Реактивные топлива. Назначение. Характеристика. Виды. Фракционный и компонентный составы.

Процесс сгорания топлива в реактивных двигателях происходит в газовоздушном потоке в камерах сгорания. Длительность испарения и горения топлива менее 0,01 с. Воздух в большом избытке подается компрессором, который работает от газовой турбины. Скорость потока воздуха 40-60 м/с. Часть воздуха подается в зону горения, а другая (большая) часть расходуется для охлаждения продуктов сгорания (900 град) перед лопатками газовой турбины. Топливо впрыскивается в сжатый воздух и поджигается электрической искрой. В качестве топлива для реактивной авиации применяют керосиновые дистилляты прямой гонки. Для самолетов с дозвуковой скоростью полета применяются облегченные керосины (130-280 град), для самолетов со сверхзвуковой скоростью полета – с более высоким началом кипения, так как этим топливам предъявляется требование, чтобы они на высоте около 20 км не закипали бы в топливной системе и в двигателе. Основные требования к реактивным топливам относятся к его энергетическим характеристикам: теплоте сгорания, полноте сгорания, плотности. Чем больше теплота сгорания, тем больше выделяется энергии, скорость полета и величина тяги увеличивается. Чем выше плотность, тем большее количество топлива можно загрузить единовременно в ограниченные объемы баков самолета, следовательно, увеличить дальность полета. Теплота сгорания зависит от содержания водорода и от соотношения углерод:водород в УВ молекуле. Теплота сгорания: наибольшее значение у алканов>циклоалканов>ароматических УВ. Эффективность и полнота сгорания реактивного топлива также зависит от его химического состава. Топливо, обогащенное ароматическими УВ и особенно бициклическими, склонно к образованию сажи и нагаров, вследствие чего в газовом потоке появляются раскаленные частички углерода. Это приводит к повышенной яркости излучения пламени. Чем больше радиация пламени, тем меньше срок службы двигателя из-за перегрева стенок камеры сгорания. Учитывая неблагоприятное влияние ароматических УВ на процесс сгорания, в стандартах на реактивное топливо не допускается их содержание, превышающие 20-22%.Склонность реактивных топлив к нагарообразованию контролируется также техническим показателем - высотой не коптящего пламени(не менее 20 – 25). Характер пламени (яркость) топлив оценивается специальным показателем люминометрическим числом. Чем оно выше, тем яркость пламени ниже. По значению люминометрических чисел УВ располагаются следующий убывающий ряд: н-алканы, изоалканы, нафтены, олефины, диолефины, ароматические УВ. Люминометрические числа определяют в приборе люминометре, путем измерения температуры над пламенем в условиях сгорания в фитильной горелке в стандартной камере. Реактивное топливо не должно: выделять смол и других осадков, могущих засорить фильтры, клапаны и другую аппаратуру, создавать газовые пробки, терять текучесть, выделять кристаллы углеводородов и льда. Топливо должно быть хорошо очищено и не содержать: коррозионно агрессивных сернистых и кислородных соединений, непредельных углеводородов, высших парафинов с высокой температурой застывания, а также мех. примесей и воды. Топливу теперь предъявляется требование, чтобы оно обладало высокими смазывающими свойствами. Это связано с тем, что топливо является и смазывающей средой регулирующей топливной аппаратуры. Удовлетворение этого требования возможно только путем добавки к топливу противоизносных присадок, обладающих хорошими поверхностно-активными свойствами. К реактивным топливам для улучшения их эксплуатационных свойств добавляются и другие присадки: против образования кристаллов льда, антиокислительные, антикоррозионные. Вследствие гигроскопичности реактивных топлив в них накапливается влага. При низких температурах в баках самолетов в топливе образуются кристаллики льда. Такие кристаллы также образуются при резком потеплении воздуха, когда содержащиеся в нем пары воды соприкасаются с холодным топливом. Образование кристаллов льда может вызвать забивание топливных фильтров, это опасность аварии. Для предотвращения выпадения из топлива льда применяются присадки типа спиртов, гликолей. Антикоррозийные присадки призваны создавать тонкую защитную пленку на металле, предохраняющие его от воздействия сернистых и других агрессивных компонентов топлива (димерлинолевой кислоты).Некоторые микроорганизмы хорошо развиваются в среде жидкого нефтяного топлива. В настоящее время известны сотни видов грибков и бактерий. Их жизнедеятельность основана на усваивании УВ. Эти микроорганизмы вызывают различные неполадки при эксплуатации реактивных самолетов (забивка датчиков, фильтров, разрушение защитных покрытий).Одной из эффективных мер защиты от микроорганизмов является применение биоцидных присадок, которые парализуют активность микроорганизмов (фенолы, аминофенол, борные эфиры).

Дизельные топлива.

В дизельном двигателе в первых двух тактах засасывается и сжимается чистый воздух (Т=550—650⁰C, Р=до 4 МПа).В конце хода сжатия в сжатый и нагретый воздух впрыскивается в течение определенного времени под большим давлением порция топлива. Мельчайшие капельки топлива переходят в парообразное состояние и распределяются в воздухе. Через определенный весьма незначительный момент времени топливо самовоспламеняется и полностью сгорает. Время между началом впрыска и воспламенением топлива называется периодом задержки самовоспламенения. В современных быстроходных двигателях этот период не более 0,002 с. В результате сгорания топлива давление газа достигает 6—10 МПа. Весьма важным для обеспечения плавной, нормальной работы двигателя является скорость нарастания давления газов (не должна превышать 0,5 МПа на 1° угла поворота коленчатого вала). В противном случае двигатель начинает стучать, работа его становится «жесткой», а нагрузка на подшипники чрезмерной. Появление стуков и жесткая работа двигателя связаны с длительностью периода задержки самовоспламенения. Чем продолжительнее этот период, тем большее количество топлива успеет поступить в цилиндр двигателя. В результате — одновременное воспламенение повышенного количества топлива приводит к взрывному характеру сгорания, и давление газов будет нарастать скачкообразно. В двух последующих тактах: рабочий ход и выхлоп — происходит рабочее расширение газов и освобождение цилиндра двигателя от продуктов сгорания.

В качестве топлива для быстроходных дизелей применяются керосино-газойлевые фракции нефти. Для тихоходных и стационарных двигателей этого типа с малым числом оборотов применяется более тяжелое топливо типа мазутов. Наиболее существенное эксплуатационное свойство дизельных топлив — их способность быстро воспламеняться и плавно сгорать, что обеспечивает нормальное нарастание давления и мягкую работу двигателя без стуков. Воспламенительные свойства топлив зависят от их химического и фракционного состава. Это связано с температурой самовоспламенения компонентов топлива (ароматические углеводороды имеют высокие температуры воспламенения (500—600 ⁰C). Сильно ароматизованные продукты неприемлемы в качестве дизельного топлива. Наоборот, парафиновые углеводороды имеют самые низкие температуры самовоспламенения, и. дизельные топлива из парафинистых нефтей обладают хорошими эксплуатационными свойствами. Для оценки моторных свойств дизельных топлив приняты цетановые числа.

Цетановым числом называется содержание, в % (об.), цетанав смеси с α-метилнафталином, эквивалентной по самовоспламеняемости испытуемому топливу, при сравнении топлив в стандартных условиях испытания.

Определение цетановых чисел проводится на стандартной одноцилиндровой установке с дизельной головкой по так называемому методу совпадения вспышек. Цетановые числа дизельных топлив нормируются в интервале 40—55 ед. Чем выше цетановое число дизельного топлива, тем лучше его пусковые свойства, тем менее длителен период задержки самовоспламенения, больше полнота сгорания топлива, меньше задымленность выхлопных газов и склонность топлива к отложениям нагаров в камере сгорания и в форсунках.

К другим важным свойствам дизельных топлив для быстроходных дизелей относятся их фракционный состав, вязкость, температура застывания, коксуемость, содержание серы, кислотность, содержание воды и механических примесей. Все эти показатели подбираются в таких пределах, чтобы обеспечить нормальную бесперебойную подачу топлива в двигатель, полноту сгорания, уменьшение нагарообразования и отсутствие коррозии. Особенно большое значение имеет температура застывания, варьирующая от —10°С для летних сортов до —60 ⁰C для арктического сорта, и содержание серы, которой не должно превышать

0,2—0,5% для разных марок.

Цетановые числа могут определяться расчетными методами:

ЦЧ=( ₂₀ +17,8) *1,5879 / ₄²⁰

Испаряемость. Для получения качества, горючее топливо должно полностью испаряться в камере сгорания. ДТ хар-ся температурой выкипания 50 и 90 %, 50 и 96 % топлива. Пусковые свойства ДТ хар-ся температурой выкипания 50 % фракции и чем меньше эта температура, тем легче запустить двигатель при меньших температурах ОС. Облегчение фракционного состава топлива приводит к увеличению периода задержки самовоспламенения.

Склонность к нагарообразованию – определяется фактическим содержания смол и серы, фракционным составом, кол-вом непредельных и ар УВ, зольностью и коксуемостью топлива.

Коксуемость – нагрев топлива без доступа воздуха. Образуется кокс.

Определяется коксуемость по формуле: Х_10%= m₂ / m₁ * 100