Штехер М. С. - Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1043408), страница 21
Текст из файла (страница 21)
На гигроскопичность керосина очень влияет изменение температуры. С ее увеличением на 1° С растворимость воды возрас-тает примерно на 3 см3 на тонну горючего. Но при понижении температуры растворенная вода почти не выделяется и удаление ее становится трудной задачей.
Из-за увеличения вязкости и поверхностного натяжения воды и малой разницы величин поверхностного натяжения отделение воды простым фильтрованием невозможно.
Углеводороды способны растворять значительные количества таких газов, как воздух, азот, кислород, углекислоту и др. Так, при нормальных условиях керосин может растворять до 20-23% воздуха (по объему). Растворимость воздуха в "керосине зависит от поверхностного натяжения и уменьшается с его увеличением. На растворимость не влияют плотность и фракционный состав. Растворимость газов в углеводородах, использующихся как горючее в ракетных двигателях, отрицательно сказывается в условиях эксплуатации, увеличивает возможность возникновения кавитации в насосах, вызывает вскипание компонентов в баках при понижении давления и увеличивает испаряемость топлива при дренировании баков. При уменьшении давления в баке в случае растворения воздуха образуется газовая смесь, содержащая большую долю кислорода, чем воздуха. Это создает опасность взрыва или вспышки газовой смеси в объеме над уровнем жидкости.
Количество выделившегося газа зависит от упругости паров углеводорода. Для керосина, обладающего сравнительно малой упругостью пара, объем выделившегося воздуха значительно больше объема паров керосина.
Серьезным недостатком углеводородных горючих является непостоянство их химического состава в различных партиях поставляемого горючего. Нестабильность таких важнейших физико-химических показателей, как вязкость, упругость пара, плотность, зависит от группового состава горючих нефтяного происхождения, являющихся смесями очень большого числа индивидуальных углеводородов. Групповой состав, в свою очередь, зависит от месторождения нефти.
Почти все углеводороды токсичны, но в разной степени. Требования техники безопасности при использовании углеводородов в основном те же, что и для нефтепродуктов, и более правильно рассматривать их в каждом конкретном случае. Многие углеводороды, и особенно нефтепродукты, опасны. При попадании на кожу они могут вызвать очень серьезные поражения.
114
Углеводороды вследствие большой летучести весьма опасны в пожарном отношении. Особенно огнеопасны их брызги и пары, которые легко воспламеняются в воздухе при сравнительно низких температурах. Пределы воспламеняемости по концентрации для углеводородов значительно меньше, чем для водорода, но все же достаточно широки, что усугубляет их пожаро- и взрывоопасность.
Большинство углеводородов не вызывает коррозии металлов, и поэтому обычно нет ограничений по применению конструкционных материалов. Однако при длительном хранении в результате действия небольших количеств нафтеновых кислот и воды, растворенной в горючем, может начаться коррозия. Коррозии подвергаются в большей степени сплавы алюминия и стали в присутствии меди, латуни и свинца. Чистые алюминий и стали почти не коррелируют. Прокладочные материалы пригодны почти все, кроме резины и ее композиций.
Все углеводородные горючие нефтяного происхождения, ис-пользуемые в ракетных топливах, являются жидкостями, имеющими средние значения температуры застывания 213 К (-60° С) и температуры кипения 425-525 К (152-252° С). Указанный диапазон жидкофазного состояния углеводородов очень удобен для эксплуатации.
Углеводородные горючие склонны к образованию осадков нерастворимых частиц и отложению плотной пленки смол на охлаждаемых поверхностях двигателя. Чем меньше степень образования; осадков и выделения смол, тем выше «термодинамическая стабильность» данного горючего.
Образование смол и осадков происходит под действием высо-ких температур и кислорода воздуха или кислорода, находящегося в составе компонента. Причиной образования осадков может быть также процесс окисления сернистых и азотистых составляющих или уплотнения растворенных в горючем смол.
Образование осадков обычно увеличивается, т. е. термическая стабильность ухудшается, если в составе углеводородного горючего имеются в избытке нафталин и его производные, т. н. бициклические ароматические углеводороды. На образование осадков и смол существенно влияют свойства конструкционных материалов.
Показатели термической стабильности определяются экспе-риментальным путем в лаборатории при заданных температурных условиях. Результаты таких испытаний для керосинов приводятся в табл. 3.6.
Состав осадков также представляет большой интерес, так для керосина Т-1 осадки при нагреве до 425 К (152° С) состоят из элементов, указанных в табл. 3.7.
Как видно из приведенных данных, осадки образуются главным образом за счет углерода, кислорода, серы и золы. В состав золы обычно входят легко коррелирующие конструкционные ма-
115
Таблица 3.6
| Горючее | Осадок в мг/100 мл | Смолооб-разование | ||
| без металла | сталь 18 | бронза | ||
| Т-1 | 5 | 7 | 24 | 1000 |
| Т-2 | нет | нет | 24 | 1200 |
| Крекинг-керосин | 18 | 22 | 32 | 1500 |
териалы, главным образом медь и бронза. Для повышения термической стабильности углеводородных горючих рекомендуется:
1) абсолютная очистка горючего от сернистых и смолистых составляющих;
2) подбор наиболее стабильных углеводородов или их смесей;
3) введение специальных присадок, улучшающих термическую стабильность.
Таблица 3.7
| Горючее | Состав осадков, % | |||||
| С | Н | S | N | О | Зола | |
| Т-1 | 33,73 | 3,41 | 5,99 | 1,03 | 46,56 | 7,28 |
В качестве присадок могут быть использованы алифатические амины, алкиламинофенолы и др.
По данным США, наиболее стабильными по образованию смол являются горючие, полученные гидрокрекингом. Например, американское горючее типа JP-5 при температуре 475-525 К (202-252° С) стабильно довольно длительное время. Стабильность углеводородов, .используемых в качестве горючих ракетных двигателей, может быть повышена за счет очистки серной кислотой, сернистым ангидридом, адсорбентами (например, активированной окисью алюминия) и с помощью гидроочистки.
Рассмотрим свойства, энергетические и эксплуатационные характеристики некоторых конкретных углеводородных горючих, широко использующихся в ракетной технике.
Керосин
Керосин - смесь индивидуальных углеводородов, получаемых при перегонке или крекинге нефти в интервале температур 425-525 К (152-302° С). Прозрачная, желтовато-зеленая жидкость с характерным запахом. Средняя плотность его 0,82-
116
Таблица 3.8
| Показатели | Т-1 | Т-2 | ТС-1 | |||||||||
| не менее | ||||||||||||
| Плотность, г/см3 | 0,8 | 0,775 | 0,775 | |||||||||
| Фракционный состав | ||||||||||||
| °С | К | °С | К | °С | К | |||||||
| Начало перегонки не выше | 150 | 425 | не ни-же 60 | 335 | 150 | 425 | ||||||
| 30% перегоняется при | 175 | 450 | 145 | 420 | 165 | 440 | ||||||
| 50% перегоняется при | 225 | 500 | 195 | 470 | 195 | 470 | ||||||
| 90% перегоняется при | 270 | 545 | 250 | 525 | 230 | 505 | ||||||
| 98% перегоняется при | 280 | 555 | 280 | 555 | 250 | 525 | ||||||
| Остаток и потери, % | 2 | 2 | 2 | |||||||||
| Кинематическая вязкость в сантистоксах | ||||||||||||
| При 293 К (20° С) не менее | 1,5 | 1,05 | 1,25 | |||||||||
| При 283 К (-40° С) не более | 16,0 | 6,0 | 8,0 | |||||||||
| Кислотность, мг КОН на 100 мл горючего, не более | 3,0 | 1,0 | 1,0 | |||||||||
| Температура вспышки не ниже | 305 К (32° С) | — | 300 К (27° С) | |||||||||
| Температура начала кристаллизации, не выше | 213 К (-60° С) | 213 К (-60° С) | 213 К (-60° С) | |||||||||
| Йодное число, не бо-лее | 2,0 | 3,5 | 3,5 | |||||||||
| Содержание аромати-ческих углеводородов, % не выше | 25 | 22 | 22 | |||||||||
| Содержание смол, мг/ 100 мл, на месте произ-водства | 8 | 7 | 7 | |||||||||
| Общее содержание се-ры, | 0,1% | 0,25% | 0,25% | |||||||||
| в том числе серы мер-каптажжой, не более | — | 0,01% | 0,01% | |||||||||
| Содержание водораст воримых кислот и щелочей | — | — | — | |||||||||
| Содержание механиче ских примесей и воды | — | — | — | |||||||||
| Зольность, % (не бо-лее) | 0,005 | 0,005 | 0,0005 | |||||||||
| Испытание на медной пластинке | Выдерживает | |||||||||||
117
0,86 г/см3, молекулярный вес в зависимости от происхождения нефти 164-188. Широко применяется в ракетной технике как горючее с окислителями: жидким кислородом, азотной кислотой, азотным тетраксидом и концентрированной перекисью водорода. Керосин весьма доступен и дешев, в нашей стране запасы его практически не ограничены.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
