Реактивные топлива

Воздушно-реактивные двигатели (ВРД) в настоящее время являются основой гражданской и военной авиации. Эти двигатели работают на жидком углеводородном топливе, и носят название реактивные или авиационные.

Масса топлива составляет 30–60 % от взлетной массы самолета, что чрезвычайно усиливает важность применяемого топлива.

Топливо должно обеспечивать полную безаварийность, надежный запуск двигателя в любых условиях, устойчивое горение в быстро движущемся потоке воздуха и при больших коэффициентах избытка воздуха, полное сгорание без дыма и нагара, высокую скорость и дальность полета летательного аппарата.

Получают реактивные топлива из нефтяных фракций (С10–С14 и выше), выкипающих в пределах 120–280 °С, 60–280 °С (дозвуковая авиация) или 195–315 °С (для утяжеленных авиакеросинов, используемых на военных самолетах с большими сверхзвуковыми скоростями).

Авиационный керосин (авиакеросин), служит в турбовинтовых и турбореактивных двигателях летательных аппаратов не только топливом, но также хладагентом, кроме этого выполняет функцию смазывающего материала деталей топливных систем. Поэтому он должен иметь хорошие противоизносные и низкотемпературные свойства, высокую термоокислительную стабильность и высокую удельную теплоту сгорания.

Склонность реактивных топлив к нагарообразованию контролируется ограничением содержания в них ароматических углеводородов (аренов), также высотой некоптящего пламени, которая не должна превышать 20–25 мм.

В топливных баках самолетов на высоте 10–14 км и выше топливо охлаждается до минус 40–50 °С, а в топливоподающей системе оно, напротив, нагревается до 150–250 °С, при этом непредельные углеводороды (алкены), смолы, меркаптаны начинают разлагаться с образованием нерастворимых осадков, забивающих фильтры, форсунки и другие устройства топливной системы.

Получение реактивных топлив с низшей теплотой сгорания на уровне 43 МДж/кг, с максимальным содержанием меркаптановой серы в пределах 0,001–0,003 %, с низкой температурой вспышки и небольшим давлением насыщенного пара, с высокой термической стабильностью, с практически полным отсутствием воды, смолистых соединений и механических примесей, требует вовлечения в технологию производства этих топлив наиболее совершенных гидрогенизационных процессов (гидродеароматизация, гидроочистка, гидрокрекинг) получения и очистки нефтяных фракций.

В любые марки реактивных топлив добавляют следующие присадки: антиоксиданты (24 мг/л), деактиваторы металлов (5,7 мг/л), антистатические добавки (3 мг/л), антиобледенителъные добавки (0,10–0,15 %).

Технические условия» производят четыре марки топлив для реактивных двигателей: ТС-1, (Т-1С и Т-1), Т-2, РТ. Топливо ТС-1 предназначено для эксплуатации на летательных аппаратах с дозвуковой скоростью полета.

Топливо РТ является унифицированным топливом и предназначено для применения на летательных аппаратах как с дозвуковой, так и сверхзвуковой скоростью полета.

Топлива марок ТС-1 и РТ не должны содержать поверхностно-активные и другие химические вещества в количестве, ухудшающем их свойства.

По физико-химическим и эксплуатационным показателям топлива должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в табл. 2.19.

Температура самовоспламенения топлив марок ТС-1, Т-1С, Т-1, РТ составляет 220 °С, а марки Т-2 – 230 °С. Температурные пределы воспламенения паров топлив и центрированные пределы взрываемости приведены в табл. 2.20.

Маркировка, характеризующая транспортную опасность топлив, в соответствии с ГОСТ 19433: класс – 3, подкласс – 3.2, знак опасности – по чертежу 3, классификационный шифр – 3212, номер ООН – 1863, номер аварийной карточки – 305.

Топливо Т-1 – это прямогонная керосиновая фракция (150–280 °С) малосернистых нефтей. Выпускают его в очень малых количествах. Т-2 – топливо широкого фракционного состава (60–280 °С).

Содержит до 40 % бензиновой фракции и поэтому обладает высоким значением давления насыщенных паров и низкими вязкостью и плотностью.

Это создает опасность образования паровых пробок в топливной системе самолета, что ограничивает высоту его полета, срок службы топливных агрегатов и дальность полета. Именно в связи с этим эксплуатационными недостатками авиационное топливо Т-2 не производят.

Отличается от Т-1 более легким фракционным составом.

Топливо РТ разработано для замены топлив Т-1 и ТС-1. В процессе его производства прямогонные дистилляты (135–280 °С) подвергают гидроочистке.

Для улучшения эксплуатационных свойств в топливо РТ вводят присадки противоизносные марки П (0,002–0,004 % масс.), антиокислительную (ионол 0,003–0,004 % масс.), антистатические и антиводокристаллизирующие присадки типа тетрагидрофурфурилового спирта.

Зарубежные реактивные топлива в военной и гражданской авиации разделяют на три типа: широкого фракционного состава, примерные пределы кипения 60–235 °С; керосин, примерные пределы кипения 170–300 °С; керосин с высокой температурой вспышки (60 °С), предназначенный главным образом для морской авиации.

Наиболее массовый тип реактивного топлива, который используют за рубежом – это Jet A-l, JP-1, JP-4, JP8 в США, их французские аналоги TR-4 (из фракции 55–240 °С, давление насыщенного пара 13,7–20,7 кПа, температура начала кристаллизации минус 60 °С) и TRO (из фракции 165–240 °С, температура начала кристаллизации составляет минус 40 °С).

На мировых рынках (прежде всего в странах Европейского союза и НАТО) наиболее распространено реактивное топливо Jet А-1, которое соответствует требованиям стандарта ASTM D1655–96c.

В ряде европейских стран НАТО полностью перешли на топливо JP-8 (Великобритания, Франция, Бельгия и др.). Отечественные реактивные топлива по качеству не уступают зарубежным маркам Jet А-1, а по некоторым показателям даже превосходят их (табл. 2.21).

К реактивным топливам предъявляют повышенные требования к качеству в силу специфики их применения.

Испаряемость – одно из важнейших эксплуатационных свойств реактивных топлив. Она характеризует скорость образования горючей смеси топлива и воздуха и тем самым влияет на полноту и стабильность сгорания и связанные с этим особенности работы ВРД: легкость запуска, нагарообразование, дымление, теплонапряженность камеры сгорания, а также надежность работы топливной системы.

Испаряемость реактивных топлив, как и автомобильных бензинов, оценивают фракционным составом и давлением насыщенных паров. Для реактивных топлив нормируют температуру начала кипения, 10, 50, 90 и 98 % выкипания фракции.

Люминометрическое число характеризует интенсивность теплового излучения пламени при сгорании топлива; т. е. радиацию пламени является также косвенным показателем склонности топлива к нагарообразованию.

Склонность топлива к нагарообразованию в сильной степени зависит от содержания ароматических углеводородов.

Воспламеняемость реактивных топлив обычно характеризуется концентрационными и температурными пределами воспламенения, самовоспламенения и температурой вспышки в закрытом тигле и др.

Прокачиваемость реактивных топлив оценивают следующими показателями: кинематической вязкостью, температурой начала кристаллизации, содержанием мыл нафтеновых смол и содержанием воды и механических примесей.

К важнейшим показателям качества реактивных топлив относятся также химическая и термоокислительная стабильность, коррозионная активность.