Химмотология ракетных и реактивных топлив (1043407), страница 34

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

Текст из файла (страница 34)

При выборе эталона кривые, описывающие зависимости pt и рэ от температуры, эквидистантны, а неизбежные колебания температуры не сказываются на dР и результатах измерения.

Средние значения давления насыщенных паров реактивных топлив (р, гПа) в зависимости от температуры (Т, К) могут быть рассчитаны по формуле

Значения коэффициентов А и В для различных топлив приве­дены ниже:

Указанная зависимость позволяет вычислить ориентировоч­ное значение допустимого нагрева топлива в баках самолета, при котором давление насыщенных паров не будет превышать величину наддува, т. е. не будет значительных потерь топлива от испарения. Этот нагрев для различных марок топлива со­ставляет:

9.3. ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ

Воспламеняемость определяет необходимые меры и средства пожарной защиты при хранении, транспортировании и приме­нении топлив. Пожаро- и взрывоопасность топлив характери­зуется температурой, при которой возможно образование топ-лнвовоздушной смеси, способной к воспламенению, минималь­ной энергией зажигания таких смесей от постороннего источ­ника воспламенения, температурой самовоспламенения смесей, а также вероятностью воспламенения от разрядов статического электричества, накапливающихся в топливе при его перекачи­вании и фильтровании.

Температурные и концентрационные пределы воспламенения топливовоздушных смесей. В стандартах на топлива кроме нормы по температуре, вспышки в закрытом тигле указаны также сведения по температуре воспламенения топливовоздуш-ной смеси от нагретой поверхности и ее концентрационным пре­делам воспламенения. Средние значения показателей воспла­меняемости реактивных топлив [165] приведены в табл. 9.6.

Минимальная энергия разряда, необходимая для воспла­менения топливовоздушных смесей, с увеличением их темпера-

Таблица 9.6. Показатели воспламеняемости реактивных топлив различных марок

Рис. 9.10. Зависимость энергии разряда, необходимого для воспламенения топливо-воздушной смеси, от ее температуры для топлива различных марок

туры снижается. Эта зависимость показана на рис. 9.10. Скорость рас­пространения пламени составляет от 0,3 до 0,6 м/с- [165].

Новым способом повышения по-жаробезопасности реактивного топ­лива является введение полимерной высокомолекулярной присадки, ко­торая в обычных условиях находится в виде суспензии и мало ухудшает текучесть топлива. При аварии самолета и разруше-нии топливных баков под действием напряжения сдвига молеку­лы присадки образуют пространственную решетку, которая удерживает частицы топлива и препятствует возникновению легковоспламеняющегося тумана из мелких капель топлива, что снижает вероятность возникновения пожара. При применении топлива с такой присадкой двигатели необходимо оборудовать дополнительными насосами-разжижителями, которые разруша­ли бы высокомолекулярные структуры перед поступлением топ­лива в камеру сгорания. По сообщениям фирмы ICI основные лабораторные и натурные исследования реактивного топлива с присадкой указанного типа (FM-9) завершены успешно. Было объявлено, что стоимость топлива с присадкой будет на 3—6% больше стоимости топлива без присадки [166]. Тем не менее во время экспериментального моделирования в 1985 г. катастрофы управляемого по радио самолета «Боинг-720», заправленного топливом с присадкой FM-9, пожар предотвратить не удалось. Поэтому исследования в указанном направлении продолжаются.

Электризуемость. Реактивные топлива, не содержащие ан­тистатических присадок,—хорошие диэлектрики. Их удельная электрическая проводимость обычно не превышает 5 пСм/м, по квалификационной норме для прямогонных топлив с инги­битором коррозии ИКБ-2 20<=10 пСм/м. Относительная диэлект­рическая проницаемость топлив составляет от 1,9 до 2,1.

Наличие в топливе мелкодисперсных частиц (механических-примесей, эмульсионной воды) значительно увеличивает по­верхность раздела фаз, а вследствие этого и электризацию топлив. Аналогичный эффект наблюдается при дроблении струи топлива в результате трения о воздух, например, при заполне­нии емкости свободно падающей струёй. В отдельных случаях топливо, не содержащее антистатическую присадку, может иметь электрическую проводимость 30—40 пСм/м, что обуслов­ливается попаданием в него небольшого количества загрязне­ний, например остаточных продуктов (мазута).

Из-за высокого удельного электрического сопротивления топлива (10¹¹—10¹² Ом*м) даже при хорошем заземлении сте-кание и релаксация заряда протекают медленно, тем самым создаются условия для его накопления в заполняемой емкости. Величина накопившегося заряда (Q, мкКл) с учетом заряда топлива и утечки за счет электрической проводимости выра­жаются следующей зависимостью:

В емкости, наполняемой наэлектризованным топливом, электрический заряд может достичь уровня, при котором по­явятся искровые разряды с поверхности топлива на заземлен­ные выступающие металлические детали резервуаров, автоци­стерн, баков самолетов, т. е. возможно воспламенение топливо-воздушной смеси.

Как следует из формулы (9.6), с увеличением электрической проводимости пропорционально снижается накапливающееся количество заряда. Добавляя антистатические присадки, ниж­ний предел электрической проводимости устанавливают с таким расчетом, чтобы релаксация электрического заряда протекала достаточно быстро. Экспериментально установлено, что это обеспечивается во всех случаях, когда О пСм/м. Верхний предел электрической проводимости—не более 600 пСм/м при фактической температуре, наблюдаемой в топливной системе, установлен с учетом обеспечения точности показаний измери­тельной аппаратуры электроемкостного типа.

Электрическая проводимость топлива возрастает при повы­шении температуры в соответствии с зависимостью

С изменением температуры топлива, содержащего присадку Сигбол, на 1 °С  изменяется примерно на 1,5%. Нагрев топ­лива увеличивает подвижность зарядов и значение .

9.4. ГОРЮЧЕСТЬ

Энергоемкость. Под удельной энергоемкостью реактивного топ­лива понимают объемную удельную теплоту сгорания, равную произведению массовой удельной теплоты сгорания на плот­ность. Для характеристики реактивного топлива обычно при­меняют низшую удельную теплоту сгорания. Эксперименталь­но определяемая удельная теплота сгорания (массовая) силь­но зависит от химического состава топлива. Она возрастает с относительным увеличением содержания атомов водорода в молекуле углеводорода. Из углеводородов', выкипающих в оди­наковых температурных пределах, максимальную теплоту сго­рания имеют алканы, затем идут цикланы и ароматические углеводороды. С повышением температуры выкипания топлива удельная теплота сгорания снижается.

Плотность топлива в сравнении с удельной теплотой сгора­ния изменяется в обратном порядке: наиболее высокая она у ароматических углеводородов и с повышением температуры выкипания топлива увеличивается. Изменение группового угле­водородного или фракционного состава топлива неодинаково влияет на относительное изменение удельной теплоты сгорания и плотности. Так, при увеличении содержания ароматических углеводородов плотность возрастает на 10—15%, а удельная теплота сгорания снижается только на 4—6%. С повышением температуры выкипания топлива также происходит более рез­кое увеличение плотности, чем уменьшение удельной теплоты сгорания.

Увеличение содержания цикланов и ароматических углево­дородов, а также повышение температуры выкипания топлива приводит к увеличению его энергоемкости. Современные товар­ные реактивные топлива имеют энергоемкость в пределах от 32,8 до 36,3 МДж/л и более и располагаются в порядке воз­растания этого показателя следующим образом: Т-2, ТС-1, РТ, Т-1, Т-6. Эксплуатационное значение энергоемкости следует рассматривать с двух точек зрения. При полной заправке топ­ливных баков дальность полета летательного аппарата прямо пропорциональна энергоемкости, и наиболее выгодно топливо с максимальным значением этого показателя. Однако нередки случаи, когда нет необходимости летать на максимальную дальность. В непродолжительном полете имеющийся объем топливных баков полностью не используется, и более выгодно взять топливо с меньшей энергоемкостью, т. е. большей мас­совой теплотой сгорания и меньшей плотностью.

Учитывая важное эксплуатационное значение максималь­ной дальности полета летательных аппаратов, стремились со­здавать топлива, обладающие высокой плотностью [167, 168]. Достижение этого за счет повышения температуры конца ки­пения топлива имеет ограниченные возможности в связи с ухудшением его испаряемости и низкотемпературных свойств.

Одновременно видоизменяли групповой углеводородный состав топлива за счет переработки отборных нефтей нафтенового основания и превращения путем гидрирования ароматических углеводородов в нафтеновые. Такая обработка способствовала и повышению термической стабильности топлива, что имело большое практическое значение в связи с постоянным повы­шением скоростей полета летательных аппаратов и ростом теп-лонапряженности двигателей. Однако подобные топлива имеют весьма ограниченные сырьевые ресурсы, и на их производство требуются большие энергетические затраты. В современных условиях это является большим недостатком для топлив мас­сового применения.

В связи с этим наметился другой путь повышения плотно­сти, а следовательно, и энергоемкости топлив массового при­менения—повышение их температуры выкипания за счет сни­жения требований по температуре начала кристаллизации и ис­пользование высокоароматизированных нефтяных фракций без их гидрирования. Температура начала кристаллизации топлива повышается с —60 °С до —50 °С, а содержание ароматических углеводородов увеличивается с 10,0—18,5 до 22—25% (в за­висимости от марок топлива). Практически стабильность топ­лив, как показано ниже, при этом существенно не меняется, а проблемы повышенного нагарообразования ароматизированных топлив могут быть разрешены за счет совершенствования кон­струкции ГТД.

Известны и другие способы повышения энергоемкости топ­лив. Например, создание синтетических топлив, состоящих в основном из би- и полициклических нафтеновых углеводородов, спирановых углеводородов, а также металлорганических со­единений. Но эти топлива из-за ограниченности сырьевых ре­сурсов и дороговизны нельзя рассматривать как массовые для реактивной авиации. Их можно использовать лишь для авиа­ционной техники узкоспециального назначения либо для от­дельных полетов летательных аппаратов.

Характеристики

Список файлов книги