Реактивне паливо РТ за українським стандартом. Покращення протизносних властивостей палива присадками

5) Паливо, налите в скляний циліндр діаметром 40-55 мм, при розгляді його в змінному світлі повинне бути прозорим і не містити зважених й осілих на дно циліндра механічних домішок і води.

При виникненні розбіжностей при оцінці якості палива РТ по механічних домішках аналіз повинен проводитися за ДСТ 10577-78, при цьому масова частка механічних домішок у паливі не повинна перевищувати 0,0003 %, для палив ТС-1 аналіз проводиться з 01.01.89.

6) Зміст суми водорозчинних лужних сполук визначають за наступною методикою: у ділильну лійку наливають 300 см³ випробуваного палива, попередньо нагрітого до 70-80°С, і 100 см³ дистильованої води, попередньо перевіреної на відсутність лугу, для чого 100 см³ дистильованої води випа-рюють до обсягу 10 см³ і додають 3 краплі фенолфталеїна. Реакція повинна бути нейтральною.

2. ВЛАСТИВОСТІ РЕАКТИВНОГО ПАЛИВА РТ 

 

Фракція прямої атмосферної  перегонки сірчистої або високосірчистої  нафти із границями кипіння від 135 до 280°С. Весь отриманий дистилят піддається гідроочищенню. Містить протизносну, антиокисну й антиелектростатичну присадки [4].

Теплота згоряння - не менше 43120 кДж/кг. Вміст ароматичних вуглеводнів - не більше 22% по масі. Температура початку кристалізації - мінус 55°С, температура спалаху в закритому тиглі - не нижче 28°С, висота  полум'я, що не коптить, - 25 мм, щільність при 20 С - 0,775 г/см³, в'язкість при 20°С - не менш 1,25 сСт, а при -40°С - не більше 16 сСт. Вміст сірки - не більше 0,1%, у т.ч.  меркаптанової сірки - не більше 0,001%. Вміст протизносної присадки - 0,002-0,004%. У сертифікаті якості вказівка концентрації протизносної присадки обов'язково.

РТ застосовується для реактивних двигунів літальних апаратів, призначених  для руху з дозвуковими швидкостями, але при нетривалому польоті може бути використаний апаратами, що рухаються зі швидкістю не більше М=1,5.

Паливо РТ одержують, як правило, гідроочищенням прямогінних дистилятів з межами википання 135-280°С. Як  сировина для гідроочищення використають дистиляти, з яких не можна одержати паливо ТС-1 через підвищений вміст загальної й меркаптановой сірки.

При гідроочистці з нафтового дистиляту  віддаляються агресивні й нестабільні  сполуки, що містять сірку, азот і  кисень, при цьому підвищується термічна стабільність, як було зазначено раніше, і знижується корозійна агресивність палива [11].

Гідрокрековане паливо містить головним чином циклани при невеликому вмісті ароматичних вуглеводнів і відсутності стабільних алкенілароматичних вуглеводнів. В результаті воно має не тільки високу термоокисну стабільність, а й гарні низькотемпературні властивості.

Для поліпшення знижених у результаті застосування гідрогенізаційних процесів хімічної стабільності й протизносних властивостей у паливо вводять антиокисні й протизносні присадки.

Паливо РТ можна отримувати змішанням прямогінного та гідроочищеного компонентів, однак дослідження показали, що додавання хоча б 10-15% прямогонного дистиляту до гідроочищеного різко погіршує його термостабільність. Тим більше, за цим показником паливо РТ не може бути отримане прямою перегонкою. Недоліком палива РТ є також те, що воно не може бути отримане з високоароматизованих нафт. Між тим, паливо РТ за способом виробництва є уніфікованим сортом реактивних палив. Воно може використовуватися для надзвукових літаків з обмеженою дальністю польоту. За вимогою споживача паливо постачають із густиною 800 кг/м³, зниженою теплотою згоряння 43120 кДж/кг і люмінометричним числом, як у палива Т-1.

При переробці малосірчистих  західно-сибірських нафт паливо РТ може бути отримане прямою перегонкою із введенням  антиокисної й протизносної присадок для збереження високого рівня експлуатаційних показників.

У процесі експлуатації реактивних двигунів можливе підвищене зношення деталей і вузлів агрегатів паливних апаратур, пов'язаний з тертям, абразивним впливом паливного середовища й кавітацією. 

Підвищене зношування деталей паливних насосів-регуляторів (качаючого вузла й регулюючої частини) збільшує зазор у прецизійних парах і приводить до витоку палива через зазори, при цьому знижується подача насосів і змінюється режим роботи двигуна. Зношування сфер плунжерів паливних насосів-регуляторів плунжерного типу, установлених на двигунах більшості типів літаків, - найбільш характерний дефект. Поверхня сфер спрацьовується аж до утворення заусенців на краях поверхні плунжера й сколювань. Надмірне зношування сфер плунжерів приводить до зниження максимальної подачі насоса, нерівномірності подачі палива й додаткових навантажень, що скорочують термін служби насоса-регулятора [6].

Зношування поверхонь  тертя деталей й вузлів агрегатів паливних апаратур зменшується при надійному змащенні, що здійснюється самим паливом. У зв'язку із цим паливо повинне мати гарні протизносні властивості, що забезпечують тривалий ресурс паливних апаратур реактивних двигунів.

Протизносні властивості передбачено контролювати комплексом методів кваліфікаційної оцінки.

Оцінюють протизносні властивості на модельних установках: на лабораторному стенді з вузлом тертя на основі насоса-регулятора НР-21Ф-2 (для палив всіх марок), на приладах УПС-01 і ПСГ-2 і на стенді СИССТ-1 (тільки для гідрогенізаційних палив).

Протизносні властивості реактивних палив залежать від в'язкості палив, змісту в них меркаптанів й обумовлюються наявністю поверхнево-активних речовин, здатних адсорбуватися на поверхні пар тертя, запобігаючи їх зношуванню.

В'язкість реактивних палив у межах 1,26-1,98 мм/с (при 20 °С) практично не впливає на їх протизносні властивості, при в'язкості менш 1,26 мм/с (при 20°С) протизносні властивості палива помітно погіршуються.

Паливо РТ містить 0,003 % присадки "К", що вводять у гідрогенізаційнні палива для поліпшення їх протизносних властивостей.

У трибохимічних процесах бере участь кисень, розчинений у паливі й утримується в гетероцикличних сполуках. Збільшення вмісту розчиненого в паливі кисню підсилює інтенсивність окислювання поверхонь тертя, що приводить до збільшення зношування. Закономірне поліпшення протизносних властивостей палив при їхній деаерації або азотуванні підтверджується результатами випробувань палив на насосах НР-21Ф2 по міжвідомчому методу.

Зі збільшенням висоти польоту масовий вміст розчиненого кисню знижується, і протизносні властивості палив покращуються.

Однак у світовій практиці ефективне поліпшення протизносних властивостей палив досягається  застосуванням спеціальних присадок.  

 

 

3. ПРОТИЗНОСНІ ПРИСАДКИ ДО РЕАКТИВНОГО ПАЛИВА РТ

 

 

3.1. Принцип дії протизношувальних присадок

 

 

 Гарні протизносні властивості реактивних палив обумовлюються, насамперед , наявністю в них гетероатомних сполук, частина яких, особливо сполуки кислотного характеру, мають поверхнево-активні властивості. Із цього погляду небажане видалення з палива гетероатомних сполук. Однак останні при підвищених температурах (100 °С) легко окисляються з утворенням осадів, тобто є основною причиною низкою термоокислювальної стабільності реактивних палив, одержуваних прямою перегонкою нафти. Для покращення, а часто й для знесірчення прямогінні палива піддають гідроочищенню. У результаті погіршуються їх протизносні властивості й хімічна стабільність [7].

Знос деталей паливної апаратури глибокогідроочищенних дизельних та реактивних палив. Багато сірчаних сполук, що містяться в паливах, переважно сульфіди і бензотиофени, характеризуються досить високими протизношувальними властивостями. Тому з їх видаленням змащувальні властивості палив істотно погіршуються. Перш за все виходять з ладу паливні насоси. Наприклад, при дорожніх випробуваннях автомобілів, що працюють на паливі з 0,001 % сірки, вихід насосів з ладу спостерігається через 3-13 тис. км, а на паливі із вмістом сірки 0,005 % - через 5-30 тис. км (при передбачуваному терміну служби насоса 250 тис. км). При використанні присадок термін служби насосів може бути збільшений на порядок [10].

При збільшенні зазору в  сполученні плунжер - втулка втрати дизельного палива через витоки досягають при  нормальних оборотах 35%, а при пуску двигуна - вдвічі більшої величини. При зносі форсунок зменшується тиск вприскування і змінюється геометрія вприскуваного струменю.

Робочі концентрації протизношувальних присадок в реактивних паливах складають 0,002-0,005%.

Принцип дії протизношувальних присадок полягає в утворенні міцної захисної плівки на поверхні. Плівка складається з продуктів механохімічних перетворень присадки на поверхні металу. Спосіб її формування залежить від режиму тертя. При рідинному режимі цілком достатньо ефективної адсорбції (фізична адсорбція, хемосорбція) присадки, що поліпшує змащувальні властивості палива. В режимі граничного тертя шар змащувальної рідини між парами тертя постійно порушується і виникає загроза схоплюванню поверхонь тертя. При мікросхоплюваннях оголюється так звана ювенільна поверхня, що має високу вільну енергію і відповідно каталітичну активність. На цій поверхні змащувальний матеріал зазнає істотних хімічних змін і утворюється шар принципово нової речовини, що складається з продуктів перетворення палива, присадки і металу пари тертя, що володіє високою механічною стійкістю, а при стиранні постійно поновлюється. В цьому випадку найбільш ефективні присадки, що містять активні полярні групи.

За принципом дії  антикорозійні (антиіржавні) присадки аналогічні протизношувальним - і ті і інші повинні утворювати на поверхні міцну захисну плівку. Тому вони і були спочатку запропоновані для поліпшення властивостей дизельних палив. Деякі присадки цього асортименту, наприклад Kerokorr LA-99 і Hitec-580, отримали допуск до застосування.

Показники ефективності - коефіцієнт тертя, середній діаметр  плям зносу і критичне навантаження до заїдання (при якій відбувається схоплювання пар тертя) - визначається на лабораторних машинах тертя різної конструкції. Крім того, можуть проводитися тривалі стендові випробування на натурних вузлах (наприклад, насосах) і безпосередньо на двигунах. При цьому можуть визначатися інші показники, наприклад ваговий знос деталей і ін. З дослідницькою метою використовуються більше десятка різних методів оцінки протизношувальних властивостей [8].

 Додатковим показником  є товщина змащувальної плівки, що утворилася на поверхні тертя. Її оцінюють у відносних величинах, для чого заміряють електричну напругу між деталями тертя. Чим товща та міцніша плівка, тим менше напруга. За еталон береться напруга між деталями до початку випробування.

Кваліфікаційний метод  оцінки протизношувальних властивостей реактивних палив полягає в проведенні випробувань на машині тертя з  вузлом ковзання (плоский диск, що обертається, по трьох кульках) протягом 30 хв при 60 °С і осьовому навантаженню 100 Н. В результаті підраховують показник протизношувальних властивостей по формулі: де та - критичне навантаження до заїдання на випробовуваному і еталонному паливах, і - середній діаметр плям зносу на випробовуваному і еталонному паливах. Як еталон використовують н-пентадекан, у якого в умовах випробувань Р складає 245 Н, d  - 310 мкм.

Цікавий також радіоіндикаторний  метод, що дозволяє вивчати динаміку зносу в процесі випробування. Він полягає в тому, що пару тертя  позначають радіоактивною міткою (наведеною  радіацією або вставкою дроту з радіоактивного ізотопу, наприклад Сo⁶⁰). При стиранні поміченої пари радіоактивні продукти зносу потрапляють в оливу, від якої відбираються проби для виміру рівня радіації.

Протизношувальні присадки до дизельних палив оцінюють також  факультативно - на сумісність з водою і моторними оливами.

Сумісність з водою перевіряють, досліджуючи стабільність емульсії, отриманої перемішуванням 10 мл води з рН = 7 і 90 мл палива з присадкою, узятою в потрійній концентрації. Якщо протягом доби емульсія розшаровується повністю або з утворенням тонкої плівки на межі розділу фаз вважається, що присадка витримала випробування.

Сумісність з моторною оливою досліджують, нагріваючи рівні кількості присадки і оливи (по 10 мл) при 90°С протягом 3 діб. Суміш повинна залишатися однорідною, а її розчин в 500 мл палива - добре фільтруватися.

 

 

3.2. Асортимент.

 

В реактивні палива вводиться  присадка ДНК (вона ж K) - нафтенові кислоти, одержані з нафт родовищ Баку, багатих нафтеновими кислотами. У зв'язку з дефіцитом цих нафт в 1970-1980-ті рр. проводилися роботи із створення присадки на базі синтетичних нафтенових кислот (СНК); були отримані достатньо ефективні зразки, але виробництво СНК не було організовано. В даний час, окрім вітчизняних, до застосування допущені імпортні присадки: Hitec-580 для реактивних палив і ряд присадок для дизельних палив.

Присадка ДНК є сумішшю очищених моно- і біциклічних нафтенових кислот з молекулярною масою 180-230, які одержуються високовакуумною дистиляцією асідолу - продукту вилуговування нафтенових кислот з фракцій нафтопереробки. Як домішка вони містять до 5% ароматичних і до 20% жирних кислот. Присадка виробляється по ГОСТ 13302-77 «Кислоти нафтенові. Технічні умови».

Основним показником якості, що впливає на протизношувальну ефективність присадки, є концентрація нафтенових кислот, яка залежить від вмісту неомиляємих продуктів. Останнє досягається виділенням оливи з сировини, а також забезпеченням якомога більш глибокого вакууму при перегонці асідолу, що дозволяє знизити температуру і зменшити розкладання кислот при нагріванні.

Як протизношувальна присадка для реактивних палив пропонувалася  також присадка ПМАМ-2, але практичного  застосування вона не знайшла, оскільки по ефективності істотно поступалася  присадці К. Крім того, відомо, що непоганими протизношувальними властивостями володіють антиоксиданти на базі фенолів, наприклад ФЧ-16.