Požadavky na paliva pro pístové motory, Charakteristika leteckých a automobilových benzinů a jejich jakostní ukazatele – Základy chemmotologie

Jak jsem slíbil, pokusím se vám srozumitelnou formou vyprávět o leteckém palivu a s tím související havárii (ne) An-124 v Irkutsku. Omlouvám se za dlouhou pauzu, která byla spojena se dvěma okamžiky – první moment – narození vnuka a všechny ty trable s tím spojené; moment dva – snažil jsem se získat oficiální materiály z vyšetřování havárie An-124 v roce 1997, ale bohužel to nevyšlo. Pokusím se psát jednoduše, omluvte mě, pokud se některému z letců mé myšlenky zdají příliš amatérské, rád za konstruktivní kritiku a opravy. Jdeme.

Takže v moderním letectví jsou hlavními druhy paliva letecký benzín (pro pístová letadla a vrtulníky) a tryskové palivo (také známý jako letecký petrolej v běžné mluvě).

O benzínu není nic zvláštního psát – pístový motor u letadla a u auta jsou si konstrukčně podobné, takže podobné je i palivo. Liší se samozřejmě oktanovým číslem, aditivy atd., ale obecně je to benzín. Navíc říkají, že An-2 létá docela úspěšně na benzín 98, ale je to pravděpodobně kvůli chudobě.

Jako zajímavost lze uvést, že v letectví se již od 30. let minulého století pracuje (se střídavým úspěchem) na vytvoření dieselových leteckých motorů, velké série však zatím neexistují. Mimochodem, SSSR měl v této věci docela vedoucí postavení. Dieselové motory byly experimentálně instalovány na tak slavných letadlech, jako jsou Pe-8, Er-2, Tu-2, ale nepodařilo se zavést velkosériovou výrobu.

Proudové motory (plynové turbíny) používají tryskové palivo, běžně známé jako petrolej. Je to poněkud „zapáchající“ kapalina, jejíž zápach je velmi obtížné odstranit, ale pro každého letce je to jako „Chanel“)). Proč petrolej? Zde hraje roli několik faktorů:

1. Fyzikálně-chemické: v motoru s plynovou turbínou (ve spalovacím prostoru) je nutné vytvořit a udržet rovnoměrné spalování a ne mikrovýbuch jako u válce spalovacího motoru – k tomu je ideální petrolej. Petrolej je ve srovnání s benzínem energeticky účinnější, zachovává si své vlastnosti déle při nízkých teplotách (především viskozitu) a je odolnější vůči výbuchu a ohni. Petrolej má lepší mazací vlastnosti (důležité pro palivové automaty).

2. Ekonomický – petrolej je prostě levnější než benzín.

Jelikož jsme vy a já patrioti (doufám) a píšeme v ruštině, konverzace se zaměří na domácí druhy leteckého tryskového paliva a nezapomínejme na „partnery“. V současné době tedy máme tyto druhy petroleje: T-1, T-2, TS-1, RT, T-6, T-8B. První dva jsou málo používané, na T-2 jsem vůbec nenarazil, píšou, že obsahuje až 40% benzinové frakce a podle toho se dá použít v dost úzkém rozmezí nadmořských výšek a rychlostí T -1 je vyroben z oleje s nízkým obsahem síry (např. Baku), ale má nízkou tepelně-oxidační stabilitu, v důsledku čehož se v motorech objevují dehtové usazeniny a snižuje se jejich životnost. Paliva T-6 a T-8v se objevila téměř současně s Mig-25 a jsou určena pro použití v letadlech ve velkých výškách a nadzvukových rychlostech. Mé pokusy dozvědět se o použití těchto druhů paliv v moderním letectví nebyly v tuto chvíli úspěšné. Dokonce i MiG-31 je poháněn TS-1 nebo RT.

TS-1 (S-síra) a RT jsou hlavními druhy paliva v moderním vojenském a civilním letectví. RT je čištěnější a méně korozivní, ale také dražší. Míchat můžete v libovolném poměru. Obsah síry je důsledkem naší původní ruské ropy, která se v tomto ukazateli liší například od Blízkého východu. No, stojí to méně.

Naši „partneři“ mají podobné značky, které jsou v některých ohledech lepší a v některých ohledech horší než naše paliva. Hlavní značkou zahraničního petroleje je Jet A-1 – je považován za šetrnější k životnímu prostředí díky nízkému obsahu síry, ale má vyšší teplotu krystalizace, tzn. Naše paliva jsou lepší v teplotním rozsahu použití. Můžete míchat naše i zahraniční paliva v libovolném poměru.

Pojďme se nyní plynule vrhnout do petrolej do vody. Proč je voda v leteckém palivu nebezpečná? Kupodivu samotná voda v přiměřeném množství nezpůsobuje žádnou škodu. Navíc s výhledem do budoucna řeknu, že při hlášení výsledků vyšetřování havárie An-124 nám vyčetli, že provedli experiment s přidáváním vody do paliva na běžícím motoru D-18T (na zemi kurs). Takže – na 40%!! V palivu se objevila první voda!! známky nestabilního chodu motoru. Sám jsem tuto skutečnost slyšel, zejména zásadní důkazy bohužel nemohu poskytnout, takže mě budete muset vzít za slovo. Co je tedy sůl, nebo spíše led? Ano, právě ve zmrzlém stavu voda vážně ohrožuje letecký motor. Ledové krystaly ucpávají potrubí, filtry a palivové automaty.

Jak bojovat:

1. Kontrola kvality tankovaného paliva. Ve skladech PHM a maziv se při tankování provádějí speciální rozbory, provádí se vizuální kontrola paliva. Moderní letadla navíc mají v nádržích vodní senzory. Protože ty a já jsme vykořisťovatelé. No, nebo pokud se jím chceme stát, pak budeme mluvit o sledování kvality paliva při tankování. Nejjednodušší a nejúčinnější je čistá skleněná nádoba, asi půl litru petroleje, vypuštěného ze dna nádrže cisterny a ze speciálního ventilu nebo hadice na vypouštění palivového kalu na letadle a jak říká D. Bond – „Protřepat, ale nemíchat.“ Točíme petrolej v nádobě – ​​voda (pokud existuje) se shromažďuje do kuliček:

V moderním civilním letectví byla tato neotřesitelná tradice opuštěna. Mohu předpokládat, že je to způsobeno několika body: a) vzhledem k tomu, že se v moderních palivových cisternách objevilo speciální „sklo“, které funguje jako stejná plechovka:

b) vznik senzorů na přítomnost vody v letadlech. c) všeobecné zlepšení kultury výroby, skladování a kontroly leteckého paliva.

2. Snažte se zabránit zamrznutí vody – přidejte speciální přísady. Nejzákladnější a nejznámější jsou tekuté „I“ (I-M), „THF“. V podstatě se jedná o alkoholy (no, kde bychom bez nich byli). Tyto kapaliny se přidávají v oblasti 0,3 % množství plněného paliva. Tyto přísady bohužel kromě pozitivního účinku působí i negativně – jsou velmi korozivní a ničí tmely, pryžová těsnění a lak. V BTA bylo pravidelné doplňování paliva „I“ zakázáno – pouze na mezilehlých letištích. V civilním letectví, alespoň na našem letišti, se palivo s kapalným „I“ používá pouze na L-410.

3. Před vstupem do motoru zahřejte zmrzlou vodu a palivo. K tomuto účelu se používá jednotka, jako je palivový olejový chladič (FOR):

Horký olej z olejového systému ohřívá studené palivo a ochlazuje se. Olejový systém je mimochodem v leteckých motorech s plynovou turbínou primárně určen k odvodu tepla a teprve sekundárně k mazání třecích částí.

Dokončíme zde teorii a ve druhé části přejdeme k praxi. Pokusím se to neprotahovat.

Byl bych velmi vděčný každému, kdo mi může říct, jak formátovat text na Pikabu. Z nějakého důvodu má původní verze odsazení od červené čáry, ale konečná verze ne.

Charakteristika leteckých a automobilových benzinů a jejich kvalitativní ukazatele

• — každý typ benzinu musí mít určité antidetonační vlastnosti pro chudou i bohatou směs paliva se vzduchem. Požadavky na oktanové číslo a jakost jsou nastaveny tak, aby benzíny mohly zajistit normální provoz PD za nejintenzivnějších podmínek;
• — nesmí obsahovat více než 2,7–3,3 g TES/kt benzinu, v závislosti na jakosti benzinu. Obsah TES je omezený, protože může ovlivnit životnost motoru;
• – musí mít dobré odpařovací vlastnosti. Frakční složení a tlak nasycených par benzínu musí zajistit snadné startování motoru při nízkých teplotách (nesmí však vytvářet riziko tvorby parního uzávěru), zajistit stabilní provoz motoru a dobrou odezvu při změně provozních režimů a také úplné odpařování ve válcích motoru;
• — musí mít vysokou chemickou stabilitu, to znamená nevytvářet sedimenty během skladování, stejně jako pryskyřičné usazeniny v systému přívodu paliva a uhlíkové usazeniny ve spalovací komoře motoru;
• — musí mít dobré nízkoteplotní vlastnosti, tj. nesmí při nízkých teplotách uvolňovat krystaly parafínu a nesmí tvořit krystalky ledu. Za tímto účelem je počáteční teplota krystalizace v leteckém benzinu nastavena na ne vyšší než -60°;
• — musí být chemicky neutrální a nekorodovat kovy nádob, čerpací zařízení a motory; Produkty spalování leteckého benzínu by neměly korodovat části motoru. Proto je obsah S v leteckých benzínech omezen a je zajištěna nepřítomnost aktivních sloučenin síry (negativní reakce na korozi měděných desek) a ve vodě rozpustných kyselin, zásad a vody;
• – každá značka benzínu by měla mít svou barvu, aby se daly snadno rozlišit.

Pro zlepšení výkonnostních vlastností, zejména antidetonačních vlastností, se do benzínu přidávají vysokooktanové složky: isoparafin a aromatické uhlovodíky. Z izoparafinů jsou nejrozšířenější isopentan a alkylbenzen. Přídavek isoparafinů zvyšuje především detonační odolnost benzinu s chudým složením pracovní směsi (oktanové číslo RON). Detonační odolnost v bohatých pracovních směsích (stupeň) se také zvyšuje, ale v menší míře. Isoparafiny (alkylbenzen a technický isooktan) mají nízký bod tuhnutí (pod minus 60°C), jsou mírně hygroskopické a jsou vysoce citlivé na tepelné elektrárny.

Aromatické uhlovodíky se přidávají především ke zvýšení detonační odolnosti benzínu při chodu motoru na bohaté pracovní směsi, čímž se zvyšuje, ale v menší míře, oktanové číslo. Pyrobenzen (směs benzenu, toluenu a xylenů) a alkylbenzen se používají jako aromatické vysokooktanové složky. Nevýhodou pyrobenzenu je jeho vysoký bod tuhnutí (12 – -60°C), v důsledku čehož je jeho obsah v benzinu omezený. Alkylbenzen tuto nevýhodu nemá, jeho bod tuhnutí je pod minus XNUMX°C. Mezi nevýhody aromatických uhlovodíků kromě jejich snížené citlivosti vůči tepelným elektrárnám navíc patří vysoká hygroskopičnost, kvůli které je nutné chránit přidávání vysokooktanových aromatických složek do benzínů.

V tabulce. 4.4 uvádí některé výkonnostní charakteristiky řady vysokooktanových technických výrobků.

Tabulka 4.4. Hlavní vlastnosti vysokooktanového technického

isoparafin a aromatické uhlovodíky

Teplota, °C: začátek varu

Tlak nasycených par při 37,8 °C, kPa Detonační stop-

ON při 3,3 g TES/kg

stupně při 3,3 g TES/kg

Pro zlepšení detonační odolnosti leteckých a motorových benzinů se do jejich složení kromě výše popsaného míšení s vysokooktanovými produkty zavádí speciální antidetonační přísada – ethylová kapalina. Vzhledem k vysoké toxicitě posledně jmenovaného a především extrémně škodlivému dopadu emisí ze spalování olovnatého benzínu na lidské zdraví se však používání ethylové kapaliny na celém světě soustavně snižuje (až do úplného zastavení). V USA a na Západě

V posledních letech přijala Evropa řadu legislativních rozhodnutí zaměřených na snížení obsahu benzínu a přechod na používání neupraveného benzínu, počínaje rokem 1990.

V Evropě, Japonsku a v sériově vyráběných osobních automobilech ve Spojených státech je používání olovnatého benzínu zakázáno. V bývalém SSSR činil podíl neupraveného vysokooktanového benzínu na konci 1980. let pouze 25 % jeho celkové spotřeby. V Moskvě, Petrohradu a rekreačních oblastech je používání olovnatého benzínu zakázáno. Postupně je realizován program úplného přechodu na výrobu nezpracovaného benzínu.

Letecké benzíny. Moderní letecké benziny jsou směsi několika složek. Používané základní benziny, které jsou hlavní součástí komerčních leteckých benzinů, jsou benziny destilované přímo z vybraných olejů a benziny z katalytického krakování.

Donedávna se v průmyslu rafinace ropy vyráběly tyto třídy leteckého benzínu: B-95/130, B-91/115 nejvyšší a první jakosti kategorie, B 100/130 a B-70 benzín. Pro získání potřebných antidetonačních vlastností se do základních benzínů přidávají isoparafin a aromatické složky. Kromě leteckého benzinu B-70 obsahují všechny ostatní druhy leteckého benzinu ethylovou kapalinu.

GOST 1012-72 vyžaduje povinné přidávání antioxidantů do všech olovnatých leteckých benzinů k ochraně TES před rozkladem během skladování benzinu. Jako antioxidant se do olovnatých benzínů přidává ‚-oxydifenylamin v koncentraci 0,004-0,005 % (hmotn.). Proto je jednou ze základních složek moderního leteckého benzínu antioxidant.

Letecký benzin B-100/130 se získává smícháním benzinu z katalytického krakování s vysoce kvalitními komponenty. Jako základní benziny pro letecký benzin B-95/130 lze použít jak benziny pro katalytické krakování, tak benziny z primárního okruhu. Základní benziny pro získávání leteckých benzinů B-91/115 a B-70 jsou primární benziny.

Při rozpouštění „-oxydifenylaminu“ v bezolovnatém leteckém benzínu se tento zbarví žlutě. Při přidání „-oxydifenylaminu“ a červené ethylové kapaliny do benzínu se zbarví jasně oranžově (benzín B-100/130), při přidání oranžové ethylové kapaliny zežloutne (benzín B-95/130) a při přidání modré ethylové kapaliny zezelená (B-91/115).

V poslední době se řada požadavků na kvalitu leteckého benzinu vyjasňuje a formuluje jasněji než dříve. Například se ukázalo, že by měl být omezen obsah aromatických uhlovodíků v leteckém benzinu. To lze vysvětlit především tím, že s nárůstem obsahu aromatických uhlovodíků v benzínu se poněkud zvyšuje provozní teplota motoru, což se může negativně projevit na jeho životnosti.

Zvýšený obsah aromatických uhlovodíků v leteckých benzinech je nežádoucí i z hlediska jejich vlivu na hyfoskopičnost benzinů. Rozpustnost vody v aromatických uhlovodících je výrazně vyšší než v parafinu a naftenických uhlovodících; zejména hyfoskopický benzen.

V letectví se používá hlavně benzín B-91/115; benzin B-95/130 se používá v mnohem menším množství, protože flotila letadel a vrtulníků, které na něm operují, se postupně zmenšuje. Benzín B-100/130 je dodáván na export v malých množstvích.

S ohledem na malou a neustále klesající spotřebu leteckého benzinu (v celosvětové produkci leteckých paliv tvoří letecký benzin 0,1 %) navrhl VNIINP zavést jednotnou unifikovanou třídu leteckého benzinu B-91 (tab. 4.14). Současně se navrhuje upustit od standardizace stupňů a snížit požadavky na specifické teplo „oraniya“. Tyto změny umožní MCG snížit podíl alkylbenzínu ve složení leteckého benzínu o 10 % a snížit dávkování TES na 2 g/kt.

Teplota samovznícení leteckého benzinu všech jakostí je od 380 do 475°C, bod vzplanutí od minus 34°C do minus 38°C, koncentrační limity vznícení jsou 0,98-5,48% (obj.), teplotní limity vznícení jsou: dolní – od minus 34°C do minus -38°C, horní od minus -10°C MAC par leteckého benzínu je 5 mg/m100. Garantovaná trvanlivost benzínu je 3 let od data výroby.

Pro letecký benzin třídy B-91/115 nejvyšší jakostní kategorie, získaný přímou destilací, musí být oktanové číslo podle motorové metody minimálně 91,5. Pro letecké benziny třídy B-95/130 a B-91/115, získané z olejů Baku, je přípustný obsah paraoxydifenylaminu 0,004-0,010% a na základě katalytického krakování – ne méně než 0,004%. Od 1. května do 1. října dolní hranice tlaku nasycených par leteckého benzinu neslouží jako indikátor vyřazení, s výjimkou těch, které jsou dlouhodobě skladovány.

U leteckých benzinů dodávaných po dlouhodobém skladování (více než 2 roky) jsou povoleny odchylky při stanovení frakčního složení podle GOST 2177-82 pro destilační teplotu 10% a 50% frakce po 2° a 90% po 1°. U olovnatých leteckých benzinů je po dlouhodobém skladování povolena doba stability alespoň 2 hodiny.

Nižší měrné spalné teplo pro benziny s přídavkem základní složky krakování by mělo být minimálně 48157 kJ/kt.

Benzín B-70 se získává z destilátu přímé destilace naftenických olejů s přídavkem aromatických složek: toluen nejvýše 20, pyrobenzen do 10, aromatické uhlovodíky by neměly být více než 20 % (květen). Pokud se benzín připravuje z plynového kondenzátu, pak se k němu přidává 10-15 % (hmotn.) alkylbenzinu, aby se snížil obsah aromatických uhlovodíků na 20 % (hmotn.). Benzín B-70 pro motorovou metodu bez tepelné elektrárny musí mít oktanové číslo alespoň 70 jednotek. Při výrobě benzinu B-70 se používá toluen podle GOST 14710-78, pyrobenzen podle OST 38-01105-75 a alkylbenzin TU 38-101372-77 s oktanovým číslem podle hmotnosti bez přídavku ethylové kapaliny 89-91,5. Benzín B-70 může obsahovat uhlovodíky: aromatické 6-13; naftenické 41-44 a parafinické 46-50 % (květen); Neobsahují žádné nenasycené uhlovodíky.

Nízkooktanové benzíny se používají v čisté formě nebo ve směsi s olovnatými vysokooktanovými benzíny. Směsné benziny se označují SB s uvedením oktanového čísla podle způsobu motoru (například SB-78).

Automobilové benzíny. Jako palivo v leteckých palivech pro malá letadla lze kromě leteckého benzínu použít i automobilový benzín. Odvětví rafinace ropy vyrábí následující třídy benzinu: A-72, A-76, AI-93, AI-95, AI-98.

Pro města a regiony a také podniky, kde je používání olovnatého benzínu zakázáno, se používá pouze bezolovnatý benzín.

Elementární složení automobilového benzinu se pohybuje v následujících mezích, % (hmotnostních):

85,5-86,0 14,4-14,0 0,0-0,03 0,01 0,0

Hmotnostní poměr gc/g_H — 5,9 % 6,1; g_H/gc — 0,164-4),170.

Motorové benzíny, s výjimkou benzínu AI-98, se dělí na dva typy:

• • léto – pro použití od 1. dubna do 1. října ve všech regionech země s výjimkou severních a severovýchodních regionů a během všech ročních období v jižních regionech;
• • zimní – pro použití ve všech ročních obdobích na severu a severovýchodní okresech a od 1. října do 1. dubna v ostatních okresech.

Rafinérie smí vyrábět benzin pro jižní oblasti s následujícími indikátory frakčního složení: 10 % se destiluje při teplotě nepřesahující 75 °C; 50 % se destiluje při teplotách nad 120 °C.

U benzinů vyráběných za použití složek katalytického reformingu nesmí být konečný bod varu letního benzinu vyšší než 75 °C a u zimního benzinu nesmí být vyšší než 195 °C. Receptura na přípravu komerčních automobilových benzinů se v závodě mění častěji než receptura leteckých benzinů. Komponentní složení komerčních automobilových benzinů stejné značky a typu, ale vyrobených v různých ropných rafinériích, se může výrazně lišit.

Benzíny A-72 a A-76 se připravují smícháním primárních benzínů tepelnými a katalytickými procesy. K získání zimního benzínu se používají nízkovroucí složky, jako je přírodní benzín a butan-butylenová frakce. Benzín A-76 se někdy neliší od A-72 ve složení složek, ale do první se přidává ethylová kapalina. Pokud je potřeba získat bezolovnatý benzín A-76, přidává se do něj více složek získaných katalytickými procesy.

Benzín AI-93 je připravován hlavně na bázi benzinu se silným reformováním. Pro splnění požadavků na frakční složení se do něj přidává alkylbenzín, jehož zavádění poněkud vyrovnává detonační odolnost frakcí a snižuje celkový obsah aromatických uhlovodíků.

Benzín AI-98 lze získat z bezolovnatého benzínu AI-93 přidáním ethylové kapaliny. Pro získání bezolovnatého benzínu AI-98 je nutné použít alkylbenzín smíchaný s aromatickými uhlovodíky. Vzhledem k tomu, že používání olovnatých benzinů přispívá ke znečišťování životního prostředí oxidy PJ, dochází k postupnému snižování jejich produkce při současném zvyšování produkce bezolovnatého benzinu.