Химмотология ракетных и реактивных топлив (1043407), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Недостаточная стойкость резин и герметиков в реактивных топливах приводит к вымыванию из них ингредиентов, изменению объема, нарушению эластичности, ухудшению прочностных свойств, а в некоторых случаях—к растрескиванию и разрушению. Такие изменения свойств указанных материалов обычно сопровождаются нарушениями герметичности узлов и агрегатов топливных систем, что в итоге приводит к ухудшению, а возможно, и отказу в их работе, а также к повышению пожаре-опасности летательных аппаратов и загрязнению окружающей среды. Разрушение резин и герметиков, кроме того, приводит к загрязнению топлив механическими примесями, что вызывает отрицательные последствия. Повышенное агрессивное воздействие топлива на материал резино-тканевых резервуаров и рукавов сокращает сроки их возможного использования.
Проблема стойкости резин и герметиков в реактивном топливе должна решаться подбором соответствующей рецептуры их при создании новой техники. Особых трудностей при этом не возникает. Однако при разработке топлив новых видов или изменении технологии их производства приходится изыскивать возможность использования топлив для уже эксплуатируемой техники или проводить необходимый объем ее модернизации. В таких случаях особую важность приобретает воздействие топлив на резины и герметики.
Оценивают степень воздействия реактивных топлив на резины и герметики в лабораторных условиях. Обычно испытуемые образцы резины или герметика выдерживают в топливе при выбранной температуре и затем определяют стандартными методами их физико-механические свойства. С целью имитации условий, характерных для топливных систем летательных аппаратов, в некоторых методиках образцы выдерживают в потоке топлива либо периодически заменяют контактирующие с образцами порции топлива в процессе испытания. Именно такие методы включены в комплекс квалификационных методов. Они
позволяют четко дифференцировать реактивные топлива по указанному свойству.
По воздействию на резины и герметики реактивные топлива могут очень сильно различаться. Обобщенные результаты исследования по междуведомственной методике (в приборе ЦИТО-С) стойкости резины ИРП-1078 в различных топливах без антиокислительных присадок приведены на рис. 9.17. Считается, что резина является стойкой по отношению к топливу, если в результате испытания коэффициенты К и К составляют не более 0,5. Испытанные топлива по воздействию на резины делятся на две группы. В первую группу входят гидрогенизационные топлива; в них резина выдерживает только от 2 до 6 трехчасовых этапов испытаний в протоке топлива на кольцо при 135 °С. Вторую группу составляют получаемые без гидрогенизации топлива Т-1 и ТС-1, а также смесевые топлива ТС-1, полученные смешением прямогонных и гидроочищенных фракций. В этих топливах резина сохраняет работоспособность в течение 3—9 и более указанных этапов испытаний.
Исследования механизма разрушения и стабилизации нит-рильной резины в реактивных топливах [199] показали, что агрессивность их воздействия прежде всего определяется окислительными процессами, происходящими в топливах. На рис. 9.18 представлены обобщенные данные, полученные при исследовании кинетики изменения газового объема над не содержащим присадок топливом Т-7 с нитрильной резиной при 150 °С в специальном приборе.
Приведенные данные хорошо согласуются с данными авторов [200, 201], которые вымывали из резин антиокислители различными растворителями и изучали кинетику накопления гид-ропероксидов при окислении топлива с препарированной резиной. Они пришли к выводу, что при контакте с топливом вначале из резины вымываются антиокислители, а затем разрушение
Рис. 9.18. Кинетика изменения газового объема над реактивным топливом с нитрильной резиной:
/ — топливо исходное; 2 — топливо я нитрильная резина; 3 — топливо с антиокислителем, резииа без антиокислителя; 4 — топливо и резина без антиокислителя; 5—топливо с 0,25% сульфидной серы и резина без антиокислителя; 6 — топливо с 0,25% тиофеновой серы и резина без антиокислителя; 7—топливо с 0,005% меркаптановой серы и резина без антиокислителя
резины вызывают образующиеся при окислении топлива гидроперок-сиды.
Скорость разрушительного воздействия топлив на резины в значительной мере зависит от температуры, увеличиваясь с ее повышением.
Таким образом, в практике эксплуатации авиационной техники наиболее опасны случаи, когда используют топливо с высокой степенью очистки отгетероатомных соединений, не защищенное от окисления присадками, при повышенных температурах и в узлах, где резиновые технические изделия контактируют с большой массой омывающего их топлива, в результате чего из резины вымываются антиокислители, т. е. резко ухудшаются ее эксплуатационные свойства.
Кроме указанных окислительных процессов на стойкость резин в реактивных топливах определенное воздействие оказывают и другие физико-химические процессы. Отмечается [202], что набухание резин марок 3825, ИРП-1078, 9831 возрастает при увеличении содержания в топливе ароматических углеводородов. Установлено, что работоспособность резин на основе нит-рильного каучука СКН-26 также завдсит от группового углеводородного состава топлива: цикланы и ароматические углеводороды по отношению к резине более агрессивны, чем алканы. Соединения серы в виде сульфидов или тиофенов в топливе снижают его агрессивное воздействие на резины [203]. Очевидно, указанным многоплановым влиянием состава топлива объясняется различие в поведении по отношению к резине топлив, находящихся в одной группе (см. рис. 9.17, топлива Т-6 и РТ, ТС-1 и Т-1). Проведенные исследования показали, что тиоколовые герметики ведут себя в контакте с реактивными топливами в целом аналогично нитрильным резинам [204].
Главную роль в разрушительном воздействии топлив на резины и герметики играют все же окислительные процессы. Поэтому основным способом улучшения указанного свойства топлив является подавление этих процессов. С этой целью в прак-
тике эксплуатации авиационной техники , наибольшее распространение получило использование антиокислительных присадок к топливу. Почти все соединения, подавляющие окислительный процесс в топливе, эффективно предотвращают ухудшение свойств резин и герметиков, находящихся в контакте с ним. При этом добавление уже 0,0005% ионола в топливо РТ повышает предел прочности резины с 1,8 до 9,6 МПа, а относительное удлинение—с 27 до 164% при исходном значении этих показателей резины соответственно 11,8 МПа и 150%, т. е. коэффициенты К и К в результате добавления присадки становятся равными менее 0,5. Эффект от добавления большего количества ионола существенно не возрастает.
Значительно улучшить качество топлива по воздействию на резины и герметики можно также вовлечением прямогонного топлива в гидрогенизированное. Так, для обеспечения допустимого уровня качества по указанному показателю в топливо РТ (без присадок) необходимо добавить 10—20% топлива ТС-1. Объем вводимого топлива ТС-1 зависит от его состава, определяемого типом перерабатываемой нефти. Недостатком этого способа является ухудшение термостабильности гидрогенизирован-ного топлива.
Все современные отечественные реактивные топлива, подвергающиеся гидрогенизации в процессе производства, вырабатываются с добавлением антиокислительных присадок и характеризуются низкой агрессивностью по отношению к резинам и гер-метикам.
9.7. ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА
Противоизносные свойства топлив определяют надежность и, в частности, ресурс работы пар трения топливной аппаратуры. Эти пары работают в режимах трения качения, скольжения и комбинированного трения при различных нагрузке, температуре, скорости относительного перемещения, в условиях жидкостной и граничной смазки [205]. Среди различных пар трения агрегатов топливной системы наиболее интенсивно изнашивается пара плунжер—наклонная шайба. Она служит контрольной парой при оценке противоизносных свойств топлив в условиях эксплуатации. Износ сфер плунжеров зависит от износостойкости материалов, длительности и условий работы, как это показано на рис. 9.19. Оказалось, что вспомогательные насосы, работающие, как правило, с меньшей подачей (меньшим углом наклона шайбы), изнашиваются быстрее. Это объясняется тем, что при малом угле наклона шайбы преобладает трение скольжения, с увеличением угла наклона возрастает доля трения качения, сбответственно изменяется вклад в противоизносный эффект рабочей среды—химических и физических свойств топлива. Главным фактором, обусловливающим уровень противоизносных
Рис. 9.19. Зависимость износа плунжеров, изготовленных из стали ХВГ (----) и Х12М (—), от нагрузки насосов-регуляторов и длительности работы:
1, 3—вспомогательные насосы; 2, 4—основные насосы
Рис. 9.20. Зависимость противоизносных свойств реактивных топлив от вязкости и наличия в них ПАВ:
1, 2. 3—для топлив РТ, ТС-1 и Т-6 при изменении вязкости за счет нагрева от 20 до 80 "С; 4 — для топлив, очищенных от ПАВ, при 25 С
свойств реактивных топлив, является содержание в них химически активных и поверхностно-активных соединений. Вместе с тем определенную роль играет и уровень вязкости топлив.
Вязкость. Влияние вязкости на Противоизносные свойства топлив характеризуют зависимости, представленные на рис. 9.20. Особенно наглядно роль вязкости проявляется в случае гидроочищенных топлив, о чем свидетельствуют данные стендовых испытаний на серийном насосе-регуляторе в течение 100 ч при однократном прокачивании нагретого топлива (табл. 9.11) [206].
На противоизносные свойства топлива оказывают влияние и ароматические углеводороды. В условиях комбинированного трения [205] ароматические углеводороды проявляют лучшие противоизносные свойства по сравнению с алканами. В общем случае зависимость показателя износа Ик.т от уровня вязкости топлива без присадок определяется уравнением
С увеличением содержания сернистых соединений, и особенно меркаптанов, противоизносные свойства топлив ухудшаются. Однако практически полное удаление из топлива соединений серы гидроочисткой не улучшает противоизносных свойств, так как наряду с нежелательными сернистыми соединениями удаляются и серосодержащие соединения и другие поверхностно-активные вещества, улучшающие противоизносные свойства.
О наличии гетероорганических соединений можно косвенно судить по содержанию в топливе адсорбционных смол. С увеличением их содержания противоизносные свойства топлив улучшаются. Однако здесь наблюдается не только количественный, но и качественный эффект. У топлив, подвергнутых гидроочистке, с увеличением содержания адсорбционных смол противоизносные свойства улучшаются в меньшей степени, чем у пря-могонных топлив. Это объясняют удалением из топлива при гидроочистке преимущественно высокоокисленных молекул, имеющих наиболее ярко выраженные поверхностно-активные свойства. Значительное влияние на противоизносные свойства топлива может оказать присутствие нафтеновых кислот (0,002% и более), спиртов (0,02—0,04%) и сульфидов (0,1—0,2%) [207].
Кислородсодержащие соединения, присутствующие в топливе и вводимые в него в качестве присадок, улучшают противоизносные свойства.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
