Горюче-смазочные материалы и специальные жидкости

Министерство транспорта Российской Федерации (Минтранс РФ)
Федеральное агентство воздушного транспорта (РОСАВИАЦИЯ)
ФГОУ ВПО “Санкт-Петербургский государственный
университет гражданской авиации”
В.М. Нечаев, Ф.И. Ткачев
Горюче-смазочные
материалы и специальные
жидкости.
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2008
2
Министерство транспорта Российской Федерации (Минтранс РФ)
Федеральное агентство воздушного транспорта (РОСАВИАЦИЯ)
ФГОУ ВПО “Санкт-Петербургский государственный
университет гражданской авиации”
В.М. Нечаев, Ф.И. Ткачев
Горюче-смазочные материалы и специальные
жидкости.
Учебное пособие
Допущено УМО по образованию в области аэронавигации в качестве
учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по
направлению
подготовки
профессионального
“Аэронавигация”
образования
и
“Эксплуатация
специальностям
воздушных
высшего
судов
и
организация воздушного движения”, “Летная эксплуатация воздушных судов”
и
“Аэронавигационное
обслуживание
и
пространства”
Санкт-Петербург
2008
использование
воздушного
3
Ш87(03)
НЕЧАЕВ В.М.,ТКАЧЕВ Ф. И,ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЖИДКОСТИ:Учебное пособие / Университет ГА.C.Петербург, 2008.
Издается в соответствии с программой дисциплины ”Горюче-смазочные
материалы и специальные жидкости”, содержит теоретические вопросы и
приложение с контрольным заданием по дисциплине.
Предназначены для студентов инженерно-технического и заочного
факультетов.
Табл. 7, ил. 12, библ. 6 назв.
Рецензенты
В.Ф. Якущенко, канд. техн. наук, доц.
П. Н. Рыбкин, канд. техн.наук, директор УЦ ОАО “Спарк”
© Университет гражданской авиации,
2008
4
Содержание
Введение……………….………………………………………………….. 4
1 Нефть и ее переработка
1.1 Нефть и ее свойства…………………………………………… …. 7
1.2 Методы переработки нефти…………………………………………12
1.3 Влияние продуктов сгорания топлив на состояние
окружающей среды………..……………………………………….. 14
2 Энергетические характеристики топлив
2.1 Теплота сгорания………………………………………………………… 17
2.2 Особенности процесса горения топлив………………………………… 18
2.3 Горючая смесь и пределы ее воспламенения……………………… 21
3 Топлива для газотурбинных двигателей
3.1 Общая характеристика топлив………………………………………. 23
3.2 Показатели качества топлив…………………………………………. 24
4 Свойства топлив для поршневых двигателей
4.1 Свойства и показатели качества бензина…………………………....47
4.2 Свойства и показатели качества дизельного топлива ………………51
4.3 Огнеопасность топлив. Температура вспышки………………………52
5 Смазочные материалы
5.1 Трение, виды трения………………………………………………….. 58
5.2 Классификация смазочных материалов, требования,
предъявляемые к ним…………………………………………………. 61
5.3 Методы смазывания…………………………………………………… 65
5.4 Свойства смазочных масел, пластичных и твердых смазок.
Показатели качества смазочных материалов…………………………65
6 Специальные жидкости………………………………………………………. 69
Заключение……………………………………………………………………. 71
Литература………………………………………………………………………72
Приложение…………..…………………………………………………………73
5
Введение
Эксплуатация тепловых двигателей связана с
применением топлив,
смазочных материалов и специальных жидкостей, основным источником
получения которых является нефть.
Нефть — горючая маслянистая жидкость органического происхождения,
добываемая из недр
земли. При ее переработке получают такие
нефтепродукты, как бензины, керосины, топлива для реактивных двигателей,
смазочные масла и т. д. Нефтепродукты имеют определенные различия по
составу и свойствам в пределах, допускаемых техническими требованиями.
Качественная и количественная оценка соответствия горюче-смазочных
материалов (ГСМ) и спецжидкостей техническим требованиям – задача,
решаемая в процессе эксплуатации транспортных средств специалистами
различных структур. Знание свойств ГСМ необходимо при эксплуатации
транспортных средств, для оценки влияния эксплуатационных факторов на
свойства ГСМ, для
выполнения требований
техники безопасности и
природоохранных норм. Перечисленные вопросы составляют основную цель
изучения
дисциплины
“Горюче-смазочные
материалы
и
специальные
жидкости”.
Теоретическая часть дисциплины включает такие вопросы, как методы
получения,
физико-химические
и
эксплуатационные
свойства
горюче-
смазочных материалов, состав и свойства специальных жидкостей. К
последним традиционно относятся рабочие жидкости для гидросистем и
амортизационных
стоек
воздушных
противоводокристаллизационные,
судов
гражданской
противообледенительные
авиации;
жидкости;
растворители, моющие жидкости, а также технические моющие жидкости.
При самостоятельной работе над дисциплиной необходимо ознакомиться с
методами определения основных физико-химических характеристик свойств
топлив, масел и спецжидкостей в эксплуатационных предприятиях.
Важнейшие
свойства
ГСМ
проявляются
в
процессе
эксплуатации
авиационной техники. Они оцениваются эксплуатационными показателями
6
качества, методы, определения которых предусмотрены нормативными
документами, являющимися частью нормативной базы воздушного транспорта
Российской Федерации. Контроль качества ГСМ и спецжидкостей позволяет
оценить их соответствие стандартам.
После изучения теоретических вопросов студенты заочного факультета во
время сессии выполняют лабораторные работы по дисциплине.
Полученные знания, позволят анализировать влияние эксплуатационных
факторов при применении ГСМ и спецжидкостей, понять проблемы сохранения
качества ГСМ, характер изменения свойств топлив, смазочных материалов и
специальных жидкостей при хранении, транспортировании и применении.
Дисциплина является основой, позволяющей оценить влияние свойств ГСМ
и
спецжидкостей
на
физические
причины
возникновения
отказов
и
неисправностей.
Транспорт потребляет большое количество энергии, затрачиваемой на
перевозку пассажиров и грузов. Общей чертой воздушного, автомобильного,
железнодорожного, морского и речного транспорта является использование
тепловых двигателей, топливом которых являются в основном продукты
переработки нефти. Более 50% добываемой нефти перерабатывается в
моторные топлива и масла.
В качестве топлив применяются также природный газ, топлива из
возобновляемого
сельскохозяйственного
сырья,
водород.
Разработаны
технологии получения топлив переработкой угля, сланцев, газификацией
древесины.
При замене бензина природным газом снижается выброс токсичных
составляющих продуктов сгорания в атмосферу. Сжиженный газ – это смесь
пропанобутановых фракций, получаемых при переработке нефти. Сжатый газ,
используемый в качестве топлива – это практически чистый метан.
В качестве биотоплив применяются этиловый спирт, а также отходы
спиртовой промышленности. Перспективны дизельные топлива на основе
метиловых эфиров рапсового масла.
7
Водород как компонент и как чистое топливо применяется в небольших
масштабах. Основная причина связана с высокой стоимостью его получения,
хранения, обеспечения безопасного использования.
В гражданской авиации отработаны методы использования в качестве топлив
природного газа, газоконденсатных топлив, водорода. Работы в этом
направлении вышли за рамки научных исследований.
Для надежной и долговечной эксплуатации узлов газотурбинных, поршневых
двигателей и других систем транспортных средств, необходимы различные
виды смазочных материалов и специальных жидкостей. Повышение качества
смазочных материалов – смазочных масел, пластичных и твердых смазок сопровождается разработкой новых марок, как на основе нефтепродуктов, так и
на синтетической основе.
Влияние качества горюче-смазочных материалов на безопасность полетов,
эффективность
эксплуатации
воздушных
судов
весьма
существенно.
Повышение безопасности полетов, экономичности эксплуатации воздушных
судов сопровождается непрерывным возрастанием требований к качеству ГСМ.
Несколько раз и весьма значительно снижались нормы содержания токсичных
компонентов в продуктах сгорания поршневых и газотурбинных двигателей с
целью уменьшения загрязнения окружающей среды. Приняты стандарты,
исключающие
применение
при
производстве
автомобильных
бензинов
тетраэтилсвинца, ведутся работы по созданию новых авиационных бензинов.
Эти вопросы предполагают необходимость научных исследований при
производстве ГСМ, поиск более совершенных и точных методов оценки
состояния топлив и смазочных материалов.
В учебном пособии используются термины и определения понятий,
относящихся к нефтепродуктам и их свойствам, рекомендуемые стандартом
(см. приложение с.83).
8
Тема 1 Нефть и ее переработка
Нефть и ее свойства. Методы переработки нефти. Влияние продуктов
сгорания топлив на состояние окружающей среды.
1.1 Нефть и ее свойства
Нефть является сложной смесью, состоящей из большого числа
химических соединений и отдельных элементов. В состав нефти входят
углеводороды
различного
строения,
органические
и
неорганические
соединения серы, кислорода, азота, растворенная и эмульгированная вода,
механические примеси, элементарная сера, некоторые металлы. В среднем
состав нефти (по массе) в процентах (%) следующий.
Углеводороды............................................
Соединения серы и свободная сера ....
91—97
.
0,2 — 3,0
Соединения кислорода .............................
0,2 — 1,5
Соединения азота......................................
0,5 — 3,0
Другие соединения и элементы .............
0,1—0,5
Вода ...........................................................
0,05— 0,5
Состав углеводородов, а также содержание сернистых, азотистых,
кислородных соединений зависит от месторождения нефти.
Основу нефти составляют углеводороды. В зависимости от строения и
свойств они условно подразделяются на группы:
1. Парафиновые (алканы);
2. Нафтены (цикланы, алициклические) – от греческого слова naphta-нефть;
3. Ароматические углеводороды.
Часть углеводородов нефти имеет смешанное строение, образуя парафиноциклопарафиновые, парафино-ароматические и парафино-циклопарафиноароматические. Углеводороды, в молекулах которых атомы углерода
связаны между собой только одинарными связями, а все остальные
валентности насыщены атомами водорода, называют предельными.
9
Помимо группового состава различают элементный и фракционный
составы нефти.
Элементный состав характеризуется содержанием углерода, водорода и
других химических элементов.
Сера в нефти присутствует в свободном состоянии (элементарная сера), в
виде сероводорода, а также входит в состав различных органических
соединений и смолистых веществ. Из органических соединений серы в нефти
следует отметить меркаптаны. Элементарная сера, сероводород и меркаптаны
являются активными веществами. Они могут взаимодействовать
с
металлами при обычных температурах, вызывая их сильную коррозию.
Сернистые соединения большей частью термически неустойчивы и при
нагревании нефти разлагаются с выделением водорода и других веществ.
К кислородным соединениям, входящим в состав нефти, относятся
органические, нафтеновые и карбоновые кислоты, фенолы, жирные кислоты,
смолистые и асфальтообразные вещества.
Фенолы и жирные кислоты содержатся в нефти в незначительных
количествах. Основной составной частью смолистых веществ нефти являются
нейтральные смолы — высоковязкие жидкие и полужидкие вещества
плотностью, близкой к единице. Нейтральные смолы способны к реакциям
уплотнения с образованием асфальтенов — порошкообразных веществ бурого
или черного цвета, плотностью больше единицы.
Азотосодержащие соединения в нефти находятся главным образом в
высококипящих дистиллятах и гудроне.
Компонентами нефти являются также растворенные в ней газы (от десятых
долей до 3% по массе), вода и минеральные соли.
Содержание минеральных веществ (золы) в большинстве нефтей не
превышает десятых долей %. В составе нефтяной золы найдены Ca, Mg, Fe, Al,
V, Na и другие металлы.
Нефть классифицируется по плотности:
- легкие (плотность до 0,87г/см3);
10
- средние (плотность 0,871….0,910);
- тяжелые (плотность более 0,910).
По содержанию серы различают:
- малосернистые нефти - содержание серы – до 0,5%;
- сернистые – 0,5…2%;
- высокосернистые – свыше 2% серы.
Температура кипения нефти обычно более 28ºC.Температура застывания от
+30 до -60 и зависит в основном от содержания парафина (чем его больше, тем
больше температура застывания).
Теплоемкость нефти – (1,7…2,1) кДж/(кг К);
Теплота сгорания - (43,7… 46,2) МДж/кг;
Вязкость изменяется в широких пределах (при 50ºC от 1,2 до 55 сСт);
Температура вспышки колеблется в диапазоне от -35 и ниже до 120ºC.
Нефть растворима в органических растворителях. С водой образует стойкие
эмульсии.
Простейшим представителем парафиновых углеводородов является метан
(СН 4 ). Общая структурная формула парафиновых углеводородов
CnH2n+2.
Углеводороды, молекулы которых построены в виде неразветвленных
цепочек, называются нормальными. Перед формулой такого углеводорода
иногда ставится буква «n», например:
nС8Н18,
что означает «нормальный октан».
Кроме нормальных парафинов имеются изомерные углеводороды—
изопарафины (изоалканы), т. е. углеводороды одинакового состава, но разного
строения.
Перед формулой изомерного углеводорода ставится буква «i», а перед
обозначением приставка «изо», например:
iC8H18,
что означает «изооктан».
11
Углеводороды, молекулы которых содержат до четырех атомов углерода,
в нормальных условиях являются газами, углеводороды, содержащие более
четырех
атомов
углерода жидкостями,
а
углеводороды,
начиная
с
гексадекана (С 16Н34), -твердыми веществами.
С увеличением числа атомов углерода в молекуле возрастает плотность,
повышается температура плавления и кипения углеводородов. Парафиновые
углеводороды с разветвленной цепью имеют более низкую температуру
кипения, чем нормальные углеводороды. Наоборот, температура плавления
тем выше, чем больше разветвлена углеродная цепь. Парафиновые
углеводороды практически нерастворимы в воде, плотность их меньше
единицы. Теплота сгорания парафиновых углеводородов самая высокая. При
обычной температуре парафиновые углеводороды не окисляются и не
вступают в реакцию даже с сильными окислителями.
Парафиновые
углеводороды
нормального
строения
имеют
низкое
октановое и высокое цетановое число, поэтому их содержание нежелательно в
бензинах,
но
желательно
в
дизельных
топливах.
Изопарафиновые
углеводороды, имеющие высокое октановое число, улучшают детонационную
стойкость бензинов.
Высокомолекулярные парафиновые углеводороды нормального строения
имеют высокую температуру застывания, что ухудшает низкотемпературные
свойства топлив и масел.
Углеводороды, молекулы которых представляют собой замкнутые циклы
(кольца), состоящие из метиленовых групп (СН 2), называются нафтеновыми
или циклопарафиновыми. По сравнению с парафиновыми нафтеновые
углеводороды имеют более высокие плотность, вязкость и температуру
кипения.
Общая структурная формула нафтеновых углеводородов
CnH2n.
Большинство нафтеновых углеводородов имеют низкую температуру
плавления, а по теплоте сгорания они стоят на втором месте после
12
парафиновых
углеводородов.
По
химическим
свойствам
нафтеновые
углеводороды близки к парафиновым, имеют высокую детонационную
стойкость и являются желательной составной частью топлив и масел.
Углеводороды, молекулы которых содержат группировку из шести атомов
углерода (бензольное кольцо), называются ароматическими.
Общая структурная формула ароматических углеводородов
CnH2n-6.
Простейшим
представителем
ароматических
углеводородов
является
бензол, формула которого С 6Н6. Плотность ароматических углеводородов
меньше единицы, но она выше, чем у соответствующих парафиновых и
нафтеновых углеводородов. Моноциклические ароматические углеводороды
являются жидкими веществами, бициклические (например нафталин) —
твердыми. Ароматические углеводороды имеют меньшую теплоту сгорания,
чем соответствующие парафиновые и нафтеновые углеводороды.
Ароматические углеводороды имеют высокую температуру вспышки и
самовоспламенения, обладают высокой детонационной стойкостью и
используются в качестве высокооктановых компонентов бензинов. В
авиационных
топливах
содержание
ароматических
углеводородов
ограничивается вследствие их повышенной нагарообразующей способности.
Непредельные (ненасыщенные) углеводороды в природных нефти и газе не
содержатся,
а
образуются
при
переработке
нефти.
Простейшим
представителем непредельных углеводородов является этилен (С 2Н4).
Общая формула непредельных углеводородов с одной двойной связью,
называемых олефинами, имеет вид
СnН2n,
с тройной связью
СnH2n-2.
Присутствие непредельных углеводородов в топливах и маслах
нежелательно ввиду их низкой химической стабильности.
13
1.2 Методы переработки нефти
Нефтепродукты получают прямой перегонкой нефти
и деструктивными
методами ее переработки.
Прямая перегонка нефти — это разделение ее в ректификационной колонне
на отдельные части, кипящие в определенных интервалах температур. Такие
части нефти называются фракциями. При этом химических преобразований
углеводородов не происходит.
Разделение в ректификационной колонне происходит при температуре (330
– 350)ºC и при атмосферном давлении. В результате образуются следующие (в
порядке возрастания температуры выкипания) фракции:
- бензиновая;
- лигроиновая;
- керосиновая;
- дизельная;
- газойлевая;
- соляровая.
Остаток, не испарившийся в колонне (мазут), используется для получения
масел. Принцип разделения мазута по фракциям тот же, что и при
получении топлив, но температура переработки выше, а давление –
значительно меньше атмосферного. Легкие фракции используются для
получения дистиллятных масел, а тяжелые фракции — для выработки
остаточных
масел. Остаток после переработки мазута – гудрон, также
используется для производства масел.
Прямой перегонкой можно получить такое количество соответствующих
фракций, используемых для получения бензина, керосина, дизельного топлива,
сколько их содержится в природной нефти, т. е около 50 - 85 %. Для того
чтобы увеличить количество этих нефтепродуктов, применяются вторичные
методы переработки низкокачественных нефтяных фракций. При вторичной
переработке происходят глубокие химические преобразования углеводородов:
разрыв
(расщепление)
молекул
углеводородов,
изомеризация
и
др.
14
Вторичных методов переработки много. Основными из них являются
термический крекинг, каталитический крекинг, гидрокрекинг.
В процессе каталитического крекинга пары углеводородов расщепляются и
изменяют структуру под действием температуры и катализатора — вещества,
ускоряющего и направляющего ход реакции. Сырьем для каталитического
крекинга является керосиногазойлевая фракция, иногда — мазут. Основные
продукты процесса: газ, бензин, компоненты дизельного топлива. Продукты,
полученные путем каталитического крекинга, содержат небольшое количество
непредельных углеводородов.
Гидрокрекинг — это процесс переработки нефти, при котором под
действием температуры и давления в присутствии водорода и катализатора
происходит расщепление молекул углеводородов, а также изомеризация
парафиновых
углеводородов.
Сырьем
для
процесса
служат
тяжелые
низкокачественные фракции нефти. Основные продукты процесса: газ,
высококачественные бензины, топлива для реактивных двигателей. Водород,
присутствующий в процессе, насыщает непредельные углеводороды,
переводя их в предельные, и разлагает сернистые соединения с образованием
сероводорода.
Очистка нефтепродуктов от нежелательных примесей осуществляется
несколькими методами.
Щелочная очистка - метод очистки, применяемый дли удаления из светлых
нефтепродуктов сернистых соединений (главным образом сероводорода) и
нафтеновых кислот.
Гидроочистка - наиболее совершенный метод очистки нефтепродуктов от
сернистых
соединений.
В
результате
гидроочистки
при
высоких
температуре и давлении в присутствии катализатора и водорода разлагается
большинство
сернистых
соединений
с
образованием
сероводорода
и
соответствующих углеводородов. Кислородные и азотистые соединения
разлагаются с образованием воды и аммиака.
15
При
нарушении
технологии
вторичной
переработки
или
очистки
нефтепродуктов возможно попадание в них минеральных кислот и щелочей.
Наличие в топливах и маслах минеральных кислот и щелочей недопустимо.
1.3 Влияние продуктов сгорания топлив
на состояние окружающей среды.
Использование в качестве топлив продуктов переработки нефти приводит к
выбросу в атмосферу продуктов полного сгорания, какими являются
углекислый газ и вода, а также токсичных компонентов.
Токсичными компонентами, загрязняющими окружающую среду, являются
несгоревшие углеводороды, оксид углерода, оксиды азота, элементарный
углерод
(сажа),
продукты
сгорания
присадок,
минеральных
веществ,
бензопирен.
При сгорании авиационных керосинов нормируется выброс в атмосферу
окиси углерода (CO), несгоревших углеводородов (CH), углерода (C, сажа) и
оксидов азота (NO). Первые три компонента – продукты неполного сгорания,
их выброс максимален на пониженных режимах работы газотурбинных
двигателей.
Оксиды азота синтезируются в высокотемпературной зоне камеры сгорания.
Их выбросы максимальны на повышенных режимах. Проблемы снижения
выбросов, вследствие этого, решаются принципиально различными методами.
Необходимо повышать полноту сгорания при одновременном понижении
температуры непосредственно в зоне горения. Это возможно в основном за счет
более совершенной конструкции узлов двигателя.
Определение параметра выброса сажи заключается в измерении фотометром
коэффициента отражения света
от фильтра, через который пропущена проба
газа, из струи отработавших газов двигателя.
Определение выбросов
доли рассматриваемых веществ
,
,
основано на измерениях объемной
, а также объемной доли
(необходимой
для расчетов) в пробе отработавших газов двигателя на различных режимах его
16
работы, расчете соответствующих этим долям значений индексов выброса,
приведении полученных значений индексов к стандартным атмосферным
условиям и вычислении по приведенным значениям индексов на режимах,
составляющих условный стандартный цикл взлетно-посадочных операций,
суммарной массы
,
и
, выбрасываемой данным двигателем за
указанный цикл. Выбросы загрязняющих веществ, определенные для типа
двигателей в целом, не должны превышать значений, приведенных в табл.1.
Нормы выбросов продуктов сгорания
Загрязняющие
Характеристика
вещества
выброса
загрязняющего
вещества
Твердые частицы,
преимущественно
сажа (дым)
Параметр выброса
сажи ( )
Таблица 1
Норма
83,6 (
)
двигателей с
кН
- для
>6,53
50 - для двигателей с
6,53 кН
Несгоревшие
углеводороды (
)
Окись углерода (
)
Окислы азота (
Удельная масса
выброса ( ) г/кН
)
19,6
118
40+2
Примечания:
1. В таблице приняты следующие обозначения:
- расчетная сила тяги на взлетном режиме, для двигателей данного типа в
статических условиях при международной стандартной атмосфере (МСА) на
уровне моря без впрыска воды, кН;
- степень повышения давления на взлетном режиме.
17
2. Удельную массу выбросов загрязняющих веществ следует рассчитывать по
формуле
,
где
- масса загрязняющего вещества
, выбрасываемого двигателем за
условный цикл взлетно-посадочных операций, г.
Для автомобильных двигателей снижение выбросов обеспечивается за счет
применения
высококачественных
бензинов,
а
также
каталитической
нейтрализацией. При этом продукты неполного окисления дожигаются, а
оксиды азота восстанавливаются до азота.
Выбросы в атмосферу вредных компонентов продуктов сгорания у
дизельных двигателей существенно меньше, чем у двигателей, работающих на
бензине. Исключение составляют частицы несгоревшего углерода (сажа).
Использование природных газов обеспечивает уменьшение выбросов оксида
углерода, оксидов азота, несгоревших углеводородов и практически полное
отсутствие сажи.
Контрольные вопросы
1. Нефть: основные компоненты; групповой и элементный составы.
2. Влияние состава нефти
на
ее энергетические и физико-химические
характеристики.
3. Методы первичной переработки нефти, получаемые продукты, их
использование.
4. Вторичные
процессы
переработки
нефти.
Методы
очистки
нефтепродуктов.
5. Продукты сгорания углеводородных топлив. Их влияние на состояние
окружающей среды.
6. Нормирование вредных компонентов в продуктах сгорания газотурбинных
двигателей.
18
2 Энергетические характеристики топлив
Теплота сгорания. Особенности процесса горения топлив. Горючая смесь
и пределы ее воспламенения.
2.1 Теплота сгорания.
Основной
энергетической
характеристикой
топлива
является
теплота,
выделяющаяся при его сгорании. В ракетной технике под топливом понимают
горючее и окислитель или их смесь. Когда речь идет о воздушно-реактивных
двигателях, под топливом понимают только горючее. Окислителем является
кислород воздуха окружающей среды. Смесь горючего и окислителя – это
топливовоздушная смесь.
При окислении компонентов топлива его химическая энергия превращается
в тепловую. Теплотой сгорания топлив называют количество теплоты,
выделяющейся при полном сгорании 1 кг топлива в кислороде. Теплота
сгорания
топлива,
выраженная
в
килоджоулях
на
1кг
топлива,
называется массовой теплотой сгорания.
В лабораторных условиях теплоту сгорания топлива определяют путем
сжигания
пробы
топлива
в
калориметре.
Выделенную
теплоту
рассчитывают по нагреву воды в калориметрическом сосуде. В число
продуктов полного сгорания топлива входит углекислый газ и вода. В
калориметре вода конденсируется, выделяя при этом дополнительную
теплоту в количестве ~ 2500 кДж на 1 кг воды. Вычисленная таким образом
теплота сгорания, включает и теплоту конденсации воды.
Теплоту сгорания, включающую теплоту конденсации воды, называют
высшей теплотой сгорания (Qв).
В большинстве тепловых двигателей продукты на выходе из двигателя
имеют температуру существенно выше той, при которой происходит
конденсация паров воды. Вода покидает двигатель в виде пара. Поэтому
для оценки теплоты сгорания топлив в технике пользуются низшей теплотой
сгорания (Qн), не учитывающей теплоту конденсации воды.
19
Низшей теплотой сгорания называют количество теплоты, выделяемое при
сгорании 1 кг топлива, за вычетом теплоты, затрачиваемой на испарение воды,
содержащейся в топливе до сгорания и образовавшейся при сгорании. Между
высшей и низшей теплотой сгорания имеется зависимость:
Qн= Qв-2500W,
где W — масса воды, образующейся при сгорании 1 кг топлива, кг.
Теплота сгорания топлив зависит от химического строения их молекул и
от теплоты сгорания входящих в молекулы элементов.
Авиационные топлива представляют собой жидкую смесь углеводородов, из
которых наибольшей массовой теплотой сгорания обладает водород. Его
теплота сгорания — 143000кДж/кг, в то время как теплота сгорания углерода
составляет всего 32500 кДж/кг. Следовательно, парафиновые углеводороды
(СnН2n+2), доля водорода в которых максимальна, имеют и большую массовую
теплоту сгорания по сравнению с нафтеновыми (СnН2n), ароматическими (Сn
H2n-6) и непредельными углеводородами.
Существенно то, что при неполном сгорании и образовании вместо CO2
оксида углерода CO, тепловой эффект реакции существенно меньше –
выделяется только 10000 кДж/кг.
Рассмотрим основные закономерности процесса горения углеводородных
топлив.
2.2 Особенности процесса горения топлив
Горение – это физико-химический процесс, основой которого является
химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением теплоты и
ярким свечением. Горючими элементами в составе углеводородных топлив
являются углерод и водород. Окислителем в воздушно-реактивных двигателях
– поршневых и газотурбинных служит кислород воздуха. Продуктами полного
сгорания топлива, содержащего только атомы углерода и водорода, являются
продукты окисления – углекислый газ CO2 и вода H2O.
20
Воспламенение происходит в результате протекания цепных реакций. Такая
возможность имеется только в газовой среде. Поэтому жидкое топливо сначала
должно превратиться в пар.
Воспламенение
горючей
смеси
обеспечивается
химически
активными
частицами, к которым относятся свободные атомы горючих веществ и
окислителя, а также радикалами. Эти частицы возникают еще до появления
пламени, при подогреве смеси электрической искрой, резким сжатием или
иным способом.
Чтобы окисление происходило в форме горения, должны существовать
условия для быстрого перемешивания активных частиц и разветвления цепей
реакции. Такие условия есть только в газовой среде, их нет в жидких и
твердых телах. Жидкое топливо должно сначала полностью испариться и
перемешаться с воздухом, только после этого возможно его горение.
В камере сгорания
газотурбинного двигателя
для обеспечения
устойчивого горения протекают следующие процессы:
- дробление топлива на капли;
- подвод теплоты для его испарения;
- перемешивание паров топлива с воздухом;
- подача топливо – воздушной смеси в зону горения.
Первоначальное воспламенение смеси в газотурбинных двигателях
происходит при запуске двигателя. В процессе его работы в камере сгорания
непрерывно происходит горение. Этим рабочий процесс ГТД существенно
отличается от принципа действия поршневых двигателей.
Для обеспечения полного сгорания топлива в поршневом двигателе
необходимо перевести его за короткий промежуток времени из жидкого
состояния в парообразное и смешать с воздухом в определенном соотношении.
Например, при частоте вращения коленчатого вала 100с-1(6000 об/мин) время
на смесеобразование составляет около 0,01с.
В зависимости от конструкции двигателя возможны два способа образования
топливовоздушной смеси. При первом способе частичное испарение бензина и
21
перемешивание
его
с
воздухом
происходит
в
карбюраторе.
Затем
паровоздушный поток распределяется по цилиндрам. Вследствие неполного
испарения бензина за короткий промежуток времени часть капель из
паровоздушного потока оседает в виде жидкой пленки на стенках впускного
трубопровода. Из-за разности в скоростях движения паров и жидкой пленки в
цилиндры поступает горючая смесь, неоднородная по качеству и составу.
При
втором
способе
бензин
впрыскивается
с
помощью
форсунок
непосредственно в цилиндр.
Оба метода использовались практически с момента создания двигателей с
принудительным воспламенением. Система подготовки горючей смеси с
помощью
карбюратора
отличалась
относительной
простотой,
но
она
предъявляет достаточно высокие требования к испаряемости бензина.
Непосредственный впрыск бензина с помощью форсунок используется во
многих современных автомобильных и авиационных двигателях. По сравнению
с карбюраторными двигателями двигатели с непосредственным впрыском
имеют ряд преимуществ. Топливо более равномерно распределяется по
цилиндрам. Это дает возможность поддерживать одинаковый состав смеси в
цилиндрах, что повышает экономичность, вибрация и износ деталей
уменьшаются. Снижается токсичность продуктов сгорания.
В поршневых двигателях в камере сгорания периодически происходит
процесс воспламенения смеси паров топлива и воздуха. Причем, в
зависимости от способа воспламенения, различают двигатели работающие по
циклу Отто, то есть с принудительным воспламенением от искры и
двигатели, работающие по циклу Дизеля, с самовоспламенением при сжатии.
Основой рабочего процесса дизельных двигателей является цикл Дизеля.
Степень сжатия в цикле существенно выше, чем в поршневых двигателях с
принудительным воспламенением. Благодаря этой особенности дизельных
двигателей эффективный коэффициент полезного действия ηe выше, а
удельный расход топлива на (25-30)% ниже, чем у двигателей, работающих на
22
бензине. В процессе сжатия сжимается воздух, а не смесь паров бензина и
воздуха, топливо впрыскивается в камеру сгорания и самовоспламеняется.
2.3 Горючая смесь и пределы ее воспламенения
Воспламеняться и устойчиво гореть в камере сгорания двигателя может
смесь паров топлива с воздухом только определенного состава. Различают
три вида горючей смеси:
- горючая смесь теоретического состава;
- горючая смесь, обогащенная топливом;
- горючая смесь, обедненная топливом.
Горючей смесью теоретического состава (стехиометрической) называют
такую смесь, в которой содержание кислорода или воздуха равно
теоретически необходимому для полного сгорания топлива.
Количество кислорода, потребное для полного сжигания горючих
компонентов смеси, можно определить по уравнению химической реакции
горения.
Для сжигания 1 кг углерода, согласно уравнению реакции горения
С + О2 = CO2,
необходимо 2,66 килограмма кислорода на 1 кг углерода.
На 1 кг водорода требуется 7,94 кг кислорода:
2H2 + O2 =2H2O.
Если известен элементный химический состав топлива, то теоретически
необходимое количество кислорода L0 можно определить по формуле:
L0 = 2,66C +7.94H - O.
где L0 — теоретически необходимое количество воздуха на 1 кг топлива, кг;
С — содержание углерода в топливе, %;
Н — содержание водорода в топливе, %;
О - содержание кислорода в топливе, %.
23
Можно принять, что 1 кг авиационного керосина состоит из 0,86 кг
углерода и 0,14 кг водорода. Количество кислорода, необходимое для сгорания
топлива такого состава равно 3,4 кг.
Необходимое для горения количество воздуха можно рассчитать, зная, что
содержание кислорода в воздухе составляет 23,1% по массе. Следовательно,
необходимое количество воздуха, L = L0 /0,231, т. е. в 4,33 раза больше
потребного количества кислорода.
Для углеводородных топлив в зависимости от состава теоретически
необходимое количество воздуха составляет от 14,7кг/кг (бензин) до 17,2 кг/кг
(метан). В реальных условиях эксплуатации двигателей количество окислителя в
горючей смеси отличается от теоретически необходимого.
Отличие состава смеси от теоретического оценивается коэффициентом избытка
воздуха (окислителя). Коэффициентом избытка воздуха ά называют частное от
деления количества воздуха, действительно приходящегося на 1 кг топлива в
смеси на теоретически необходимое количество воздуха. Следовательно,
коэффициент избытка воздуха ά определяется из равенства:
ά = Lд/Lт,
где Lд действительно взятое для сгорания количество воздуха на 1 кг топлива
в кг;
Lт (L0)— теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания
1 кг топлива в кг.
При ά = 1 (теоретический или стехиометрический состав горючей смеси)
обеспечивается полное сгорание топлива, образуются только продукты полного
сгорания.
Горючая смесь называется “богатой” (обогащенной топливом), когда
количество расходуемого воздуха ниже теоретически необходимого (ά < 1,0).
При работе на богатой смеси из-за недостатка окислителя происходит
неполное сгорание топлива.
Горючая смесь называется “бедной” (обедненной топливом), если
ά > 1,0.
24
Горение возможно в достаточно узком диапазоне по α, приблизительно при
0,8<ά<1,15. Различают высший
и низший пределы воспламеняемости
топливовоздушной смеси. Высший предел воспламеняемости соответствует
такому содержанию топлива в окислителе (воздухе), при котором дальнейшее
его
увеличение
делает
смесь
невоспламеняющейся.
Низший
предел
воспламеняемости смеси есть такое содержание топлива в окислителе
(воздухе), при котором смесь делает невоспламеняемой дальнейшее
уменьшение топлива в смеси.
Контрольные вопросы:
7. Высшая и низшая теплоты сгорания.
8. Почему отличается теплота сгорания у различных групп углеводородов?
9. Организация процесса горения в газотурбинном двигателе.
10.Организация
процесса
горения
в
поршневом
двигателе
с
в
поршневом
двигателе
с
принудительным воспламенением.
11.Организация
процесса
горения
самовоспламенением.
12.Теоретически необходимое количество воздуха. Коэффициент избытка
воздуха.
13.Чем
отличаются
теоретического
процессы
сгорания
(стехиометрического)
топливовоздушных
состава,
смесей
обедненной
и
обогащенной топливом?
3 Топлива для газотурбинных двигателей
Общая характеристика топлив. Показатели качества топлив.
3.1 Общая характеристика топлив
При
эксплуатации
транспортных
средств
расходуются
значительные
количества высококачественных топлив. Топлива для авиационных ГТД
производят для дозвуковых и сверхзвуковых воздушных судов. Они
25
отличаются фракционным составом, технологией получения, свойствами.
Действующим стандартом для самолетов дозвуковой авиации предусмотрено
производство четырех марок топлива: ТС-1, Т-1, Т-2 и РТ (см. приложение,
табл. 1).
Топливо ТС-1- продукт прямой перегонки сернистых нефтей парафинового
основания и малосернистых высокопарафиновых нефтей, по температуре
выкипания это лигроиновая и керосиновая фракции.
Топливо Т-1 это продукт прямой перегонки малосернистых нефтей
нафтенового основания.
Топливо Т-2 – продукт прямой перегонки широкого фракционного состава,
помимо керосиновой и лигроиновой в его состав входит бензиновая фракция.
Топливо
РТ
получают
гидроочисткой
прямогонных
дистиллятов,
практически это может быть топливо ТС-1, либо продукты перегонки с
повышенным содержанием сернистых соединений.
Практически в России производится топливо двух марок: ТС-1(высшего и
первого сорта) и РТ (высшего сорта).
Природная нефть и в настоящее время - основной источник углеводородов
различного состава и строения. Более высокая стоимость получения, хранения
и
применения
альтернативных
топлив
позволяют
предположить,
что
авиационные топлива, получаемые переработкой нефти в ближайшее время
незаменимы.
3.2 Показатели качества топлив
Топливная система и силовые установки воздушных судов включают
большое количество агрегатов и узлов, надежная работа которых в
значительной степени зависит от физических и химических процессов с
участием топлива. Прецизионные элементы топливной системы работают в
контакте с топливом в жидкой фазе, продукты сгорания углеводородных
топлив оказывают влияние на проточный тракт ГТД. Даже использование
26
качественного топлива, соответствующего всем требованиям, может привести
к кавитации, повышенному износу и другим дефектам топливной системы.
При эксплуатации воздушных судов температура топлива в баках на
больших высотах может снижаться до -(30 – 40)˚C. При полетах большой
продолжительности возможно нарушение гомогенности топлива, вследствие
образования в нем кристаллов углеводородов. Наличие в топливе сернистых
соединений, металлов, органических кислот, воды и других примесей
способствует коррозии металлов и сплавов топливной системы и двигателя.
Под воздействием топлива в жидком виде может происходить химическая,
электрохимическая или биохимическая коррозия.
Повышенное нагарообразование нарушает аэродинамику проточной части
газовой турбины, способствует эрозионному износу ее элементов, газовой
коррозии.
Стабильность топлив необходима для обеспечения его хранения в течение
длительного времени. Термическая стабильность топлив уменьшает склонность
к образованию отложений
при нагреве до температур выше 100˚C, при
поступлении топлива через форсунки в камеру сгорания.
Дальность полета самолета зависит от многих факторов. Из показателей
качества наибольшее влияние теплота сгорания и плотность.
С учетом сказанного, определяющими требованиями к топливу для
газотурбинных двигателей являются:
- высокая теплота сгорания топлива;
- значения показателей испаряемости, плотности, вязкости;
- низкая температура начала кристаллизации углеводородов;
- низкая склонность к образованию отложений (образование нагара);
- низкая коррозионная активность;
- низкое содержание органических кислот;
- отсутствие в топливе водорастворимых минеральных кислот и щелочей,
механических примесей;
- незначительная гигроскопичность,
27
-- высокая стабильность при хранении и эксплуатации;
- минимальное содержание непредельных углеводородов.
Свойства топлив являются их качественной характеристикой. Можно
выделить
физико-химические
и
эксплуатационные
свойства.
Эксплуатационные свойства топлива оцениваются в основном, с учетом
конкретных особенностей топливной системы и двигателя. Количественными
характеристиками для оценки свойств являются показатели, контролируемые
при производстве, хранении и применении топлив. При поступлении топлива
на склад ГСМ производится входной, а затем приемный контроль. Основные
показатели с заданной периодичностью контролируются при хранении на
складе. Перед заправкой топлива в баки воздушного судна и после нее
производится аэродромный контроль.
Для определения показателей отбираются пробы топлива и производят их
лабораторный анализ. Входной и аэродромный контроль могут производить как
сотрудники лаборатории ГСМ, так и персонал организации, осуществляющей
обеспечение топливом воздушных перевозок.
Рассмотрим основные свойств топлив, показатели и методы их определения.
Процессы испарения топлив влияют на качество смесеобразования и
горения, на потери топлива при высотных полетах, на возможность
образования паровых пробок в топливопроводах.
В результате испарения вещество переходит из жидкой фазы в
газообразную.
Обычно
под
испарением
понимают
парообразование,
происходящее на свободной поверхности жидкости при температуре ниже
температуры кипения при данном давлении. Причем, чем больше свободная
поверхность жидкости, тем быстрее жидкость испарится. С повышением
температуры испаряемость жидкости увеличивается, и, когда температура
жидкости достигнет температуры кипения, переход жидкости в газообразное
состояние происходит не только со свободной поверхности, но и в объеме.
Топливо представляет собой смесь углеводородов, обладающих различной
испаряемостью. При нагревании топлив испаряются в первую очередь
28
углеводороды с малой молекулярной массой с низкой температурой кипения,
а потом, по мере повышения температуры, испаряются более тяжелые
углеводороды.
В камере сгорания ГТД топливо должно полностью испариться. Скорость и
полнота испарения топлива зависят не только от химического состава, но и от
условий, в которых находится топливо в двигателе.
Требования к
испаряемости топлива зависят от типа двигателя, для которого оно
предназначается. Об испаряемости топлив судят, главным образом, по
фракционному составу и по давлению насыщенных паров топлив.
Фракционный состав топлива определяют путем его перегонки в
аппаратах с электрическим или газовым нагревом (Рис. 1).
Рис.1 Аппарат для определения фракционного состава с применением
электрического нагревателя
1 - термометр; 2 - колба для перегонки; 3 - асбестовая прокладка; 4 электрический нагревательный элемент; 5 - подставка; 6 - ручка для
регулирования положения колбы; 7 - диск для регулирования нагрева; 8 выключатель; 9 - открытое дно кожуха; 10 - мерный цилиндр; 11 фильтровальная бумага; 12 - охлаждающая баня; 13 - трубка холодильника; 14 кожух
29
Пары топлива проходят через холодильник, а образующийся конденсат
стекает в мерный цилиндр. Комплекс показателей испаряемости включает:
- температуру начала перегонки;
- температуру, при которой отгоняется 10, 50, 90 и 98 процентов топлива.
По температуре начала перегонки топлива можно судить о максимальной
высоте полета самолета. Низкая температура начала перегонки приводит
к
тому,
что
топливо
закипает
на
сравнительно
малой
высоте,
образуются газовые пробки в топливной системе двигателя. Для
газотурбинного двигателя это может привести к срыву пламени в
камере сгорания, то есть самовыключению двигателя в воздухе.
По температуре отгона 10% топлива судят о его пусковых свойствах. Чем
ниже температура отгона 10% топлива, тем лучше его пусковые свойства.
Температура отгона 50% топлива характеризует его среднюю испаряемость.
Чем ниже температура, при которой отгоняется 50% топлива, тем выше его
испаряемость и тем лучше приемистость и устойчивость работы двигателя.
Температура отгона 90% топлива указывает на присутствие в топливах
трудно испаряющихся фракций.
Для топлив ТС-1 и РТ температура, при которой отгоняется 98% топлива,
составляет
250°С
и
280°С
соответственно.
Неперегнанный
остаток
характеризует склонность топлива к нагарообразованию.
По величине давления насыщенных паров топлива можно судить о
пусковых
свойствах
топлива,
а
также
о
его
потерях
при
хранении и транспортировке.
Для жидкостей, представляющих собой смеси, к которым относится и
авиационный керосин, давление насыщенных паров зависит от природы
жидкости, температуры и от отношения объема, занимаемого паровой фазой
к объему, занимаемому жидкой фазой. В лабораториях ГСМ давление
насыщенных паров топлива определяют
температуре 38°С.
в специальных аппаратах при
30
Величина давления насыщенных паров в наибольшей степени влияет на
свойства бензинов. Для топлив ТС-1 и РТ давление насыщенных паров не
нормируется.
Знание плотности необходимо для определения массы топлива по его
объему, для обратного пересчета при поступлении нефтепродуктов на склад
или при заправке воздушного судна.
Плотностью ρ вещества называют физическую величину, определяемую
отношением
ρ = dm/dV.
Плотность однородного или средняя плотность неоднородного вещества
определяется массой вещества, заключенной в единице его объема
ρ = m/V,
где m,V – соответственно масса и объем вещества.
Единицей плотности является килограмм на кубический метр – плотность
однородного вещества, масса которого при объеме 1 м3 равна 1 кг. Плотность
нефтепродуктов зависит от температуры (Рис.2)
Поэтому для получения сравнимых результатов плотность определяют при
одной и той же температуре или результаты ее измерения при различных
температурах приводят к стандартным условиям. Для горюче-смазочных
материалов такой температурой обычно является 20ºC.
Нормирование плотности топлив производится указанием ее минимально
необходимого значения. В процессе длительного хранения плотность
практически не изменяется, поэтому расхождения значений при ее контроле
возможны в результате неправильного отбора проб, вследствие ошибок при
измерении или при случайном смешивании топлив различных марок.
В лабораториях ГСМ плотность обычно измеряется ареометром, более
точные результаты можно получить при измерениях пикнометром.
31
Рис. 2 Зависимость от температуры плотности топлив:
1-Т-6; 2- Т-1; 3- ТС-1 и РТ; 4- Т-2
32
Рис.3 Ареометрический способ определения плотности
1 – шкала плотности; 2 – линия отсчета;3 – шкала термометра; 4 – балласт
Ареометрический способ определения плотности основан на законе
Архимеда. Ареометр представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд,
снабженный балластом. Форма ареометра должна быть строго симметричной
по отношению к оси прибора. При его погружении в жидкость, он должен
плавать в ней в вертикальном положении (Рис.3). Шкала плотности ареометра
градуирована
в
единицах
плотности,
относительной
плотности
или
концентрации (для двухкомпонентных веществ). Для измерения плотности
нефтепродуктов выпускают ареометры с термометром АНТ-1 и АНТ-2, а также
33
без термометра АН. При использовании ареометра АН (без встроенного
термометра) температура измеряется отдельным термометром.
Для получения необходимой точности измерений плотности нефтепродуктов
(топлив, смазочных масел и т. д.) используется набор ареометров. Каждый
прибор перекрывает небольшой диапазон измеряемой плотности, а все они –
полный диапазон измерений. Пробу топлива термостатируют при температуре
20ºC.
В зависимости от свойств испытуемого продукта пробу доводят до
температуры
испытания.
Температура
начала
кипения
топлив
для
газотурбинных двигателей не менее 135°С, поэтому плотность можно
определять в соответствии с п/п 4 табл.2.
Таблица 2
Температура испытаний ГСМ
№ п/п
Вид испытуемого Характеристика продукта Температура испытания
продукта
1
2
Легколетучий
Давление насыщенных
Охлаждают в закрытом
паров ниже 180 кПа
сосуде до 2 °С и ниже
Средней летучести Температура начала
Охлаждают в закрытом
кипения не выше 120 °С сосуде до 20 °С и ниже
3
Средней летучести Температура начала
и вязкий
Нагревают до
кипения не выше 120 °С, минимальной
очень вязкий при 20 °С
температуры для
приобретения
достаточной текучести
4
Нелетучий
Температура начала
Испытывают при любой
кипения выше 120°С
температуре не выше
90°С
34
Возможно измерение плотности и при произвольной температуре с
последующим приведением к 20ºC
Для приведения измеренной при произвольной температуре плотности ρt к
плотности при температуре 20ºC (…ρ20) можно воспользоваться формулой:
ρ20 = ρt + γ(t – 20),
где ρt – плотность топлива при температуре испытания, кг/м3;
γ – средняя температурная поправка плотности;
t – температура, при которой плотность определена ареометром.
Пикнометрический способ определения плотности основан на измерении
массы определенного объема нефтепродукта. Объем пробы значительно
меньше, чем при использовании ареометра, точность метода выше.
Определив массу сухого пикнометра, массу нефтепродукта, заключенную в
нем, а также массу воды в объеме пикнометра можно вычислить плотность.
Погрешность измерений пикнометром можно довести до 0,0001, что в пять раз
меньше, чем при использовании ареометра.
Одной из характерных особенностей жидкостей является способность
изменять свою форму под действием внешних сил. Это свойство жидкости
объясняется подвижностью (скольжением) ее молекул относительно друг
друга.
Вязкость - свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению
одного слоя относительно другого.
Количественно
вязкость
(коэффициентом
внутреннего
оценивается
динамической
вязкостью
трения)
кинематической
вязкостью.
и
Кинематическая вязкость характеризует текучесть жидкости под действием
собственного веса. Характерной особенностью внутреннего трения является то,
что оно наблюдается не на границе твердого тела и жидкости, а во всем объеме
жидкости.
Для ”ньютоновских” жидкостей, представляющих собой индивидуальные
вещества, молекулярно-дисперсные смеси или растворы, внутреннее трение
(вязкость) при данных значениях температуры и давления
является
35
постоянным физическим свойством. Большинство жидких нефтепродуктов в
широком температурном диапазоне можно рассматривать как “ньютоновские”
жидкости.
Основной
закон
Формулировка
вязкого
течения
динамической
установил
И.
впервые
была
вязкости
Ньютон
в
1647г.
введена
врачом
Пуазейлем в 1842 году при изучении процессов циркуляции крови в
кровеносных сосудах. Динамическая вязкость характеризуется величиной
коэффициента η, входящего в формулу Ньютона:
F = ηSdv/dx.
Как следует из этого уравнения, η = F/(S dv/dx);
где F - сила сопротивления, Н;
S – площадь слоя жидкости, м2;
dv/dx – поперечный градиент скорости, с-1.
Таким образом, размерность динамической вязкости Нс/м2, или Па с.
Паскаль-секунда равна динамической вязкости среды, касательное
напряжение в которой при ламинарном течении и при разности скоростей
слоев, находящихся на расстоянии 1 м по нормали к направлению скорости,
равной 1 м/с равно 1 Па.
Кинематической вязкостью называют величину, равную отношению
динамической вязкости η жидкости к ее плотности ρ:
ν = η/ρ,
где ν – кинематическая вязкость, м2/с;
η – динамическая вязкость, Нс/м2;
ρ – плотность, кг/м3.
Размерность кинематической вязкости м2/с или мм2/с.
В
лабораториях
ГСМ
может
использоваться
единица
измерения
кинематической вязкости, называемая Стокс (Ст).
Стокс, единица кинематической вязкости, входила в СГС систему единиц.
Стокс равен кинематической вязкости, при которой динамическая вязкость
36
среды плотностью 1 г/см3 равна 1 Пз (Пуаз). Названа в честь Дж. Г. Стокса. На
практике часто применяется в 100 раз меньшая единица - сантиСтокс (сСт, cSt).
Причем, 1 Ст = 10-4 м2/с, а 1 сСт = 10-6 м2/с = 1 мм2/с.
При измерениях пользуются также величиной относительной (условной)
вязкости, характеризующейся отношением вязкости данной жидкости к
вязкости воды при той же температуре.
Для измерения кинематической вязкости используют различные типы
вискозиметров.
Рис. 4 Вискозиметр типа
Рис. 5 - Вискозиметр
Пинкевича (ВПЖТ-4,
типов ВПЖТ-2, ВПЖ-2
ВПЖ-4)
1, 3 – патрубки; 2 – отверстие; 4 - расширение для
избытка жидкости; М1 – М2 – метки мерного
объема жидкости
В зависимости от способа измерения различают капиллярные вискозиметры вискозиметры истечения (Рис.4, 5) , шариковые, ротационные, вибрационные и
ультразвуковые. Независимо от конструкции вискозиметра определение
вязкости следует проводить в условиях термостатирования. Это связано с
37
зависимостью вязкости от температуры, в общем случае нелинейной (Рис.6). .
При использовании капиллярных вискозиметров применяется термостат с
прозрачными стенками.
Рис. 6 Зависимость вязкости авиационных топлив от температуры:
1- ТС-1; 2-Т-1; 3- Т-2, 4-бензин.
Кинематическая вязкость топлив для авиационных ГТД нормируется при
температурах 20°С (не более) и -40°С (не менее).
В эксплуатации от вязкости зависят процессы испарения и сгорания топлив,
надежность работы топливной аппаратуры и возможность использования
топлив при низких температурах.
При использовании для измерения кинематической вязкости капиллярных
вискозиметров, измеряется время истечения τ известного количества жидкости
через капилляры определенного диаметра. Течение жидкости в капилляре
происходит под действием гравитационных сил, поэтому в формулу входит
величина ускорения свободного падения g
ν = C τ g/980,7,
где C – постоянный коэффициент, устанавливаемый заводом-изготовителем;
38
τ – время истечения в с.;
g – ускорение свободного падения в месте измерения.
Диапазон
измерения
кинематической
вязкости
капиллярными
вискозиметрами составляет от 0,6 до 30000 мм2/с включительно.
Низкотемпературные свойства топлив проявляются при отрицательных
температурах в зимних условиях, а также при полетах на больших высотах.
Эксплуатация транспортных средств в условиях России происходит, в
зависимости от времени года, в широком диапазоне температур окружающей
среды. Это влияет в первую очередь на такую характеристику топлива как
испаряемость, а также на вязкость, плотность и т.д. Полет воздушных судов
происходит на высотах 9000-12000 м и более, средняя температура на которых
находится в диапазоне от (-43 до -56,5)°С. При длительных полетах на больших
высотах, топливо в баках может охлаждаться до температур -40°С и ниже. В
этом случае возможно помутнение топлива и появление в нем кристаллов.
Появление даже единичных кристаллов в топливе может привести к опасным
последствиям, связанным с засорением топливных фильтров и подачей в
двигатель
неочищенного
топлива.
В
некоторых
случаях
возможно
прекращение подачи топлива в камеру сгорания. Топливо, являясь смесью
углеводородов, кристаллизуется в диапазоне температур, а не при постоянной
ее величине, как у однородных жидкостей. По мере понижения температуры
вначале кристаллизуются углеводороды с более высокой температурой
замерзания, затем с более низкой.
В углеводородных топливах, наиболее высокую температуру кристаллизации
имеют парафиновые углеводороды нормального строения, бициклические
ароматические углеводороды, а также моноциклические нафтеновые и
ароматические углеводороды, имеющие длинные боковые цепи нормального
строения.
Для авиационных керосинов низкотемпературные свойства оценивают по
температуре начала кристаллизации. Она должна быть не выше -50 °С. В
39
некоторых климатических районах необходимо использовать топливо с
температурой начала кристаллизации не выше -55 или -60°С.
Нормирование низкотемпературных свойств значительно снижает выход
соответствующих фракций топлива из нефти. Здесь уместно напомнить, что
топлива ТС-1 и РТ прямогонные. Уменьшить влияние низких температур
можно при использовании топливных систем, оборудованных подогревом
топливных фильтров. Дополнительные проблемы связаны с ограничением
содержания в топливе ароматических углеводородов, имеющих низкую
температуру начала кристаллизации.
Определение температуры начала кристаллизации топлив производится в
приборе, состоящем из сосуда с охладительной смесью, пробирки с двойными
стенками (Рис.7), в которую заливают топливо, и термометра. Охладительная
смесь из этилового спирта и углекислоты постепенно понижает температуру
пробы топлива до -80°С. За температуру начала кристаллизации принимается
та максимальная температура, при которой в топливе появляются кристаллы,
видимые невооруженным глазом.
Рис. 7 Пробирка с двойными стенками и мешалкой
1 - термометр; 2 - мешалка; 3 - корковая пробка; 4 - пробирка; 5 - кольцевая
метка
40
Нагарообразующие свойства топлива зависят от полноты сгорания и его
состава. Показателями для оценки нагарообразующей способности являются
высота некоптящего пламени, люминометрическое число. Наиболее высокие
значения этих показателей у парафиновых углеводородов. Наибольшей
склонностью к образованию сажи и нагара обладают ароматические
углеводороды. Это является одной из причин ограничения их содержания в
топливе.
Максимальная высота некоптящего пламени определяется с помощью
специальной фитильной лампы (Рис. 8). С ее повышением склонность топлива
к образованию нагара снижается.
Рис. 8 Лампа для определения высоты некоптящего пламени
1 - резервуар; 2 - втулка для резервуара; 3 - камера; 4 - направляющая фитиля: 5
- шкала; 6 - вытяжная труба
41
Косвенно о нагарообразовании можно судить по зольности. Зольность
оценивается долей золы в % в пробе топлива после ее сжигания.
Коррозионная активность топлив зависит от содержания в них серы
сернистых соединений, органических кислот, воды, водорастворимых кислот и
щелочей. Активные сернистые соединения и соединения кислого характера
(нафтеновые (RCOOH) кислоты, фенолы (C6H5OH)), асфальтеновые кислоты и
т.п.) обуславливают химическую коррозию. Эмульсионная вода способствует
электрохимической коррозии. При повышенных температурах эмульсионная
вода является
причиной
микроорганизмов,
биохимической
присутствующих
в
коррозии
топливе.
по
причине
Неактивные
роста
сернистые
соединения сгорают с образованием диоксида серы SO2 . Диоксид серы, оксиды
молибдена, ванадия и натрия приводят к газовой коррозии лопаток турбины,
хромоникелевых сталей.
Вследствие этого содержание в топливе меркаптанов и неактивных
сернистых соединений ограничивается. Значительно снижено содержание
сернистых соединений в гидроочищенном топливе РТ. Показателями,
характеризующими
содержание
меркаптанов
и
неактивных
сернистых
соединений являются:
- массовая доля общей серы, %, (не более);
- массовая доля меркаптановой серы, %, (не более);
- массовая доля сероводорода (отсутствие).
Качественно наличие в топливах активных сернистых соединений и серы
оценивается по результатам испытаний на медной пластинке. Метод
заключается в погружении медной пластинки в топливо с температурой 100°С
на 3 часа. Топливо считается не выдержавшим испытание, если пластинка
покрылась черными, темно-коричневыми или серо-стальными пятнами или
налетом. Такое топливо бракуется.
Наличие органической кислотности оценивается показателем “Кислотность,
мг КОН на 100 см
топлива, не более”. Метод заключается в том, что к
определенному количеству топлива добавляют раствор KOH известной
42
концентрации до тех пор, пока не будут нейтрализованы все кислоты. Для
определения этого момента в пробу добавляют индикатор, изменяющий цвет
при переходе от кислой реакции среды к щелочной (титрование).
Наличие минеральных кислот и щелочей
в нефтепродуктах может
объясняться либо неполной нейтрализацией после кислотной очистки, либо
плохой отмывкой свободной щелочи при щелочной очистке. Возможно
попадание минеральных кислот и щелочей в очищенные нефтепродукты при
транспортировке, при нарушении правил хранения.
Минеральная кислотность топлива в основном объясняется присутствием
серной кислоты. Щелочность – присутствием NaOH и Na2CO3. Присутствие
минеральных кислот и щелочей в топливе недопустимо, так как эти соединения
вызывают коррозию с последующим разрушением элементов конструкции
вследствие химического или электрохимического воздействия на агрегаты и
трубопроводы топливной
системы и системы смазки. Коррозия снижает
ресурсы агрегатов и прочность деталей. Наиболее интенсивной коррозии
подвергаются сплавы на основе меди (бронзы) и стальные детали с
покрытиями. Коррозия бронз происходит в основном по механизмам
химических реакций, стальных изделий - по электрохимическому принципу.
Поэтому нефтепродукты, содержащие следы минеральных кислот и щелочей,
должны браковаться. Определение наличия водорастворимых кислот и
щелочей в топливах заключается в извлечении их из топлива водой и
определении реакции среды с помощью индикаторов.
При испытании жидких нефтепродуктов в делительную воронку (рис.9)
помещают 50 см
испытуемого нефтепродукта и 50 см
дистиллированной
воды, нагретых до 50-60 °С. Легкие нефтепродукты (бензин, лигроин и т. д.), а
также продукты, в которых могут образоваться водорастворимые кислоты и
щелочи в результате гидролиза, не нагревают. Если вязкость нефтепродукта
более 75 сСт при 50°С, то его предварительно смешивают при комнатной
температуре с 50 см
бензина. Затем добавляют 50 см
воды, подогретой до 50-60 °C.
дистиллированной
43
Рис. 9 Делительная воронка для определения наличия в топливе
водорастворимых кислот и щелочей
Содержимое делительной воронки легко взбалтывают в течение 5 мин, не
допуская образования эмульсии. После отстоя и охлаждения до комнатной
температуры отделившийся нижний водный слой осторожно сливают через
воронку с бумажным фильтром в коническую колбу. Затвердевшие продукты
(парафины, церезин и др.) предварительно прокалывают стеклянной палочкой.
Если при смешении нефтепродукта с водой образуется эмульсия, то
водорастворимые кислоты и щелочи экстрагируют, обрабатывая нефтепродукт
спиртовым раствором (1:1), нагретым до 50-60°С (вместо дистиллированной
воды).
В полученных вытяжках определяют наличие водорастворимых кислот и
щелочей с помощью индикаторов.
Механические примеси в топливах в процессе эксплуатации могут приводить
к засорению топливных фильтров, повышению абразивного износа агрегатов
топливной системы, заклиниванию прецизионных узлов топливорегулирующей
аппаратуры (топливные насосы, форсунки и т.д.). Механические примеси
44
оказывают каталитическое воздействие при окислении топлива, способствуют
его электризации. Чистота топлив оценивается визуально и с использованием
средств измерений. Невооруженным глазом можно обнаружить частицы
механических примесей размером более 40-50мкм. При их наличии топливо
бракуется.
Содержание микрозагрязнений оценивается нормированием класса чистоты
топлива. Помимо топлив классы чистоты устанавливаются и для других
жидкостей, применяемых при эксплуатации, изготовлении и ремонте машин,
устройств и деталей машин, - рабочие жидкости гидравлических систем
привода и управления машин, смазочные масла, смазочно-охлаждающие
жидкости, моющие растворы, растворители и др.
Класс чистоты устанавливается в зависимости от числа и размера частиц
загрязнений в заданном объеме жидкости - (100±0,5) см3 (см. приложение,
табл.7).
Все
углеводороды
обладают
гигроскопичностью,
т.е.
способностью
растворять в себе воду. Растворимость воды в топливе зависит от его
химического состава, молекулярной массы углеводородов, влажности и
температуры воздуха и атмосферного давления (Рис.9, 10.)
Меньше воды растворяется в парафиновых углеводородах, больше всего в
ароматических. Растворимость воды в топливе возрастает при
увеличении
влажности воздуха, температуры и атмосферного давления.
Растворы воды в топливе обладают обратимой гигроскопичностью, т. е.
свойством поглощать или выделять влагу при изменении внешних условий.
При снижении температуры растворимость воды уменьшается, а ее избыток
выделяется по всему объему топлива виде эмульсии — мелких капелек
размером 10... 40 мкм. В результате отстаивания эмульсия разделяется на
топливо и отстойную (свободную) воду. Следовательно, вода в топливах может
находиться в трех состояниях: растворенном, эмульсионном и свободном.
45
Рис.9 Растворимость воды в авиатопливах в зависимости от температуры
46
.
Рис.10 Влияние атмосферного давления и влажности на количество
растворенной в топливе воды
Растворенная в топливе вода не влияет на работу двигателей. Капли воды,
образующей эмульсию, склонны к сильному переохлаждению. Сталкиваясь с
поверхностью топливных фильтров, они превращаются в лед, вызывая
обмерзание сетки фильтра.
Вода в топливе влияет на его физические свойства, что снижает точность
топливомеров и расходомеров. Отстойная (свободная) вода, замерзая, может
вызвать механические повреждения покрытий и сварных швов топливных
баков.
47
Содержание воды в топливе при заправке ограничивается. Для удаления
свободной воды после заправки воздушного судна производится слив топлива
из топливных баков. В зависимости от условий эксплуатации
предотвращения
кристаллообразования
в
топливо
для
вводят
противоводокристаллизационные (ПВК) жидкости (жидкость И - М) – смесь
этилцеллозольва с метанолом в пропорции 1 к 1. Жидкость растворяет воду,
образуется водноспиртовый раствор с необратимой гигроскопичностью.
Температура его замерзания достаточно низкая, при резких колебаниях
температуры и давления
вода в свободном состоянии не выделяется.
Небольшое количество ПВК практически не влияет на процесс сгорания
топливовоздушной смеси.
Контрольные вопросы:
14.Испаряемость топлив; показатели испаряемости.
15.Фракционный состав топлив.
16.Вязкость топлив; показатели вязкости.
17.Методы определения показателей вязкости.
18.Влияние низких температур на свойства топлив.
19.Температура начала кристаллизации, метод ее определения.
20.Какие соединения способствуют коррозионной активности топлив?
21.Влияние водорастворимых кислот и щелочей на свойства топлив.
Методы определения наличия их в топливе.
22.Влияние серы и сернистых соединений на свойства топлив. Показатели;
методы определения.
23.Нагарообразующие свойства топлив; показатели, методы определения.
24.Плотность; методы ее определения.
25.Вязкость, показатели вязкости; методы определения.
26.Органические соединения кислого характера. Их влияние на свойства
топлив; нормирование, методы определения показателей.
27.От чего зависит содержание воды в топливе? Как она влияет на
эксплуатационные свойства топлива?
48
28. Методы определение наличия воды в топливе.
29.Почему в топливе ограничивается содержание ароматических и
непредельных углеводородов?
4 Свойства топлив для поршневых двигателей
Свойства и показатели качества бензина. Дизельное топливо – свойства
и показатели качества.
Огнеопасность топлив. Температура вспышки.
4.1 Свойства и показатели качества бензина
Бензины
предназначены
для
применения
в
поршневых
двигателях
внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры). В
зависимости от назначения производятся автомобильные и авиационные
бензины.
Основой рабочего процесса многих
автомобильных и
поршневых двигателей является цикл Отто. Для
авиационных
обеспечения полного
испарения для них требуется легкоиспаряющееся топливо – бензин. В процессе
сжатия рабочим телом является смесь паров бензина и воздуха. Термический
КПД цикла зависит от степени сжатия, которая ограничена величиной,
зависящей от свойств бензина.
Современные автомобильные и авиационные бензины должны удовлетворять
ряду требований, обеспечивающих экономичную и надежную работу двигателя
при его эксплуатации. В значительной степени эти требования являются
общими, справедливыми для любого топлива:
-
хорошая
испаряемость,
позволяющая
получить
однородную
топливовоздушную смесь оптимального состава при любых температурах;
- заданный групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый,
бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя;
49
- стабильность при хранении, совместимость с материалами топливной
системы, резинотехническими изделиями и др.
Специфика рабочего процесса поршневых двигателей проявляется в
дополнительных требованиях к топливу. Для бензинов таким требованием
является высокая детонационная стойкость, оцениваемая октановым числом.
Этот показатель обычно указывается в марке бензина. В течение многих
десятилетий детонационные свойства бензина обеспечивались добавлением в
него токсичной этиловой жидкости, содержащей тетраэтилсвинец (Pb(C2H5)4).
Ужесточение требований к экологическим свойствам топлив привело к запрету
производства и применения автомобильных этилированных бензинов в России
и других странах.
Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные
бензины характеризуются в основном общими показателями качества,
определяющими их физико-химические и эксплуатационные свойства.
Одним из основных показателей качества является октановое число.
Октановое
число
характеризует
детонационную
стойкость,
а
именно
способность топлива сгорать в двигателе с воспламенением от искры без
детонации.
При нормальном сгорании скорость распространения фронта пламени в
камере сгорания невелика и не превышает 40 ... 45 м/с.
При некоторых
условиях нормальное горение может перейти в детонационное. Под детонацией
понимают процесс, при котором горение приобретает взрывной характер.
Образуется ударная волна давления, повышается температура. При детонации
возможно появление металлических звуков в цилиндрах двигателя, снижение
его мощности и экономичности, перегрев двигателя.
Причиной детонации может быть использование топлива с низкой
детонационной стойкостью, обогащенные (α≤0,9) топливовоздушные смеси, а
также высокие значения степени сжатия, снижение частоты вращения вала
двигателя, высокие температура и давление на впуске, перегрев стенок
камеры сгорания.
50
Длительная работа двигателей с интенсивной детонацией недопустима.
Признаки детонации начинают проявляться, когда детонирует около 5 % смеси.
При детонации средней интенсивности детонирует 10... 12 % рабочей смеси,
детонация считается сильной, если детонирует 18... 20% смеси.
Октановое число можно оценить испытанием бензина на установке,
представляющей стандартный одноцилиндровый двигатель. Кроме того,
разработаны компактные электронные октаномеры, позволяющие определять
показатели детонационной стойкости бензина, а также цетановое число
дизельного
топлива.
Испытания
на
установках
проводятся
по
исследовательскому и моторному методам, а для авиационных бензинов – по
авиационному методу для оценки детонационной стойкости на обогащенной
смеси. Эталонным топливом является смесь изооктана (C8H18) и нормального
гептана (C7H16). Детонационная стойкость изооктана принята за 100 единиц,
нормального гептана – за нуль. Октановое число бензина – объемная доля в %
изооктана в эталонном топливе, которое по своим детонационным свойствам
эквивалентно испытуемому бензину.
Испаряемость
бензинов
зависит
от
давления
насыщенных
паров,
фракционного состава, вязкости, поверхностного натяжения, теплоемкости,
плотности. Из перечисленных показателей важнейшими, определяющими
испаряемость бензинов, являются давление насыщенных паров и фракционный
состав. Давление насыщенных паров и фракционный состав являются
функциями состава бензина, и эти показатели могут существенно различаться
для разных бензинов. Эти параметры определяют пусковые свойства бензинов,
их склонность к образованию паровых пробок, физическую стабильность.
Давление насыщенных паров зависит от температуры и от соотношения
паровой и жидкой фаз и уменьшается с уменьшением температуры и
увеличением отношения паровой фазы к жидкой. В лабораторных условиях
давление насыщенных паров определяют при температуре 37,8°С.
Фракционный состав бензинов определяют перегонкой, при этом отмечают
температуру начала перегонки, температуру выкипания 10, 50, 90 % и конца
51
кипения (97,5 % для авиабензинов), или объем выпаривания при 70, 100 и 180
°С.
Требования к фракционному составу и давлению насыщенных паров
бензинов определяются конструкцией двигателя и климатическими условиями
его эксплуатации. С одной стороны, необходимо обеспечить запуск двигателя
при низких температурах, с другой стороны — предотвратить нарушения в
работе двигателя, связанные с образованием паровых пробок при высоких
температурах. Пусковые свойства бензина зависят от содержания в нем легких
фракций, которое может быть определено по давлению насыщенных паров и
температуре перегонки 10 % или объему легких фракций, выкипающих при
температуре до 70°С. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем больше
легких фракций требуется для запуска двигателя.
Пусковые свойства бензинов ухудшаются с понижением давления их
насыщенных паров, причем при давлении 34 кПа концентрация паров бензина в
рабочей зоне настолько мала, что запуск двигателя становится невозможным.
Поэтому стандарт на автомобильные бензины предусматривает ограничение не
только верхнего, но и нижнего уровня давления насыщенных паров.
На пусковые свойства бензинов положительно влияет присутствие бутанов.
Однако чрезмерное содержание низкокипящих фракций может вызвать
неполадки в работе прогретого двигателя, связанные с образованием паровых
пробок в системе топливоподачи. Причиной образования паровых пробок
является интенсивное испарение топлива вследствие его перегрева. В условиях
жаркого климата это явление может иметь массовый характер.
В современных нормах на автомобильные бензины введен показатель
"объемная доля бензола" - не более 5 %. Установлена норма по показателю
"плотность при 15°С" – ранее плотность не нормировалась. Ужесточена норма
на массовую долю серы – ее содержание не должно превышать 0,05 %.
Для обеспечения нормальной эксплуатации автомобилей и рационального
использования бензинов введено пять классов испаряемости для применения в
различных климатических районах России.
52
Авиационные бензины предназначены для применения в поршневых
авиационных двигателях. Более высокие требования к качеству авиационных
бензинов определяются более жесткими условиями их применения. Марка
авиационного бензина включает его октановое число по моторному методу,
указываемое в числителе, и сортность на богатой смеси - в знаменателе дроби.
Сортность бензинов определяют на эталонном топливе (изооктане) с
добавлением тетраэтилсвинца при α = 0,6. Сортность показывает мощность,
развиваемую авиационным двигателем на испытуемом бензине в стандартных
условиях, по отношению к мощности двигателя на изооктане без добавления
тетраэтилсвинца.
Используются также аналогичные по качеству авиабензины зарубежного
производства.
Разрабатываются
авиационные
бензины
с
уменьшенным
содержанием тетраэтилсвинца, без нормирования показателя "сортность на
богатой смеси". Однако, проблема создания и производства авиационных
бензинов без использования тетраэтилсвинца не решена. В значительной
степени
это
связано
с
продолжающейся
эксплуатацией
авиационных
поршневых двигателей, разработанных несколько десятилетий назад.
Кроме марок авиационных бензинов, которые применяются непосредственно
для эксплуатации поршневых двигателей, вырабатывается неэтилированный
бензин марки Б-70. В настоящее время этот бензин используется, в основном,
как бензин-растворитель.
4.2 Свойства и показатели качества дизельного топлива
Условия
смесеобразования
и
воспламенения
топлива
в
дизельных
двигателях существенно отличаются от аналогичных процессов в поршневых
двигателях, работающих на бензине. Основными свойствами дизельных топлив
являются:
- фракционный состав;
- вязкость и плотность;
- низкотемпературные свойства;
53
- степень чистоты;
- коррозионные свойства;
- пожароопасность топлив.
Специфическим
показателем
качества
дизельного
топлива
является
цетановое число – показатель воспламеняемости. Цетановое число определяют,
сравнивая воспламеняемость испытуемого топлива с эталонным, в качестве
которого применяют смесь цетана (гексадекана) с α-метилнафталином в разных
соотношениях. Цетановое число гексадекана принято считать равным 100, а αметилнафталина – равным 0. Средние значения цетановых чисел дизельного
топлива составляют 45-55.
Низкотемпературные
свойства
дизельного
топлива
характеризуются
температурами застывания и помутнения.
4.3 Огнеопасность топлив. Температура вспышки.
Авиационные и автомобильные топлива представляют собой горючие легко
воспламеняющиеся
жидкости,
пары
которых
с
воздухом
образуют
взрывоопасные смеси. Легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ - класс 3)
имеют температуру вспышки не выше 61°С.
В отступление от этого правила газойль, дизельное топливо и (легкое)
печное топливо с температурой вспышки выше 61°С, но не выше 100 °С
также считаются веществами класса 3.
Топливо может быть причиной пожара в следующих случаях:
- при его самовоспламенении в результате попадания на нагретую
поверхность;
-при вспышке паров топлива от открытого пламени;
- при взрыве паров топлива в газовом пространстве баков или другом
замкнутом
пространстве
от
возникновения
разряда
статического
электричества.
Для оценки
характеристики:
пожарной
опасности топлив применяются
следующие
54
- температурные пределы образования взрывоопасных смесей паров топлива
с воздухом;
- концентрационные пределы взрывоопасных смесей;
- температура самовоспламенения;
- температура вспышки.
Концентрационными
пределами
воспламенения
называют
предельные
концентрации паров топлива в воздухе, при которых возможны воспламенение
смеси и распространение пламени.
Одной
из
основных
характеристик
огнеопасности
топлив
является
температура самовоспламенения. Это минимальная температура, при которой
топливо загорается без постороннего открытого источника огня.
В
целях
предупреждения
температурах
раскаленных
пожара
необходимо
металлических
знать,
при
поверхностей
каких
могут
воспламеняться топлива, попадающие на эти поверхности. Но температура
самовоспламенения зависит от многих причин, и это осложняет ее точное
определение. Если исходить только из свойств топлива, то можно отметить,
что, чем выше молекулярный вес углеводородов, входящих в состав топлива,
чем тяжелее фракционный состав топлив, тем ниже температура их
самовоспламенения. В частности, топлива типа керосина самовоспламеняются
при температурах примерно на 100° ниже, чем авиационные бензины.
Гидравлические и смазочные масла при попадании на горячие детали
двигателей воспламеняются при еще более низких температурах, чем
керосины. При авариях и повреждениях обычно они образуют первые очаги
пламени, а от них уже загорается топливо. Такое поведение масел можно
объяснить тем, что в их состав входят углеводороды, имеющие более
высокую
молекулярную
массу.
Вероятность
же
окисления
и
самовоспламенения углеводородов растет с ростом длины их углеродных
цепей, а, следовательно, и с ростом их молекулярной массы.
Так как температура самовоспламенения топлив не является величиной
постоянной и зависит от примененного метода оценки, стандартом она не
55
нормируется. Гораздо точнее можно определить температуру вспышки топлив,
по которой в настоящее время и классифицируют их огнеопасность.
Температурой вспышки называют минимальную температуру, при которой
пары топлива, нагреваемого в стандартных условиях, образуют с окружающим
воздухом
смесь,
вспыхивающую
при
поднесении
к
ней
пламени.
Температура вспышки топлив определяется в закрытом тигле, смазочных
масел и некоторых специальных жидкостей – как в открытом, так и в
закрытом тигле.
Температура вспышки топлив — величина постоянная при стандартных
условиях,
поэтому в России
и
за рубежом огнеопасность топлив
классифицируют по температуре вспышки, определенной в закрытом тигле.
Для топлив ТС-1 и РТ она должна быть не менее 28°С. Это нижний
температурный предел. Нижний температурный предел — это та минимальная
температура, при которой пары топлива в закрытом пространстве образуют
взрывоопасную смесь. Если температура будет понижаться, то смесь
обедняется настолько, что становится трудновоспламеняющейся.
Верхний температурный предел — эта та максимальная температура
топлива,
при
которой
взрывоопасной.
При
смесь
паров
дальнейшем
его
с
воздухом
повышении
еще
является
температуры
смесь
переобогащается парами топлива и становится негорючей.
Топливо может загореться от внешнего источника только тогда, когда над
ним образуются пары достаточной концентрации. Поэтому, чем выше
давление насыщенных паров топлива, тем ниже температура их вспышки.
По
мере
понижения
атмосферного
давления,
испарение
топлива
увеличивается. Поэтому с увеличением высоты полета взрывоопасные смеси
паров топлива с воздухом образуются при значительно более низких
температурах, чем на земле при нормальном атмосферном давлении.
При
определении
применяются:
температуры
вспышки
в
закрытом
тигле
могут
56
- аппарат для определения температуры вспышки нефтепродуктов в закрытом
тигле типа ТВЗ (ТВ-1), а также автоматический прибор типа АТВЗ (АТВ-1),
обеспечивающие точность метода.
- в учебном процессе допустимо применять более простые приборы типов
ПВНЭ и ПВНО.
Прибор ПВНЭ предназначен для определения температуры вспышки
нефтепродуктов в закрытом тигле в интервале температур от 20 до 275°С в
заводских и лабораторных условиях. Условия эксплуатации прибора по
температуре и влажности воздуха:
- температура окружающего воздуха от 10 до 35°С;
- относительная влажность воздуха при 20°С - до 80%.
Конструктивно прибор достаточно прост. Он состоит из следующих
элементов:
- ванны, винта для заземления прибора; тигля с крышкой; стержня
мешалки; газовой или масляной лампочки; упора для наклона лампочки;
заслонки; термометра в держателе; гибкого вала, ручки заслонки (Рис.11)
Тигель из гнезда ванны вынимают ухватом. Для этой цели на фланце
укреплены два крючка. На внутренней поверхности тигля имеется кольцевая
риска - указатель уровня нефтепродукта.
На крышке
тигля
расположены: заслонка
8
с механизмом
ее
перемещения, лампочка 6, наклонная трубка 9 для термометра и мешалка 4
с гибким валом 10. В крышке прорезаны три отверстия трапецеидальной
формы. В нерабочем положении они закрываются заслонкой с двумя
отверстиями, которые соответствуют среднему и боковому отверстиям
крышки. При вращении заслонки рукояткой 11 открываются боковые
отверстия крышки, а зубец 7 упирается в нижнюю часть лампочки, наклоняя
ее к отверстию в крышке. Возвращение заслонки и лампочки в первоначальное
положение происходит под действием пружины, находящейся в колонке
механизма перемещения заслонки.
57
Для
перемешивания
поверхностью
смеси
нефтепродукта
паров
с
и
воздухом
образующейся
служат
мешалка,
над
его
которая
представляет собой стержень с укрепленными на нем двумя парами лопастей.
Нижняя пара лопастей перемешивает нефтепродукт, верхняя - смесь его
паров с воздухом.
Верхний конец стержня мешалки прикреплен к гибкому валу с
рукояткой для вращения лопастей со скоростью 60 ±15 оборотов в минуту
(вручную).
Ванна состоит из корпуса, закрытого крышкой, в центре которого
расположен стакан с нагревателем. По дну и боковой поверхности стакана
уложена спираль нагревателя, концы которой выведены к двум зажимам на
боковой
поверхности
корпуса,
заполненного
теплоизоляционным
материалом. Снизу на корпусе имеется винт для заземления прибора.
Питание
прибора
осуществляется
от
сети
переменного
тока
напряжением 220 В. Плавное изменение напряжения легко получить,
подключив прибор к автотрансформатору или регулятору напряжения,
мощность которых должна быть не менее 400 Вт.
Контрольные вопросы:
30.Показатели испаряемости бензина.
31.Причины детонации, ее влияния на работу двигателя.
32.Детонационная стойкость бензинов; методы ее повышения.
33.Методы оценки детонационной стойкости бензинов; показатели.
34.Показатели качества топлив для дизельных двигателей.
35.Температура вспышки: нормирование, метод определения.
58
Рис. 11 Прибор ПВНЭ для определения температуры вспышки
нефтепродуктов в закрытом тигле
1 – винт для заземления прибора; 2 –ванна; 3 – тигель; 4 – стержень
мешалки; 5 – крышка тигля; 6 – масляная лампочка; 7- упор для наклона
лампочки; 8 – заслонка; 9 – держатель термометра; 10 – гибкий вал; 11 – ручка
заслонки
59
5 Cмазочные материалы
Трение,
виды
трения.
Классификация
смазочных
материалов,
требования, предъявляемые к ним. Методы смазывания. Свойства
смазочных масел, пластичных и твердых смазок. Показатели качества
смазочных материалов.
5.1 Трение, виды трения
Под трением понимают сопротивление, возникающее при перемещении
трущихся поверхностей при их контакте. Различают трение покоя, скольжения
и качения.
Назначение смазочных масел в любых механизмах - уменьшение трения и
износа трущихся деталей. Преобразование работы трения в теплоту связано с
упругой деформацией кристаллических решеток с последующим переходом в
энергию колебания атомов – во внутреннюю. Смазочные масла охлаждают
трущиеся элементы, способствуют удалению продуктов износа из зоны трения.
Масла и смазки повышают эффективность уплотнений, предохраняют
поверхность деталей от коррозии, а также используются в качестве рабочей
жидкости, например, в гидравлических системах.
В зависимости от характера смазки различают 4 вида трения: сухое,
граничное, жидкостное (гидродинамическое) и смешанное.
Сухое трение. Трение без смазочных материалов называют сухим. При этом
контактируют поверхности, покрытые оксидными пленками и тончайшими
слоями молекул газов и воды, адсорбированными на поверхности. Сила трения
зависит от адгезионной и механической составляющих. Механическая
составляющая вызвана сопротивлением выступов в зоне контакта. Адгезионная
– сопротивлением разрыву молекулярных связей. Коэффициент трения равен
отношению силы трения к нормальной силе в зоне контакта:
к = F/N,
60
где F - сила трения;
к - коэффициент трения скольжения;
Р - нормальная нагрузка.
Для
металлов
в
коэффициенте
трения
преобладает
адгезионная
составляющая. Его величина превышает 0,2, а для фрикционных материалов
составляет 0,5 – 0,8.
Сухое трение вызывает износ трущихся поверхностей. Вследствие потерь на
трение, повышается температура трущихся поверхностей, что ведет к
разрушению
оксидных
пленок,
снижению
твердости
материала,
их
разрушению,
Трение качения. В результате качения одного тела по поверхности
другого возникает трение качения. Сила трения качения может быть
определена из выражения:
F = kp/r,
где F - сила трения качения;
p - нормальное давление;
r - радиус катка;
k - коэффициент трения качения.
Из
приведенного
уравнения
видно,
что
трение
качения
прямо
пропорционально прижимающей силе и обратно пропорционально радиусу
катка. При малых скоростях коэффициент трения с повышением скорости
увеличивается, а при больших уменьшается. На практике в шариковых
подшипниках стремятся уменьшить радиус шариков, чтобы увеличить их
число и тем самым более равномерно распределить нагрузку, снизив давление
в точках контакта поверхности. Величина трения качения меньше не только
величины сухого трения скольжения, но и трения скольжения смазанных
поверхностей. Поэтому, когда это возможно, конструкторы стремятся заменить
61
подшипники
скольжения
подшипниками
качения,
так
как
при
этом
уменьшается сила трения и износ деталей механизма. Однако использовать
сухое трение в опорах качения (шариковых и роликовых подшипниках) нельзя
из-за повышенного их износа. Смазка и в этом случае снижает износ, повышает
срок службы узла трения.
Граничное трение. Граничным трением называют такое трение, при котором
твердые поверхности разделены молекулярными слоями адсорбированных на
них веществ. Подобное трение возникает в том случае, если на трущихся
поверхностях находится тонкий (молекулярный) граничный слой смазки. При
хемосорбции между граничным слоем смазки и поверхностью металла
образуется тонкий слой нового вещества, обеспечивающего более прочную
связь граничной пленки с металлом. Поведение граничных слоев смазки не
подчиняется гидравлическим законам и зависит от смазывающей способности
масла. Граничные слои масла подобны твердым телам и прочно связаны с
поверхностью. Коэффициент трения при граничной смазке существенно
меньше, чем при сухом трении, его величина заключена в интервале 0,05…0,2.
Износ трущихся деталей при этом значительно уменьшается.
Жидкостное трение. Если между двумя поверхностями поместить слой
масла, то трение будет происходить не между этими поверхностями, а между
слоями масла, между молекулами масла. Сила трения в этом случае
определяется не качеством поверхностей, а свойствами смазывающей
жидкости. Коэффициент жидкостного трения находится в пределах 0,001 0,05.
Для создания жидкостного трения необходимо, чтобы масло прилипало к
трущимся поверхностям. Минимальная толщина слоя масла должна быть
больше суммарной высоты микронеровностей обеих поверхностей. Если
постоянство зазора не поддерживается целенаправленно, то вал захватывает
масло и нагнетает его в сужающийся клиновой зазор.
В этом случае закон жидкостного трения выражается формулой;
62
F=
SV
h
F - сила жидкостного трения;
η- динамическая вязкость масла;
S- площадь контакта;
h- толщина смазочного слоя;
V - скорость перемещения трущихся поверхностей.
Из приведенной формулы видно, что вязкость - основное свойство масла,
определяющее величину силы жидкостного трения. Потери на трение будут
возрастать при увеличении вязкости масла, скорости скольжения и площади
контакта трущихся поверхностей,
Толщина слоя смазочного масла между трущимися поверхностями при
постоянной
нагрузке
зависит
от
скорости
взаимного
перемещения
поверхностей и вязкости смазочного масла.
Увеличение
вязкости
приведет
к
утолщению
масляного
слоя,
а,
следовательно, и к увеличению его несущей способности. Таким образом,
эффективность
жидкой
смазки
возрастает
с
увеличением
скорости
перемещения трущихся поверхностей и вязкости масла, однако это приводит к
увеличению потерь на трение. Подобное противоречие устраняется подбором
масла с необходимой вязкостью.
При смешанном виде трения одновременно присутствуют элементы сухого,
граничного и жидкостного трения.
5.2 Классификация смазочных материалов,
требования, предъявляемые к ним
Смазочные масла по виду исходного сырья подразделяются на нефтяные,
растительные, животные и синтетические. Кроме основы в состав масел входят
присадки.
По консистенции, применяемые смазочные материалы подразделяются на
три основные группы:
63
- жидкие смазочные масла;
- пластичные смазки;
- твердые смазки.
По назначению различают моторные масла; масла для авиационных
двигателей; трансмиссионные и гидравлические масла; энергетические масла и
индустриальные масла
Определяющим
свойством
жидких
смазочных
материалов
при
классификации является вязкость.
Авиационные масла относятся к жидким смазочным материалам.
По назначению различают авиационные масла для поршневых двигателей;
масла для турбореактивных двигателей; масла для турбовинтовых двигателей;
трансмиссионные масла (для редукторов вертолетов); агрегатные и приборные
масла.
В поршневых авиационных двигателях масла работают в наиболее тяжелых
условиях, обеспечивая, помимо смазки, уплотнение в зоне поршневых колец.
Не исключен контакт масел с продуктами сгорания, вследствие чего они могут
быть подвержены воздействию высоких температур.
Условия работы смазочных масел в ГТД существенно отличаются от условий
работы масел в поршневых двигателях. Смазочное масло в ГТД изолировано от
зоны горения топлива; применяются подшипники качения, а не скольжения,
как в поршневых двигателях (коэффициент трения качения на порядок ниже
коэффициента трения скольжения). Вал турбокомпрессора в ГТД хорошо
сбалансирован и при большой частоте вращения и больших осевых и
радиальных нагрузках работает без резких переменных нагрузок.
Напряженность работы масла в ГТД определяется количеством теплоты,
которую необходимо отвести от поверхностей трения деталей, и зависит от
интенсивности прокачивания масла через двигатель.
Пластичные смазки имеют консистенцию мазей. Они состоят из жидкой
основы (дисперсионной среды) и твердого загустителя (дисперсной фазы),
ограничивающего их текучесть. Смазки
не растекаются под действием
64
собственного веса и инерционных сил, а при больших нагрузках текут
подобно вязким жидкостям. Это позволяет использовать их в таких узлах
трения, где жидкая смазка не удерживается или куда ее трудно подвести.
Пластичные смазки применяют также для герметизации резьбовых, фланцевых
соединений в трубопроводах и зазоров в механизмах, для зашиты открытых
поверхностей деталей от загрязнения и предохранения их от коррозии.
Каркас пластичных смазок, образован структурным каркасом из частиц
загустителя, в ячейках которого удерживается смазочное масло. Наличие
структурного
каркаса
придает
смазке
свойства
твердого
тела.
Микроволокнистая структура каркаса имеет большую поверхность его
контакта с маслом (до тысяч квадратных метров в грамме вещества) и, как
следствие этого, большую величину адсорбционных сил, связывающих
загуститель с маслом. Эти силы обеспечивает устойчивость, смазки,
которую принято определять как ее коллоидную стабильность. В
пластичных смазках доля загустителя не превышает не более 10... 25 % от
массы смазки.
Для улучшения эксплуатационных свойств в состав смазок вводят
присадки и добавки.
Свойства
пластичных
смазок
определяются
главным
образом
загустителем и в меньшей мере — маслом.
Пластичные смазки классифицируют по типу загустителей и областям
применения.
По типу загустителя консистентные смазки бывают:
- мыльные, загущенные мылами высших жирных кислот;
- углеводородные, загущенные твердыми углеводородами;
- органические, загущенные полимерами;
- неорганические,
металлов к др.
загущенные
силикатами,
сульфатами,
карбонатами
65
По областям применения консистентные смазки делят на антифрикционные,
консервационные,
уплотнительные,
канатные,
узкоспециализированные
Твердые смазочные материалы применяются
в узлах механизмов,
(отраслевые).
работающих в условиях, исключающих возможность использования жидких
масел или пластичных смазок. К таким условиям относятся низкие и высокие
температуры, глубокий вакуум, различные агрессивные среды.
Твердых смазочные материалы используются в виде тонких покрытий,
закрепленных на поверхности металла связующими.
Различают следующие основные типы твердых смазок:
- неорганические слоистые смазки (дисульфиды молибдена и вольфрама,
графит и др.);
- химически активные покрытия;
- мягкие металлы (свинец, индий, олово, кадмий, серебро, медь, цинк и др.);
- полимеры, обладающие антифрикционными свойствами (фторопласт-4,
полиамиды и др.);
- твердые органические соединения;
- композиционные смазки, представляющие собой комбинацию отдельных
видов твердых смазок.
Наиболее широко используются слоистые твердые материалы - графит и
дисульфид молибдена.
Графит является эффективной слоистой твердой смазкой до температуры
примерно (430 – 450)°С. Коэффициент трения графита составляет 0,08 ...0,11.
Дисульфид
молибдена
MоS2
обладает
хорошими
адсорбционными
способностями по отношению к большинству черных и цветных металлов.
Смазочная
способность MоS2
обусловлена
выраженным слоистым
строением кристаллов. Из твердых слоистых материалов коэффициент трения
у MoS2 минимальный (0,05... 0,095). На воздухе пленка дисульфида
молибдена работоспособна до 450°С, а в вакууме — до 1100°С.
В некоторых случаях разделение поверхностей трения, находящихся в
66
относительном
движении,
осуществляется
потоком
газа.
Консистенция
смазочных материалов определяет их назначение и способ применения.
Жидкие моторные смазочные масла применяются в наибольшем количестве.
Этому в немалой степени способствует их расходование при работе тепловых
двигателей и накопление в них продуктов окисления, износа и т. д.
5.3 Методы смазывания
Методы смазывания с использование жидких масел зависят от конструкции
узлов трения. Во многих случаях смазочный материал подается к поверхности
трения под давлением, а затем масло циркулирует в системе смазки. При
одноразовом проточном смазывании смазочный материал периодически или
непрерывно подводится к поверхности трения и не возвращается в смазочную
систему.
Применяется
капельное
также
смазывание
погружением,
смазывание,
смазывание
масляным
смазывание
туманом,
кольцом,
фитильное
и
ротапринтное смазывание. При ротапринтном смазывании на поверхность
детали наносится смазочный материал, отделяющийся от специального
смазывающего твердого тела, прижимаемого к поверхности.
Пластичные и твердые смазки позволяют реализовать ресурсное смазывание
– одноразовое смазывание узла на назначенный ресурс.
5.4 Свойства смазочных масел, пластичных и твердых смазок.
Показатели качества смазочных материалов.
Моющее-диспергирующие свойства характеризуют способность масла
поддерживать продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии.
Благодаря этому свойству уменьшается количество лаковых отложений и
нагара на горячих деталях двигателя.
Антиокислительные свойства масел оцениваются по увеличению их вязкости
за время испытаний в двигателе или установке.
67
Масла
должны
обладать
противоизносными
и
антикоррозионными
свойствами.
Важнейшими являются вязкостно-температурные свойства. От них зависят
пусковые характеристики двигателя, возможность обеспечения жидкостного
трения, прокачиваемость масла по маслосистеме, эффективность охлаждения
трущихся деталей.
Количественно свойства масел оцениваются показателями качества масел.
Их номенклатура весьма обширна. В полном объеме набор показателей
используется
при
разработке
и
производстве масел.
В
эксплуатации
контролируется существенно меньшее их количество. Для каждого масла набор
показателей оговорен в нормативно-технической документации.
Можно выделить группы показателей смазывающей способности; физикохимические показатели; показатели, характеризующие коррозионные свойства
и защитную способность масел, склонность к образованию отложений.
Различают показатели прокачиваемости, испаряемости, сохраняемости. К
эргономическим
показателям
относятся
показатели
токсичности
и
безопасности.
Вязкостно-температурные свойства масел можно оценить по зависимости
кинематической вязкости от температуры. В виде таблицы или графика она
дает
исчерпывающее
представление
об
изменении
вязкости
в
эксплуатационном диапазоне температур (Рис.12).
Нормативно-технической документацией вязкостно-температурные свойства
моторных масел характеризуют значениями кинематической вязкости при
высоких температурах (например, при 50 или 100˚C, не менее), при низких
температурах (например, при t = -40˚C, не более), а также индексом вязкости.
Индекс вязкости (ИВ) рассчитывают по значениям кинематической вязкости
при температурах 40 и 100˚C путем сравнения с эталонными маслами, вязкость
которых при t=98,8 равна вязкости испытуемого масла. Лучшее из эталонных
68
10000
кинематическая вязкость
1000
Ряд1
100
10
1
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
температура
Рис.12 Зависимость кинематической вязкости
масла МС-8рк от температуры.
масел с пологой вязкостно-температурной характеристикой (ВТХ) имеет
индекс вязкости 100. Эталонное масло с наиболее плохой ВТХ имеет индекс
вязкости равный 0.
Коррозионные свойства несколькими показателями, в том числе по
содержанию органических кислот, как и в топливах. Показателем является
кислотное число - количество щелочи (KOH) в мг для нейтрализации 1г
смазочного масла.
В числе показателей прокачиваемости массовая доля механических
примесей, %; массовая доля воды, %; плотность, кг/м3; температура застывания,
˚C. При температуре застывания масло теряет подвижность – при наклоне
пробирки с маслом под углом 45˚ уровень жидкости не меняется в течение 1
минуты.
Температура вспышки масел в ˚C характеризует пожароопасность и
взрывоопасность, она отнесена к показателям безопасности. Отличием от
69
топлив является методы ее определения - для одних марок масел в открытом
тигле, для других – в закрытом.
Показатели качества пластичных смазок в основном контролируются в
процессе производства и указываются на упаковке. Это связано с нарушением
коллоидной стабильности смазки под действием собственного веса. Поэтому
тара для смазок имеет ограниченный объем. Нарушение коллоидной
стабильности оценивается величиной синерезиса, под которым понимают
отделение жидкой фазы (масла) под действием механических нагрузок.
Механические свойства пластичных смазок характеризуются пределом
прочности, не превышающем 5- 2000 Па. Показателем вязкостных свойств
является эффективная вязкость. Консистенция смазок контролируется по
пенетрации – глубине погружения в смазку конуса пенетрометра в десятых
долях миллиметра. Температурный диапазон применения смазки оценивается
температурой каплепадения в ˚C. Пенетрация контролируется при температуре
25˚C, предел прочности - при 20˚C, эффективная вязкость – при 0˚C
Контрольные вопросы
36.Виды трения.
37.Назначение смазочных материалов.
38.Классификация смазочных материалов.
39.Показатели вязкостно-температурных свойств смазочных масел.
40.Какими показателями оцениваются коррозионные свойства масел?
41.Преимущества и недостатки нефтяных и синтетических масел.
Привести пример авиационных масел на различной основе.
42.Как классифицируют пластичные смазки по назначению, типу основы и
загустителя?
43.Назначение, основные виды твердых смазок.
70
6 Специальные жидкости
Рабочие
жидкости
воздушных
судов
для
гидросистем
гражданской
и
авиации.
амортизационных
стоек
Противообледенительные
жидкости. Технические моющие жидкости. Растворители.
Термином “специальные жидкости” объединены различные по назначению
и свойствам материалы, используемые в жидком состоянии.
В число спецжидкостей включены применяющиеся при эксплуатации,
ремонте и техническом обслуживании воздушных судов и авиадвигателей
топлива, рабочие жидкости гидравлических систем, органические растворители
и смывки, технические моющие жидкости, противообледенительные и
противоводокристаллизационные
жидкости,
а
также
их
компоненты,
неорганические кислоты и другие продукты специального назначения.
Перечень спецжидкостей, применяемых в гражданской авиации, приведен в
приложении (табл. 5).
Спецжидкости, в основном, относятся к вредным веществам и являются
токсичными для организма человека. Многие из них горючи и взрывоопасны.
Для
характеристики
пожарной
опасности
специальных
жидкостей
применяются следующие показатели:
- температура вспышки, °С;
- нижний и верхний температурные пределы взрываемости насыщенных паров
в воздухе;
- температура самовоспламенения паров в воздухе;
- способность спецжидкостей к самовозгоранию.
Некоторые спецжидкости способны к самовозгоранию при контакте с
другими веществами.
Характеристики пожарной опасности некоторых спецжидкостей также
приведены в приложении (табл. 6).
Рабочие жидкости для гидравлических систем, демпферов, амортизаторов
включают авиационные масла гидравлические (АМГ) на основе нефтяных
71
фракций и взрывопожаробезопасные рабочие жидкости НГЖ на основе
фосфорорганических эфиров с загустителем и присадками.
Противообледенительные
жидкости
используются
для
удаления
с
поверхности воздушных судов льда, снега, инея. В их состав входят
этиленгликоль, вода, загуститель и противокоррозионные присадки.
Смесь этих веществ после обработки поверхности должна полностью ее
покрывать, для чего добавляются поверхностноактивные вещества.
При техническом обслуживании и ремонте используются моющие жидкости
для очистки авиационной техники от загрязнений. В зависимости от вида
загрязнителей применяемые моющие жидкости разделяются на растворители,
смывки и специальные моющие составы. В качестве растворителей могут
использоваться нефтяные фракции, ароматические углеводороды (бензол,
толуол, ксилол, спиртобензольные смеси и т. д.); высокоэффективными
растворителями являются дихлорэтан, четыреххлористый углерод, а также
спирты, эфиры, кетоны. Этот перечень не исчерпывает тему моющих
жидкостей. Задача студента изучить основные положения теории моющего
действия, виды загрязнителей и наиболее эффективные моющие жидкости для
их удаления.
Контрольные вопросы
44.Гидравлические жидкости: типы, назначение, свойства. Назначение и
свойства противообледенительных жидкостей, жидкостей для очистки
наружных поверхностей воздушных судов.
45.Растворители, смывки, технические моющие жидкости: назначение,
свойства.
72
Заключение
В общих эксплуатационных расходах затраты на топливо, смазочные
материалы и специальные жидкости составляют значительную часть.
Их экономное расходование при безусловном
обеспечении безопасности
полётов является весьма актуальной задачей.
Детальное изучение вопросов, изложенных в учебном пособии, позволит
авиационному инженеру уверенно ориентироваться в сложном комплексе
вопросов использования ГСМ в эксплуатации. Учебное пособие может быть
полезно и лётному составу при решении таких вопросов как расчёт заправки
топлива и расчёт навигационного запаса топлива.
При изучении топлив студенту предлагается
комплексом
вопросов
от
методов
их
ознакомиться со всем
получения
до
особенностей
использования. Однако степень глубины изложения и детализации различна.
Свойства нефти, методы её переработки излагаются с полнотой
необходимой лишь для общего представления, а влиянию продуктов сгорания
топлива на состояние окружающей среды уделено достаточно большое
внимание. Эмиссия вредных веществ, наряду с шумом воздушного судна,
сегодня являются решающими факторами возможности осуществления полётов
в те или иные регионы.
Качество топлива определяется большим количеством параметров,
важнейшими из которых являются энергетические характеристики. Их
рассмотрение производится на базе детального изложения процессов горения
топлив. Эти вопросы имеют не только теоретическое, но и большое
практическое значение. Состав горючей смеси, особенности её сгорания и
пределы воспламенения – те вопросы, которые должны быть усвоены
безупречно.
Номенклатура топлив для газотурбинных двигателей в последнее время
значительно уменьшилась. Это следствие уменьшения нефтедобывающих
регионов России. В этом разделе следует обратить внимание на показатели
качества топлив.
73
Роль летательных аппаратов с поршневыми двигателями в последнее
время существенно снизилась. Для бензинов и дизельных топлив используются
иные показатели качества, которые подробно рассматриваются в учебном
пособии. Обращается внимание на высокую огнеопасность бензинов.
Одна из основных задач смазочных материалов - уменьшение трения.
Теоретической основой этого раздела является физические основы механизма
трения.
В
учебном
предъявляемым
пособии
к
уделяется
смазочным
большое
внимание
требованиям,
материалам;
подробно
рассмотрена
классификация смазочных материалов.
Выбор типа смазочных масел определяется, прежде всего, используемым
методом смазывания. В заключение раздела о смазочных материалах
анализируются свойства всех видов смазок и показатели их качества.
Возможность в настоящее время применения большого количества типов
смазок как отечественных, так и зарубежных делает этот раздел весьма
актуальным.
В авиации широко применяются различные жидкости, назначение и
свойства которых, изложены в заключительном разделе.
В приложении содержится большой справочный материал, который
может быть использован в деятельности эксплуатационных предприятий.
Литература
Основная
1. Некипелов Ю. Г. Авиационные топлива, смазочные материалы и
специальные жидкости: Учебное пособие. Киев: КИИГА, 1986. 88 с.
2. Василенко В.Т., Черненко Ж.С. Влияние эксплуатационных факторов
на топливную систему самолета. М.: Машиностроение, 1986. 184 с.
3. Козаченко А.И., Ластовец А.Н. Испытания и контроль качества ГСМ:
Учебник для вузов ГА. М.: Транспорт, 1987. 311 с.
74
4. Литвинов А.А. Основы применения горюче-смазочных материалов в
гражданской авиации. – М.: Транспорт, 1987. – 308 с.
5. Бойченко С. В., Иванов С. В., Бурлака В. Г. Моторные топлива и масла
для современной техники.- Киев. 2005.- 216 с.
Дополнительная
1. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и
применение: справ. изд. / Под ред. В.М. Школьникова. – М.: Химия,
1989. – 432 с.; ил.
Приложение
1 Контрольная работа
Cтуденты заочного факультета по дисциплине “ГСМ и спецжидкости”
выполняют одну контрольную работу. В соответствии с вариантом задания
необходимо ответить на четыре теоретических вопроса.
Номера теоретических вопросов выбираются из таблицы 3 по двум
последним цифрам учебного шифра студента. В каждой ячейке таблицы 3
указаны четыре номера вопросов. Сами вопросы сформулированы в конце
соответствующих тем в методических указаниях. Нумерация вопросов сквозная
от 1 до 45 по всем темам.
Отвечать на вопросы необходимо по существу. По каждому теоретическому
вопросу задания должен быть дан исчерпывающий письменный ответ.
Контрольная работа рецензируется преподавателем в период лабораторно –
экзаменационной сессии.
75
Варианты контрольного задания
Таблица 3
Номера вопросов контрольного задания
Последняя
цифра
учебного
шифра
Предпоследняя цифра учебного шифра
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1;13
22;35
2;14
23;36
3;15
24;37
4;16
25;38
5;17
26;39
6;18
27;40
7;19
28;41
8;20
29;42
9;21
30;43
10;13
31;44
1
11;14
32;45
12;15
33;46
1;16
34;36
2;17
22;37
3;18
23;38
4;19
24;39
5;20
25;40
6;21
26;41
7;13
27;42
8;14
28;43
2
9;15
29;44
10;16
30;45
11;17
31;35
12;18
32;36
1;19
33;37
2;20
34;38
3;21
22;39
4;13
23;40
5;14
24;41
6;15
25;42
3
7;16
8;17
9;18
10;19
11;20
12;21
1;13
2;14
3;15
4;16
26;43
27;44
28;45
29;35
30;36
31;37
32;38
33;39
34;40
22;41
4
5;17
23;42
6;18
24;43
7;19
25;44
8;20
26;45
9;21
27;35
10;13
28;36
11;14
29;37
12;15
30;38
1;16
31;39
2;17
32;40
5
3;18
33;41
4;19
34;42
5;20
22;43
6;21
23;44
7;13
24;45
8;14
25;35
9;15
26;36
10;16
27;37
11;17
28;38
12;18
29;39
6
1;19
2;20
3;21
4;13
5;14
6;15
7;16
8;17
9;18
10;19
30;40
31;41
32;42
33;43
34;44
22;45
23;35
24;36
25;37
26;38
7
11;20
27;39
12;21
28;40
1;13
29;41
2;14
30;42
3;15
31;43
4;16
32;44
5;17
33;45
6;18
34;35
7;19
22;36
8;20
23;37
8
9;21
24;38
10;13
25;39
11;14
26;40
12;15
27;41
1;16
28;42
2;17
29;43
3;18
30;44
4;19
31;45
5;20
32;35
6;21
33;36
9
7;13
34;37
8;14
22;38
9;15
23;39
10;16
24;40
11;17
25;41
12;18
26;42
1;19
27;43
2;20
28;44
3;21
29;45
4;13
30;35
76
2. Физико-химические и эксплуатационные
авиационных газотурбинных двигателей.
показатели
топлив
для
Таблица 4
Норма для марки
Наименование
показателя
ТС-1
Т-1
Т-2
РТ
высший первый первый первый высший
сорт
сорт
сорт
сорт
сорт
780
775
800
755
775
не ниже
-
-
-
60
135
не выше
150
150
150
-
155
б) 10% отгоняется при температуре, °С, не
выше
165
165
175
145
175
в) 50% отгоняется при температуре, °С, не
выше
195
195
225
195
225
г) 90% отгоняется при температуре, °С, не
выше
230
230
270
250
270
д) 98% отгоняется при температуре, °С, не
выше
250
250
280
280
280
при 20 °С, не менее
1,30
(1,30)
1,25
(1,25)
1,50
(1,50)
1,05
(1,05)
1,25
(1,25)
при минус 40 °С, не более
8(8)
8(8)
16(16)
6(6)
16(16)
4. Низшая теплота сгорания, кДж/кг, не
менее
43120
42900
42900
43100
43120
5. Высота некоптящего пламени, мм, не
менее
25
25
20
25
25
1. Плотность при 20 °С, кг/м , не менее
2. Фракционный состав:
а) температура начала перегонки, °С:
3. Кинематическая вяз кость, мм /с (сСт):
77
0,7
0,7
0,7
0,7
-
-
-
-
-
0,2-0,7
7. Йодное число, г йода на 100 г топлива,
не более
2,5
3,5
2,0
3,5
0,5
8. Температура вспышки, определяемая в
закрытом тигле, °С, не ниже
28
28
30
-
28
9. Температура начала кристаллизации,
°С, не выше
-60
-60
-60
-60
-55
а) концентрация растворимых смол, мг на
100 см топлива
-
-
-
-
30
б) концентрация нерастворимых смол, мг
на
100 см топлива
-
-
-
-
3
10а.
Термическая
стабильность
статических
условиях
при
150
8
10
18
10
-
11. Массовая доля ароматических углеводородов, % не более
22
22
20
22
22
12. Концентрация фактических смол, мг
на 100 см топлива, не более
3
5
6
5
4
13. Массовая доля общей серы, %, не
более
0,20
0,25
0,10
0,25
0,10
14. Массовая доля меркаптановой серы,
%, не более
0,003
0,005
-
0,005
0,001
0,003
0,003
6. Кислотность, мг КОН на 100 см
топлива, не более
в пределах
10. Термоокислительная стабильность в
статических условиях при 150 °С, не более:
в
°С
(концентрация осадка, мг на 100 см
топлива), не более
15. Массовая доля сероводорода
Отсутствие
16. Испытание на медной пластинке при
100°С в течение 3 ч
17. Зольность, %, не более
18. Содержание водорастворимых кислот
и щелочей
Выдерживает
0,003
0,003
0,003
Отсутствие
78
19. Содержание мыл нафтеновых кислот
Отсутствие
20. Содержание механических примесей и
воды
Отсутствие
21.
Массовая
доля
углеводородов, %, не более
нафталиновых
-
-
-
-
1,5
-
-
-
-
50
а) перепад давления на фильтре за 5 ч,
кПа, не выше
-
-
-
-
10
б) отложения на подогревателе, баллы, не
более
-
-
-
-
2
а) состояние поверхности раздела
1
1
-
-
1
б) состояние разделенных фаз
1
1
-
-
1
50
50
-
50
50
600
600
-
600
600
-
-
-
133
(100)
-
22. Люминометрическое число, не ниже
23. Термоокислительная стабильность,
определяяемая динамическим методом при
150-180 °С:
24. Взаимодействие с водой, балл, не
более:
25.
Удельная
проводимость, пСм/м:
электрическая
при температуре заправки техники, не
менее
при 20 °С, не более
26. Давление насыщенных паров, гПа (мм
рт. ст.), не более
27. Содержание суммы водорастворимых
щелочных соединений
Отсутствие
-
79
Примечания:
2. Топлива ТС-1 высшего и первого сорта, Т-2 и РТ, предназначенные для применения во
всех климатических районах, за исключением района 1 , допускается вырабатывать с
температурой начала кристаллизации не выше минус 50 °С.
Допускается применять в климатическом районе 1 топлива ТС-1 и РТ с температурой
начала кристаллизации не выше минус 50°С при температуре воздуха у земли не ниже минус
30 °С в течение 24 ч до вылета.
Топливо для применения в климатическом районе 1
с температурой начала
кристаллизации не выше минус 55°С (РТ) и минус 60°С (ТС-1) вырабатывают по требованию
потребителей.
3. Перечень специальных жидкостей, применяемых в гражданской авиации и их
назначение
Таблица 5
Наименование спецжидкости, марка
Назначение и краткая характеристика
Р А Б О Ч И Е Ж И Д К О С Т И Г И Д Р О С И С Т Е М
Масло АМГ-10, АМГ-10Б,
Рабочая жидкость гидросистем, в амортизаторах стоек
Гидроникойл FH 51
ВС
Жидкости НГЖ-4, НГЖ-5у
Рабочие жидкости гидросистемы самолета
Т Е Х Н И Ч Е С К И Е М О Ю Щ И Е С Р Е Д С Т В А
Средство моющее «Аэрол»
Средство моющее пастообразное для очистки наружной
поверхности ВС при положительных температурах,
удаления загрязнения со съемных деталей, узлов и
агрегатов в ванных и моечных машинах
Средство моющее «Вертолин-74»
Средство моющее для очистки, расконсервации и
обезжиривания съемных деталей и узлов авиационной
техники, очистки фильтров от загрязнений
Кислота олеиновая («Б» и «В»)
Компонент для приготовления моющего состава 20К-М
(очистка наружной поверхности ВС при положительных
температурах), низкотемпературной моющей жидкости,
щелочных растворов для обезжиривания авиадвигателей
Креолин фенольный
Средство моющее для очистки маслорадиаторов
каменноугольный
маслобаков, съемных деталей и узлов авиационной
техники от углеродистых отложений
Моноэтаноламин
Компонент для приготовления моющего состава 20К-М
(очистка наружной поверхности ВС при положительных
температурах),
низкотемпературных
жидкостей,
щелочных растворов для обезжиривания авиадвигателей
Средство моющее МС-8, МС-15
Средство для очистки съемных деталей, узлов и
агрегатов авиатехники от загрязнений в ванных и
моечных машинах
Средство моющее «Полинка»
Средство моющее для очистки наружной поверхности
ВС при положительных температурах, удаления
загрязнений со съемных деталей, узлов и агрегатов в
ванных и моечных машинах
80
Средство моющее «Синвал»
Жидкость «Демос»
Триэтаноламин
С М Ы В К И
Смывка АС-1
Смывка АФТ-1
Смывка СД (СП)
Смывка СНБ-9
Р А С Т В О Р И Т Е Л И
Ацетон
Средство для очистки воздушно-масляных радиаторов
газотурбинных двигателей и фильтроэлементов от
загрязнений
Средство для мойки и дезинфекции санузлов самолетов
Компонент (щелочной) для приготовления моющих и
обезжиривающих растворов
Смывка для удаления лакокрасочных покрытий со
съемных деталей в ваннах погружного типа
Смывка для удаления лакокрасочных покрытий с
наружной поверхности планера и съемных деталей
Смывка для удаления лакокрасочных покрытий с
наружной поверхности планера и съемных деталей
Смывка для удаления лакокрасочных покрытий со
съемных деталей в ваннах погружного типа
Растворитель лакокрасочных материалов. Очистка и
обезжиривание авиадвигателей и съемных деталей
Бензин «Галоша» (марка БР-1, БР-2) Разбавитель лакокрасочных материалов. Обезжиривание
авиадвигателей
Бензин Б-70
То же
Бензол
Растворитель лакокрасочных материалов. Составная
часть многих растворителей
Бутилацетат
Растворитель
целлулоида
и
других
высокомолекулярных веществ. Компонент многих
растворителей и клеев
Керосин авиационный (ТС-1)
Растворитель
многоцелевой.
Обезжиривание
и
расконсервация авиадвигателей
Керосин осветительный
То же
Керосин технический
Ксилол каменноугольный
Разбавитель лакокрасочных материалов
Метиленхлорид
Растворитель специальных смывок для удаления
лакокрасочных покрытий и шлама. Обезжиривание
авиадвигателей
Метилхлороформ (марка «Б»)
Растворитель
масложировых
загрязнений
авиадвигателей в ваннах погружного типа
Нефрас-С 50/170 (нефтяной
Растворитель лакокрасочных материалов, масляных и
растворитель)
смолистых загрязнений авиадвигателей. Обезжиривание
и расконсервация
Растворитель Р-4, Р-5
Разбавитель герметиков, лакокрасочных покрытий.
Обезжиривание авиадвигателей
Разбавитель Р-6
Разбавитель лакокрасочных материалов
Разбавитель Р-7
То же
Растворитель Р-40
Растворитель Р-60
Растворители 645, 646, 647, 648
Разбавитель лакокрасочных материалов. Обезжиривание
авиадвигателей
Растворитель 650
То же
Растворитель 651
81
Разбавитель РКБ-1
Растворитель «Сольвент»
Спирт бутиловый (бутанол)
Компонент растворителей
Спирт изобутиловый (изобутанол)
То же
Спирт изопропиловый (изопропанол)
Спирт метиловый (метанол)
Растворитель, компонент противообледенительных
присадок
Спирт этиловый (головная фракция) Многоцелевой растворитель и компонент растворителя
для низкотемпературных моющих средств
Спирт этиловый ректификованный
Растворитель многоцелевой
(технический)
Спирт этиловый синтетический
То же
(очищенный)
Спирт этиловый технический (марка - "«А»)
Толуол
Разбавитель лакокрасочных материалов. Компонент
многих растворителей и смывок
Трихлорэтилен
Растворитель. Обезжиривание авиадвигателей.
Химическая чистка тканей
Уайт-спирит
Растворитель многоцелевой
Этилацетат
Компонент растворителей и клеев
Этилцеллозольв
Разбавитель лакокрасочных материалов. Компонент
растворителей
П Р О Т И В О О Б Л Е Д Е Н И Т Е Л Ь Н Ы Е Ж И Д К О С Т И
Жидкость «Арктика»
Обработка наружной поверхности ВС для
предупреждения и удаления обледенения
Жидкость «Арктика-200»
То же
Жидкость «OCTAFLO EG»
Удаление снега, льда, инея и других видов
льдообразований с поверхности ВС, а также
предупреждение обледенения ВС после удаления
льдообразований
П Р О Т И В О В О Д О К Р И С Т А Л Л И З А Ц И О Н Н Ы Е
Ж И Д К О С Т И
ПВК-жидкость «И» (этилцеллозольв) Присадка к топливам
ПВК-жидкость «И-М»
То же
ПВК-жидкость «ТГФ»
ПВК-жидкость «ТГФ-М»
А Н Т И С Т А Т И Ч Е С К А Я П Р И С А Д К А
Присадка АКОР-1
Антистатическая присадка к бензину Б-70. Присадка к
маслам для консервации авиадвигателей - ингибитор
коррозии
Х И М И Ч Е С К И Е Р Е А К Т И В Ы
Аммиак водный
Компонент состава «Биологических перчаток»
Кислота азотная
Обезжиривание и травление деталей
Кислота серная
Наполнитель аккумуляторов
Кислота соляная
Травление металлов, пайка, удаление накипи
Натр едкий
Щелочной компонент моющих средств
Т О П Л И В А
Авиабензин Б-70
Используется как пусковое топливо для некоторых
82
типов ГТД
Керосин авиационный (ТС-1,Т-1С, Т- Используется в качестве топлива для авиационных
1, Т-2, РТ)
газотурбинных двигателей
Бензин авиационный
Используется в качестве топлива для авиационных
поршневых двигателей
4. Характеристики пожароопасности специальных жидкостей
Таблица 6
Спецжидкость
Ацетон
«Арктика», «Арктика200», «Арктика ДГ»
Жидкость Гидроникойл
FH 51
Бензин БР-1
Бензин Б-70
Бутилацетат
Бензол
Бутиловый спирт
Жидкости НГЖ-4, НГЖ5у
Керосин Т-1
Керосин осветительный
Ксилол каменноугольный
Метиловый спирт
Нефрас-С 50/170
ПВК-жидкость «И»
(этилцеллозольв)
Растворитель Р-4
Растворитель Р-5
Растворитель Р-40
Разбавитель РКБ-1
Растворитель 645
Растворитель 646
Растворитель 647
Растворитель 648
Толуол
Уайт-спирит
Этилацетат
Этиленгликоль
Этиловый спирт
Температура
вспышки, °С
Температура
Нижний температурный предел
самовоспламенения паров взрываемости насыщенных паров в
в воздухе, °С
воздухе, °С
-18
121
465
-
-20
-
102
-
-
-17
-34
29
-11
41
165
350
300
450
534
345
630
-17
-34
13
-14
41
-
28
53
24
8
26
40
345
216
494
436
553
215
25
33
19, 5
7
36
-7
-1
-7
25
2
-9
5
13
4
33
2
120
13
550
497
415
376
424
410
424
388
490
227
400
380
365
-9
-3
7
22
-2
-9
4
10
0
33
1
112
11
83
4. Классы чистоты жидкостей
Класс
чистот
ы
жидкостей
Таблица 7
Масса
загрязнений, %
не более
Число частиц загрязнений в объеме жидкости (100±0,5) см
не более при размере частиц, мкм
св. 5 св. 10 св. 25 св. 50
до 10 до 25 до 50 до 100
00
от св. 1 св. 2
0,5 до 2 до 5
до 1
800 400 32
8
4
1
0
1600 800
63
16
8
2
1
1600 125
32
16
3
2
250
63
32
4
1
3
125
63
8
2
4
250
125
12
3
5
500
250
25
4
1
6
1000
500
50
6
2
1
0,0002
7
2000
1000
100
12
4
2
0,0002
8
4000
2000
200
25
6
3
0,0004
9
8000
4000
400
50
12
4
0,0006
16000
8000
800
100
25
5
0,0008
11
31500 16000 1600
200
50
10
0,0016
12
63000 31500 3150
400
100
20
0,0032
13
63000 6300
800
200
40
0,005
14
12500 1250
0
0
2500
0
5000
0
1600
400
80
0,008
3150
800
160
0,016
6300
1600
315
0,032
12500
3150
630
0,063
10
Не нормируется
15
16
17
Примечания:
св. 100
до 200
волокна
А.О.
Отсутст
вие
А.О.
Отсутст
вие
Не
нормирует
ся
Отсутст
вие
84
1. "Отсутствие" - означает, что при взятии одной пробы жидкости частицы заданного
размера не обнаружены или при взятии нескольких проб общее число обнаруженных частиц
меньше числа взятых проб.
2. "А.О." - абсолютное отсутствие частиц загрязнений.
3. Масса загрязнений для классов 6-12 дана факультативно, т. е. не является обязательным
контрольным параметром. Контроль может вводиться по усмотрению разработчика системы,
применяющего жидкость.
3. Частицами загрязнения считаются все посторонние частицы, включая
смолообразования, органические частицы, колонии бактерий и продукты их
жизнедеятельности. Размер частиц загрязнений, кроме волокон, принимается по
наибольшему измерению.
Волокнами считаются частицы толщиной не более 30 мкм при отношении длины к
толщине 10:1, не менее.
4. Частицы загрязнений размером более 200 мкм (не считая волокон) в жидкости не
допускаются.
5. Классы чистоты жидкости следует указывать в технических требованиях к жидкостям
при их поставке, транспортировании и хранении, в требованиях к эксплуатации машин и
устройств и в технологической документации по изготовлению и ремонту систем, устройств
машин и деталей.
6. Нефтепродукты: термины и определения.
Термины и определения понятий, относящиеся к нефтепродуктам и их
свойствам.
1. Нефтепродукт Готовый продукт, полученный при переработке нефти
2. Жидкое нефтяное топливо Жидкий нефтепродукт, удовлетворяющий
энергетические
потребности
путем
превращения
химической
энергии
углеводородов в тепловую.
3. Эксплуатационное свойство нефтепродукта
Свойство нефтепродукта,
проявляющееся при производстве, транспортировании, хранении, испытании,
применении и их характеризующее
совокупность однородных явлений при этих процессах
4.
Физико-химическое
свойство
нефтепродукта
Составная
часть
эксплуатационного свойства нефтепродукта, характеризующая совокупность
однородных явлений, определяемая в лабораторных условиях.
85
5. Показатель качества продукции по ГОСТ 15467-79
6. Кондиционный нефтепродукт Нефтепродукт, удовлетворяющий всем
требованиям нормативно-технической документации
7. Некондиционный нефтепродукт .
Нефтепродукт, не удовлетворяющий
всем требованиям нормативно-технической документации
8.
Тип
нефтепродуктов
Совокупность
нефтепродуктов
одинакового
функционального назначения
9. Группа нефтепродуктов Совокупность нефтепродуктов, входящих в один
тип и имеющих сходные свойства и область применения
10. Подгруппа нефтепродуктов Совокупность нефтепродуктов, входящих в
одну группу и имеющих сходные показатели качества и условия применения.
11.
Марка
номерное
нефтепродукта
или
буквенное
Индивидуальный
обозначение,
состав
нефтепродукт,
и
свойства
название,
которого
регламентированы нормативно-технической документацией.
12. Сорт продукции по ГОСТ 15467-79
13. Отработанное масло Техническое масло, проработавшее срок или
утратившее в процессе эксплуатации качество, установленное в нормативнотехнической документации, и слитое из рабочей системы.
ПРИМЕЧАНИЕ:
Техническое масло - жидкий нефтепродукт или синтетический продукт,
смазывающий трущиеся поверхности, применяемый для консервации изделий в
качестве электроизоляционного материала и для технологических нужд.
14. Отработанные нефтепродукты Отработанные масла, промывочные
нефтяные жидкости, а также смеси нефти и нефтепродуктов, образующиеся при
зачистке
средств
хранения,
транспортирования,
извлекаемые
из
нефтесодержащих вод.
15. Регенерированное масло
отработанного
масла
Техническое масло, получаемое очисткой
физическим,
химическим
и
физико-химическим
методами, с эксплуатационными свойствами, восстановленными до требований
нормативно-технической документации
86
16. Бензин Жидкое нефтяное топливо для использования в поршневых
двигателях с искровым зажиганием
17. Авиационный бензин Авиабензин; Бензин для применения в авиационных
двигателях
18. Автомобильный бензин Автобензин; Бензин для применения в двигателях
наземной техники
19. Газотурбинное топливо Жидкое нефтяное топливо для применения в
наземных и судовых газотурбинных двигателях
20. Авиационный керосин Авиакеросин Жидкое нефтяное топливо для
применения в авиационных газотурбинных двигателях
21.
Дизельное
топливо
Дизтопливо
Жидкое
нефтяное
топливо
для
использования в двигателях с воспламенением топливо-воздушной смеси от
сжатия
22. Мазут Жидкое нефтяное топливо для использования в топочных агрегатах
или устройствах
23. Флотский мазут Мазут для применения в судовых паровых установках и
двигателях с воспламенением топливо-воздушной смеси от сжатия
24. Топочный мазут Мазут для применения в стационарных и передвижных
тепловых установках
25. Мартеновский мазут Мазут для применения в сталеплавильных печах
26. Осветительный керосин Жидкое нефтяное топливо для применения в
бытовых осветительных и нагревательных устройствах
27. Нефтяное смазочное масло техническое масло для предупреждения или
уменьшения износа трущихся поверхностей и уменьшения потерь на трение
скольжения
28. Моторное масло Нефтяное смазочное масло для поршневых двигателей
внутреннего сгорания
29. Газотурбинное масло Нефтяное смазочное масло для турбовинтовых и
турбореактивных двигателей
87
30. Трансмиссионное масло Нефтяное смазочное масло для механических
трансмиссий
31. Турбинное масло Нефтяное смазочное масло для турбин
32. Цилиндровое масло Нефтяное смазочное масло для поршневых паровых
машин
33. Индустриальное масло
Нефтяное смазочное масло для станков и
механизмов промышленного оборудования.
34. Приборное масло Нефтяное смазочное масло для приборов и точных
механизмов
35. Компрессорное масло Нефтяное смазочное масло для поршневых и
ротационных компрессоров
36. Холодильное масло Нефтяное смазочное масло для холодильных машин
37. Изоляционное масло Техническое масло для электроизоляции
38. Пластичная смазка-мазеобразный нефтепродукт или синтетический
продукт, отличающийся наличием структурного каркаса, образованного
частицами загустителя, в ячейки которого включено масло, и предназначенный
для
снижения
износа
трущихся
поверхностей,
консервации
изделий,
герметизации уплотнений и соединений
39.Смазка с мыльным загустителем Пластичная смазка, в которой в качестве
загустителя использованы соли высших жирных кислот.
40. Смазка с органическим загустителем Пластичная смазка, в которой в
качестве загустителя использовано органическое соединение, исключая соли
высших жирных кислот и твердые углеводороды
41.Смазка с неорганическим загустителем Пластическая смазка, в которой в
качестве загустителя использовано неорганическое вещество
42. Углеводородная смазка Пластичная смазка, в которой в качестве
загустителя использованы твердые углеводороды
43. Антифрикционная смазка Пластичная смазка для уменьшения потерь на
трение скольжения
44. Консервационная смазка по ГОСТ 9.103-78
88
45. Уплотнительная смазка Пластичная смазка для герметизации уплотнений,
разъемных и подвижных соединений
46.
Амортизационная жидкость
Техническая жидкость для
гашения
механических колебаний путем поглощения кинетической энергии движущихся
масс.
ПРИМЕЧАНИЕ:
Техническая
жидкость-нефтяная
или
синтетическая
жидкость
для
использования в качестве рабочего тела, хладагента, растворителя
47.
Антиобледенительная
жидкость
Техническая
жидкость
для
предотвращения обледенения поверхностей изделия
48. Антифриз Низкозастывающая техническая жидкость для поглощения и
отвода тепла
49. Гидравлическая жидкость Техническая жидкость для гироскопов,
сервомеханизмов, гидропередач
50. Разделительная жидкость Техническая жидкость для предотвращения
прямого контакта конструкционных элементов с агрессивными средами
51. Тормозная жидкость Техническая жидкость для гидросистем тормозов
52.
Технологическое
масло
Жидкий
технологический
состав
для
использования при обработке материалов давлением, термообработке, при
переработке сырья.
ПРИМЕЧАНИЕ:
Технологический
состав-нефтепродукт
или
синтетический
продукт
для
обработки материалов и получения покрытий
53. Технологическая смазка Пластичный технологический состав для
использования при обработке материалов, металлов давлением и переработке
сырья
54. Смазочно-охлаждающая жидкость СОЖ Жидкий технологический состав
для смазки и охлаждения при переработке материалов резанием
89
55. Твердое смазочное покрытие ТСП Жидкий технологический состав из
порошкообразного смазочного материала, связующего и растворителя для
получения твердого смазочного покрытия
56. Пленочно-ингибирующий состав ПИНС жидкий технологический состав
из твердых углеводородов, ингибиторов и растворителя для получения
твердого пленочного консервационного покрытия
57. Парафин Смесь твердых высокомолекулярных предельных углеводородов
нормального строения
58. Церезин Смесь твердых высокомолекулярных предельных углеводородов
преимущественно изостроения
59.
Нефтебитум
Смесь
высокомолекулярных,
жидких
или
твердых
углеводородов и смолисто-асфальтовых веществ
60.
Прокачиваемость
нефтепродукта
Эксплуатационное
свойство,
характеризующее прокачку нефтепродукта через трубопроводы, фильтры,
сепараторы, отверстия и зазоры
61. Температура начала кристаллизации нефтепродукта Температура, при
которой в нефтепродукте начинается образование кристаллов в условиях
испытания
62. Температура помутнения нефтепродукта Температура, при которой
жидкий прозрачный нефтепродукт начинает мутнеть в условиях испытаний
63. Температура застывания нефтепродукта
Температура, при которой
нефтепродукт теряет подвижность в условиях испытаний
64.
Испаряемость
нефтепродукта
Эксплуатационное
свойство,
характеризующее способность нефтепродукта переходить из жидкого в
газообразное состояние
65.
Фракционный
определяющий
состав
количественное
нефтепродукта
содержание
Состав
фракций,
нефтепродукта,
выкипающих
в
определенных температурных пределах, остаток и потери при перегонке в
заданных условиях
66. Летучесть нефтепродукта Физико-химическое свойство, определяющее
90
давление насыщенных паров нефтепродукта
67.
Воспламеняемость
нефтепродукта
Эксплуатационное
свойство,
характеризующее пожаро- и взрывобезопасность смеси паров нефтепродукта с
воздухом
68. Температура вспышки нефтепродукта Минимальная температура, при
которой происходит кратковременное воспламенение паров нефтепродукта от
пламени в условиях испытаний
69.
Температура
самовоспламенения
нефтепродукта
Температура
возгорания паров нефтепродукта без контакта с пламенем в условиях
испытаний
70. Температура воспламенения нефтепродукта Температура, при которой
нефтепродукт, нагреваемый в условиях испытаний, загорается и горит не менее
5с
71. Горючесть нефтепродукта Эксплуатационное свойство, характеризующее
способность нефтепродукта к горению в условиях его применения и испытания
72. Детонационная стойкость Физико-химическое свойство, определяющее
способность бензина сгорать без взрыва в двигателе с искровым зажиганием
73. Октановое число Показатель, указывающий детонационную стойкость
бензина в единицах эталонной шкалы
74. Цетановое число Показатель, указывающий скорость нарастания
давления при сгорании жидкого нефтяного топлива в поршневых двигателях с
воспламенением топливо-воздушной смеси от сжатия, выраженная в единицах
эталонной шкалы
75. Люминометрическое число Показатель, указывающий интенсивность
светового излучения при сгорании жидкого нефтяного топлива
76. Высота некоптящего пламени нефтепродукта Показатель, указывающий
максимальную высоту пламени, которая может быть достигнута без
образования копоти при сжигании нефтепродукта в условиях испытания
91
77. Склонность нефтепродукта к отложениям Эксплуатационное свойство,
характеризующее способность нефтепродукта образовывать жидкие и твердые
отложения
78.
Термостойкость
нефтепродукта
Физико-химическое
свойство,
определяющее способность противостоять химическим превращениям под
действием высоких температур
79. Термоокисляемость нефтепродукта Термостойкость нефтепродукта в
присутствии кислорода или воздуха
80. Индукционный период нефтепродукта Показатель, указывающий период
времени, в течение которого нефтепродукт в условиях окисления сохраняет
заданные свойства
81.
Детергентность
нефтепродукта
Физико-химическое
свойство,
определяющее способность нефтепродукта диспергерировать и удерживать
частицы отложений во взвешенном состоянии
82. Коксуемость нефтепродукта показатель, указывающий склонность
нефтепродукта образовывать коксовыеотложения при сгорании
83. Зольность нефтепродукта
Показатель, указывающий наличие в
нефтепродукте несгораемых веществ
84. Конструкционная совместимость нефтепродукта Эксплуатационное
свойство, характеризующее воздействие нефтепродукта на конструкционные
материалы
85.
Функциональная
определяющее
способность
совместимость
двух
и
более
нефтепродукта
Свойство,
нефтепродуктов
сохранять
эксплуатационные свойства при смешивании
86. Коррозионное свойство нефтепродукта Физико-химическое свойство,
определяющее склонность нефтепродукта оказывать корродирующее действие
на металлы
87. Консервационное свойство нефтепродукта Эксплуатационное свойство,
характеризующее способность нефтепродукта предохранять
металлов от коррозионных агентов
поверхность
92
88. Противоизносное свойство нефтепродукта Эксплуатационное свойство,
характеризующее способность нефтепродукта предотвращать все виды износа
трущихся поверхностей
89. Антифрикционное свойство нефтепродукта Эксплуатационное свойство,
характеризующее способность нефтепродукта снижать трение скольжения
90. Динамическая вязкость нефтепродукта Мера внутреннего трения
нефтепродукта, равная отношению тангенциального напряжения к градиенту
скорости сдвига при ламинарном течении ньютоновской жидкости
91. Кинематическая вязкость нефтепродукта Отношение динамической
вязкости к плотности нефтепродукта
92. Индекс вязкости по ГОСТ 27674-88
93. Эффективная вязкость нефтепродукта Вязкость ньютоновской жидкости,
оказывающей при данном режиме течения такое же сопротивление сдвигу, как
пластично-вязкий нефтепродукт
94. Предел прочности нефтепродукта Максимальное напряжение сдвига или
разрыва, соответствующее началу необратимой деформации или разрыву
испытуемого нефтепродукта
95.
Тиксотропность
нефтепродукта
Физико-химическое
свойство,
определяющее изменение реологических характеристик при постоянной
температуре в результате разрушения структурного каркаса пластичного
нефтепродукта при деформировании, а также дальнейшее изменение этих
характеристик после прекращения деформирования
96. Синерезис нефтепродукта Физико-химическое свойство нефтепродукта,
определяющее отделение масла при хранении под действием одностороннего
давления или при нагревании
97. Пенетрация Показатель, указывающий глубину проникновения конуса
иглы под действием собственной силы тяжести в испытуемый нефтепродукт в
течение заданного времени
93
98. Температура каплепадения нефтепродукта Температура падения первой
капли пластичного нефтепродукта, нагреваемого в капсуле специального
термометра
99. Охлаждающее свойство нефтепродукта Эксплуатационное свойство,
характеризующее способность нефтепродукта отводить тепло
100. Сохраняемость по ГОСТ 27.002-89
101.
Токсичность
нефтепродукта
Эксплуатационное
свойство,
характеризующее воздействие нефтепродукта или продуктов его сгорания и
разложения на человека или окружающую среду
Редактор и корректор Н.Я.Лимарова
Технический редактор Е.А.Балясникова
Подписано к печати 09.10.2008г.Формаи бумаги 60*90 1/16
Тираж 250 экз. Уч.-изд л. 5.5 Усл. Печ. Л.5.5 С заказ 563
Тип. Университета ГА. 196210. С.-Петербург, ул.Пилотов, дом 38