Современная авиация в основном оснащена воздушно-реактивными двигателями (ВРД). В этих двигателях топливо в камеру сгорания подается непрерывно, и вследствие этого процесс горения протекает постоянно. Лишь для запуска двигателя используют постороннее зажигание. Также непрерывно поступает в камеру сгорания ВРД и воздух (требуемый для сжигания топлива), предварительно сжатый и нагретый в компрессоре. Газообразные продукты сгорания из камеры сгорания поступают в турбину, где часть тепловой энергии превращается в механическую работу вращения колеса турбины, от вала которого приводится в движение ротор компрессора, а также топливный и масляный насосы. После турбины продукты сгорания топлива в виде газового потока проходят реактивное сопло и, расширяясь в нем, создают реактивную силу тяги, с помощью которой и осуществляется полет самолета.

В ВРД топливо из баков самолета под небольшим давлением (0,02-0,03 МПа) подается подкачивающим насосом через систему фильтров тонкой очистки к основному топливному насосу-регулятору высокого давления (0,8-1,0 МПа). С помощью последнего топливо, проходя через форсунки, распыливается в камерах сгорания в нагретый и сильно завихренный воздушный поток, что обеспечивает увеличение поверхности испарения топлива и равномерное распределение его паров по всему объему камеры сгорания двигателя.

В турбореактивных двигателях топливо, проходя через топливо-масляный радиатор, снижает температуру смазочного масла, т.е. выполняет функцию охлаждающей среды. Помимо этого, топливо используют и для смазывания деталей трения топливных насосов. Кроме того, изменяя подачу топлива с помощью топливорегулирующей аппаратуры, регулируют скорость полета самолета.

Основные свойства реактивных топлив

  • хорошая испаряемость для обеспечения полноты сгорания;
  • высокие полнота и теплота сгорания, предопределяющие дальность полета самолета;
  • хорошие прокачиваемость и низкотемпературные свойства для обеспечения подачи топлива в камеру сгорания;
  • низкая склонность к образованию отложений, характеризуемая высокой химической и термоокислительной стабильностью;
  • хорошая совместимость с материалами: низкие противокоррозионные свойства по отношению к металлам и отсутствие воздействия на резиновые технические изделия;
  • хорошие противоизносные свойства, обусловливающие небольшое изнашивание деталей топливной аппаратуры;
  • антистатические свойства, препятствующие накоплению зарядов статического электричества, что обеспечивает пожаробезопасность при заправке летательных аппаратов.

Основная электризация происходит на фильтрах, особенно на фильтрах тонкой очистки. Электризация топлива при фильтрации может возрастать в 200 раз. Поэтому с повышением требований к чистоте топлива, т.е. с увеличением тонкости фильтрации опасность воспламенения топливо-воздушных смесей от разрядов статического электричества значительно возрастает.

Существуют различные технические способы защиты от статического электричества: нейтрализаторы, азотирование воздушных подушек над топливом, антиэлектризующие фильтры. Однако они лишь локально решают проблему.

Единственным способом, обеспечивающим и гарантирующим безопасность прокачки топлив и заправки авиатехники и танкеров, является применение антистатических присадок.

Ассортимент, качество и состав реактивных топлив

Реактивные топлива вырабатывают для самолетов дозвуковой авиации по ГОСТ 10227-86 и для сверхзвуковой авиации по ГОСТ 12308-89. Согласно ГОСТ 10227-86 предусмотрено производство пяти марок топлива: ТС-1, Т-1, Т-1С, Т-2 и РТ. По ГОСТ 12308-89 производят две марки топлива: Т-6 и Т-8В. Массовыми топливами в настоящее время практически являются топлива двух марок: ТС-1 (высшего и первого сортов), РТ (высшей категории качества). Основное сырье для производства массовых реактивных топлив — среднедистиллятная фракция нефти, выкипающая в пределах температур 140-280°C.

Топливо ТС-1. В зависимости от качества перерабатываемой нефти (содержания меркаптанов и общей серы в дистиллятах) топливо получают либо прямой перегонкой, либо в смеси с гидроочищенным или демеркаптанизированным компонентом (смесевое топливо). Содержание гидроочищенного компонента в смеси не должно быть более 70% во избежание значительного снижения противоизносных свойств. Гидроочистку используют, когда в керосиновых дистиллятах нефти содержание общей и меркаптановой серы не соответствует требованиям стандарта, демеркаптанизацию — когда только содержание меркаптановой серы не соответствует требованиям стандарта. Из процессов демеркаптанизации практическое применение в нашей стране и за рубежом нашел процесс «Мерокс» и его модификации. В процессе «Мерокс» общее количество серы не уменьшается, при этом содержащиеся в дистиллятах меркаптаны окисляются в дисульфиды кислородом воздуха в присутствии специального катализатора. Процесс идет в щелочной среде.

Топливо Т-1 продукт прямой перегонки малосернистых нефтей нафтенового основания с пределами выкипания 130-280°С. Содержит большое количество нафтеновых кислот и имеет высокую кислотность, поэтому его подвергают защелачиванию с последующей водной промывкой (для удаления образующихся в результате защелачивания натриевых мыл нафтеновых кислот). Наличие значительного количества гетероатомных соединений, в основном кислородсодержащих, обусловливает, с одной стороны, относительно хорошие противоизносные свойства и достаточно приемлемую химическую стабильность топлива, с другой — низкую термоокислительную стабильность.

Длительный опыт применения топлива Т-1 в авиации показал, что вследствие его низкой термоокислительной стабильности имеют место повышенные смолистые отложения в двигателе НК-8, установленном на основных типах самолетов гражданской авиации (ТУ-154, ИЛ-62, ИЛ-76), в результате чего резко (почти в 2 раза) сокращаются сроки службы двигателя. Производство топлива Т-1 очень ограничено, и его вырабатывают только по первой категории качества.

Топливо Т-2 (первой категории качества) — продукт прямой перегонки широкого фракционного состава, выкипающий при температуре от 60 до 280°С; содержит до 40% бензиновой фракции, что обусловливает высокое давление его насыщенных паров и низкие вязкость и плотность. Повышенное давление насыщенных паров топлива Т-2 создает опасность образования паровых пробок в топливной системе самолета, что ограничивает высоту его полета. Низкая вязкость обусловливает плохие противоизносные свойства топлива, что ограничивает срок службы топливных агрегатов, а низкая плотность ограничивает дальность полетов. Топливо Т-2 является резервным по отношению к топливам ТС-1 и РТ.

Топливо РТ получают, как правило, гидроочисткой прямогонных дистиллятов с пределами выкипания 135-280°С. В качестве сырья для гидроочистки используют дистилляты, из которых нельзя получить топливо ТС-1 из-за повышенного сверх нормы содержания общей и меркаптановой серы. При гидроочистке из нефтяного дистиллята удаляются агрессивные и нестабильные соединения, содержащие серу, азот и кислород, при этом повышается термическая стабильность, как было указано ранее, и снижается коррозионная агрессивность топлива.

Для улучшения пониженных в результате применения гидрогенизационных процессов химической стабильности и противоизносных свойств в топливо вводят антиокислительные и противоизносные присадки. При переработке малосернистых западно-сибирских нефтей топливо РТ может быть получено прямой перегонкой с введением антиокислительной и противоизносной присадок для сохранения высокого уровня эксплуатационных показателей.

Топливо РТ полностью соответствует требованиям, предъявляемым к реактивным топливам высшей категории качества, и находится на международном уровне, превосходя его по отдельным эксплуатационным свойствам. Оно имеет высокие противоизносные свойства, химическую и термоокислительную стабильность, не агрессивно в отношении конструкционных материалов, практически не содержит меркаптанов и содержит менее 0,02% общей серы, может храниться до 10 лет без изменения качества и полностью обеспечивает ресурс работы двигателя.

Топливо Т-6 получают, применяя процессы глубокого гидрирования.

Топливо Т-8В получают из дистиллятов прямой перегонки нефти с применением процесса гидроочистки. При переработке малосернистых нефтей топливо может быть получено прямой перегонкой нефти. В топливо Т-6 и Т-8В для улучшения химической стабильности и повышения противоизносных свойств вводят присадки: антиокислительную Агидол-1 — 0,003–0,004% (мас. доля) и противоизносную «К» — 0,002-0,004% (мас. доля).

Характеристики реактивных топлив, предназначенных для сверхзвуковой авиации, — топлив Т-6 и Т-8В, вырабатываемых по ГОСТ 12308–80, приведены в таблице

Показатели ТС-1* Т-1 Т-1С Т-2 РТ Т-6 Т-8В
Плотность при 20°С, кг/м3, не менее 780(775) 800 810 755 775 840 800

Фракционный состав:

температура начала перегонки , °С:

не ниже — — — 60 135 195 165
не выше 150 150 150 — 155 — —

отгоняется при температуре, °С, не выше:

10% 165 175 175 145 175 220 185
50% 195 225 225 195 225 255 Не норм.
90% 230 270 270 250 270 290 Не норм.
98% 250 280 280 280 280 315 280

Кинематическая вязкость, мм2/с, при температуре:

20°С, не менее 1,30 (1,25) 1,5 1,5 1,05 1,25 >,5
-40°С, не более 8 16 16 6 16 60 16
Низшая теплота сгорания, кДж/кг, не менее 43120(42900) 42900 42900 43100 43120 42900 42900
Высота некоптящего пламени, мм, не менее 25 20 20 25 25 20 20
Кислотность, мг КОН/100 см3 топлива lt;0,7 0,2-0,7 0,4-0,7 0,4-0,7
Йодное число, г I2/100 г топлива, не более 2,5 (3,5) 2 2 3,5 0,5 0,8 0,9

Температура, °С:

вспышки в закрытом тигле, не ниже 28 30 30 — 28 62 45
начала кристаллизации, не выше -60 -60 -60 -60 -55 -60 -50

Термоокислительная стабильность в статических условиях при 150°С, не более:

содержание осадка, мг/100 см3 топлива 18 35 6 18 6 6 6
содержание растворимых смол, мг/100 см3 топлива — — — — 30 60 —
содержание нерастворимых смол, мг/100 см3 топлива — — — — 3 Отс. —
содержание фактических смол, мг/100 см3, не более 3(5) 6 6 5 4 4 4

Массовая доля, %, не более:

ароматических углеводородов 22 20 20 22 22 10 22
общей серы 0,20(0,25) 0,1 0,1 0,25 0,1 0,05 0,1
меркаптановой серы 0,003(0,005) — 0,001 0,005 0,001 Отс. 0,001
нафталиновых углеводородов — — — — 1,5 0,5 2
Зольность, %, не более 0,003 0,003 0,003 0,003 0,003 0,003 0,003
Люминометрическое число, не ниже — — — — 50 45 50

Термоокислительная стабильность динамическим методом при 150-180°С:

перепад давления на фильтре за 5 ч, кПа, не выше — — — — 10 10 10
отложения на подогревателе, баллы, не более — — — — 2 1 1

Взаимодействие с водой, баллы, не более:

состояние поверхности раздела 1 — — — 1 1 1
состояние разделенных фаз 1 — — — 1 1 1

Удельная электрическая проводи мость, пСм/м:

при температуре заправки техники, не менее 50 — — 50 50 — 50
при 20°С, не более 600 — — 600 600 — 600
Давление насыщенных паров, гПа не более — — — 133 — — —


* В скобках приведены значения показателей для ТС-1 первого сорта, отличные от значений для высшего сорта.

Примечания

Для всех топлив: содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, мыл нафтеновых кислот, механических примесей и воды — отсутствие; испытание на медной пластинке при 100°С в течение 4 ч — выдерживает.

Удельная электрическая проводимость нормируется только для топлив, содержащих антистатическую присадку «Сигбол».

Топлива ТС-1 высшего и первого сорта, Т-2 и РТ, предназначенные для применения во всех климатических зонах, за исключением района I 1 (по ГОСТ 16350-80), допускается вырабатывать с температурой начала кристаллизации не выше -50°С. Допускается применять в климатическом районе I 1 (ГОСТ 16350-80) топлива ТС-1 и РТ с температурой начала кристаллизации не выше -50°С при температуре воздуха у земли не ниже -30°С в течение 24 ч до вылета. Топливо для применения в климатическом районе I 1 с температурой начала кристаллизации не выше -55°С (РТ) и -60°С (ТС-1) вырабатывают по требованию потребителей.

Топливо Т-1С предназначено для специального потребления.

В топливе после длительного хранения (более 3 лет) допускается отклонение от норм, указанных в таблице: по кислотности — на
0,1 мг КОН/ 100 см3 топлива; по содержанию фактических смол — на 2 мг/100 см3 топлива; по количеству осадка при определении
термоокислительной стабильности в статических условиях — на 2 мг/100 см3 топлива.