличивает ресурсы топлива (каждые 10 °С обеспечивают увеличение выхода топлива на ~8%), об­легчает запуск двигателя, но одновременно повышает пожаро-опасность и может ухудшить прокачиваемость топлив. Испа­ряемость топлив может стать причиной нарушения работы на­сосов (кавитации) вследствие выделения паровой фазы и ра­створенных в топливе газов. Последнее наблюдается при быст­ром наборе высоты и при полете на большой высоте.

Нарушение работы подкачивающих насосов современных конструкций наблюдается при соотношении паровой и жидкой фаз больше 2. В случае применения баков без наддува и при температуре топлив ~40°С работа подкачивающих топливных насосов может быть нарушена на топливе ТС-1 примерно на высоте 17 км, а на топливе Т-2—на высоте 12 км [160J.

Одной из мер предотвращения пожаров и повышения без­опасности полета является замена подкачивающих насосов, расположенных в топливных баках, на всасывающие насосы, размещенные непосредственно на двигателях. В таком случае нарушение герметичности трубопроводов не вызовет вытекания топлива из топливной системы (что наблюдается при примене­нии нагнетающих подкачивающих насосов), а топливо вместе с воздухом будет поступать в двигатель. Предельные соотноше­ния паровой и жидкой фаз для таких топливных систем из­учаются [161].

Образование паровых пробок и нарушение подачи подка­чивающими и основными насосами можно предупредить со­зданием избыточного давления в баках и топливной системе двигателя. При этом давление в топливном баке Рб должно, отвечать соотношению:

С увеличением давления насыщенных паров топлива ухуд­шаются надежность работы насоса и подача топлива. Особен­но сильно это проявляется в условиях высотного полета, когда подача может снизиться на 40—70% [127]. При наборе высоты, из топлива кроме паров начинают выделяться растворимые га-

Рис. 9.9. Зависимость потребного наддува топливных баков от скоро­сти набора высоты самолетом

зы (воздух). Объем выделив­шегося воздуха с учетом его расширения вследствие умень­шения давления в баке может составлять несколько сотен литров на 1 м³ топлива. При этом поток топлива, поступаю­щий в насос, становится двухфазным. Скорость выделения воз­духа зависит от скорости падения давления в баке, т. е. скоро­сти набора самолетом высоты. При первом наборе высоты с большой скоростью возможно вскипание топлива, вызывающее кавитацию насосов и прекращение его подачи. Зависимость Риал от скорости набора самолетом высоты приведена на рис. 9.9

Пределы выкипания. К фракционному составу топлив предъ­являются противоречивые требования: для облегчения запуска двигателя, расширения пределов устойчивого горения, повыше­ния полноты сгорания и уменьшения нагарообразования топли­ва должны обладать по возможности более легким фракцион­ным составом. Напротив, для уменьшения потерь от испаре­ния при хранении, повышения надежности работы топливных насосов в высотных условиях, повышения объемной теплоты сгорания реактивные топлива должны иметь утяжеленный фракционный состав.

Топливо, содержащее низкокипящие фракции, обеспечивает запуск двигателя на более бедных смесях. Так, если на топли­ве Т-2 двигатель запускается при определенных условиях при общем коэффициенте избытка воздуха а = 6, то на топливе Т-6—при а=3. В связи с этим на некоторых самолетах с ГТД в качестве пускового топлива используют авиационный бензин или бензин-растворитель (нефрас).

Пусковые свойства в известной степени характеризует тем­пература перегонки 10%(об.) топлива. Так, на топливе, 10% (об.) которого выкипает при 70 °С, двигатель легко запу­скается при —55 °С, а с температурой выкипания 10% (об.) в пределах 150—190 °С запуск осложняется уже при —35——40 °С. Этот фактор имеет исключительно большое значение в случае необходимости повторного запуска заглохшего в полете двига­теля.

Связь других показателей фракционного состава топлива 1[50, 90 и 98% (об.) перегонки] с надежностью и эффектив­ностью авиационных газотурбинных двигателей изучена в меньшей степени. Температура перегонки 90 и 98% (об.) топ­лива ограничивается главным образом, как уже отмечалось, температурой начала кристаллизации топлива, но иногда и

общим содержанием ароматических углеводородов, и даже вязкостью топлива при —40 °С.

Комплексный показатель фракционного состава tср= 1/3(t10%+t50%+t90%) может быть использован для расчета теплоты сгорания реактивных топлив (qн, кДж/кг) по формуле [162]:

где Са—массовая доля ароматических углеводородов в топливах, %; (ср— средняя температура кипения, °С; р—плотность при 20 °С, кг/м³.

Влияние температур перегонки 10, 50 и 98%(об.) топлива на его склонность к образованию нагара характеризуется зна­чениями коэффициентов (весомостей), равными соответственно 0,30, 0,54 и 0,16 Г163].

Летучесть. Показатель, характеризующий это свойство, — давление насыщенных паров р—стандартом нормирован только для топлива широкого фракционного состава Т-2 при 38°С. Для термостабильных топлив предусмотрен контроль давления насыщенных паров в ходе квалификационных испы­таний при 100, 150 или 200 °С. В первом случае pt определяют в двухкамерном металлическом цилиндре, снабженном мано­метром (ГОСТ 1756—52).

Для повышения точности измерения давления насыщенных паров топлив предложен сравнительный метод [164, 165], по которому топливо и эталонный нефтепродукт (индивидуальный углеводород) помещают в два идентичных сосуда, подключен­ных к дифференциальному манометру, показания которого dР соответствуют разности давлений в сосудах. Результат рассчи­тывают по формуле

Характеристики

Список файлов книги